本發(fā)明屬于鈹冶金，具體涉及一種金屬鈹?shù)募兓椒ā?/p>

背景技術(shù)：

1、金屬鈹有密度小，比剛度、比熱容、熱導(dǎo)率大和耐腐蝕等優(yōu)秀的物理化學(xué)性質(zhì)及優(yōu)秀的核性能。金屬鈹用于制備衛(wèi)星框架部分和結(jié)構(gòu)、衛(wèi)星鏡體、火箭噴嘴、陀螺儀和導(dǎo)航及武器控制組件、電子封裝、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和高功率激光器的鏡體；金屬鈹也被用于核裂變和聚變反應(yīng)堆。主要的應(yīng)用是在x射線管和高能物理學(xué)領(lǐng)域的一些束流管(窗)上。高純鈹(4n以上)主要作為mbe源用來制備切向入射望遠(yuǎn)鏡和x射線顯微鏡等精密器件。

2、我國生產(chǎn)金屬鈹?shù)墓に嚍榉旀V熱還原法，制得的產(chǎn)品中鈹?shù)募兌纫话悴桓哂?9%，其中主要雜質(zhì)為鎂。目前，由工業(yè)金屬鈹制備高純鈹?shù)姆椒ㄓ姓婵照麴s法和熔鹽電解法。真空蒸餾法需要克服金屬鈹表面氧化層阻礙易揮發(fā)雜質(zhì)向氣相擴(kuò)散的問題，對于難揮發(fā)雜質(zhì)(如鐵、錳、鉻、鎳、銅、鋁、硅等)，難以通過真空蒸餾與鈹分離，而且該方法對設(shè)備和裝置要求較高；而熔鹽電解法流程長、操作繁瑣、產(chǎn)能低，不適合規(guī)模化應(yīng)用。

3、因此需要開發(fā)一種金屬鈹純化的清潔、綠色、經(jīng)濟(jì)、高效的新方法，以實(shí)現(xiàn)高性能鈹材料的自主供給。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種清潔、綠色、經(jīng)濟(jì)、高效的金屬鈹純化方法。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

3、一種金屬鈹純化方法，包括：

4、步驟1）、將工業(yè)金屬鈹和金屬捕集劑(金屬錫)混合后在惰性氣氛中熔煉，形成兩個液相層，上部為液態(tài)鈹，下部為液態(tài)錫，使工業(yè)金屬鈹中的雜質(zhì)富集在錫中；

5、步驟2）、控制溫度緩慢降低，使上部液相鈹在逐漸凝固過程中，鈹中殘留的少量金屬錫得以脫除，脫除出的液態(tài)金屬錫重新返回下部液錫層；

6、步驟3）、降溫至232-300℃，取出已凝固的金屬鈹錠并將其酸洗去除表面氧化物，即得到純化的金屬鈹產(chǎn)物，純度較工業(yè)金屬鈹可提升1-2個數(shù)量級。

7、進(jìn)一步的，取出純化的金屬鈹產(chǎn)物后，倒出液態(tài)金屬錫并回收?；厥盏玫降拇皱a可直接循環(huán)至步驟1），也可經(jīng)精煉除雜處理后循環(huán)至步驟1）。

8、優(yōu)選的，回收得到的粗錫精煉除雜工藝為：加氯化銨攪拌除鋁→凝析除鐵、硅→真空揮發(fā)除鎂、鈣、鋅、鉛，得到精錫，并循環(huán)至步驟1）。

9、所述步驟1）應(yīng)在惰性氣氛中進(jìn)行。因?yàn)榧词刮⒘康膐溶解于be相中，也將使be的熔點(diǎn)大幅升高且使熔體內(nèi)夾雜有高熔點(diǎn)氧化物，不利于純鈹析出步驟的精確控溫和鈹錫分層，因此所用加熱設(shè)備應(yīng)滿足惰性氣氛條件的需要。

10、優(yōu)選的，所述工業(yè)金屬鈹為純度90wt%-99wt%，粒徑小于3cm的鈹珠或鈹粒。

11、優(yōu)選的，所述金屬捕集劑為純度高于99wt%的金屬錫。

12、優(yōu)選的，原料中工業(yè)金屬鈹和錫的質(zhì)量比為1：(1-5)。二者可以以任意方式加入裝料坩堝中，更優(yōu)選的，工業(yè)金屬鈹和錫混合均勻后加入裝料坩堝，有利于鈹錫充分接觸，促進(jìn)錫捕集鈹相中的雜質(zhì)元素。

13、優(yōu)選的，所述步驟1）中，所用裝料坩堝的材質(zhì)為氧化鎂、氧化鋁或氧化鈹。

14、優(yōu)選的，所述步驟1）中，使用的熔煉設(shè)備為感應(yīng)爐。感應(yīng)加熱會對金屬熔體產(chǎn)生攪拌作用，使鈹錫接觸更加充分，有利于鈹中雜質(zhì)向錫中遷移。

15、優(yōu)選的，所述步驟1）中，熔煉溫度控制在1300-1500℃，保溫20-120min。

16、優(yōu)選的，所述步驟2）中，先以10-30℃/min的降溫速率開始降溫，當(dāng)溫度降至1289±?(10-100)℃區(qū)間時，該區(qū)間范圍內(nèi)的降溫速率為0.1-2℃/min。在金屬鈹凝固過程中，鈹相中錫的溶解度降低至接近于0，鈹相中溶解的微量的錫返回錫相。而且由于熔化后鈹?shù)拿芏冗h(yuǎn)小于錫(be：1.690g/cm3，sn：6.990g/cm3)，容易實(shí)現(xiàn)鈹錫兩相分層，純凈的鈹在熔體上層凝固。在金屬鈹?shù)哪厅c(diǎn)溫度附近采取足夠小的降溫速率，可以進(jìn)一步提高鈹錫的分離系數(shù)，避免鈹過快冷凝導(dǎo)致兩相之間發(fā)生物理性的摻雜。而在此溫度區(qū)間外可依據(jù)裝料坩堝的抗熱震性采取較快降溫速率，控制降溫速率為10-30℃/min，可以縮短工藝流程，降低能耗。

