本发明专利技术提供一种金属钪的制备方法及装置，包括如下步骤：通过浓盐酸对氧化钪进行酸溶解，采用树脂将酸溶解得到的氯化钪酸溶液中的杂质吸附脱出，得到除杂的氯化钪酸溶液；将除杂的氯化钪酸溶液浓缩除酸至预设浓度加入氟化氢铵进行氟化反应，得到氟化钪；将氟化钪与金属钙进行钙热还原反应，钙热还原反应完全后将得到的产物冷却至室温进行渣金分离，得到粗钪；将粗钪破碎后加入蒸馏坩埚内进行高温与低温交替热蒸馏处理，得到蒸馏样品；通过电子束熔炼设备对蒸馏样品进行精炼提纯处理，得到高纯度钪金属锭。利用本发明专利技术能够解决现有高纯金属钪提纯技术存在产品纯度不高或不稳定、加热时间长、工艺流程长、以及原料消耗成本高等问题。题。题。
【技术实现步骤摘要】
金属钪的制备方法及装置
[0001]本专利技术涉及稀土金属制备
，更为具体地，涉及一种金属钪的制备方法及装置。
技术介绍
[0002]随着移动通信技术的发展，高纯稀土元素分离方法的进步，高纯钪在滤波器中重要作用被研究发现并开始应用起来。铝钪合金是金属钪最早应用的领域。铁水中加入钪后，可提高铸铁的性能；金属铜中加入钪后可作为军舰耐腐蚀材料；在BaCuO/CB中加入钪后可生成BaCuScO/ScCB超导材料，临界性能大幅改善。此外，高纯钪在钪钇镓石榴石激光领域、电光源材料、高端传感器等方面均有重要应用。因此，高纯钪的市场需求将逐年增加。
[0003]金属钪的制备方法主要有金属热还原法和熔盐电解法。高纯金属钪通常采用真空碳管蒸馏炉进行。仅采用一次真空碳管炉真空蒸馏较难制备出高纯金属钪，在刘燚等人(高纯金属钪的制备，湖南有色金属，2016年)的研究中，一次蒸馏提纯后产品绝对纯度小于4N。李鸿亚等人(高纯金属钪锭的制备，有色金属(冶炼部分)，2017)为制备出高纯金属钪，进行2次低、高温蒸馏提纯，即预蒸馏和二次蒸馏两步分步进行。需要注意的是采用真空碳管蒸馏炉的升温速率一般较慢，所需时间较长，多次真空碳管蒸馏炉提纯不仅降低了工作效率，而且增大了系统中引入杂质的概率。蒸馏过程使用高纯石墨材质、硅钼加热棒，高温下样品极其容易引入碳等杂质。产品检测结果虽然达到较高4N纯度，但其中杂质元素碳、铁等仍然较高。李安军等人(一种低纯氧化钪富集物生产高纯金属钪的方法.CN 111172413A，2020)采用金属热还原法制得了金属钪。然后采用三步蒸馏法提纯金属钪。首先低温蒸馏，然后在配加钼粉的条件下进行高温蒸馏金属钪，最后再在配加硼粉条件下进行次高温提纯。三次提纯步骤后，样品稀土相对纯度达到4N，但其绝对纯度未达到4N。
[0004]综上现有技术的缺点为：真空碳管炉的升温速率一般较慢，升温需要较长时间。采用真空碳管炉一次蒸馏提纯，所得产品纯度一般较难达到电子等功能材料所需纯度要求，一般仅可制备3N纯度的样品。若采用多次真空碳管炉蒸馏，不仅所需时间较长，而且在长时间的高温下由于高温渗碳容易引入杂质碳等元素。多次真空碳管炉蒸馏提纯通常首次蒸馏温度较低(约1500℃)，一般低于金属钪熔点1541℃，金属钪内部易挥发杂质较难脱出，二次高温蒸馏钪时又收集进入样品，使其提纯效果较差，延长蒸馏时间，钪损增加。此外，真空碳管炉需多次开炉，样品污染风险增加，质量不能稳定。真空碳管炉的升降温时间较长，所需真空度较高，上述文献中真空一般都抽至10
‑3Pa以下，时间越长，真空度越高，真空系统负荷越大，采用外配高纯钼、硼等元素，借助与杂质元素的较大亲和力而提纯金属钪的方法并不经济，首先高纯钼、硼原料的市场价格较高，这些原料的使用增加了高纯金属钪的制备原料消耗成本；其次，钼、硼原料加入可能由于其原料本身纯度不够而引入新的杂质，导致产品纯度不高或不稳定。区域熔炼提纯是近些年提出的提纯方法，为了实现产品的提纯效果，通常需要往返多次进行，所需时间较长，提纯效率较低。对某些元素的净化，区域熔炼甚至需要超高真空10
