[发明专利]一种金属钙热还原一步制备高纯铷的方法

说明书

本发明公开了一种金属钙热还原一步制备高纯铷的方法，本发明采用纯度大于95％的金属钙颗粒和纯度为98.0～99.9％的氯化铷粉末为原料，首先将金属钙颗粒与氯化铷粉末混合，采用不锈钢作为容器，置于卧式卧式真空电炉中惰性气氛下加热至842℃～1390℃，进行热还原置换反应，通过被加热的直通式管道在真空抽力下将金属铷蒸汽引导至冷凝部位，冷凝成液滴后流入收集器中，得到的液态金属铷的纯度可达99.50～99.99％。本发明提供一种采用还原性金属一步加热法制备高纯铷的工艺，无需多次加热还原、电解、蒸馏等复杂工序，具有提纯过程简单易行、成本低、绿色无污染、安全可靠的优点，适用于连续式工业化。与现有技术相比，具有更好的实用性和工业化优势。

技术领域

本发明属于金属提纯领域，具体为一种以金属钙颗粒和氯化铷粉末为原料，采用一步加热还原制备高纯铷的方法。

背景技术

由于铷具有独特的性能，使得其用途广泛，且在国民经济中占重要地位，无论是在传统领域，还是在新的应用领域都发挥着重要的作用，特别是在高科技领域中的作用愈发明显。在传统领域中，如催化剂、特种玻璃、电子器件、生物材料等领域，近几年有较大的发展。在新领域中，如铷原子钟、磁流体发电、能源等领域，更是展现出了强劲的生命力。目前，发达国家中，铷用于高新领域的占比达到80％，铷用于传统领域占比为20％。铷是制造电子器件(光电倍增管、光电管)、分光光度计、自动控制、光谱测定、彩色电影、彩色电视、雷达、激光器以及玻璃、陶瓷、电子钟等的重要原料；在空间技术方面，离子推进器和热离子能转换器需要大量的铷；铷的氢氧化物和硼化物可作高能固体燃料；放射性铷可测定矿物年龄；此外，铷的化合物应用于制药、造纸业；铷还可作为真空系统的吸气剂。

铷是一种非常活泼的稀有碱金属，在地壳中的含量为0.028％，极其分散，没有单独的矿藏，主要赋存于锂云母〔KRbLi(OH，F)Al₂Si₃O₁₀〕、光卤石〔KCl·MgCl₂·6H₂O〕等固体矿石及盐湖卤水中。我国55％的铷资源储存在锂云母中，江西宜春、湖南、湖北、河南、广东以及四川等地都是我国铷资源的主要富集地。青海、西藏高原等地的盐湖卤水以及地下卤水中铷含量也十分丰富，但是，由于铷的化学性质与其他共存的金属离子性质相似，导致工业分离困难，使得铷资源的充分利用受到限制，铷的产率较低。

目前，金属铷主要的生产方法有：电解法、热分解法和金属热还原法。本森(Bunsen)和契尔科夫(Krichhoff)首次在石墨阳极和铁阴极组成的电解槽内电解熔融氯化铷，成功制得金属铷。也有人从以汞作阴极的熔体中，电解得到铷汞齐，再从铷汞齐中回收金属铷。金属铷熔盐电解最适当的电解质体系是卤化物体系，金属铷的沸点低，卤化物熔点高，一般需向卤化物中加入能降低电解质熔点的助熔物质。铷的活性强，导致电解制备金属铷收集过程非常复杂，且收集过程中金属铷损失大，因此，电解法最终未获得广泛应用。

热分解法是制取少量高纯金属铷的一种方法。用叠氮酸中和碳酸铷，或用叠氮化钡和硫酸铷溶液进行反应而制得叠氮化铷。叠氮化铷性质稳定，加热时容易离解，在583K左右分解放出氮。将叠氮化铷在10Pa真空压力，773K温度下进行热分解，即可得到不含气体的光谱纯金属铷。

金属热还原法是制取金属铷最简便的方法，也是目前最主流的制备金属铷的方法。以氢氧化铷、碳酸铷、卤化铷、硫酸铷、铬酸铷和硝酸铷作为原料，用强还原性金属如锂、钠、钙、镁、锆、铝或硅等作还原剂，在高温下还原。还原反应在惰性气氛中进行，然后用真空蒸馏法将铷蒸汽由反应装置中移出。金属铷蒸汽在真空抽力下引导至冷凝部位，冷凝成液滴后流入收集器中。