CN109097602B - 一种热离解反应器及其纯化粗铍粉成锭的方法和制备超高纯金属铍的方式 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热离解反应器及其纯化粗铍粉成锭的方法和制备超高纯金属铍的方式，所述热离解反应器包括盛碘炉、低温反应器和高温反应器,所述盛碘炉与所述低温反应器连通；所述低温反应器与所述高温反应器连通。用所述的热离解反应器纯化粗铍粉成锭，步骤如下：让粗铍粉和碘在所述热离解反应器中反应，粗铍粉和碘的质量比是5:1，生成碘化铍蒸气，热离解分解为金属铍和碘蒸气，收集得到纯铍粉，将所述纯铍粉在电子束熔炼炉中熔炼成铍锭。本发明一种热离解反应器构造合理，装配简单，使用方便，使用所述的热离解反应器纯化粗铍粉成锭，操作简单，节约药剂，节能环保，成本低，铍的纯度极高。

Description

一种热离解反应器及其纯化粗铍粉成锭的方法和制备超高纯 金属铍的方式

技术领域

本发明涉及金属铍提纯领域，尤其涉及一种热离解反应器及其纯化粗铍粉成锭的方法和制备超高纯金属铍的方式。

背景技术

铍是一种性能较为特殊的材料，它的某些性能特别是核性能和物理性能是其它任何金属材料所不能替代的。铍的密度低，比弹性模量至少为其它任何金属的6倍，质量轻，刚度大，热学性能良好，具有高熔点、高比热、高热导率和适宜的热膨胀率等优异性能，声音传播速度比其他金属都快。因此，铍的应用范围主要集中在核工业、武器系统、航空航天工业、X射线仪表、电子信息系统、汽车行业、家用电器等领域。随着研究的逐步深入，其应用范围还有扩大趋势。作为一种战略性关键性材料，一种对战争具有转折性意义的基础战略物资，铍是一个国家国防综合实力和军事工业发展水平的标杆。在民用领域，铍是“核金属时代”的桂冠。

虽然铍的重要性是如此显著，但它的技术门槛是很高的，尤其是超高纯金属铍，世界上只有美国一个国家能生产少量的99.99％金属铍。他们在技术上严密封锁，任何一个国家，都无法得到这种超高纯金属铍，只有美国一家独享。目前世界上仅有三个国家能生产一般纯度99％的金属铍，即美国、中国、哈萨克斯坦(前苏联遗留下的工厂)。据有关资料反应，由于中国生产不了高纯金属铍，而国防、军工和一些民用高端工业又特别需要，所以每年只好从美国进口部分金属铍。这一状况使我国的国防工业和军事高端制造业受到很大的制约。而美国凭借他们所掌握的高超的金属铍的高端冶金技术，垄断了世界上的铍市场和话语权。所以制备高超高纯金属铍，为打破美国的垄断，做强我国的国防事业，提高我国的军事水平，具有很大的现实意义。

目前工业上常使用氧化铍和氟化氢铵反应制得氟铍酸铵，加入碳酸钙溶液、过氧化铅溶液、多硫化铵等使其他杂质、Mn²⁺离子、CrO₂ ^-离子和其他重金属沉淀析出，又在真空条件下浓缩结晶，再加热分解制备氟化铍，然后再制备金属铍。此过程工艺繁多、冗长，设备多，耗能大，成本高，引入的杂质多，除杂使用的药品多，生产效率低下，加热分解生成的氟化铵还会造成环境污染。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种热离解反应器，该反应器构造合理，装配简单，使用该热离解反应器纯化粗铍粉成锭，操作简单，只需控制反应原料的量和配比以及盛碘炉、低温反应器和高温反应器的温度即可收集得到纯化的铍，使用方便,操作简单，为节约药剂，节能环保，成本低，铍的纯度可达到99.999％提供了条件。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种使用热离解反应器纯化粗铍粉成锭的方法，这种方法使用的热离解反应器构造合理，装配简单，使用该热离解反应器纯化粗铍粉成锭，操作简单，只需控制反应原料的量和配比以及盛碘炉、低温反应器和高温反应器的温度即可收集得到纯化的铍，使用方便,操作简单，为节约药剂，节能环保，成本低，铍的纯度可达到99.999％提供了条件。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种制备超高纯金属铍的方式，这种方法使用的热离解反应器构造合理，装配简单，使用该热离解反应器纯化粗铍粉成锭，操作简单，只需控制反应原料的量和配比以及盛碘炉、低温反应器和高温反应器的温度即可收集得到纯化的铍，使用方便,操作简单，为节约药剂，节能环保，成本低，铍的纯度可达到99.999％提供了条件。

为了解决上述第一个技术问题，本发明提供了一种热离解反应器,所述热离解反应器包括盛碘炉、低温反应器和高温反应器,所述盛碘炉与所述低温反应器连通；所述低温反应器与所述高温反应器连通。

本发明的有益效果是：碘在所述盛碘炉中变成蒸气，碘蒸气进入所述低温反应器，和粗铍粉反应生成碘化铍蒸气，碘化铍蒸气从低温反应器上升到高温反应器，在高温条件下发生热离解生成金属铍和碘蒸气，收集得到纯铍粉。该反应器构造合理，装配简单，使用该热离解反应器纯化粗铍粉成锭，操作简单，只需控制反应原料的量和配比以及盛碘炉、低温反应器和高温反应器的温度即可收集得到纯化的铍，使用方便，操作简单，为节约药剂，节能环保，成本低，铍的纯度可达到99.999％提供了条件。

进一步，所述盛碘炉内设有第一热电偶；所述低温反应器的入口与所述盛碘炉的出口连通；所述低温反应器的入口通过瓷管与所述盛碘炉的出口连通；所述低温反应器内设有第二热电偶；所述高温反应器的入口与所述低温反应器的出口连通；所述高温反应器的入口与所述低温反应器的出口通过碘蒸气孔连通；所述高温反应器内设有第三热电偶。

