專利名稱:超高純頻標銫的制備方法
本發明涉及超高純銫的制備方法，特別是用超高真空蒸餾法制備超高純頻標銫。
超高純頻標銫是制造原子鐘的關鍵元件-銫束管的原料，其純度直接影響銫束管的各項參數和使用壽命，進而影響原子鐘的質量。隨著軍事工業和現代科技的迅速發展，對原子鐘提出了更高的要求，這就要求制備出更高純度的銫，即需進一步降低銫中的雜質，特別是性質與其相近且難于分離的其他堿金屬，特別是銣的含量。
目前，制備頻標銫一般均用較純的金屬銫作原料，在超高真空下用多級蒸餾的方法來制備，如《云南冶金》1973年第一期報導了昆明貴金屬研究所在溫度不超過350℃和真空度不低于(1～5)10-7毫米汞柱下兩次多級蒸餾(每次6級)來提純銫，美國專利3702762公開了用U-型管逐步蒸餾法提純銫的裝置，上述方法蒸餾溫度高，設備龐大、方法煩瑣、操作復雜、過程冗長。
本發明的目的是為了克服現有技術的缺點與不足，提出一種設備與裝置簡單、操作亦較為簡便、蒸餾溫度低且提純效果好的制備超高純頻標銫的方法。
本發明所述的制備超高純頻標銫的方法是對現有超高真空多級蒸餾法的一個重大改進，其特點是在超高真空蒸餾前，往原料銫中通入一定量的空氣，以控制氧化原料銫中所含的堿金屬雜質特別是銣為氧化物，然后在10-6乇和較低的溫度(170-180℃)下蒸餾出超高純銫蒸氣，進而冷卻成液態銫，而使其中的雜質以氧化物的形式留在蒸餾殘渣中。
由于銫化學性質極為活潑，在空氣中會燃燒，加上其熔點較低，蒸氣壓高，故可用超高真空蒸餾的方法來提純，以除去蒸氣壓低的以化合物形式存在的雜質和不易揮發的金屬雜質，但由于堿金屬元素之間化學性質極相近，難于彼此分離。蒸發速度的計算表明，利用堿金屬之間蒸發速度和相對揮發度的差異，在較低溫度(低于200℃)下進行蒸餾可使銫與鉀和鈉分離，但仍難從銫中有效地分離銣。本發明利用堿金屬氧化物的蒸氣壓比相應的堿金屬低得多性質，設法把存在于銫中的堿金屬(特別是銣)雜質轉變為相應的氧化物，則有利于在蒸餾過程中將其與銫相分離;同時從堿金屬氧化物生成自由能數據可知，銣對氧的親和力大于銫對氧的親和力，因此，當往原料銫中通入控制數量的氧時，存在于銫中的銣將優先被氧化成氧化銣，并且部分被氧化的銫，也會被銣還原成銫
這樣由于銣被氧化成氧化銣，在蒸餾過程中，有利于它富集在蒸餾殘渣中，從而大大提高銫的提純效果。
為使銫中的銣能充分被氧化，而又不使大量的銫也被氧化造成損失，必須控制通入的氧量，一般可通過控制通入的空氣體積來進行，按理論計算，為使銣氧化成為氧化銣，每一原子銣需要1/2原子的氧，為此蒸餾提純前先按銫中銣的含量計算出為將銣氧化成氧化銣所需的理論空氣量，然后按此理論量的5-15倍計算出實際應通入的空氣量，這樣既能使銣氧化完全，確保銫產品質量，又不致使銫大量被氧化，使損失增大。
由于本發明在超高真空蒸餾前加進了控制氧化工序，因此可采用較低的蒸餾溫度，一般在170-180℃即可，另外也不必采用多級蒸餾，只要用一簡單的蒸餾管進行單級蒸餾。
本發明所用的蒸餾裝置，除應用普通的真空設備外，蒸餾在一簡單的蒸餾管中進行，蒸餾管可用硬質玻璃制造，蒸餾管前端與真空系統連接，末端為半球形封閉，其外部設置電阻加熱器加熱，通過變壓器控制蒸餾溫度，蒸餾管中部有一小口與接受器相連，以收集冷凝的銫蒸氣。
欲提純的銫裝于玻璃銫瓶中，在操作箱中經控制氧化后，立即移入蒸餾管末端，連接真空系統，然后啟動真空系統和加熱系統，達到預定參數值后，蒸餾開始，銫蒸氣慢慢揮發蒸出，當蒸出量達到60%左右的部分為產品，繼續蒸出的部分為一級產品，殘渣留在蒸餾管中。
本發明應控制的主要技術工藝條件為1.控制氧化的氧量空氣量為將銣氧化成氧化銣所需理論量的5-15倍;
2.蒸餾溫度170-180℃;
3.真空度10-6乇;
4.蒸出率50-60%(指每次從原料蒸取50-60%作為超純產品，其余為一級產品)。
本發明與現有技術相比具有下列優點與積極效果1.可有效地除去堿金屬雜質，制得超純金屬銫產品;
2.蒸餾溫度低，只需用普通電阻加熱器加熱并用變壓器控溫即行;
3.蒸餾裝置簡單，除應用普通的真空設備外，只需一根簡單的玻璃蒸餾管;
4.操作簡便，只需單級蒸餾，提取超純銫后，剩余的仍可作一級產品，損失少。
本發明所述的方法與現有技術除堿金屬雜質的對比試驗結果列于表1，蒸餾溫度175℃，真空度10，現有技術采用氬氣保護，即在充滿氬氣的操作箱中開啟玻璃銫瓶，同時在蒸餾管內亦充滿氬氣，對比試驗結果表明，在相同的其它條件下，控制氧化蒸餾法比不經控制氧化蒸餾法除雜效果要好，對除銣更為明顯。
我們用高純金屬銫(99.99%Cs，1×10-3%Na，1×10-3%K，3×10-3%Rb1×10-4%Li)作原料，蒸餾管為硬質玻璃直徑為22-25毫米，長約400毫米，其中部約250毫米處焊接產品接受器，接受器為金屬制成，控制氧化而通入的空氣量為將銣氧化成氧化銣所需理論空氣量的5-15倍，蒸餾溫度175℃，真空度10-6乇蒸出率取60%，銫蒸氣冷凝后的分析結果列于表2。
表2 頻標銫產品分析結果(PPM)
上述產品已用于銫束管中，效果良好。
權利要求
1.一種包括超高真空蒸餾金屬銫以制備超高純銫的方法，其特征在于超真空蒸餾前向原料銫中通入一定量的空氣，控制氧化原料銫中所含的堿金屬雜質為氧化物，然后在170-180℃和10-6乇下蒸餾，以蒸出高純銫蒸氣，進而冷卻得超高純液態銫，而使堿金屬雜質以氧化物的形式留在蒸餾殘渣中。
2.根據權利要求
1所述的方法，其特征在于所說的堿金屬雜質主要為銣。
3.根據權利要求
1或2所述的方法，其特征在于蒸餾前通入的空氣中所含的氧量為把銫原料中所含銣氧化為氧化銣所需理論氧量的5-15倍。
專利摘要
一種超高真空蒸餾金屬銫制取超高純頻標銫的方法，其特點是先用空氣控制氧化原料銫中的銣成氧化銣，然后在10
文檔編號C22B9/00GK87107705SQ87107705
公開日1988年6月1日 申請日期1987年11月12日
發明者雷漢寰, 支忠義 申請人:新疆有色金屬研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan