金属单质的工业制备(color)

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
提纯时蒸馏速度可参考Langmuir方程
E = 0.538a���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
氟化铍制取加热氟铍酸铵[(NH4↑)2BeF4]晶体即分解成氟化铍,其反应为: (NH4)2BeF4==BeF2 +2NH4F
1933年谢尔格伦(B.Kjellgren)提出加入过量氟化铍作熔剂的方法, 才使镁热还原氟化铍的方法得以应用于工业生产。还原反应为:
BeF2+Mg=Be+MgF2
15
美国布拉什-尔曼公司镁热还原法生产金属铍工艺流程
(70‐80℃)
Sc2O3+6HF=2ScF3+3H2O ↑ (600‐750℃)
2. 钪的钙热还原(钙热还原工序)
2ScF3+ 3Ca=2Sc+ 3CaF2 (900‐1650℃)
21
上述直接金属还原法制备的粗钪中还有8%‐10
%的钽及其他杂质,需要通过蒸馏提纯以获取高
纯度金属钪。蒸馏前还须将粗钪破碎成小颗粒真 空除钙1h。
氢氧化铍含杂质:Al4×l0-2%,Fe5×l0-2%,Mg5×l0-3%,Si25×l0-3 %,Ca5×l0-3%,Mnl0-3%,Nal0-2%,Li<2×l0-3%,Co<l0-3%,Cr2×l0-3 %,Ni<5×l0-3%。当处理含BeO0.5%~1.5%的羟硅铍石时,铍的总回收 率为80%,而处理含BeO5%~6%的绿柱石精矿时,铍的总回收率达9%, 该法的技术经济指标优于其他生产方法。氢氧化铍经煅烧便制得氧化铍。
11
从铍矿石到氧化铍的生产过程
用溶剂萃取法从硫酸盐溶液中制取氧化铍的过程,适用于处理低品 位的羟硅铍石,也可用以处理绿柱石所得的硫酸盐溶液。溶剂萃取法生 产氧化铍主要包括酸浸出、萃取和反萃取及水解沉淀等过程。 酸浸出 将含U2O80.002%~0.015%的羟硅铍石湿磨至-0.074mm粒级,加入
3
锂矿的提取法
2) 石灰法
将石灰或石灰石与锂矿石一起烧结,然后用水 处理,浸去液经过多次蒸发,既可以从中结晶 析出氢氧化锂。
4
石灰法提取流程图
5
锂矿的提取法
3) 硫酸法
首先提出此方法的是R.B.Ellestad和K. M. Leute,此方法适用于β-锂辉石和锂云母。
此反应的关键问题是只能与β-锂辉石反应,对 于α-锂辉石,硫酸无法与之反应。用硫酸直接分 解未经锻烧的锂辉石,提取出来的锂仅占总量的 4%。
6
硫酸法提取流程图
7
金属锂的制备
1) 电解法
锂可由电解熔融的氯化锂而制得。Guntz首先 建议用电解熔融的氯化锂和氯化钾的混合物来制 备金属锂,这样可以把熔融温度从单质锂的610℃ 降低到400℃。
以石墨为阳极,以低碳钢为阴极,电解槽压为 6.0-6.5V,可以得到纯度为99%的锂。
8
Lithium chloride electrolysis
20
1. ScF3的制备(氟化工序)
¾固相氟化:
Sc2O3+ 6NH4F∙HF= 2ScF3+ 6NH4F+ 3H2O (300℃) ¾湿法氟化:
Sc2O3+6HCl=2ScCl3+3H2O ScCl3+3HF+nH2O=ScF3 ∙ nH2O↓+3HCl ScF3 ∙ nH2O=ScF3+nH2O↑ (加热) ¾干法氟化:
深蓝至铅灰色,单斜晶系
美国、德国
暗灰黑色,斜方晶系
莫桑比亚、马达加斯 加
黑色
哈萨克斯坦
无色或带粉红色或紫色针状、 扇形或纤维状
中亚细亚热热矿
18
水磷钪石( Kolberckite ) ScPO42H2O板状集合体, 无色,不透明,玻璃光 泽,硬度:5,密度:
2.35
钪钇石( Thortveitite) 化学组成大致为(Sc, Y…)2Si2O7。灰绿色。单斜 晶系。密度3.57g/cm3。莫 氏硬度6~7。部分溶于酸。 产于花岗伟晶岩中。
(Ce,La,Ca)4(F 钪-钛硅钇铈矿 e2+,Sc)(Ti,Fe3+ (Sc-Perrierite) )2Ti2[O4/Si2O7]
