金屬鈉提純的制備研究-混合器的使用！

鈉作為一種廣泛存在地殼中基本原料，在地 殼中鈉的含量為 2. 83% ，具有密度小、熔點(diǎn)低、 沸點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)活潑和導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好的等特 性。金屬工業(yè)鈉已被成功地應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域， 比如在冶金工業(yè)中常作為還原劑用于制取鈦、鋯 和鉭等金屬; 在鑄造業(yè)作為變質(zhì)劑，使得合金晶 體變?yōu)榧?xì)小的纖維結(jié)構(gòu)，從而提高合金強(qiáng)度和塑 性等等其他工業(yè)方面。雖然工業(yè)鈉的用途十分 廣泛而且重要，但是由于工業(yè)鈉含有大量的非金 屬以及金屬雜質(zhì)，在一些特殊的場(chǎng)合會(huì)嚴(yán)重影響 產(chǎn)品質(zhì)量甚至安全。因此高純鈉在工業(yè)中的一些 場(chǎng)合起著不可或缺的重要作用。在能源工業(yè)可用 于制備鈉硫二次電池負(fù)極材料，鈉硫電池作為目 前市場(chǎng)主流的大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)，其優(yōu)越性得到同 行業(yè)的高度認(rèn)可。

1 提純金屬鈉的制備方法

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)金屬鈉的提純主要分為化學(xué) 處理法、物理處理法與固體電解質(zhì)電解法。

1. 1 化學(xué)處理法

化學(xué)處理法是指利用金屬鈉中的雜質(zhì)的化學(xué) 性質(zhì)，添加相應(yīng)的化學(xué)添加劑使得與雜質(zhì)產(chǎn)生氧 化還原等一系列的化學(xué)反應(yīng)生成高沸點(diǎn)的鹽或氧 化物，使得雜質(zhì)從金屬鈉中分離出來從而達(dá)到提 純的目的，這種方法比較適用于金屬鈉中不易使 用蒸餾法去除的雜質(zhì)。目前常用的對(duì)于金屬鈉中 的鈣，可以通過添加 NaO2、水蒸氣等與之反應(yīng)生 成 CaO 或 Ca ( OH) 2 等顆粒雜質(zhì)去除) ; MSSA 公司 P·夫拉啻爾在靜止的混合器（其林貝爾旋渦混合器VORTEX-5）中液態(tài)鈉與惰性 氣體接觸在溫度等于或者高于 150℃ 時(shí)利用惰性氣 體中所含的微量水蒸汽對(duì)鈣進(jìn)行氧化生成氫氧化 鈣從而去除雜質(zhì); 邢朝青通過把工業(yè)級(jí)金屬鈉和 過氧化鈉在反應(yīng)器中混合均勻，然后將溫度控制 在 300℃ ～ 350℃ 之間，在不斷攪拌的條件下充分 反應(yīng) 15 ～ 30h，使鈉中的鈣雜質(zhì)生成氧化鈣，從而 去除雜質(zhì)，提純金屬鈉。

1. 2 物理處理法

物理處理法包含了電解法、冷肼法、過濾法、 蒸餾法等其他組合的方法。

1. 2. 1 冷肼法

冷肼法的原理是通過不同的物質(zhì)的溶解度會(huì) 隨著溫度的變化而不同。金屬鈉提純中可以通過加熱待提純的金屬鈉，當(dāng)高溫的金屬鈉流過有金 屬網(wǎng)填充的冷阱時(shí)，由于溫度突降雜質(zhì)的溶解度 呈指數(shù)下降，從而使金屬鈉中的雜質(zhì)析出并沉積 在金屬網(wǎng)上，達(dá)到去除雜質(zhì)的目的。

1. 2. 2 過濾法

這種方法是在金屬鈉在熔融的狀態(tài)下通過使 用金屬網(wǎng)或者陶瓷膜來過濾金屬鈉中的一些固態(tài) 的化合物以及一些顆粒狀的機(jī)械雜質(zhì)。比如金屬 鈉與空氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的雜質(zhì)以及在處理金屬鈉 工具上面的雜質(zhì)等等。此種方法的提純方法一般 只能達(dá)到 99. 5% 的純度。

1. 2. 3 真空蒸餾法

真空蒸餾法它是利用不同元素間的沸點(diǎn)差異 和蒸汽壓的差異，在一定的溫度和真空度條件下， 使的主體金屬與雜質(zhì)金屬分離從而達(dá)到提純的目的。對(duì)于金屬鈉來說，在 700℃的情況下常用金 屬除了鉀和鎘的飽和蒸汽壓相接近以外，其他的 差異較大，因此可以利用此方法控制好真空蒸 餾的條件得到純度較高的金屬鈉。

1. 3 固體電解質(zhì)電解法

固體電解質(zhì)電解法是利用 Na － β － Al2O3功能 型陶瓷固體電解質(zhì)作為兩極之間的隔膜，此種陶 瓷電解質(zhì)具有只允許鈉離子在其中自由的遷移而 其他的離子則很難或者不能在其中遷移的特殊特 性。此種方法是將待提純的熔融工業(yè)鈉或者鈉的 化合物 ( 比如 NaOH、NaCl 等) 為原料進(jìn)行電解， 在直流電場(chǎng)作用下鈉離子通過 Na － β － Al2O3陶瓷 電解質(zhì)遷移至陰極，在陰極重新獲得電子被重新 還原成為金屬鈉。由于陶瓷電解質(zhì)的特殊性， 在陰極的得到的金屬鈉的純度非常高，基本能達(dá) 到 99. 99% 。電解工業(yè)鈉與鈉的化合物相比，因直 接電解工業(yè)鈉過程中無氧氣、水汽或氯氣等釋放， 工作溫度也可更低，工藝工程更經(jīng)濟(jì)且安全系數(shù) 更高。下文對(duì)我們以固體電解質(zhì)電解法在工業(yè)鈉 提純方面的實(shí)驗(yàn)工作進(jìn)一步闡釋。

2 工業(yè)鈉電解提純高純鈉的研究

由于鈉和其它元素 ( 雜質(zhì)) 的氧化還原電位、 實(shí)際分解電壓、離子半徑以及它們?cè)?Na － β － Al2O3 陶瓷晶格中的遷移特性不同，控制一定的條件，除鈉離子可以順利地通過隔膜到達(dá)陰極區(qū)外，其 它的金屬和非金屬元素都難以通過，特別是非金 屬元素如: O、C、H、S、C I、P、N、Si 等都不 可能通過 ( 值得注意的是其中 O、C、H、Si 等正 是用于核反應(yīng)堆和稀有金屬冶煉的金屬鈉中最有 害的雜質(zhì)1。因此利用電解工業(yè)鈉的方法能提純 得到很高純度的金屬鈉，應(yīng)用在一些特殊要求的 場(chǎng)合?；诖宋覀儗?duì)電解工業(yè)鈉提純的方法做了 一些實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖 2。

3 結(jié)語

綜上所述，幾種常用的提純金屬鈉的方法， 都能獲得純度較高的高純鈉。利用化學(xué)處理法可 以將鈉中不易蒸餾分開的雜質(zhì)通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化 為高沸點(diǎn)的鹽或氧化物，進(jìn)而達(dá)到提純。但是在 加入化學(xué)試劑的同時(shí)也引入其他的化學(xué)元素的雜 質(zhì)。過濾法只能過濾一些顆粒狀的雜質(zhì)，而且工 藝比較復(fù)雜，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。冷阱法能耗低、處 理雜質(zhì)的速度快，但是工藝流程比較長(zhǎng)，需要冷 卻—析出—過濾—加熱等過程。真空蒸餾法流程 短、提純純度高而且雜質(zhì)金屬可以回收，但是提 純工藝比較復(fù)雜，設(shè)備要求高。電解提純的方法 設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝流程短，能耗也比較小，提純的 技術(shù)鈉純度很高。因此在各種工業(yè)生產(chǎn)高純鈉的 方法中，利用工業(yè)鈉進(jìn)行電解提純生產(chǎn)高質(zhì)量的 高純鈉將會(huì)有比較好的發(fā)展前景，是一個(gè)重要的 發(fā)展方向。