‑6Pa，增加设备前期投入。固态电迁移法提纯效率更低，所需时间更长，生产能
力小，提纯效果有限。
技术实现思路
[0005]鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种金属钪的制备方法及装置，以解决目前的现有高纯金属钪提纯技术存在产品纯度不高或不稳定、加热时间长、工艺流程长、以及原料消耗成本高等问题。
[0006]本专利技术提供一种金属钪的制备方法，包括如下步骤：
[0007]通过浓盐酸对氧化钪进行酸溶解，采用树脂将所述酸溶解得到的氯化钪酸溶液中的杂质吸附脱出，得到除杂的氯化钪酸溶液；
[0008]将所述除杂的氯化钪酸溶液浓缩除酸至预设浓度加入氟化氢铵进行氟化反应，得到氟化钪；
[0009]将所述氟化钪与金属钙进行钙热还原反应，所述钙热还原反应完全后将得到的产物冷却至室温进行渣金分离，得到粗钪；
[0010]将所述粗钪破碎后加入蒸馏坩埚内进行高温与低温交替热蒸馏处理，得到蒸馏样品；其中，所述高温蒸馏的时间比所述低温蒸馏的时间短；
[0011]通过电子束熔炼设备对所述蒸馏样品进行精炼提纯处理，得到高纯度钪金属锭。
[0012]此外，优选的方案是，所述树脂为N235三辛癸烷基叔胺树脂、N902树脂、LIX984树脂、MIBK甲基异丁基酮树脂、AD
‑
108树脂、AD
‑
100树脂、TBP磷酸三丁酯树脂、P350甲基磷酸二甲庚酯树脂其中的一种或按照任意比例混合的几种。
[0013]此外，优选的方案是，在所述通过浓盐酸对氧化钪进行酸溶解，采用树脂将所述酸溶解得到的氯化钪酸溶液中的杂质吸附脱出，得到除杂的氯化钪酸溶液的过程中，
[0014]所述除杂的氯化钪酸溶液的酸度为0.01M
‑
7M；和/或，
[0015]所述树脂对所述氯化钪酸溶液中的杂质的吸附时间为5min
‑
120min。
[0016]此外，优选的方案是，所述将所述除杂的氯化钪酸溶液浓缩除酸至预设浓度加入氟化氢铵进行氟化反应，得到氟化钪包括：
[0017]对所述氯化钪酸溶液进行浓缩除酸，使浓缩除酸后得到的氯化钪液中的含水量小于所述氯化钪质量的5倍，得到浓缩氯化钪液；
[0018]向所述浓缩氯化钪液中加入氟化氢铵，在50℃～100℃的条件下，使所述浓缩氯化钪液与氟化氢铵进行氟化反应，反应20min～2h后，得到氟化反应产物；
[0019]将所述氟化反应产物依次进行除水处理和脱氨处理，得到氟化钪。
[0020]此外，优选的方案是，所述除水处理的温度为：200℃～250℃；所述脱氨处理的温度为：350℃～450℃；所述脱氨处理的方式为无氧脱氨；所述脱氨处理的时间为20min～3h；所述脱氨处理的压强为1～101325Pa。
[0021]此外，优选的方案是，所述将所述氟化钪与金属钙进行钙热还原反应，所述钙热还原反应完全后将得到的产物冷却至室温进行渣金分离，得到粗钪包括：
[0022]将所述氟化钪与金属钙加入真空感应炉内，当所述真空感应炉的温度为800℃～1600℃，内部压强为1Pa～0.2Mpa时，所述氟化钪与金属钙发生钙热还原反应，反应时间10min～60min后得到产物；其中，
[0023]所述金属钙的用量为所述金属钙的理论用量的1.05
‑
1.3倍；
[0024]将所述产物浇铸于模具中，将装有产物的模具冷却至室温后，对所述模具内的产物进行渣金分离，得到粗钪。
