一种高纯金属锶的制备方法以及用该方法制备的一种高纯金属锶技术

本发明专利技术公开了一种高纯金属锶的制备方法以及用该方法制备的一种高纯金属锶，用氧化锶作为原料，用金属镧作为还原剂，在真空条件下氧化锶被金属镧还原成金属锶蒸汽，通过冷凝器收集获得块状或丝状高纯金属锶收率大于85%，金属锶的纯度达到99.9wt.%以上。本发明专利技术在于优化选择还原剂，并控制工艺条件，使金属锶被还原，而杂质不被还原，且还原的金属锶不与还原剂形成合金相，由此解决金属锶制备难以高纯化及收率低的难题，从而可通过采用工业纯原料，获得纯度高于3N的金属锶产品。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯金属锶的制备方法以及用该方法制备的一种高纯金属锶
本专利技术属于冶金
，特别涉及一种超高纯金属锶的制备方法以及用该方法制备的一种高纯金属锶。
技术介绍
锶是一种银白色带黄色光泽的碱土金属。是碱土金属（除铍外）中丰度最小的元素。在自然界以化合态存在。金属锶在电子信息、化工、轻工、医药、陶瓷、冶金等行业有着广泛的应用。金属Sr的传统制备方法主要有熔盐电解法和真空热还原法，熔盐电解法存在原料价格高、产生的氯气污染环境、锶盐的挥发损失大和电解设备腐蚀严重等问题；真空热还原法主要有铝热法和硅热法，其中真空铝热还原法是目前制备金属锶的主要方法。真空铝热还原法是以SrCO3粉作原料，经高温焙烧分解成SrO；再将SrO与铝粉充分混合并压制成带缺口的中空圆柱体，用吊杆叠放成一串吊挂在密闭还原罐中；先抽真空再加热到高温发生锶还原反应；同时被还原出的锶蒸气在还原罐上部水冷结晶器上凝固结晶得到金属锶。最后，将水冷结晶器上金属锶块铲取下并立即充氩气密封包装。铝热还原反应残余物（SrO或Al2O3或SrO·Al2O3或3SrO·Al2O3）成渣团弃除。原料选用一等品工业碳酸锶和Al99.70牌号纯铝;还原炉加热温度为(1050±50)℃，真空度为0.1kPa，还原时间为24h。产品纯度为98%～99%，经过工艺优化后报道（见非专利文献1）的最高纯度为w(Sr)≥99.5%，w(Ba)<0.20%，w(Ca)<0.05%，还原收率<75%。真空硅热还原法制备的金属锶纯度达98%～99%的金属锶。最佳工艺条件为，真空度在0～100Pa，硅铁过量30%，制团压力30MPa，还原温度1250℃，保温2.5h，锶还原率可达57%，XRD和XRF分析表明，渣相主要物相为2SrO.SiO2和SrO.SiO2的混合物，且2SrO.SiO2占绝大部分。也有报道采用碳酸锶真空加碳热分解反应制备金属锶的报道，在系统压强为10Pa、温度为1473K的条件下，理论预测出这种方法的成本更低，还原率较铝热法和硅热法更高，且理论上无任何渣产出，可以实现渣的零排放。因此，现有真空热还原工艺制备的金属锶纯度<99wt.%，经过优化后的铝热还原法达到的纯度也只能达到99.5wt.%，纯度的进一步提高存在技术难度，特别是金属中的Ba、Ca等杂质含量依然较高，现有成熟的工艺还存在还原收率低的问题。综上所述，金属Sr的制备方法主要有熔盐电解法和真空热还原法，其中熔盐电解法存在原料价格高、产生的氯气污染环境、锶盐的挥发损失大和电解设备腐蚀严重等问题；真空热还原法主要有铝热法和硅热法，其中真空铝热还原法是目前制备金属锶的主要方法。现有真空热还原工艺制备的金属锶纯度<99wt.%，经过优化后的铝热还原法达到的纯度也只能达到99.5wt.%，纯度的进一步提高存在技术难度，特别是金属中的Ba、Ca等杂质含量依然较高，现有成熟的工艺还存在还原收率低的问题，通常收率不足75%。真空镧热还原是制备稀土金属钐的主要方法，这种方法的原理是：用金属热还原法还原蒸汽压高的稀土金属卤化物制取相应的稀土金属的方法未获得成功，只能得到低价的卤化物，蒸汽压值较高的稀土金属Sm、Eu、Yb、Tm甚至Dy、Ho、Er，可利用它们的氧化物，通过蒸汽压低的镧、铈金属还原-蒸馏制得。一次还原蒸馏的产品纯度可达99.5%以上。这种方法主要利用的是轻稀土镧、铈等元素较排序靠后的中重稀土元素活泼且蒸汽压低的特点，金属镧、铈单纯作为还原剂使用。现有技术文献非专利文献1：于金，吴三械等《真空铝热还原法制备高纯金属锶工艺》，“机械工程材料”第31卷，第12期。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备高纯金属锶的方法以及用该方法制备的一种高纯金属锶，通过该方法无需要求苛刻的原料，采用较简易的装置及更方便的作业，即可生产纯度达到99.9wt.