采用上述进一步的有益效果是：盛碘炉、低温反应器和高温反应器分别加热，通过不同的电源控制，能够精确控制碘化铍蒸气和碘蒸气的流动。

进一步，所述盛碘炉内设有盛碘盆；所述盛碘盆的上方设置有氦气管；所述氦气管与所述盛碘炉的连接处设有第一阀门控制氦气的进入；所述低温反应器通过第一隔板与所述盛碘炉隔离；所述低温反应器内设有不锈钢架和不锈钢盆；所述不锈钢盆用于盛放粗铍粉；所述不锈钢盆的材质是80％的镍和20％的铬合金；所述高温反应器通过第二隔板与所述低温反应器隔离；所述第一隔板与所述第二隔板的材质为陶瓷；所述高温反应器内设有圆筒；所述盛碘炉、所述低温反应器、所述高温反应器用金属板与外界隔离；所述金属板的材质为NI-Cr合金；所述金属板内用发热棒填充；所述金属板外用保温层密封；所述保温层外用红砖层密封；所述保温层外设有总开关；所述总开关控制整个反应系统的电源。

采用上述进一步的有益效果是：构造合理，装配简单，便于安装、拆卸和维护。

所述高温反应器与冷却箱连接；所述高温反应器的出口与所述冷却箱的入口连通；所述高温反应器的出口与所述冷却箱的入口通过管道相连；连通所述高温反应器与所述冷却箱的管道设有第二阀门；所述冷却箱的正下方连接有储液箱；所述储液箱通过管道连接在所述冷却箱的正下方；所述储液箱的一侧相连有真空泵，连接处设有第三阀门；所述真空泵还与所述盛碘炉的一侧相连，连接处设有第四阀门。

采用上述进一步的有益效果是：碘蒸气在所述冷却箱中冷却，在所述储液箱中积聚为高纯碘结晶，含量为99.99％以上，碘没有泄露、没有挥发，可以通过真空泵回到低温反应器继续反应，几乎没有损耗，回收利用率高，循环使用，节约药剂，节能环保，成本低。

进一步，所述圆筒有2-3根，用于承受纯铍粉的粘附；所述圆筒各自挂设于上方的挂钩上；所述圆筒内设有钨丝；所述圆筒的材质为NI-Cr合金；所述圆筒每根直径20cm，长80cm，承受小于等于20公斤金属铍粉粘附。

采用上述进一步的有益效果是：采用镍-铬合金做圆筒，可以耐高温，且不会和碘、铍反应，保证铍的纯度。

为了解决上述第二个技术问题，本发明提供了一种用所述热离解反应器纯化粗铍粉成锭的方法，使用所述热离解反应器纯化粗铍粉，熔炼成铍锭；所述纯化粗铍粉成锭的方法包括如下步骤：第一步：准备原料，所述原料包括粗铍粉和碘；所述粗铍粉和所述碘的质量比是5:1；第二步：让所述粗铍粉和碘在所述热离解反应器中反应，生成碘化铍蒸气，热离解分解为金属铍和碘蒸气，收集得到纯铍粉；第三步：将所述纯铍粉熔炼成铍锭；第二步所述粗铍粉和碘在所述热离解反应器中反应的步骤包括：所述不锈钢盆放到所述不锈钢架上；所述不锈钢盆内盛有所述粗铍粉；所述不锈钢盆内盛有所述粗铍粉的厚度在30-50mm；所述盛碘盆放入所述盛碘炉中；所述碘加入所述盛碘盆中；启动所述真空泵，使真空度维持在0.05pa；接通所述盛碘炉电源，加热升温，使碘变成蒸气，碘蒸气通过所述瓷管进入所述低温反应器；接通所述低温反应器电源，加热升温，让所述粗铍粉和所述碘蒸气在所述低温反应器中反应，生成碘化铍蒸气；当所述低温反应器出现所述碘化铍蒸气时，接通所述高温反应器电源，加热升温；当所述碘化铍蒸气出现在所述高温反应器时，开启连通所述冷却箱和所述高温反应器的第二阀门，所述碘化铍蒸气热离解分解为金属铍和碘蒸气，离解后的所述碘蒸气涌入冷却箱，开始循环流动；当所述碘蒸气变得稀薄，所述粗铍粉所剩无几时，反应结束，关闭电源，停止加热，收集得到纯铍粉；所述停止加热冷却至炉温下降到350℃以下；所述收集得到纯铍粉的方法是:取下所述圆筒，用刮刀刮下粘附在筒壁上的铍，得到纯铍粉；所述刮刀为锋利的不锈钢刀。碘在所述盛碘炉中变成蒸气，碘蒸气进入所述低温反应器，和粗铍粉反应生成碘化铍蒸气，碘化铍蒸气从低温反应器上升到高温反应器，在高温条件下发生热离解生成金属铍和碘蒸气，收集得到纯铍粉。

本发明的有益效果是：这种方法使用的热离解反应器构造合理，装配简单，使用该热离解反应器纯化粗铍粉成锭，只需控制反应原料的量和配比以及盛碘炉、低温反应器和高温反应器的温度即可收集得到纯化的铍，使用方便,操作简单，为节约药剂，节能环保，成本低，铍的纯度可达到99.999％提供了条件。

进一步，所述低温反应器内加热升温先以20℃/分钟升至300℃，保持恒温30分钟，再以20℃/分钟升至500℃；所述高温反应器内加热升温先梯度式升温至500℃，保持恒温30分钟，再升至500℃，保持恒温30分钟，再升至1100℃。

采用上述进一步的有益效果是：采取这种升温方式，第一次使用时，需要对反应器进行烘干，让其干燥较为彻底，最低限度减少水份，以确保炉子的真空度。

进一步，第三步所述纯铍粉熔炼成铍锭的反应步骤包括：第一步：将所述纯铍粉送到电子束熔炼炉内；所述电子束熔炼炉的真空度为0.05pa；所述电子束熔炼炉的熔速为30g/分钟；所述电子束熔炼炉的比电能为0.6kg/kw.h；所述纯铍粉由震动推送器送到电子束熔炼炉内；第二步：将所述电子束熔炼炉通电，电子枪将所述纯铍粉熔化成铍熔体；第三步：所述铍熔体流到锭模中，一段时间后凝固为铍锭；所述锭模的材料为氧化铍；第四步：牵拉引锭杆，放气，取出所述铍锭；第五步：将所述铍锭二道熔炼，得到二道熔炼的铍锭；所述二道熔炼的方法是，将所述铍锭送到电子束熔炼炉内，通电，再次熔炼，得到二道熔炼的铍熔体，所述二道熔炼的铍熔体流到所述锭模中，一段时间后得到二道熔炼的铍锭；第六步：去掉所述二道熔炼的铍锭表面的杂质，得到超高纯金属铍锭，纯度为99.999％以上。

采用上述进一步的有益效果是：进一步提高金属铍的纯度。在进行电子束熔炼之前，金属铍的纯度只能达到99.99％，里面的杂质主要是氧、氮、氢等气体，这些杂质和铍的亲和力很强大。用电子束熔炼，在高温热力作用下，这些杂质气体可以被分解出来，在铍熔化往下滴，到凝固为铍锭这一短暂的时间段内，这些杂质气体都没有掺入金属铍，从而实现干净脱气的目标，将金属铍的纯度提高到99.999％以上。

为了解决上述第三个技术问题，本发明提供了一种制备超高纯金属铍的方式，包括如下方法：

制备氟化铍的方法；

制备粗铍粉的方法；

纯化粗铍粉成锭的方法。

所述纯化粗铍粉成锭的方法是如前面所述的纯化粗铍粉成锭的方法。

本发明的有益效果是：这种方法使用的热离解反应器构造合理，装配简单，使用该热离解反应器纯化粗铍粉成锭，操作简单，只需控制反应原料的量和配比以及盛碘炉、低温反应器和高温反应器的温度即可收集得到纯化的铍，使用方便,操作简单，为节约药剂，节能环保，成本低，铍的纯度可达到99.999％提供了条件。

所述制备氟化铍的方法包括如下步骤：

第一步：准备原料，所述原料包括氢氧化铍和氢氟酸；

第二步：将所述原料加热制得氟化铍物料；

第三步：将所述氟化铍物料烘干制得氟化铍晶粒；

第四步：粉碎所述氟化铍晶粒，得到氟化铍粉末，保存。

本发明的有益效果是：这种方法制备氟化铍，工艺简单，引入的杂质少，生产效率比传统工艺高，得到的产品纯度高，且节约能源，处理费用低。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述氢氧化铍的纯度大或等于99.8％；所述氢氟酸的质量分数为40％。

进一步，纯度大或等于99.8％的所述氢氧化铍的质量和质量分数为40％的所述氢氟酸的质量比为11:28。

进一步，所述加热方法是：将所述加热原料倒入反应器后密闭。

进一步，所述反应器为搪瓷反应釜。

进一步，所述搪瓷反应釜密闭后启动真空泵抽真空，至真空度0.05Pa后通电搅拌；所述通电搅拌后接通电源加热，制得氟化铍物料。

进一步，所述接通电源加热先升温至90℃，启动真空泵将加热产生的蒸汽抽到反应釜外的储液罐内。

进一步，所述通电搅拌为接通电源启动反应釜内的搅拌机进行搅拌。

进一步，所述通电搅拌的时间为20-45分钟。

进一步，所述加热原料变为浓稠的胶体状氟化铍物料时停止加热，使所述氟化铍物料降温；所述氟化铍物料降温降至40-50℃。

采用上述进一步的有益效果是：上述的反应条件是经试验得到的参数，能够保证反应顺利进行。

进一步，所述烘干方法是：打开所述搪瓷反应釜底部的排料口，用不锈钢托盆盛取制得的所述氟化铍物料，放置在烘干箱内，关门，通电加热，制得氟化铍晶粒；所述不锈钢托盆内衬聚丙烯板；所述烘干箱里面以不锈钢材料做架子，架子分为多层，不锈钢托盆就置于架子之上。

采用上述进一步的有益效果是：氟化铍有一定的腐蚀性，采用聚丙烯板可以耐腐蚀，且耐热至200℃，防止侵蚀不锈钢拖盆。

进一步，所述氟化铍物料变为干燥的氟化铍晶粒后停止加热，使所述氟化铍晶粒降温；所述氟化铍晶粒降温降至40-50℃。

进一步，所述粉碎方法是：取出不锈钢拖盆，将所述氟化铍晶粒倒入不锈钢粉碎机进行粉碎，得到氟化铍粉末。

采用上述进一步的有益效果是：进行物理粉碎得到的氟化铍粉末，有利于在制备超高纯金属铍的下一步制备粗铍粉时，增加反应面积，使原料之间接触更充分，反应更均匀。

进一步，所述保存方法是：将所述氟化铍粉末装入编织袋扎紧袋口保存；所述编织袋有塑料内衬。

采用上述进一步的有益效果是：粉碎后的氟化铍粉末用有塑料内衬的编织袋装好，并扎进袋口，是为了使物料减少和空气接触，避免氧化。

进一步，所述烘干箱关门后启动真空泵抽真空，至真空度0.05Pa后通电加热。

采用上述进一步的有益效果是：在真空状态下进行烘干，避免氧化铍物料氧化，不会影响制备超高纯金属铍的下一步制备粗铍粉的反应。

进一步，所述烘干先升温至50℃，保持恒温30分钟，再升温至90℃，保持恒温30分钟，再升至120℃保持到物料干燥为止。

采用上述进一步的有益效果是：氧化铍物料刚开始烘干时是胶体状，含水量高，所以先升温至50℃，使水分慢慢挥发，有利于烘干箱排气孔及时排出水蒸气，避免水蒸气在烘干箱中凝结掉落到氟化铍物料上而影响物料质量。