2
硅钪钡镁石
KBa(Al,Sc)Fe2
(Magbasite) +Mg5F2Si6O20
14-15 39.2 5-6.1 4.3 2.1
蓝色,六方晶系
意大利、瑞典、哈萨 克斯坦
浓度10%的硫酸,通蒸气加热至338K,并不断搅拌24h ,用逆流洗涤式浓密机 分离沉渣,获得的硫酸铍溶液含Be0.4~0.7g/L、Al4~7g/L、Mg1.5g/L,还有铁 及其他少量杂质。
萃取和反萃取 将硫酸铍溶液调整到pH0.5~1,用0.5mol/LD2EHPA+4%己醇
煤油组成的有机相经八级逆流萃取,铍便负载于有机相,残液含有原溶液的全 部镁和大部分铝。萃取的主要反应为:
Be2+(a)+2H2X2(o)——BeH2X4(o)+2H+(a) 式中X代表D2EHPA。 负载铍的有机相用碳酸铵溶液反萃取,其反应为:
12
从铍矿石到氧化铍的生产过程(续)
水解沉淀 将反萃液加热至343K,使被萃取的少量铁和铝水解成氢氧化物
析出。向溶液中加入EDTA抑制杂质,并继续加热至,368K,铍便水解成碱 式碳酸铍[2BeCO3•Be(OH)2]沉淀析出。沉淀经过滤、调浆洗涤后,于438K 温度下烘干转化成氢氧化铍。反萃后的有机相经酸处理即可返回使用。
Sc2O3% 33.8-42.3
特性 灰绿至近黑色,单斜晶系
出产(发现)地
挪威、日本、马达加 斯加、乌拉尔
铁硅钪矿 (Bazzite)
Be3Sc2Si6O18
水磷钪石 (Kolberckite)
Sc(PO4)·2H2O
钪-锰钽矿
(Ta,Nb,Sn,Mn,
(Sc-lxiolite) Fe,Sc…)2O4
9
金属锂的制备
2) 热还原法
因为还原氧化锂是吸热反应,再加上金属锂的 性质十分活泼,所以反应只能在高温和高真空中 进行。
10
ⅡA 族:Be From SA10014015 赵元 p.11-16
常见的铍矿石 (Beryllium ores)
硅铍石 Be2SiO4
金绿石 BeAl2O4
绿柱石 Be3Al2(SiO3)6
19
金属钪的制取方法有中间合金法、熔盐电解
法、直接金属还原法三种。
¾ 中间合金法 不需高温蒸馏,可以制备含钽小于 0.0005%的纯金属,其他杂质也较低。但工艺周期 长,且钪回收率低于50%。 ¾ 熔盐电解法 通常采用易挥发低熔点金属为阴极,钪 呈细粒分散在电解液中,电流效率和钪的回收率(50 %以下)也较低。 ¾ 钙热还原ScF3 制取钪是在钪和渣的熔点以上进行 (1600℃)。高温下钪对干过材料有浸蚀作用。该法 工艺周期短,钪的直接回收率高达90%以上。
wk.baidu.com16
ⅢB 族:
From SA10014026 臧永 p.17-23
纯金属钪致密柔软,
呈泛黄的银白色,易加
工,可轧制和冲压。室温 下为六方密排晶形(hcp) 的α‐Sc,1337℃时转变 为体心立方的β‐Sc。
金属钪通常采用氟化
钪钙热还原法制备。
17
名称
钪钇石 (Thortveitite)
通式 Sc2Si2O7
13
溶剂萃取法生产氧化铍工艺流程如图
14
镁热还原法生产金属铍
氧化铍极难直接还原成金属,生产中先将氧化铍转化为卤化物,然后 再还原成金属。有两种工艺:氟化铍镁还原法和氯化铍熔盐电解法。
镁热还原法生产金属铍主要包括氟铍酸铵制取、氟化铍制取、氟化铍 镁热还原、还原产物处理及氟盐回收等。
氟铍酸铵制取用氟氢化铵溶解氢氧化铍或氧化铍,并用氟化铵调整溶 液成分。溶解反应为:Be(OH)2+2NH4HF2==(NH4)2BeF4+2H2O
金属单质的工业制备
整理:SR Li 2010-11-06
1
ⅠA 族:Li From BC10002002徐业伟 p.2-10
常见的锂矿石 (Lithium ores)
锂辉石
透锂长石
锂云母
2
锂矿的提取法
1) 硫酸盐法
锂辉石和硫酸钾一起烧结,钾将锂置换出来, 形成可溶于水的硫酸锂。
硫酸盐分解法在很长一段时间是工业制备锂的 唯一方法。此方法不仅适用于锂灰石,也可以用 来处理锂云母。
相关文档
最新文档