真空碳熱還原制取金屬鍶的理論及實驗研究.pdf

1、金屬Sr及化合物廣泛應(yīng)用于電子、化工、冶金、光學(xué)和醫(yī)藥等領(lǐng)域。金屬Sr的傳統(tǒng)制備方法主要有熔鹽電解法和真空熱還原法，熔鹽電解法存在原料價格高、產(chǎn)生的氯氣污染環(huán)境、鍶鹽的揮發(fā)損失大和電解設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等問題；真空熱還原法主要有鋁熱法和硅熱法，這兩種方法需要消耗大量昂貴的鋁粉和金屬硅或硅鐵，且產(chǎn)生大量固態(tài)渣，經(jīng)濟(jì)性、資源環(huán)保性差。本文提出了采用廉價的碳作還原劑的真空碳熱還原法來制備金屬鍶新方法；較為系統(tǒng)地研究了新方法的熱力學(xué)、動力學(xué)；通過碳熱

2、還原實驗，制備出了金屬鍶；計算并分析了新方法的技術(shù)-經(jīng)濟(jì)-資源-環(huán)境效益；預(yù)示了新方法的應(yīng)用前景。
　　 ①進(jìn)行了碳酸鍶直接熱分解和碳酸鍶真空加碳熱分解反應(yīng)熱力學(xué)、動力學(xué)分析和試驗研究。結(jié)果表明，開始分解溫度隨系統(tǒng)壓強(qiáng)的降低而降低，在1～100Pa的壓強(qiáng)范圍內(nèi)，碳酸鍶加碳分解的開始分解溫度比碳酸鍶直接分解平均降低約200K；分解過程主要受化學(xué)反應(yīng)控制，在973～1123K進(jìn)行碳酸鍶直接熱分解反應(yīng)的表觀活化能為142.76 kJ/

3、mol，碳酸鍶真空加碳熱分解反應(yīng)的表觀活化能為124.82kJ/mol，加碳有助于反應(yīng)活化能的降低，碳酸鍶加碳熱分解反應(yīng)更快、更徹底。
　　 ②進(jìn)行了真空碳熱煉鍶反應(yīng)熱力學(xué)計算及分析。結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，碳熱煉鍶反應(yīng)臨界溫度高達(dá)2279K；真空狀態(tài)下，反應(yīng)的吉布斯自由能和臨界溫度隨系統(tǒng)壓強(qiáng)的降低而降低，系統(tǒng)壓強(qiáng)10Pa時，臨界溫度僅為1423K。
　　 ③探討了真空碳熱煉鍶還原反應(yīng)的機(jī)理和動力學(xué)，結(jié)果表明，氣相擴(kuò)散、碳

4、氣化、化學(xué)反應(yīng)為反應(yīng)限制環(huán)節(jié)時的活化能分別為315.00 kJ/mol～384.46 kJ/mol、163.39 kJ/mol、212.29kJ/mol，氣相擴(kuò)散為反應(yīng)限制環(huán)節(jié)時反應(yīng)的表觀活化能最大，真空條件下氧化鍶碳熱還原的反應(yīng)速度主要受氣相擴(kuò)散所控制。
　　 ④進(jìn)行了真空碳熱煉鍶實驗研究，在系統(tǒng)壓強(qiáng)為10Pa、溫度為1473K的條件下，成功制備出了金屬鍶。還原速度和還原率隨C/SrO摩爾比增加、系統(tǒng)壓強(qiáng)的降低、反應(yīng)溫度的升高