一种高纯锑粉的制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属制备方法，具体涉及一种高纯锑粉的制备方法，属于金属生产技术领域。

背景技术

锑，金属元素，元素符号Sb，原子序数51，是银白色有光泽硬而脆的金属，常制成棒、块、粉等多种形状。有鳞片状晶体结构。在潮湿空气中逐渐失去光泽，强热则燃烧成白色锑的氧化物。

锑粉是有光泽的银白色或深灰色金属粉末。相对密度6.68；熔点630℃；沸点1635℃，也有报道为1440℃。溶于热浓硫酸、王水，不溶于水。遇明火、高热可燃。粉体与空气可形成爆炸性混合物，当达到一定的浓度时，遇火星会发生爆炸。

锑粉主要用于制造合金，也可用于印刷和颜料工业。高纯锑用于制各Ⅲ～V族化合物半导体，高纯合金，硫化锑，制冷元件和硅、锗单晶的掺杂剂等。

纳米锑粉是指粒度为1-100nm的锑粉。它可以在锑制品、热喷涂领域和粉末冶金工艺中得到很好的应用和研究。

目前传统锑粉制备方法主要有机械球磨法和电化学沉积法，球磨法生产周期长，设备昂贵，工作环境粉尘多，对人体有害。目前的电化学沉积法常用酸性水溶液作为电解液，存在析氢现象，循环性差，废液处理困难等问题。

发明内容

针对现有技术存在的工艺复杂、生产成本高、稳定性差、易产生二次污染等问题，本发明的目的是在于提供一种高纯锑粉的制备方法。该方法简单，对设备要求低，成本低廉，绿色环保，适合工业规模化生产。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高纯锑粉的制备方法，该方法是将工业三氧化二锑通过盐酸溶解和加热挥发除杂后进行蒸馏分离，得到精制三氯化锑；将精制三氯化锑汽化，气态三氯化锑通过载气输送至气氛炉中进行还原焙烧反应，即得。

上述过程中，工业三氧化二锑用盐酸溶解后，通过加热方式可将低沸点杂质挥发脱除，如HCl、H

作为一个优选的方案，所述低沸点杂质中的HCl和H

作为一个优选的方案，所述工业三氧化二锑与盐酸的质量比为0.15～0.24:1。

作为一个优选的方案，所述工业三氧化二锑的纯度不低于99％。

作为一个优选的方案，所述盐酸质量浓度不低于36％。盐酸纯度为UP级。

采用浓盐酸能够提高三氧化二锑的溶解率，蒸馏时蒸发低沸点物质的能耗越低(常温常压下盐酸最大质量浓度为37％左右)，而盐酸溶度过低，三氧化二锑溶于盐酸后继续加入三氧化二锑时，消耗盐酸，而且产物生成水，进一步降低盐酸浓度，溶解生成的氯化锑会因盐酸浓度低而水解生成氧氯化锑(SbOCl)沉淀。

作为一个优选的方案，所述加热挥发的除杂过程中，温度控制在90～120℃范围内。控制加热除杂过程中的温度在所述范围能够将H

作为一个优选的方案，所述蒸馏次数不低于两次，蒸馏温度为220～230℃。

作为一个优选的方案，汽化后的精制三氯化锑与载气的体积百分比组成为46.5～93％:53.5～7％；所述载气为氮气，流速为20～200mL/min，进一步优选为100～120mL/min。所述氮气为5N氮气。

控制三氯化锑在混合气体中的含量在合适的范围有利于提高金属制备效率。当三氯化锑与载气体积比过大时，容易导致氯化锑蒸汽冷凝成液体，严重时会凝固成固体堵塞管道；当三氯化锑与载气体积比过小，氯化锑的浓度过低会使得氯化锑无法与氢气有效反应生成金属锑，氯化锑蒸气会连同氢气一起排出炉外。

作为一个优选的方案，所述还原焙烧反应条件为：以氢气作为还原气体，氢气流速为1～2L/min；焙烧温度为450～630℃，时间为2～4h。所述氢气为5N氢气。

控制还原氢气的流速能够保证氯化锑充分还原成金属锑。较低的氢气流速有利于氯化锑的充分还原，但流速过低会出现还原反应所需氢气不足而造成氯化锑不能被充分还原回收；而氢气流速过快不仅浪费氢气，而且还减少氯化锑还原反应时间，从而将未反应氯化锑带出炉外。另外，由于金属锑的熔点为630℃，温度过高时，还原的锑会在管式炉的石英管壁形成镜面状薄膜，或者熔融成颗粒状锑，不利于收集回收；温度低于450℃时，氯化锑被氢气还原速率慢，金属锑制备效率相对降低。

