高純金屬制備技術(shù)及應(yīng)用

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1、高純金屬制備技術(shù)及應(yīng)用吳文遠(yuǎn)東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院2012年06月1目錄第一章概述§1高純金屬的性質(zhì)§2高純金屬的概念及表示方法第二章化合物的提純方法§1中和沉淀法§2蒸餾法§3溶劑萃取法*§4離子交換法§5萃取樹脂色層法*2第三章高溫真空精煉提純金屬§1熱力學(xué)基礎(chǔ)理論§2動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論§3真空電弧熔煉法§4真空電子束熔煉§5等離子束熔煉§6凝殼熔煉§7充氣電渣熔煉3第四章區(qū)域熔煉制取高純金屬§1區(qū)域熔煉的基本原理分凝效應(yīng)區(qū)域熔煉原理真空區(qū)域提純§2區(qū)域熔煉的工藝過(guò)程電子束懸浮區(qū)域熔煉水平區(qū)域熔煉§3高純鋁的生產(chǎn)方法4第五章

2、固態(tài)電解（電傳輸法）提純金屬§1固態(tài)電解的基本原理§2固態(tài)電解的工藝過(guò)程§3固態(tài)電解—區(qū)熔聯(lián)合法5第一章概述§1高純金屬的性質(zhì)廣泛使用的金屬由于受生產(chǎn)條件的限制，金屬中往往含有其他雜質(zhì)元素，這些元素通常改變了其金屬本身的性質(zhì)金屬鈹Be普通級(jí)（熔鹽電解生產(chǎn)）純度：99.5%～99.8%，特點(diǎn)：具有很高的脆性。高純級(jí)純度：99.99%～99.999%特點(diǎn)：低溫下具有塑性超高純級(jí)純度：〉99.999%特點(diǎn)：高溫下同樣具有塑性6高純鋁的性質(zhì)高純鋁有著一系列的優(yōu)異的物理化學(xué)性能：密度小、熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率高，對(duì)光的反射率也高；對(duì)大氣有很

3、強(qiáng)的抗腐蝕性能，因?yàn)槠浔砻嬗幸粚雍鼙〉闹旅艿难趸?，鋁越純這層氧化膜（Al2O3膜）也越純，其保護(hù)性能也越強(qiáng)；加工成形性能好，可加工成任意形狀；沒(méi)有低溫脆性，其強(qiáng)度與塑性均隨著溫度的下降而升高，可是絕大多數(shù)鋁都有低溫脆性。799.996%高純鋁的種種性能匯總?cè)缦拢焊缮嫘灾凶由⑸鋽嗝娣e1.495barn非干涉性中子散射斷面積0.0092barn中子吸收斷面積0.231barn晶格常數(shù)（298K）0.40496nm密度（固態(tài)、(298K)*）2699kg/cm3密度（液態(tài)、973K）2357kg/cm3線膨脹系數(shù)（298K）23

4、×10-6K-1熱導(dǎo)率（298K）237W·m-1K-1899.996%高純鋁的種種性能匯總?cè)缦拢后w積電阻率（293K）2655×10-6?·m體積電導(dǎo)率（293K）64.94%IACS磁化率（298K）16×10-3mm-1·gatom-1表面張力（熔點(diǎn)）0.868N·m-1粘度（熔點(diǎn)）0.0012kg·m-1·s-1熔點(diǎn)933.5K熔解熱10.7KJ·mol-1氣化熱291KJ·mol-1999.996%高純鋁的種種性能匯總?cè)缦拢悍瓷渎剩娊鈷伖猓瑢?duì)可見(jiàn)光）85%～90%熱輻射率3%超導(dǎo)溫度1.175K切變模量2.667

5、×1010N·m-2正彈性模量7.051×1010N·m-2體積彈性模量7.55×1010N·m-210高純鋁的用途由于高純鋁具有諸多的獨(dú)特的優(yōu)異性能，所以在某些部門特別是一些高新技術(shù)部門獲得了廣泛的應(yīng)用，成為一類不可或缺的材料。3N8～4N8鋁的78%左右用于軋制電解電容器鋁箔，即常說(shuō)的電子箔，照明燈具的用量占12%,計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)硬盤的用量約4%.11高純鋁的用途5N～6N超純鋁（每種雜質(zhì)的最大含量0．4ppb）的96%(用于制造半導(dǎo)體器件，4%用作超導(dǎo)電纜的穩(wěn)定化材料。高純鋁在研究鋁的各種性能方面有著重要用途。2003年全

6、世界的高純鋁總產(chǎn)量約70kt，而超純鋁的產(chǎn)量只不過(guò)1kt左右，其量雖小，卻很重要。目前，5N超純鋁（99.999%～99.9996%）的價(jià)格18000～30000USD/T，而6N超純鋁卻高于750000USD/T，具體價(jià)格由供需雙方議定，主要決定于具體雜質(zhì)含量及產(chǎn)品尺寸。12高純鋁的提取方法高純鋁的提取方法有:三層電解法"偏析法"聯(lián)合法"區(qū)域熔煉法與有機(jī)物溶液電解法等.各種工藝可提取的高純鋁的最大純度一般為:三層電解法99.99%4N偏析法99.99%聯(lián)合法99.999%有機(jī)溶液電解法〉9.9999%當(dāng)前應(yīng)用最廣的是前兩種

7、工藝，85%以上的高純鋁是用這些方法提取的，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次偏析提純可以生產(chǎn)5N或更純一些的高純鋁.131415§2高純度的概念與表示方法一、高純度的概念純度：一般指特定產(chǎn)品主要成分與其包含雜質(zhì)在內(nèi)的成分之和的相對(duì)量，如：%(mass),%(mol),%(atommass),……金屬純度：類似于金屬純度概念，但金屬純度是相對(duì)于化學(xué)雜質(zhì)（化學(xué)元素）和物理雜質(zhì)（晶格缺陷）而言。一般純度下，物理雜質(zhì)對(duì)金屬的性質(zhì)影響較小，故常以化學(xué)雜質(zhì)含量作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。16高純度的概念與表示方法純度的級(jí)別：一般分為普通純、高純、超高純。目前，國(guó)際上關(guān)于

8、純度的定義仍沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)高純，超高純均相對(duì)普通級(jí)而言。純度定義受三個(gè)方面的限制：1．科學(xué)技術(shù)發(fā)展限制2．各金屬提純難度限制3．金屬材料所需要的金屬純度171主金屬減去雜質(zhì)總含量的百分?jǐn)?shù)表示Me為主金屬，雜質(zhì)為Me1,Me2,…,Men，則Me的純度為：（Me-∑Mei）/Me×100