所述制备粗铍粉的方法包括如下步骤：

第一步：准备还原原料，所述还原原料包括氟化铍和金属镁；

第二步：将所述还原原料加热制得物料渣饼；

第三步：破碎所述物料渣饼，分离出铍珠和氟化镁渣子；

第四步：粉碎所述铍珠，制得粗铍粉。

本发明的有益效果是：这种方法制备粗铍粉，能够一次性还原全部氟化铍，节能环保，还原率高，直回收率大大提高，时间短，除了镁没有其他另加的药物，成本低。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述氟化铍以粉末状加入；所述金属镁以块状加入。

采用上述进一步的有益效果是：氟化铍以粉末状加入，可以使氟化铍充分参与反应，提高氟化铍还原率；金属镁以块状加入，粗颗粒有利于降低反应剧烈强度，方便控制温度。

进一步，所述氟化铍和金属镁的质量比为60:31。

采用上述进一步的有益效果是：所述氟化铍和金属镁的质量比是经试验得到的参数，既能够保证还原反应充分进行，又能够控制反应速度，保证生产安全。

进一步，所述还原原料加热的方法是加热还原法；所述加热还原法是：将所述还原原料加入还原炉，关门，通电加热升温，使熔化的金属铍和氟化镁凝聚并上浮到炉料表面，注入铸模，冷却后呈饼状，得到物料渣饼，铍的总回收率为98％；所述还原炉关门后启动真空泵抽真空，至真空度0.05Pa后通电加热升温；所述通电加热升温的方法是先梯度式升温至650℃，保持恒温30分钟，再升温至750℃，保持恒温30分钟，再升温至800℃保持60分钟，再升温至1000℃保持30分钟，再升温至1300℃保持20分钟；所述还原炉为功率100kw的高频炉；所述还原炉内胆为石墨坩埚；所述还原炉尺寸为450mm。

采用上述进一步的有益效果是：控制梯度式升温，使每个阶段发生的反应在最适条件下进行，保证生产安全的同时使反应充分进行，使金属铍和金属镁全部融化，金属铍得以凝聚成铍珠并上浮到氟化镁熔体之上。

进一步，破碎所述物料渣饼的方法是：用不锈钢锤子将所述物料渣饼破碎成小块。

采用上述进一步的有益效果是：进行物理破碎而不是粉碎，便于分离铍珠和氟化镁渣子。

进一步，所述分离方法是：用热水浸煮所述小块，浸煮后使用筛子筛选，得到分离的铍珠和氟化镁渣子；所述热水浸煮使用的容器是搪瓷反应釜；所述热水浸煮的温度是100℃；所述热水浸煮的温度是1h；所述热水浸煮的过程伴随搅拌。

采用上述进一步的有益效果是：通过筛子将密度、颗粒大小不同的铍珠和氟化镁渣子筛选分离。

进一步，所述粉碎方法是：第三步得到的所述铍珠送入气流粉碎机进行粉碎，冷浸后洗涤至中性，烘干，得到粗铍粉；所述铍珠送入气流粉碎机前洗净烘干；所述铍珠送入气流粉碎机前充入氮气作为保护气体；所述铍珠送入气流粉碎机粉碎至颗粒大小＜1mm；所述冷浸使用的浸液为浓硝酸；所述冷浸的时间为10-15分钟；所述洗涤方法为使用纯净水快速洗涤；所述铍珠粉碎冷浸洗涤后的烘干方法是置于不锈钢盆烘干。

采用上述进一步的有益效果是：以氮气作保护气体，可以防止金属铍被氧化。

进一步，所述氟化铍可循环使用，包括如下步骤：(1)将所述分离得到的氯化镁渣子及所述加热产生的烟尘置于搪瓷反应釜内；所述搪瓷反应釜为聚丙烯材质；(2)向所述反应釜内加入氢氟酸，升温浸煮，得到滤渣和滤液；(3)取所述滤渣洗净晒干，得到干燥氟化镁；(4)取所述滤液净化后得到氧化铍稠浆，制备成还原原料循环使用。

采用上述进一步的有益效果是：使氟化铍循环使用，提高铍的回收率。

进一步，所述升温浸煮后压滤，压滤后再次浸煮，得到滤渣和滤液；所述升温浸煮的时间为每次1.5小时。

采用上述进一步的有益效果是：二道浸煮，提高浸出率。

进一步，所述氢氟酸质量分数为40％；加入所述氢氟酸至液体PH值小于0.5；所述氯化镁渣子与所述烟尘的浸煮过程中若酸度变淡，要补充加入氢氟酸，让其PH值小于0.5。

采用上述进一步的有益效果是：PH值保持小于0.5，使氢氟酸的浓度达到溶解铍颗粒所需，保证溶化铍。

进一步，所述滤液净化方法是加入碳酸钙，边加入边搅拌，至PH值达到6.5-7后过滤，脱除杂质，加入搪瓷反应釜进行浓缩，得到氧化铍稠浆。

采用上述进一步的有益效果是：所述滤液在处理过程中参入了杂质，因此加入碳酸钙，一部分杂质变成二氧化碳溢出，其余生成氧化钙沉淀后过滤除去。

进一步，所述烟尘由文丘里喷射器从所述还原炉的出气管中收集到布袋收尘器中。

采用上述进一步的有益效果是：氟化铍的镁还原过程会产生一些烟尘，易潮、易结块，通过文丘里将烟尘从还原炉的出气管收集到布袋收尘器中，使炉内保持清洁，收集到的氟化铍循环使用，氟化镁回收利用，提高铍的回收率，环保节约。

附图说明

图1为本发明制备超高纯金属铍的方式流程图。

图2为本发明一种制备氟化铍的方法流程图。

图3为本发明一种制备粗铍粉的方法流程图。

图4为本发明一种纯化粗铍粉成锭的方法流程图。

图5为本发明一种热离解反应器结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1冷却箱，2储液箱，3真空泵，4总开关，5挂钩，6红砖层，7保温层，8圆筒，9发热棒，10第三热电偶，11金属板，12钨丝，13高温反应器，14碘蒸气孔，15不锈钢盆，16粗铍粉，17第二热电偶，18瓷管，19第一热电偶，20氦气管，21盛碘盆，22低温反应器，23盛碘炉，24第一阀门，25第二阀门，26第三阀门，27第四阀门，28第二隔板，29第一隔板。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明一种制备超高纯金属铍的方式，包括如下方法：

