一种以工业铍制备高纯铍的方法技术

本发明专利技术公开了一种以工业铍制备高纯铍的方法，属于冶金材料制备工艺技术领域。在本发明专利技术中，以工业铍为原料，在惰性气体的保护下进行碱洗、一级过滤、酸洗、沉淀、二级过滤、干燥、熔融电解及后处理，实现高纯铍的制备；同时，本制备方法还对工序中产生的尾气、废渣、废液进行了回收利用或环保处理，不仅实现废物回收利用，增加原料的最大利用化，而且有效解决的环保问题。保问题。保问题。

【技术实现步骤摘要】
一种以工业铍制备高纯铍的方法


[0001]本专利技术涉及一种高纯铍的制备方法，尤其涉及一种以工业铍制备高纯铍的方法，属于冶金材料制备工艺


技术介绍

[0002]高纯金属材料的制备，一般以工业级纯度基础金属或高纯金属化合物为原材料，运用相应的物理和/或化学方法制备而得，金属材料的纯度是影响材料性能的关键因素。随着航空、航天、核工业、军工、半导体等关键领域技术的发展，高纯金属材料的应用和市场需求量不断增长，多种高纯金属材料已作为高新技术的战略物资，并对其纯度提出更高要求。高纯、超纯金属的制备、特性及应用在现代材料科学和工程领域中属于新型的不断增长的领域，其中，由于铍材料具有高弹性模量、高微屈服强度、大比热和高导热、良好的尺寸稳定性等特性，并在武器系统、航空航天和核能等领域有着重要的应用，以及具体被广泛用于直径从几十毫米到2000毫米的大直径圆筒形的切向入射望远镜和小直径X射线显微镜，比如：5N铍材料(纯度为99.999％)主要在冷型红外探测器、制冷型双色384
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288 焦平面探测器等器件制作过程中作为MBE源掺杂用，该铍材料的纯度直接影响着后续器件的成品率和性能指标，影响着武器装备的精确度、侦查/探测范围、夜视的距离和清晰度等，因此，必须在原材料、晶体制备以及后续加工等环节确保所用材料的纯度和生产环境的洁净度，才能生产出性能优异的产品。
[0003]目前，我国生产的铍材料度主要为99％(2N)，极少能生产得到纯度为99.9％(3N)的铍材料，同时也缺乏3N及以上高纯铍的标准。且金属铍及含铍材料在品级、工艺技术和材料研发的水平上与国外存在着很大的差距，影响着铍产业链的发展和铍材料的自主供给，已在一定程度上制约了铍相关应用领域的发展；同时，进口5N铍(超高纯铍)的价格极为昂贵。因此，急需快速提升我国在该领域的生产水平，特别需要加强铍材料的基础研究，如：高纯铍冶炼工艺技术及制粉新技术、铍近净形成型技术和快速近净形成型技术、新型铍材的合金设计与制备等技术。在现有高纯铍材料的制备工艺中，存在如下的技术难题：
[0004]一、由于铍及其化合物均有毒，因而其制备过程必须全程采取相应的防毒设备及防毒措施，而铍用量较少，超高纯铍市场容量约为100g，因而其来源基本依赖进口。部分企业采用物理提纯法制备的高纯铍，产品等级一般能满足3N，最高达到4N，但几乎无法满足 5N的铍产品要求；部分企业采用化学法制备高纯铍，产品等级能达到5N要求，但其在生产过程中带来对环境不利影响，因此，在采用化学提纯法制备5N超高纯铍的生产过程中要提出相关的环境影响措施；
[0005]二、高纯铍的制备工艺线路复杂，制备过程中采用化学法与物理法相结合的制备工艺，中间环节较多，制备过程中易造成中间产品二次污染，中间产品也需要进行防毒处理；
[0006]三、由于二氯化铍熔点较高(399.2
‑
400℃)，因此在高纯铍的氯化精馏中需重点考虑氯化和精馏设备结构，例如：进料方式、残液残渣处理以及配套的自动化控制系统等问
题；
[0007]四、在4N高纯铍生产工艺的基础上，增加真空熔炼工艺生产5N超高纯铍，需自主设计相符合的真空熔炼炉，确定设备结构和工艺参数，满足超高纯铍的提纯要求，并进一步降低铍产品中的杂质元素含量，满足5N超高纯铍中杂质含量指标及使用要求。
[0008]于2014年03月26日公开了一种公开号为CN103663506A，名称为“精制氢氧化铍的制备方法以及利用该精制氢氧化铍制备核纯级金属铍珠的方法”的专利文献，其中，具体公开：以制备的精制氢氧化铍为原料，采用镁还原法生产核级金属铍。
[0009]于2019年12月20日公开了一种公开号为CN110589858A，名称为“一种用工业级铍制备氟化铍的方法“的专利文献，其中，具体公开：(1)将工业级铍用酸溶液浸出；(2) 浸出液采用有机萃取剂萃取，得到负载有机相；(3)使用酸溶液洗涤负载有机相；(4)使用氟化氢铵水溶液萃取步骤(3)得到的负载有机相，萃取完毕后收集水相；(5)使用氨水调节步骤(4)得到的水相的pH值为5～8，除去沉淀获得滤液；(6)将步骤(5)得到的滤液在70～130℃度下浓缩结晶得到氟铍酸铵；(7)将氟铍酸铵在850～1000℃煅烧得到氟化铍。本专利技术方法依次将酸浸提、萃取、酸洗、氟化氢铵水溶液萃取、氨水除杂、浓缩结晶和煅烧结合起来制备氟化铍，得到的氟化铍的纯度高于99.95％。

