氧化锶用途(锶的基本介绍，发现和应用发展，锶的制备)

Posted 2023-05-30

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氧化锶用途(锶的基本介绍，发现和应用发展，锶的制备)

锶 Strontium

锶是一种金属元素，元素符号为Sr，原子数为38，属于元素周期表上2A族，是一种有银白色光泽的碱土金属。化学性质活泼，加热到熔点(769℃)时即燃烧，呈红色火焰，生成氧化锶(SrO)，在加压条件下跟氧气化合生成氧化锶(SrO2)。跟硫、硒、卤素等容易发生化合反应。锶在地壳中的含量约0.04%，丰度居第15位。由于锶极易与空气和水发生化学反应，所以不存在自然态的锶，都是以化合物的形式出现，它的主要矿物是天青石和菱锶矿。锶元素广泛存在于矿泉水中，是一种人体必需的微量元素，具有防止动脉硬化，预防骨质疏松患者骨折，防止血栓形成的功能。质量数90的锶是一种放射性同位素，可作β射线放射源，半衰期为28.8年。金属锶用于制造合金、光电管，以及分析化学、烟火等。锶具有很强的吸收X射线辐射功能和独特的物理化学性能，被广泛应用于电子、化工、冶金、军工、轻工、医药和光学等各个领域。

锶的发现和应用发展

【发现历史】

锶的发现主要归功于以下几位化学家：阿代尔•克劳福德(Crawford), 托马斯•查尔斯•霍普(Hope), 马丁•海因里希•克拉普罗特(Klaproth), 汉弗莱.戴维(Davy)。

1790年, 爱丁堡医生阿代尔克.劳福德(Adair Crawford)从苏格兰阿盖尔郡的苏纳特海岸的一个铅矿中发现一种新的矿物(菱锶矿SrCO3)。不久，他便发现这个新的矿物中包含着一种新的元素。但是一直未有进展。
1793年11月，爱丁堡大学化学教授托马斯•查尔斯•霍普(Thomas Charles Hope)对这个新元素做了更全面的研究并证明是一个新的元素，并且发现这个新元素可以使蜡烛的烛火变红。

1793年9月，马丁•海因里希•克拉普罗特(Martin Heinrich Klaproth)在德国也在进行同样的研究，并且成功制取出氧化锶和氢氧化锶。
直到1808年，锶金属才被任职于伦敦英国皇家学院的汉弗莱.戴维(Humphry Davy)通过电解法将氯化锶和氧化汞的混合物电解提炼出来的。他用相同的方法也提取出了钠金属和钾金属。
元素名称来源：依据苏格兰一个小镇的名字"Strontian"命名。

【锶的发展】

随着世界工业的不断发展，锶的应用领域也随之扩大。19世纪到本世纪初，人们用氢氧化锶制糖，提纯甜菜糖浆；两次世界大战期间，锶化合物广泛应用于生产烟火及信号弹；20世纪二三十年代，碳酸锶被用作炼钢的脱硫剂，以去除硫、磷等有害物质；50年代，在电解锌生产中，碳酸锶被用于提纯锌，其纯度可达99.99%；60年代末，碳酸锶广泛用作磁性材料；钛酸锶用于电子计算机存储器，氯化锶用作火箭燃料；1968年因发现碳酸锶用于良好屏蔽X射线的性能，便将其应用于彩电荧屏玻璃，现需求量正在大幅增长已成为锶的主要应用领域之一；锶在其他领域也不断扩大其应用范围。从此，锶碳酸盐和其他锶化合物(锶盐)作为重要的无机盐原料，受到人们普遍的关注和重视。

锶的制备

【工艺流程】

天青石(SrSO4)是最主要的含锶矿物，也是一系列的锶化合物的重要原料。从1790年发现锶矿到19世纪80年代后，才对锶矿的化学加工才有了较大的进展，1884年确立了天青石经复分解制碳酸锶的方法。20世纪初，开始应用碳还原天青石制造碳酸锶的工业生产方法。上述两种方法也是现在锶矿化学加工的基本方法。
流程工业上将天青石加工成粗碳酸锶或硫化锶，再进一步加工成其他的锶化合物(见下图)，有两种加工方法。其中碳还原法工艺流程短、成本低，但天青石利用率低，产品质量不易保证，并且废气污染严重。复分解法能克服碳还原法的缺点，但消耗酸、碱量较大。

碳还原法 将天青石粉碎至 120目左右，经选矿除去硅、铁、铝、钙等杂质，使精选矿中的硫酸锶含量提高到70％以上。将精选后的锶矿粉与煤粉混合，送入焙烧炉中进行焙烧，水不溶性的硫酸锶还原成水溶性的硫化锶，主反应式为： SrSO4+4C—→SrS+4CO 焙烧要在还原气氛中于1000～1200℃下进行。然后，用水浸取出硫化锶，与不溶解的残渣分离，精制后得到硫化锶水溶液。由该溶液制造碳酸锶的方法有碳化法和复分解法两种。 ①硫化锶碳化法：将硫化锶水溶液装入碳化塔中，然后通入二氧化碳得到碳酸锶和硫化氢气体。碳酸锶从塔底放出，经过滤、洗涤、精制、造粒、干燥得碳酸锶成品。碳化一般在两段碳化塔中以间歇或连续方式进行。从塔顶逸出的碳化尾气含有大量硫化氢，可回收用于制硫磺或硫化合物。 ②硫化锶复分解法：在精制后的硫化锶溶液中加碳酸钠(或碳酸氢铵)沉淀出碳酸锶，经过滤、洗涤、干燥即得产品。从废液中可回收硫化钠(铵)。
复分解法 该法对矿中硫酸锶含量要求不高。将天青石粉碎至200目，装入带搅拌的反应釜中，加入碳酸钠(或碳酸氢铵)溶液，在90℃左右，反应1～2小时后,转化率即可达到95％左右，经过滤，洗涤得到粗碳酸锶，滤液可回收硫酸钠。精制粗碳酸锶的方法，工业上有酸解及热分解法两种。 ①酸解法：用盐酸(或硝酸)分解粗碳酸锶，制得氯化锶(或硝酸锶)溶液,经过滤、洗涤,将滤液氯化锶(或硝酸锶)除去杂质后，加入碳酸钠(或碳酸氢铵)得到碳酸锶沉淀，经过滤洗涤、干燥、造粒得成品。滤液是氯化钠(或铵)，可回收利用，也可将氯化锶溶液直接蒸发、结晶得氯化锶产品。 ②热分解法：将粗碳酸锶加热到1000～1350℃分解成氧化锶，用水浸取。氧化锶溶于水变成氢氧化锶，分离残渣得氢氧化锶溶液。将氢氧化锶碳化即可得碳酸锶。也可由氢氧化锶进一步加工成氯酸锶、铬酸锶等锶盐。