摘要：高纯金属材料具有优良的导电性和导热性等优点，成为航空、电子等高科技领域重要的基础原材料，该材料的广泛应用推动了航空、电子、半导体等高科技领域产业的持续发展。文章简要概述高纯金属的概念及应用，阐述真空气化提纯制备高纯金属应用基础，具体探讨了真空气化提纯制备镁、锌、铅等高纯金属的研究现状。研究结果表明，真空气化提纯制备镁、锌、铅等高纯金属具有适用性广、分离效果好、能耗损失小、绿色环保等优点，成为提纯制备镁、锌、铅等高纯金属最为常用的方法之一。

　　关键词：真空气化提纯；制备；高纯金属

　　随着航空、电子、半导体等行业的高速发展，高纯金属的需求日益增长，对高纯金属的纯度要求也越来越高。高纯金属的纯度对航空、电子及半导体等行业高精尖材料的性能产生极大的影响。但国内的高纯金属发展较晚，高纯金属提取制备与纯度还难以满足持续增长的需求。因此，需积极开发高纯金属，从而满足航空、电子、半导体等行业的发展需要。目前，真空气化是提取制备高纯金属的主要方法之一，具有适用范围广、分离效果好、节能、环保等众多优点。现有研究深入地探讨了真空气化在提取制备高纯金属中的应用，建立了较为成熟的理论基础，并积累了较丰富的实践经验，为提取制备高纯金属提供了丰富和详细的工艺参数，为真空气化在高纯金属提取制备过程中应用提供了理论与实验的支持。

　　1高纯金属的概念及应用

　　高纯金属是经过高度提纯制备形成的超高水平的金属材料，其纯度水平极高，杂质含量极低，具有极为优异的特性，成为航空、电子、半导体等高科技领域极为重要的基础原材料。按照纯度等级划分，高纯金属是指杂质成分含量低于0.001%的金属材料，一般采用99.9999%表示纯度。

　　高纯金属的纯度对于航空、电子、半导体等领域的高精尖材料性能有着至关重要的影响。这就要求对高纯金属进行定向化和精准化提纯，使其满足不同领域材料应用的需求。如金属镁受到其抗腐蚀力有限的因素影响，使其无法大规模地应用于工业生产，这就要求严格控制金属镁中的镍、铁、铜等杂质，实现金属镁的精细化提纯；纯度达到99.999%的高纯铝，拥有优异的物理特性和化学性能，是半导体工业、超导体技术和核子工业等众多领域，突破高科技领域的材料技术难题；高纯铅是生产铅酸蓄电池的重要材料，能够解决精铅制备新型铅酸电池的难题，提升铅酸电池的使用寿命；高纯铜是电子信息领域使用的主要高纯金属材料，减少金属铜中的铁、硫等杂质，是提升铜线品质的主要方法，也是提升铜线导电性能的重要举措。

　　随着高科技行业的快速发展，高科技行业材料制备需要高纯金属，这些高纯金属能满足高科技行业材料的性能需要。因此，要加速高纯金属的提取制备，既解决“卡脖子”技术问题，也推动高科技行业的快速发展。

　　2真空气化提纯制备高纯金属应用基础

　　真空气化称作“真空蒸馏”，是指在真空条件下（压力小于0.1MPa），采用一定的加热蒸发方式，实现金属的精炼、提纯和加工的一种金属冶炼技术。目前，真空气化被广泛应用于金属钙、镁、铝等化学性质活泼的金属，满足高纯金属材料各个阶段的深度纯化。真空气化也被广泛应用于锌、铅、碲、硒等金属的提纯与制备。随着真空气化技术的应用与发展，国内已建成多条高纯金属生产线，形成了成熟的真空气化提纯技术理论基础，具备丰富的生产实践经验，积累了详细的工艺参数。

　　真空气化在提取制备高纯金属材料时具有较多的优点：一是具有适用性广泛的优点。真空气化技术能够根据不同金属间饱和蒸汽压的差异，将金属中的多元合金和粗金属进行有效地分离；二是具有节能减耗的优点。真空气化技术利用真空条件实现金属的提纯，有效地克服了金属氧化的现实问题，避免金属氧化导致能耗损失；三是具有绿色环保的优点。真空气化技术在真空条件下进行金属提纯，做到了与大气隔绝，有效地控制废水、废气和废渣等污染物的产生。当然，真空气化技术在提取制备高纯金属过程中，也存在一些局限性。例如真空气化技术在提取制备金属铅时，难以有效地分离与铅相近的杂质铋；在提取制备金属锌时，也难以有效地分离与锌相近的杂质镉。另外，真空气化技术提取制备高纯金属时，需要长时间的保持高温，导致提取制备过程中的电耗增加。