技术实现思路

[0010]本专利技术旨在解决现有技术中的不足，而提出了一种以工业铍制备高纯铍的方法。在本技术方案中，以工业铍为原料，在惰性气体的保护下进行碱洗、一级过滤、酸洗、沉淀、二级过滤、干燥、熔融电解及后处理，实现高纯铍(4N以上)的制备；其中，在碱洗、一级过滤、酸洗、沉淀及二级过滤工序中，结合原料工业铍中Mg、Fe、Al、Cu、Zn、Cr、 Mn、Pb、Ni、Co、Ag等金属元素和Si、B等非金属杂质元素的迁移和走向规律；其中，在氢氧化铍熔融电解工序中，结合熔融电解工艺参数对铍纯度影响规律与机理，最终得到高纯铍产品(5N级)。同时，本制备方法还对工序中产生的尾气、废渣进行了后续处理，不仅实现废物回收利用，增加原料的最大利用化，而且有效解决的环保问题。
[0011]为了实现上述技术目的，提出如下的技术方案：
[0012]一种以工业铍制备高纯铍的方法，在惰性气体的保护下，包括进行如下步骤：
[0013]A.碱洗：将工业铍放入至浓度为10
‑
20％的氢氧化钠水溶液中，搅拌至完全溶解，得铍酸钠溶液；
[0014]B.一级过滤：将所得铍酸钠溶液过滤，除去其中的Mg、Fe、Cu、Zn、Mn、Ni、Pb、 Cr、Ag、Si、B等杂质(此部分杂质为不与OH
‑
反应的杂质)，得一级滤液和一级滤渣；
[0015]C.酸洗：将所得一级滤液通入至浓度为10
‑
20％的盐酸溶液中，反应，得到氯化铍溶液；
[0016]D.沉淀：向所得氯化铍溶液中通入过量弱碱，生成带有白色沉淀的氢氧化铍溶液；
[0017]E.二级过滤：将所得氢氧化铍溶液过滤，除去其中的NaCl、NH4Cl、AlCl3等杂质(此部分杂质为与H
+
反应且不与OH
‑
反应的杂质)，得二级滤液和二级滤渣；
[0018]F.干燥：将所得二级滤渣置于100
‑
130℃的恒温条件下，干燥，得呈粉末状的氢氧化铍；
[0019]G.熔融电解：将所得呈粉末状氢氧化铍与等摩尔量的氢氧化钠粉末混合均匀，放
入至电解炉中，以5℃/min的速度将电解炉内加热至420℃，氢氧化铍和氢氧化钠融化，控制电解炉内为恒温；
[0020]于420℃的恒温条件下保温0.5h后，以电解炉为正极，以电解炉中铂板为负极，将正、负极接通电解电源，设置电压为2.5
‑
3V，生成的金属铍附着在铂板上；
[0021]待电解电流为0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以工业铍制备高纯铍的方法，其特征在于，在惰性气体的保护下，包括进行如下步骤：A．碱洗：将工业铍放入至浓度为10
‑
20%的氢氧化钠水溶液中，搅拌至完全溶解，得铍酸钠溶液；B．一级过滤：将所得铍酸钠溶液过滤，得一级滤液和一级滤渣；C．酸洗：将所得一级滤液通入至浓度为10
‑
20%的盐酸溶液中，反应，得到氯化铍溶液；D．沉淀：向所得氯化铍溶液中通入过量弱碱，生成带有白色沉淀的氢氧化铍溶液；E．二级过滤：将所得氢氧化铍溶液过滤，得二级滤液和二级滤渣；F．干燥：将所得二级滤渣在100
‑
130℃的恒温条件下，干燥，得呈粉末状的氢氧化铍；G．熔融电解：将所得呈粉末状氢氧化铍与等摩尔量的氢氧化钠粉末混合均匀，放入至电解炉（7）中，以5℃/min的速度将电解炉（7）内加热至420℃，氢氧化铍和氢氧化钠融化，控制电解炉（7）内为恒温；于420℃的恒温条件下保温0.5h后，以电解炉（7）为正极，以电解炉（7）中铂板为负极，将正、负极接通电解电源，设置电压为2.5
‑
3V，生成的金属铍附着在铂板上；待电解电流为0.5A时，将电解电源设置为恒流，保持0.5h；H．后处理：停止电解，将电流降为0A；取出铂板，将金属铍从铂板上剥离，得高纯铍产品。2.根据权利要求1所述的以工业铍制备高纯铍的方法，其特征在于，所述以工业铍制备高纯铍的方法还包括：收集一级滤渣，熔融电解后，回用为工业铍原料；收集二级滤液，直接通入至废液处理池（16）。3.根据权利要求1所述的以工业铍制备高纯铍的方法，其特征在于，所述以工业铍制备高纯铍的方法还包括：检测步骤H中剥离后的金属铍，合格，则真空储存，备用；不合格，则将剥离后的金属铍放入真空熔炼炉（17）中，抽真空至5Pa后，加热至1300℃，保持5Pa的真空度，保温2h，缓慢降温，得高纯铍产品；或者，将不合格的金属铍回用为工业铍原料。4.根据权利要求1所述的以工业铍...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁小武，李宏，卢苇，黎亚文，杨武勇，雷聪，
申请(专利权)人：东方电气集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：