用于溅射靶材的高纯钌粉的制备工艺研究

采用超重力旋转填料床反应器氧化减压蒸馏装置,从一次钌盐酸吸收液中氧化蒸馏赶锇、提钌。氧化蒸馏出的Ru O4经盐酸吸收还原,制得纯的钌盐酸溶液;经氯化铵结晶沉淀,所得的氯钌酸铵沉淀物在氢气氛围下煅烧还原,制得高纯海绵钌;海绵钌经王水与氢氟酸混合酸煮洗,在氢气氛围下干燥后制得纯钌粉。经辉光放电质谱法——GDMS分析,钌粉纯度达到99.999%以上,可直接用于溅射靶材。该工艺采用物理与化学、湿法与火法相结合的提纯技术,制得用于溅射靶材的高纯钌粉。超重力旋转填料床反应器氧化蒸馏具有可连续化作业、操作时间短、提钌率高、制备高纯含钌盐酸溶液产品质量稳定的特点。

钌盐提纯和高纯钌粉制取的理论与实验研究

钌的精炼过程分为钌盐的精制和高纯钌的制取两个步骤。本文以氧化还原标准电极电位作为选择性氧化分离锇、钌的判据,从理论上分析了采用二段分步氧化蒸馏分离锇、钌的必要性和可行性。研究了氧化-真空蒸馏方法从一次钌盐酸吸收液中,一段氧化加入H_2O_2选择性氧化-真空蒸馏分离锇,使钌盐酸溶液中的锇被选择氧化而以OsO_4气体单独蒸馏出来并被NaOH溶液吸收,而未氧化的钌则留在蒸馏余液中;之后在分离锇后的一次钌盐酸蒸馏余液中,二段氧化加入H_2SO_4+NaClO_3进行氧化-真空蒸馏分离钌和残留的锇。氧化蒸馏出的RuO_4经HCl吸收并还原得到精制的二次钌盐酸溶液,进一步经硫化钠结晶沉淀提纯制得高纯硫化钌盐,并对沉钌过程做了初步的理论分析。所得精制硫化钌沉淀物在氢气氛围下煅烧还原制得高纯海绵钌,海绵钌经王水与氢氟酸混合酸煮洗后水洗,在氢气氛围下干燥后制得的钌粉经辉光放电质谱法(GDMS)分析,纯度达到4N5(99.995%)以上,可直接用于溅射靶材。本研究为靶材用5N(99.999%)高纯钌粉的制备及其工业化生产提供了理论和实验依据。

基于均相沉淀法制备高纯度球形钌粉

针对高纯度球形钌粉制备技术难题,基于均相沉淀法制备高纯球形钌粉并分析其过程机理。研究结果表明:三氯化钌溶液经5级离子交换纯化处理后,以尿素为均相沉淀剂,控制钌的质量浓度为10 g/L、尿素与钌的物质的量比为6:1、反应温度为95℃、反应时间为4 h,获得球形或类球形钌粉前驱体,经煅烧氢还原、混酸煮洗后,可获得纯度大于99.999%的球形或类球形钌粉。在均相沉淀过程中,尿素缓慢水解生成的OH-均匀分布在溶液中,与钌络合离子反应,生成球形钌粉前驱体,煅烧后得到球形钌粉。

沉淀条件对钌粉粒度和形貌的影响

采用化学法制备高纯钌粉,研究了沉淀条件对制备的钌粉粒度和形貌的影响,对钌粉的纯度进行了分析.结果表明,氯气氧化作用对钌粉的粒度和形貌影响较大,在沉淀过程进行搅拌能有效细化氯钌酸铵晶粒.采用氯化铵饱和溶液沉淀,沉淀过程进行搅拌,并通入氯气进行氧化,得到（NH4）2RuCl6 晶体,烘干后在800℃煅烧6 h,得到的钌氧化物在750℃条件下通氢还原30 min,得到的钌粉粒度约5~20 μm,呈近球形的多边形,辉光放电质谱法（GDMS）分析表明钌粉纯度达到99.95%以上.