　　3真空气化提纯制备高纯金属的研究现状

　　3.1真空气化提纯制备高纯镁研究现状

　　高纯镁是指纯度大于99.98%的金属镁，主要由含量大于47%的菱镁矿制备而成。高纯镁具有超高的热导率和良好的可加工性，被广泛地应用于工业、医疗和航空等领域，如发光二极管等电子器件的生产制造。真空气化是高纯镁提取制备的主要方法之一，国内外学者对真空气化提取制备高纯镁进行了深入的研究，取得了显著的研究成果。

　　Li等[1]采用真空气化-定向冷凝法，实现高纯镁的高效提纯。在其研究过程中，计算了镁挥发过程的蒸气压分离系数，绘制了蒸馏温度、冷凝温度和系统压力的气液相平衡图。研究结果显示，当蒸馏温度为1073k、系统压力为100Pa、冷凝温度为873k、冷凝时间为30min时，镁挥发率可达93.76%，可提出制备纯度为99.98%的镁，实现了镁合金废料中的高纯镁提纯。该研究为镁合金废料中的高纯镁提纯提供了详细的实验步骤和工艺参数，实现了镁合金废料的高效利用。

　　李蕊[2]在回收废旧镁合金中采用真空气化-定向冷凝法，实现了镁、锌、铝等金属的提纯。在其研究中，当压强为30000Pa，蒸馏温度为973k时，锌、镁挥发率比值达到64.5789%，锌、镁的分离效果达到最佳状态，且在真空度100Pa，蒸馏温度为1073k、冷凝温度为873k、保温时间为60min时，能够得到纯度为99.90%的镁。在该研究中，既实现了高纯镁的提取制备，还有效地分离了锌、铝等金属，能更加高效地回收利用镁合金废料。

　　任学根等[3]将Al-Mg10%合金按照质量9:1的比例进行配置取40g，将真空蒸馏设备温度设置为973~1373k，升温速率为13k/min，结果显示蒸馏过程中，有效地实现了镁、铝的分离，且蒸馏温度为1373k、系统压强为10~15Pa，保温时间为120min时，镁的挥发率为99.98%，直接回收率达到98.65%。该研究有效地分析了铝和镁等金属，为铝镁合金中的高纯镁提纯提供了详细的工艺参数和技术方法。

　　Liang等[4]将镁锭切成1~2cm的小块，放入位于管式炉气化区的石墨坩埚中，温度设置为973k和773k，真空度为10Pa，按照973~1173k/min的受控加热速率，加热至10~10k的温度范围，保温30~120min。结果显示温度在773k时，使用孔隙为60ppi的铁基泡沫过滤，提取了最高纯度的镁冷凝物，纯度达到5N3，并有效地去除了钙、钾、钠、硅、铝等杂质及其他氧化物、硫化物等。该研究提出了高纯镁制备过程中真空气化深度去除杂质的试验方法，有效去除了制备高纯镁中的众多杂质。

　　综上，真空气化提纯制备高纯镁工艺成熟，有效地分离废旧镁合金中的金属镁与其他金属，既能有效地实现镁合金的高纯镁提纯制备，还能回收利用其他金属元素。另外还应用于其他材料中的高纯镁提纯制备，具有提纯纯度高、工艺成熟、去除杂质效率高等优点。当然，在现有的研究中也能看出，真空气化提纯制备高纯镁时，具有保温时间长、温度高等问题，这些问题也限制了真空气化提纯制备高纯镁的产业化发展。

　　3.2真空气化提纯制备高纯锌研究现状

　　高纯锌是指纯度大于99.999%的金属锌，被广泛地应用于电子信息、还原剂及化工等领域，成为生产机械、锌合金、电子器件等产品的重要原材料。目前，高纯锌的提纯方法主要有空气化法、电解精炼法和区域熔炼法等多种，能够实现纯度99.999%金属锌的提纯，但这些提炼方法具有效率低、损耗大、污染重等突出问题，限制了这些方法在提纯高纯锌中的应用。因此，真空气化成为提纯制备高纯锌的首选技术，既能够提纯纯度99.9999%的金属锌，还能减少能耗污染，提高提纯制备效率。

　　Ali等[5]将3N级锌作为原材料，经过真空蒸馏方法得到6N及高纯锌。在该研究中，设置两个圆柱形坩埚，一个为蒸发器，一个为收集器，蒸馏过程中，锌蒸气凝结在碳坩埚盖上，监测杂质镉挥发的时间，通过蒸馏温度和时间的优化达到高纯锌的提纯。

　　李涛等[6]研究认为真空蒸馏法是实现6N级高纯锌提纯制备的主要方法，利用金属基体与金属杂质在相同温度下的蒸气压不同实现分离，达到金属基体的高效提纯。其研究提出锌金属熔点为693k、沸点为1180k，真空蒸馏法能够去除锌基体中的高挥发性杂质，实现高纯锌的凝结。

