高纯金属制备技术及应用

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1、高纯金属制备技术及应用吴文远东北大学材料与冶金学院2012年06月1目录第一章概述§1高纯金属的性质§2高纯金属的概念及表示方法第二章化合物的提纯方法§1中和沉淀法§2蒸馏法§3溶剂萃取法*§4离子交换法§5萃取树脂色层法*2第三章高温真空精炼提纯金属§1热力学基础理论§2动力学基础理论§3真空电弧熔炼法§4真空电子束熔炼§5等离子束熔炼§6凝壳熔炼§7充气电渣熔炼3第四章区域熔炼制取高纯金属§1区域熔炼的基本原理分凝效应区域熔炼原理真空区域提纯§2区域熔炼的工艺过程电子束悬浮区域熔炼水平区域熔炼§3高纯铝的生产方法4第五章

2、固态电解（电传输法）提纯金属§1固态电解的基本原理§2固态电解的工艺过程§3固态电解—区熔联合法5第一章概述§1高纯金属的性质广泛使用的金属由于受生产条件的限制，金属中往往含有其他杂质元素，这些元素通常改变了其金属本身的性质金属铍Be普通级（熔盐电解生产）纯度：99.5%～99.8%，特点：具有很高的脆性。高纯级纯度：99.99%～99.999%特点：低温下具有塑性超高纯级纯度：〉99.999%特点：高温下同样具有塑性6高纯铝的性质高纯铝有着一系列的优异的物理化学性能：密度小、热导率与电导率高，对光的反射率也高；对大气有很

3、强的抗腐蚀性能，因为其表面有一层很薄的致密的氧化膜，铝越纯这层氧化膜（Al2O3膜）也越纯，其保护性能也越强；加工成形性能好，可加工成任意形状；没有低温脆性，其强度与塑性均随着温度的下降而升高，可是绝大多数铝都有低温脆性。799.996%高纯铝的种种性能汇总如下：干涉性中子散射断面积1.495barn非干涉性中子散射断面积0.0092barn中子吸收断面积0.231barn晶格常数（298K）0.40496nm密度（固态、(298K)*）2699kg/cm3密度（液态、973K）2357kg/cm3线膨胀系数（298K）23

4、×10-6K-1热导率（298K）237W·m-1K-1899.996%高纯铝的种种性能汇总如下：体积电阻率（293K）2655×10-6Ώ·m体积电导率（293K）64.94%IACS磁化率（298K）16×10-3mm-1·gatom-1表面张力（熔点）0.868N·m-1粘度（熔点）0.0012kg·m-1·s-1熔点933.5K熔解热10.7KJ·mol-1气化热291KJ·mol-1999.996%高纯铝的种种性能汇总如下：反射率（电解抛光，对可见光）85%～90%热辐射率3%超导温度1.175K切变模量2.667

5、×1010N·m-2正弹性模量7.051×1010N·m-2体积弹性模量7.55×1010N·m-210高纯铝的用途由于高纯铝具有诸多的独特的优异性能，所以在某些部门特别是一些高新技术部门获得了广泛的应用，成为一类不可或缺的材料。3N8～4N8铝的78%左右用于轧制电解电容器铝箔，即常说的电子箔，照明灯具的用量占12%,计算机存储硬盘的用量约4%.11高纯铝的用途5N～6N超纯铝（每种杂质的最大含量0．4ppb）的96%(用于制造半导体器件，4%用作超导电缆的稳定化材料。高纯铝在研究铝的各种性能方面有着重要用途。2003年全

6、世界的高纯铝总产量约70kt，而超纯铝的产量只不过1kt左右，其量虽小，却很重要。目前，5N超纯铝（99.999%～99.9996%）的价格18000～30000USD/T，而6N超纯铝却高于750000USD/T，具体价格由供需双方议定，主要决定于具体杂质含量及产品尺寸。12高纯铝的提取方法高纯铝的提取方法有:三层电解法"偏析法"联合法"区域熔炼法与有机物溶液电解法等.各种工艺可提取的高纯铝的最大纯度一般为:三层电解法99.99%4N偏析法99.99%联合法99.999%有机溶液电解法〉9.9999%当前应用最广的是前两种

7、工艺，85%以上的高纯铝是用这些方法提取的，经过反复多次偏析提纯可以生产5N或更纯一些的高纯铝.131415§2高纯度的概念与表示方法一、高纯度的概念纯度：一般指特定产品主要成分与其包含杂质在内的成分之和的相对量，如：%(mass),%(mol),%(atommass),……金属纯度：类似于金属纯度概念，但金属纯度是相对于化学杂质（化学元素）和物理杂质（晶格缺陷）而言。一般纯度下，物理杂质对金属的性质影响较小，故常以化学杂质含量作为评价标准。16高纯度的概念与表示方法纯度的级别：一般分为普通纯、高纯、超高纯。目前，国际上关于

8、纯度的定义仍没有统一的标准，现高纯，超高纯均相对普通级而言。纯度定义受三个方面的限制：1．科学技术发展限制2．各金属提纯难度限制3．金属材料所需要的金属纯度171主金属减去杂质总含量的百分数表示Me为主金属，杂质为Me1,Me2,…,Men，则Me的纯度为：（Me-∑Mei）/Me×100