制备氟化铍的方法；

制备粗铍粉的方法；

纯化粗铍粉成锭的方法。

如图2所示，所述氟化铍的具体合成可以通过以下步骤制备得到：

第一步：准备原料，所述原料包括氢氧化铍和氢氟酸；

第二步：将所述原料加热制得氟化铍物料；

第三步：将所述氟化铍物料烘干制得氟化铍晶粒；

第四步：粉碎所述氟化铍晶粒，得到氟化铍粉末，保存。

所述氢氧化铍的纯度大或等于99.8％；

所述氢氟酸的质量分数为40％；

纯度大或等于99.8％的所述氢氧化铍的质量为44kg，质量分数为40％的所述氢氟酸的质量为112kg。

所述加热方法是：将所述加热原料倒入反应器后密闭，通电搅拌后接通电源加热，制得氟化铍物料；

所述反应器为搪瓷反应釜；

所述搪瓷反应釜密闭后启动真空泵抽真空，至真空度0.05Pa后通电搅拌；

所述通电搅拌为接通电源启动反应釜内的搅拌机，使物料在真空条件下进行搅拌；

所述通电搅拌的时间为20-45分钟；

优选的，所述通电搅拌时间为30分钟。

所述接通电源加热先升温至90℃，启动真空泵将加热产生的蒸汽引入反应釜外的冷却箱，被冷凝成水，沿着水管注入储液罐内。

所述加热原料变为浓稠的胶体状氟化铍物料时(大约2h)停止加热，使所述氟化铍物料降温。

所述氟化铍物料降温降至40-50℃。

所述烘干方法是：打开所述搪瓷反应釜底部的排料口，用不锈钢托盆盛取制得的所述氟化铍物料，放置在烘干箱内，关门，通电加热，制得氟化铍晶粒；

所述不锈钢托盆内衬聚丙烯板；

所述聚丙烯材质的托盆，体质大小以能放入真空干燥箱，又能装完物料为好，优选的，所述聚丙烯料盒长500mm，宽400mm,高200mm，为长方形，5个托盆装完氟化铍。

所述烘干箱里面以不锈钢材料做架子，架子分为多层，不锈钢托盆就置于架子之上。装入干燥箱的拖盆，分五层放置，层与层之间距离100mm。

所述烘干箱关门后启动真空泵抽真空，至真空度0.05Pa后通电加热；

所述烘干先升温至50℃，保持恒温30分钟，再升温至90℃，保持恒温30分钟，再升至120℃保持到物料干燥为止。

所述氟化铍物料变为干燥的氟化铍晶粒后停止加热，使所述氟化铍晶粒降温。

所述氟化铍晶粒降温降至40-50℃。

烘干后的物料为无色晶粒，有部分结板，要将其粉碎。

所述粉碎方法是：取出不锈钢拖盆，将所述氟化铍晶粒倒入不锈钢粉碎机进行粉碎，得到氟化铍粉末。

所述保存方法是：将所述氟化铍粉末装入编织袋扎紧袋口保存。

包装要密封，以防发潮，氟化铍干料共50公斤。

所述编织袋有塑料内衬。

如图3所示，所述粗铍粉的具体合成可以通过以下步骤制备得到：

第一步：准备还原原料，所述还原原料包括氟化铍和金属镁；

第二步：将所述还原原料加热制得物料渣饼；

第三步：破碎所述物料渣饼，分离出铍珠和氟化镁渣子；

第四步：粉碎所述铍珠，制得粗铍粉。

第一步中，所述氟化铍以粉末状加入；

所述金属镁以块状加入；

所述氟化铍和金属镁的质量比为60:31；

所述氟化铍的质量为60kg，所述金属镁的质量为31kg。

将60kg氟化铍粉末装入到石墨坩埚，然后加入31kg金属镁块，用干净的塑料棒搅拌一下，混匀。

第二步中，所述还原原料加热的方法是加热还原法；

所述加热还原法是：将所述还原原料加入还原炉，关门；所述还原炉为功率100kw的高频炉；所述还原炉内胆为石墨坩埚；所述还原炉尺寸为450mm；所述还原炉关门后启动真空泵抽真空，至真空度0.05Pa后通电加热升温；通电加热升温，初始温度缓慢升温，当温度升至650℃时，让其在此温度段恒温30分钟，然后再继续升温到750℃，又温度半个小时，之后直接将炉温升至800℃，保持该恒温60分钟，这一温度段物料还原反应最激烈。待反应结束后，又将炉温升至1300℃，在此高温状态下，金属铍和金属镁全部融化，同时，金属铍得以凝聚，由于其密度比氟化镁小，所以凝聚为铍珠以后，都浮到氟化镁熔体之上；熔化的金属铍和氟化镁凝聚并上浮到炉料表面后，迅速注入铸模，半小时后冷却呈饼状，得到物料渣饼，铍的总回收率为98％；加热炉为真空高频炉，功率为50kw。

注意，物料一次不宜加入太多，不能加入太多的氟化铍与金属镁，以控制放热能量和反应速度。每一次还原其量最好不超过70公斤的氟化铍，按操作步骤正确操作。

第三步中，破碎所述物料渣饼的方法是：用不锈钢锤子将所述物料渣饼破碎成小块；

所述分离方法是：用热水浸煮所述小块，浸煮后使用筛子筛选，得到分离的铍珠和氟化镁渣子；所述热水浸煮使用的容器是搪瓷反应釜；所述搪瓷反应釜为聚丙烯材质；所述热水浸煮的温度是100℃；所述热水浸煮的温度是1h；所述热水浸煮的过程伴随搅拌。尚未还原的氟化铍溶解到水里，氟化镁不溶于水，和铍珠一起保留在渣中。

根据破碎后的渣子块径大小，首先以80目筛子筛过一遍。截留在筛面上的物体都是铍珠，穿过筛孔的物料绝大部分是氟化镁，少部分是颗粒比较微细的铍珠。第二道筛选时选取150目筛子，过筛的物料绝大部分是氟化镁，金属铍很少，并且颗粒也很细，留在筛面上的物料绝大部分是铍珠。为了更好的分离这一部分物料，又将它倒入塑料盆中，加入少许清水，用不锈钢刷将其搓洗，尽量把黏附于铍珠表面的杂质搓脱，最后又在以150目筛子筛分，留在上面的部分铍珠，加入第一道筛选出来的铍珠，过筛的那部分物料，加入到氟化镁的物料中。

第四步中，所述粉碎方法是：第三步得到的所述铍珠送入气流粉碎机进行粉碎，冷浸后洗涤至中性，烘干，得到粗铍粉；所述铍珠送入气流粉碎机粉碎至颗粒大小＜1mm；所述铍珠送入气流粉碎机前洗净烘干；所述铍珠送入气流粉碎机前充入氮气作为保护气体，防止被氧化；冲击研磨得到的铍粉为多角形状，纯度比较高，然后将其洗净烘干；所述冷浸使用的浸液为浓硝酸；所述冷浸的时间为10-15分钟，期间用塑料棒搅动数次；所述洗涤方法为使用纯净水快速洗涤；所述铍珠粉碎冷浸洗涤后的烘干方法是置于不锈钢盆烘干。

所述氟化铍可循环使用，包括如下步骤：

(1)将所述分离得到的氯化镁渣子及所述加热产生的烟尘置于搪瓷反应釜内；所述烟尘由文丘里喷射器从所述还原炉的出气管中收集到布袋收尘器中；

(2)向所述反应釜内加入氢氟酸，升温浸煮，压滤，压滤后再次浸煮，得到滤渣和滤液；所述氢氟酸质量分数为40％；加入所述氢氟酸至液体PH值小于0.5；所述升温浸煮的时间为每次1.5小时；所述氯化镁渣子与所述烟尘的浸煮过程中若酸度变淡，要补充加入氢氟酸，让其PH值小于0.5；

如此经二次浸煮，烟尘和渣子的含铍量低于0.1％，浸出率高于98％；

(3)取所述滤渣洗净晒干，得到干燥氟化镁；将其洗净晾干，然后包装，以待出售；

(4)取所述滤液净化后得到氧化铍稠浆，制备成还原原料循环使用；但里面已经掺入一些杂质，必须将其净化，所述滤液净化方法是加入碳酸钙，边加入边搅拌，加热至80℃，60分钟后静置数小时，让杂质自然沉降，至PH值达到6.5-7后过滤，固液分离，脱除杂质，加入所述搪瓷反应釜进行浓缩，加入所述搪瓷反应釜内，抽真空以后通电加热至90℃，蒸发浓缩，直至成为浓稠的氧化铍稠浆；打开排料口，将其取出，送镁还原工序进行还原。

所述纯化粗铍粉成锭的方法中，先设立热离解反应器，如图5所示，包括盛碘炉23、低温反应器22和高温反应器13，所述盛碘炉23与所述低温反应器22连通；所述低温反应器22与所述高温反应器13连通。粗铍粉16在所述低温反应器22中和碘蒸气反应，生成碘化铍蒸气。碘化铍蒸气从低温反应器22上升到高温反应器13，在高温条件下发生热离解，离解为金属铍和碘蒸气。

所述高温反应器13与冷却箱1连接；所述冷却箱1的正下方连接有储液箱2；所述储液箱2的一侧相连有真空泵3；所述真空泵3还与所述盛碘炉23的一侧相连。在所述高温反应器13中离解的碘蒸气经所述冷却箱1冷却储存在所述储液箱2中，又重新返回所述低温反应器22，和粗制铍粉再反应，合成碘化铍，在浓度差和温度差的驱使下，又升腾到所述高温反应器13，如此循环不已，直到粗制铍粉被反应干净为止。碘没有泄露，没有挥发，理论上没有损耗，但实际操作时还是有很少的一点损耗。第一批粗制铍粉处理完毕，再加入新一批粗制铍粉和碘，继续纯化。

所述盛碘炉23内设有第一热电偶19；所述低温反应器22的入口与所述盛碘炉23的出口连通；所述低温反应器内设有第二热电偶17；所述高温反应器13的入口与所述低温反应器22的出口连通；所述高温反应器13的入口与所述低温反应器22的出口通过碘蒸气孔14连通；所述高温反应器13内设有第三热电偶10。盛碘炉、低温反应器和高温反应器分别加热，通过不同的电源控制，精确控制碘化铍蒸气和碘蒸气的流动。

所述盛碘炉23内设有盛碘盆21；所述盛碘盆21的上方设置有氦气管20；所述氦气管20与所述盛碘炉23的连接处设有第一阀门24控制氦气的进入；所述低温反应器22通过第一隔板29与所述盛碘炉23隔离；所述低温反应器22的入口通过瓷管18与所述盛碘炉23的出口连通；所述低温反应器内设有不锈钢架和不锈钢盆15；所述不锈钢盆15用于盛放粗铍粉16；所述高温反应器13通过第二隔板28与所述低温反应器22隔离；所述高温反应器13内设有圆筒8；所述圆筒8有2-3根，用于承受纯铍粉的粘附；所述圆筒8各自挂设于上方的挂钩5上；所述圆筒8内设有钨丝12；所述盛碘炉23、所述低温反应器22、所述高温反应器13用金属板11与外界隔离；所述金属板11内用发热棒9填充；所述金属板11外用保温层7密封；所述保温层7外用红砖层6密封；所述保温层7外设有总开关4；所述总开关4控制整个反应系统的电源；所述高温反应器13的出口与所述冷却箱1的入口连通；所述高温反应器13的出口与所述冷却箱1的入口通过管道相连；连通所述高温反应器13与所述冷却箱1的管道设有第二阀门25；所述储液箱2通过管道连接在所述冷却箱1的正下方；所述储液箱与所述真空泵3的连接处设有第三阀门26；所述真空泵3与所述盛碘炉23的连接处设有第四阀门27。