[0025]此外，优选的方案是，所述将所述粗钪破碎后加入蒸馏坩埚内进行高温与低温交替热蒸馏处理，得到蒸馏样品包括：
[0026]将所述粗钪破碎至小于所述蒸馏坩埚的半径，得到破碎的粗钪；
[0027]将所述破碎的粗钪加入到所述蒸馏坩埚中，将所述蒸馏坩埚置于真空感应炉内，使所述真空感应炉内的蒸馏本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种金属钪的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：通过浓盐酸对氧化钪进行酸溶解，采用树脂将所述酸溶解得到的氯化钪酸溶液中的杂质吸附脱出，得到除杂的氯化钪酸溶液；将所述除杂的氯化钪酸溶液浓缩除酸至预设浓度加入氟化氢铵进行氟化反应，得到氟化钪；将所述氟化钪与金属钙进行钙热还原反应，所述钙热还原反应完全后将得到的产物冷却至室温进行渣金分离，得到粗钪；将所述粗钪破碎后加入蒸馏坩埚内进行高温与低温交替热蒸馏处理，得到蒸馏样品；其中，所述高温蒸馏的时间比所述低温蒸馏的时间短；通过电子束熔炼设备对所述蒸馏样品进行精炼提纯处理，得到高纯度钪金属锭。2.根据权利要求1所述的金属钪的制备方法，其特征在于，所述树脂为N235三辛癸烷基叔胺树脂、N902树脂、LIX984树脂、MIBK甲基异丁基酮树脂、AD
‑
108树脂、AD
‑
100树脂、TBP磷酸三丁酯树脂、P350甲基磷酸二甲庚酯树脂其中的一种或按照任意比例混合的几种。3.根据权利要求1所述的金属钪的制备方法，其特征在于，在所述通过浓盐酸对氧化钪进行酸溶解，采用树脂将所述酸溶解得到的氯化钪酸溶液中的杂质吸附脱出，得到除杂的氯化钪酸溶液的过程中，所述除杂的氯化钪酸溶液的酸度为0.01M
‑
7M；和/或，所述树脂对所述氯化钪酸溶液中的杂质的吸附时间为5min
‑
120min。4.根据权利要求1所述的金属钪的制备方法，其特征在于，所述将所述除杂的氯化钪酸溶液浓缩除酸至预设浓度加入氟化氢铵进行氟化反应，得到氟化钪包括：对所述氯化钪酸溶液进行浓缩除酸，使浓缩除酸后得到的氯化钪液中的含水量小于所述氯化钪质量的5倍，得到浓缩氯化钪液；向所述浓缩氯化钪液中加入氟化氢铵，在50℃～100℃的条件下，使所述浓缩氯化钪液与氟化氢铵进行氟化反应，反应20min～2h后，得到氟化反应产物；将所述氟化反应产物依次进行除水处理和脱氨处理，得到氟化钪。5.根据权利要求4所述的金属钪的制备方法，其特征在于，所述除水处理的温度为：200℃～250℃；所述脱氨处理的温度为：350℃～450℃；所述脱氨处理的方式为无氧脱氨；所述脱氨处理的时间为20min～3h；所述脱氨处理的压强为1～101325Pa。6.根据权利要求1所述的金属钪的制备方法，其特征在于，所述将所述氟化钪与金属钙进行钙热还原反应，所述钙热还原反应完全后将得到的产物冷却至室温进行渣金分离，得到粗钪包括：将所述氟化钪与金属钙加入真空感应炉内，当所述真空感应炉的温度为800℃～1600℃，内部压强为1Pa～0.2Mpa时，所述氟化钪与金属钙发生钙热还原反应，反应时间10min～60min后得到产物...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘召波，付云枫，杨涛，王玮玮，陈宋璇，
申请(专利权)人：中国恩菲工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。