作为一个优选的方案，还原焙烧反应过程中产生的HCl通过水进行回收再利用。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)三氯化锑的还原温度低，大大降低能耗，减少对环境的影响，副产物可重复回收利用，避免对环境污染，提高资源利用率；

(2)三氯化锑直接在系统内部蒸发还原，避免被外部环境污染，提高产品纯度；

(3)制备方法简单，对设备要求低，成本低廉，系统稳定性高。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都应当属于本申请保护范围。

实施例1

以下是高纯锑粉的一种制备方法，具体步骤如下：

(1)将纯度99.5％的工业三氧化二锑用UP级盐酸(盐酸质量浓度为36.5％)溶解后，在100℃将低沸点物质蒸发和三氯化锑分离，蒸发出来的低沸点物质冷凝回收重复利用(HCl和H

(2)将得到的精制三氯化锑继续加热至沸腾，然后利用5N氮气气流作为载气，与三氯化锑蒸汽混合后并送入气氛炉中，其中，三氯化锑蒸汽的体积百分含量为62％，氮气流量为200ml/min，气氛炉温度控制在550℃。载有三氯化锑的氮气送入气氛炉中的同时，向气氛炉中通入纯度为5N的氢气，氢气流量为2L/min，三氯化锑蒸汽在气氛炉中被氢气还原生成灰黑色的锑粉沉积在石英管内，生成的HCl利用水吸收后再利用。

实施例2

以下是高纯锑粉的另一种制备方法，具体步骤如下：

(1)将纯度99.8％的工业三氧化二锑用UP级盐酸(盐酸质量浓度为36.5％)溶解后，在110℃将低沸点物质蒸发和三氯化锑分离，蒸发出来的低沸点物质冷凝回收重复利用(HCl、H

(2)将得到的精制三氯化锑继续加热至沸腾，然后利用5N氮气气流作为载气，与三氯化锑蒸汽混合后并送入气氛炉中，其中，三氯化锑蒸汽的体积百分含量为73％，氮气流量为100ml/min，气氛炉温度控制在600℃。载有三氯化锑的氮气送入气氛炉中的同时，向气氛炉中通入纯度为5N的氢气，氢气流量为1.5L/min，三氯化锑蒸汽在气氛炉中被氢气还原生成灰黑色的锑粉沉积在石英管内，生成的HCl利用水吸收后再利用。

实施例3

以下是高纯锑粉的第三种制备方法，具体步骤如下：

(1)将纯度99.0％的工业三氧化二锑用UP级盐酸(盐酸质量浓度为36.5％)溶解后，在120℃将低沸点物质蒸发和三氯化锑分离，蒸发出来的低沸点物质冷凝回收重复利用(HCl、H

(2)将得到的精制三氯化锑继续加热至沸腾，然后利用5N氮气气流作为载气，与三氯化锑蒸汽混合后并送入气氛炉中，其中，三氯化锑蒸汽的体积百分含量为80％，氮气流量为20ml/min，气氛炉温度控制在600℃。载有三氯化锑的氮气送入气氛炉中的同时，向气氛炉中通入纯度为5N的氢气，氢气流量为1L/min，三氯化锑蒸汽在气氛炉中被氢气还原生成灰黑色的锑粉沉积在石英管内，生成的HCl利用水吸收后再利用。

上述实施例所制得的锑粉产品纯度分析如下表1所示：

表1

对比例1

采用实例1的方法制备锑粉，不同之处在于：将气氛炉中氯化锑蒸气的还原温度设置为800℃。该制备过程中，氯化锑蒸气被氢气还原后在气氛炉的石英管管壁沉积为镜面状的金属锑层，并未形成粉末状锑粉。

对比例2

采用实例1的方法制备锑粉，不同之处在于：氯化锑蒸气的体积百分比含量降低为5％，同时增加氢气流量到15L/min。在该制备过程中，氯化锑蒸气与载气和氢气通过管式炉石英管时并未发生明显还原反应生成金属锑。