17、優(yōu)選的，所述步驟3）中，降溫速率為10-30℃/min。

18、優(yōu)選的，所述步驟3）中，將金屬鈹錠浸沒在h+濃度為0.05-0.5mol/l的鹽酸、硫酸或硝酸中進(jìn)行酸洗10-30min。

19、本發(fā)明的金屬鈹純化方法以錫作為雜質(zhì)金屬捕集劑，與工業(yè)金屬鈹在感應(yīng)爐內(nèi)共同熔煉，金屬鈹和錫熔化后，形成兩個液相，上層為液態(tài)鈹，下層為液態(tài)錫。根據(jù)雜質(zhì)在鈹相和錫相中溶解度的差異，實(shí)現(xiàn)鈹中雜質(zhì)向錫遷移。在降溫階段，溫度在鈹?shù)哪厅c(diǎn)附近時，應(yīng)采取緩慢降溫（0.1-2℃/min），使上部液相鈹在逐漸凝固過程中，鈹中殘留的少量金屬錫重新返回下部液錫層從而被脫除，同時緩慢降溫可以避免引起鈹錫之間發(fā)生物理性的摻雜。金屬鈹完全凝固后，可以適當(dāng)采取較快的降溫速率（10-30℃/min）冷卻至232-300℃。將凝固的金屬鈹取出并酸洗去除表面氧化物，即得到純化的金屬鈹產(chǎn)物。倒出液態(tài)金屬錫并回收，得到的粗錫可以直接循環(huán)至熔煉步驟，也可經(jīng)精煉除雜處理后循環(huán)至熔煉步驟。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

21、1、本發(fā)明的金屬鈹純化方法相較于真空蒸餾法，不僅對mg、ca等易揮發(fā)雜質(zhì)有明顯脫除效果，還能夠?qū)崿F(xiàn)對難揮發(fā)性雜質(zhì)(如fe、mn、cr、ni、al、si等)的深度除雜。

22、2、本發(fā)明的金屬鈹純化方法相較于熔鹽電解法，采用此工藝操作簡單，工藝流程短，實(shí)施難度小，易規(guī)?；瘧?yīng)用。

23、3、本發(fā)明的金屬鈹純化方法實(shí)現(xiàn)了金屬捕集劑的循環(huán)再生，且流程中沒有鈹?shù)膿p失，是一種清潔、綠色、經(jīng)濟(jì)、高效的金屬鈹純化方法。

技術(shù)特征：

1.一種金屬鈹純化方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鈹純化方法，其特征在于，所述工業(yè)金屬鈹為純度90wt%-99wt%，粒徑小于3cm的鈹珠或鈹粒。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鈹純化方法，其特征在于，作為金屬捕集劑的金屬錫的純度高于99wt%。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鈹純化方法，其特征在于，所述工業(yè)金屬鈹和作為金屬捕集劑的金屬錫的質(zhì)量比為1：(1-5)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鈹純化方法，其特征在于，所述步驟1）中，采用坩堝進(jìn)行裝料，坩堝的材質(zhì)為氧化鎂、氧化鋁或氧化鈹。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鈹純化方法，其特征在于，所述步驟1）中，熔煉溫度為1300-1500℃，并保溫20-120min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鈹純化方法，其特征在于，所述步驟2）中，先以10-30℃/min的降溫速率開始降溫，當(dāng)溫度降至1289?±?(10-100)℃區(qū)間時，該區(qū)間范圍內(nèi)的降溫速率為0.1-2℃/min。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鈹純化方法，其特征在于，所述步驟3）中，將金屬鈹錠浸沒在h+濃度為0.05-0.5mol/l的鹽酸、硫酸或硝酸中進(jìn)行酸洗10-30min。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鈹純化方法，其特征在于，所述方法還包括：取出純化的金屬鈹產(chǎn)物后，倒出液態(tài)金屬錫并回收。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金屬鈹純化方法，其特征在于，回收得到的金屬錫直接循環(huán)或者經(jīng)精煉除雜處理后循環(huán)至步驟1）用作金屬捕集劑。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種金屬鈹純化方法，其包括：步驟1）、將金屬錫作為金屬捕集劑，將工業(yè)金屬鈹和金屬錫混合后在惰性氣氛中熔煉，形成兩個液相層，上部為液態(tài)鈹，下部為液態(tài)錫，使工業(yè)金屬鈹中的雜質(zhì)富集在錫中；步驟2）、控制溫度緩慢降低，使上部液相鈹在逐漸凝固過程中，鈹中殘留的少量金屬錫得以脫除，脫除出的液態(tài)金屬錫重新返回下部液錫層；步驟3）、當(dāng)降溫至232?300℃時，取出已凝固的金屬鈹錠并將其酸洗去除表面氧化物，得到純化的金屬鈹產(chǎn)物，其純度較工業(yè)金屬鈹提升1?2個數(shù)量級。本發(fā)明的方法能夠深度除雜，且操作簡單，工藝流程短，實(shí)施難度小，易規(guī)?；瘧?yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：于大偉,王澤安,郭學(xué)益,田慶華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21