　　符世继等[7]通过对蒸馏磨具改良，制定工艺参数如表1所示，优化投料试验，实现了高纯锌的提纯，有效地去除了金属铜等杂质。其研究在驰宏科工得到应用，目前驰宏科工高纯锌生产线已具备5N锌20吨、6N锌1吨的生产能力，采用国际先进的高纯锌生产工艺。

　　赵伟辰等[8]研究中需要Cd-Zn、Bi-Zn、Bi-Sn-Zn合金，将纯度达到99.99%的金属镉、铋、锡和锌按比例进行配置，将配置好的材料置入石墨坩埚中，采用自制的熔炼装置，在真空条件下加热。研究结果得出不同合金在真空条件下的锌蒸发速率与温度呈线性关系，这一结果对高纯锌提纯提供了充实的试验数据。

　　综上，真空气化是高纯锌提纯制备的首要工艺技术，成为提出5N级、6N级等纯度高纯锌的成熟技术。但在7N级高纯锌提纯中，真空气化技术还无法满足要求。

　　3.3真空气化提纯制备高纯铅研究现状

　　高纯铅是指纯度高于99.99%的铅金属。高纯铅成为电池、半导体和核能等领域重要的基础材料。高纯铅在电池等储能领域的应用，将克服微量杂质对电池寿命、电极腐蚀的影响，解决电池等领域的技术难题。因此，提纯制备高纯铅成为破解电池等行业产业化发展瓶颈的关键。

　　陈金杰等[9]在试验中将纯度为99.99%的铅与纯度为99.99%的铜，按照铜质量比例为5%~20%的铅铜合金，采用立式真空炉进行蒸馏。试验结果显示当温度为1373k，蒸馏时间为30min时，具有最佳的蒸馏效果，达到纯度为99.9%的粗铅和纯度为99.99%的高纯铜。该试验主要对铅铜合金中的金属铅和金属铜进行分离，但并未有效地提纯高纯铅。随着真空蒸馏技术的发展，越来越多地应用于高纯铅提纯。

　　徐俊杰等[10]如研究中指出真空蒸馏法回收铅锑合金中铅时，蒸馏温度1023K为最佳，能达到直收率为57.10%的铅；蒸馏时间45min为最佳，能达到直收率为62.20%的铅。该研究方法在铅锑合金的环保利用和高效提纯制备高纯金属铅中具有重要的借鉴意义。

　　Sun等[11]利用真空蒸馏法提纯废铅酸电池中的粗铅，结果显示在923k的蒸馏温度下持续60min，板栅合金中的Pb得到了显著的98.97%的回收，产生了纯度为98.56%的粗铅，提取出的粗铅适合进行精炼。

　　综上，真空气化技术较为成熟地应用于铅铜合金、废铅酸电池等物质中的金属铅提纯，但目前提纯效果并不是特别理想，难以提纯纯度高于99.99%以上的高纯铅，主要是通过提出粗铅后进行精炼[12-13]。当然，真空气化技术能够有效地分离金属铅与金属铜等金属元素，达到金属铅的提纯，但金属铅与杂质铋等物质相似，很难达到高效分离。因此，高纯铅提纯仍然是当前面临的核心难题，需要继续研究真空气化等技术，优化工艺参数和试验步骤，达到高纯铅的提纯，为电池等储能领域的高速发展提供帮助[14]。

　　4结语

　　随着航空、电子、半导体等高科技行业的高速发展，使得高纯金属的需求日益增长。在国家节能减耗、绿色环保等战略目标下，要利用真空气化等环保提纯技术，推进金属镁、锌、铅等金属的提纯技术创新与发展，实现高效的高纯金属提纯，满足高科技行业发展的高性能材料需求。虽然真空气化技术在提纯制备金属镁、锌、铅等高纯金属过程中具有较多的优点，但也存在提纯流程长、保温时间长、电耗大等局限性。为此，未来要进一步改良真空蒸馏设备、工艺参数，寻找最佳的蒸馏时间、保温时间，提高高纯金属的提纯质量和效率。

参考文献

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　　［9］陈金杰，蒋文龙，杨斌，等.铅铜合金真空蒸馏分离的研究［J］.真空科学与技术学报，2013，33（5）：490-495.

　　［10］徐俊杰，许帅，孔令鑫，等.真空蒸馏法回收铅锑合金中铅和锑的研究［J］.昆明理工大学学报（自然科学版），2017，42（4）：9-13+24.

　　［11］S.T.Ali，K.Srinivas Rao，C.Laxman，et al.Preparation of high pure zinc for electronic applications using selective evaporation under vacuum［J］.SeparationandPurificationTechnology，2011，85：178-182.

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　　［14］孔令鑫，游彦军.真空蒸馏处理铅基合金研究进展［J］.民营科技，2018（5）：68-69.