所述不锈钢盆15的材质是80％的镍和20％的铬合金；所述圆筒8的材质为NI-Cr合金；所述金属板11的材质为NI-Cr合金；所述第一隔板29与所述第二隔板28的材质为陶瓷。

所述圆筒8每根直径20cm，长80cm，承受小于等于20公斤金属铍粉粘附。

如图4所示，使用上述热离解反应器纯化粗铍粉，熔炼成铍锭所述纯化粗铍粉成锭，包括如下步骤：

把粗铍粉16装入不锈钢盆15，铍粉厚度在30-50mm之间，然后放到所述低温反应器的不锈钢架上；把碘加入所述盛碘盆21，所述盛碘盆21放入所述盛碘炉23中；

开启真空泵，使真空度维持在0.05pa，漏气率小于1.3×10^-1Pa..L.S；接通所述盛碘炉23电源，加热升温，使碘变成蒸气，碘蒸气通过所述瓷管18进入所述低温反应器22；

接通所述低温反应器22的电源，加热升温，初始温度升速要慢，以每分钟20℃升速，一直把温度升到300℃，然后在此温度段恒温30分钟，再继续升温，到了500度就不再升温，且保持此温度直至反应结束；

当所述低温反应器22出现碘化铍蒸气时，接通所述高温反应器13的电源升温加热，升至500℃时恒温30分钟，再升到800℃时，又恒温30分钟，然后升至1100度，保持此温度，直到工作结束；

当碘化铍蒸气徐徐上升到所述高温反应器13时，在真空度稳定在0.05pa的前提下，开入少量氦气，让它携带更多的碘化铍进入所述高温反应器13。同时也开启冷却箱1和所述高温反应器13的第二阀门25，让离解后的碘蒸气涌入所述冷却箱1，开始循环流动；

氦气的投入量，初始小一些，但当碘化铍蒸气逐渐增多，氦气也随之加大通入量，所以它通入量的大小，是和碘化铍蒸汽量成正比，根据碘化铍蒸气量的大小加以调节；

因为铍和碘的反应比较缓慢，所以反应所需的时间比较长，此次操作连续作业30个小时；

当所述碘蒸气变得稀薄，所述粗铍粉16所剩无几时，反应结束，关闭电源，停止加热，冷却至炉温下降到350℃以下，取下所述圆筒8，用锋利的不锈钢刮刀刮下粘附在筒壁上的铍，收集得到纯铍粉。

经过碘的热离解提纯，金属铍纯度已达99.99％，送电子束真空熔炼，进一步提纯。

所述纯铍粉由震动推送器送到炉内，合上电源柜的隔离开关，真空系统空开，10秒钟之内手动指示灯亮，再打开仪表电源柜上的真空计，进行系统抽空，然后合上电源柜里的“付高压灯丝空开“”、再合“主高压空开”，打开仪表电源柜里的直流电源进行熔炼，电子枪将所述纯铍粉熔化成铍熔体，被熔化的铍熔体往下滴到锭模中，过了30多分钟，熔体凝固，铸成铍锭，牵拉引锭杆，放气，取出所述铍锭；

熔炼时注意炉子的真空度保持0.05pa，熔速约为每分钟30g/分钟，所述电子束熔炼炉的比电能为0.6kg/kw.h。

将第一道熔炼的铍锭做第二道熔炼，将所述铍锭送到电子束熔炼炉内，通电，再次熔炼，得到二道熔炼的铍熔体，所述二道熔炼的铍熔体流到所述锭模中，一段时间后得到二道熔炼的铍锭；去掉所述二道熔炼的铍锭表面的杂质，得到超高纯金属铍锭，纯度为99.999％以上。

经二道电子束熔炼后，金属铍杂质含量为(％)：

铝<2×10^-4；

碳<3×10^-4；；

氢<0.3×10^-4；

钼<2×10^-4；

铜<1×10^-4；

铁<1×10^-4；

氮<2×10^-4；

氧<5×10^-4；

镍<4×10^-4；

硅<1×10^-4；

钛<3×10^-4；

金属铍纯度>99.999％。

上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种热离解反应器，其特征在于，所述热离解反应器包括盛碘炉(23)、低温反应器(22)和高温反应器(13),所述盛碘炉(23)与所述低温反应器(22)连通；所述低温反应器(22)与所述高温反应器(13)连通；