%以上的高纯金属锶，关键杂质含量满足电子及光学材料的使用要求，还原的收率更高。为实现上述目的，本专利技术的解决方案是：一种高纯金属锶的制备方法，该制备方法用氧化锶作为原料，用金属镧作为还原剂，在真空条件下氧化锶被金属镧还原成金属锶蒸汽，通过冷凝器收集获得块状或丝状高纯金属锶。所述氧化锶是通过碳酸锶在1200～1250℃煅烧20~30min获得。所述还原剂采用金属镧，该金属镧选用950~1200℃条件下挥发杂质少的原料。所述还原剂选择镧、铈、镨、钕中的一种，或者他们的混合金属。所述金属锶在进行还原蒸馏时，加热到温度950~1200℃，真空度0.001~60Pa，加热时间2~15小时。所述金属锶在进行还原蒸馏时，加热到温度1000±20℃，真空度0.1~20Pa，加热时间8小时。采用上述任意一种方法制备的高纯金属锶，产品纯度为质量百分比高于99.95%，其中杂质的质量百分比为Ba<0.005、Ca<0.01、Al<0.005、Fe<0.005、Mg<0.01、C<0.01，F<0.005。本专利技术应用金属镧作为制备金属锶的还原剂具有独特的优势，即金属镧在真空高温条件下可将氧化锶还原成金属锶，而不会还原氧化钡、氧化铝、氧化钙，从而很容易实现金属锶与钡、铝、钙杂质的分离，即金属镧不单作为还原剂，且同时具备选择性还原而分离杂质的作用。而传统的铝热还原和硅热还原等方法氧化钡、氧化铝、氧化钙均可同时被还原成金属，由于这几类杂质与金属锶的蒸汽压非常相近，因而在相同的条件下被冷凝，很难获得很高纯度的金属锶。由于铝锶、硅锶存在多种的合金相，因而铝热还原或硅热还原金属锶过程中，锶被还原出后可与还原剂发生合金化作用，形成稳定的化合相，存在于稳定化合相中的金属锶很难被分离出来，从而降低金属锶的收率，而镧锶则不存在这种合金相，因而可以获得更高的收率。本专利技术的金属锶收率大于85%，金属锶的纯度达到99.9wt.%以上，氧含量为300重量ppm以下，碱金属、碱土金属的各元素分别为100重量ppm以下，过渡元素的各元素分别为100重量ppm以下，其中主要杂质的质量分数（%）为Ba<0.005、Ca<0.01、Al<0.005、Fe<0.005、Mg<0.01、C<0.01，F<0.005。本专利技术具有如下优良效果：可以稳定地提供高纯度金属锶的制备方法，还原温度低、收率高，制备出的高纯度金属锶中碱金属、碱土金属、过渡族金属杂质含量低，非常适合用于制备高性能发光材料及其他电子材料。附图说明图1是铝锶金属二元相图；图2是硅锶金属二元相图；图3是镧锶金属二元相图。具体实施方式本专利技术揭示了一种高纯金属锶的制备方法以及用该方法制备的一种高纯金属锶，该制备方法用氧化锶作为原料，用金属镧作为还原剂，在真空条件下氧化锶被金属镧还原成金属锶蒸汽，通过冷凝器收集获得块状或丝状高纯金属锶。本专利技术的上述方法，使用工业纯氧化锶作为原料，氧化锶是通过碳酸锶在1200～1250℃煅烧20~30min获得，选用碳酸锶但不限于碳酸锶高温煅烧获得氧化锶作为原料，还原剂金属镧选用950~1200℃条件下挥发杂质少的原料。根据本专利技术的启示，本领域专业人员可以选择包括但不限于镧、铈、镨、钕中的一种，或者他们的混合金属。本专利技术的上述方法中，金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯金属锶的制备方法，其特征在于：用氧化锶作为原料，用还原剂，在真空条件下氧化锶被还原剂还原成金属锶蒸汽，通过冷凝器收集获得块状或丝状高纯金属锶。

【技术特征摘要】
1.一种高纯金属锶的制备方法，其特征在于：用氧化锶作为原料，用还原剂，在真空条件下氧化锶被还原剂还原成金属锶蒸汽，通过冷凝器收集获得块状或丝状高纯金属锶。2.如权利要求1所述一种高纯金属锶的制备方法，其特征在于：氧化锶是通过碳酸锶在1200～1250℃煅烧20~30min获得。3.如权利要求1所述一种高纯金属锶的制备方法，其特征在于：还原剂采用金属镧，该金属镧选用950~1200℃条件下挥发杂质少的原料。4.如权利要求1所述一种高纯金属锶的制备方法，其特征在于：还原剂选择镧、铈、镨、钕中的一种，或者他们的混合金属。5.如权利要求1所述一种高纯金属锶的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉科，王萍，
申请(专利权)人：厦门稀纯材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35