所述盛碘炉(23)内设有盛碘盆(21)和第一热电偶(19)；

所述盛碘盆(21)的上方设置有氦气管(20)；

所述氦气管(20)与所述盛碘炉(23)的连接处设有第一阀门(24)控制氦气的进入；

所述低温反应器(22)通过第一隔板(29)与所述盛碘炉(23)隔离；

所述低温反应器(22)的入口与所述盛碘炉(23)的出口连通；

所述低温反应器(22)的入口通过瓷管(18)与所述盛碘炉(23)的出口连通；

所述低温反应器内设有第二热电偶(17)、不锈钢架和不锈钢盆(15)；

所述不锈钢盆(15)用于盛放粗铍粉(16)；

所述高温反应器(13)通过第二隔板(28)与所述低温反应器(22)隔离；

所述高温反应器(13)的入口与所述低温反应器(22)的出口连通；

所述高温反应器(13)的入口与所述低温反应器(22)的出口通过碘蒸气孔(14)连通；

所述高温反应器(13)内设有第三热电偶(10)、圆筒(8)；

所述圆筒(8)有2-3根，用于承受纯铍粉的粘附；

所述圆筒(8)各自挂设于上方的挂钩(5)上；

所述圆筒(8)内设有钨丝(12)；

所述盛碘炉(23)、所述低温反应器(22)、所述高温反应器(13)用金属板(11)与外界隔离；

所述金属板(11)内用发热棒(9)填充；

所述金属板(11)外用保温层(7)密封；

所述保温层(7)外用红砖层(6)密封；

所述保温层(7)外设有总开关(4)；

所述总开关(4)控制整个反应系统的电源；

所述高温反应器(13)与冷却箱(1)连接；

所述高温反应器(13)的出口与所述冷却箱(1)的入口连通；

所述高温反应器(13)的出口与所述冷却箱(1)的入口通过管道相连；

连通所述高温反应器(13)与所述冷却箱(1)的管道设有第二阀门(25)；

所述冷却箱(1)的正下方连接有储液箱(2)；

所述储液箱(2)通过管道连接在所述冷却箱(1)的正下方；

所述储液箱(2)的一侧相连有真空泵(3)，连接处设有第三阀门(26)；

所述真空泵(3)还与所述盛碘炉(23)的一侧相连，连接处设有第四阀门(27)。

2.根据权利要求1所述的热离解反应器，其特征在于，所述不锈钢盆(15)的材质是80％的镍和20％的铬合金；

所述圆筒(8)的材质为NI-Cr合金；

所述金属板(11)的材质为NI-Cr合金；

所述第一隔板(29)与所述第二隔板(28)的材质为陶瓷。

3.根据权利要求2所述的热离解反应器，其特征在于，所述圆筒(8)每根直径20cm，长80cm，承受小于等于20公斤金属铍粉粘附。

4.一种用如权利要求1至3之一所述的热离解反应器纯化粗铍粉成锭的方法，其特征在于，使用如权利要求1-3之一 所述的热离解反应器纯化粗铍粉，熔炼成铍锭；

所述纯化粗铍粉成锭的方法包括如下步骤：

第一步：准备原料，所述原料包括粗铍粉(16)和碘；

所述粗铍粉(16)和所述碘的质量比是5:1；

第二步：让所述粗铍粉(16)和碘在所述热离解反应器中反应，生成碘化铍蒸气，热离解分解为金属铍和碘蒸气，收集得到纯铍粉；

第三步：将所述纯铍粉熔炼成铍锭。

5.根据权利要求4所述的纯化粗铍粉成锭的方法，其特征在于，第二步所述粗铍粉(16)和碘在所述热离解反应器中反应的步骤包括：

不锈钢盆(15)放到不锈钢架上；

所述不锈钢盆(15)内盛有所述粗铍粉(16)；

盛碘盆(21)放入所述盛碘炉(23)中；

所述碘加入所述盛碘盆(21)中；

启动真空泵(3)，使真空度维持在0.05pa；

接通所述盛碘炉(23)电源，加热升温，使碘变成蒸气，碘蒸气通过瓷管(18)进入所述低温反应器(22)；

接通所述低温反应器(22)电源，加热升温，让所述粗铍粉(16)和所述碘蒸气在所述低温反应器(22)中反应，生成碘化铍蒸气；

当所述低温反应器(22)出现所述碘化铍蒸气时，接通所述高温反应器(13)电源，加热升温；

当所述碘化铍蒸气出现在所述高温反应器(13)时，开启连通冷却箱(1)和高温反应器(13)的第二阀门(25)，所述碘化铍蒸气热离解分解为金属铍和碘蒸气，离解后的所述碘蒸气涌入冷却箱(1)，开始循环流动；

当所述碘蒸气变得稀薄，所述粗铍粉(16)所剩无几时，反应结束，关闭电源，停止加热，收集得到纯铍粉；

所述停止加热冷却至炉温下降到350℃以下；

所述收集得到纯铍粉的方法是:取下圆筒(8)，用刮刀刮下粘附在筒壁上的铍，得到纯铍粉；

所述刮刀为锋利的不锈钢刀。

6.根据权利要求4所述的纯化粗铍粉成锭的方法，其特征在于，第三步所述纯铍粉熔炼成铍锭的反应步骤包括：

第一步：将所述纯铍粉送到电子束熔炼炉内；

所述纯铍粉由震动推送器送到电子束熔炼炉内；

第二步：将所述电子束熔炼炉通电，电子枪将所述纯铍粉熔化成铍熔体；

第三步：所述铍熔体流到锭模中，一段时间后凝固为铍锭；

所述锭模的材料为氧化铍；

第四步：牵拉引锭杆，放气，取出所述铍锭；

第五步：将所述铍锭二道熔炼，得到二道熔炼的铍锭；

所述二道熔炼的方法是，将所述铍锭送到电子束熔炼炉内，通电，再次熔炼，得到二道熔炼的铍熔体，所述二道熔炼的铍熔体流到所述锭模中，一段时间后得到二道熔炼的铍锭；

第六步：去掉所述二道熔炼的铍锭表面的杂质，得到超高纯金属铍锭，纯度为99.999％以上。

7.根据权利要求5所述的纯化粗铍粉成锭的方法，其特征在于，所述不锈钢盆(15)内盛有所述粗铍粉(16)的厚度在30-50mm；

所述低温反应器(22)内加热升温先以20℃/分钟升至300℃，保持恒温30分钟，再以20℃/分钟升至500℃；

所述高温反应器(13)内加热升温先梯度式升温至500℃，保持恒温30分钟，再升至500℃，保持恒温30分钟，再升至1100℃。

8.根据权利要求6所述的纯化粗铍粉成锭的方法，其特征在于，所述电子束熔炼炉的真空度为0.05pa；

所述电子束熔炼炉的熔速为30g/分钟；

所述电子束熔炼炉的比电能为0.6kg/kw.h。

9.一种制备超高纯金属铍的方式，其特征在于，包括如下方法：

制备氟化铍的方法；

制备粗铍粉的方法；

纯化粗铍粉成锭的方法；

所述纯化粗铍粉成锭的方法是如权利要求4-8之一所述用如权利要求1至3之一所述的热离解反应器纯化粗铍粉成锭的方法。

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