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在金属、非金属、橡胶、涂料等材料中，添加适量的锶及其化合物可改善其某种性能或使其具有特殊的性能，因此锶及其化合物广泛应用于电子信息、化工、轻工、医药、陶瓷、玻璃、烟火、冶金、军事等领域。我国锶矿虽然储量丰富，但锶产品性能普遍低下，产业结构明显不合理，因此研发碳酸锶深加工产品，改善我国锶产业结构势在必行。本文就是为这一目的而进行研究的。
本课题主要研究高纯SrCO3的制备工艺(包括还原、浸取、纯化、碳酸化过程)，分析SrCO3及其添加剂、Sr(OH)2·8H2O、Sr(OH)2分解热力学及动力学，确定高纯SrO制备工艺，在此基础上，用熔浸还原法和对掺法成功制备了镁锶合金。采用理化分析、扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热-热重法(TG-DSC)、X荧光分析(EDXRF)等设备和EDTA法、络合滴定法、重量法等分析方法研究所制备产物的成份、相组成、微观组织结构、热行为等，同时研究制备工艺中的影响因素、反应机理等。
提出了高纯SrCO3制备工艺及其中试生产工艺流程，用该工艺成功制备出纯度大于99.73％的SrCO3，其颗粒形貌、粒径、粒径分布等均符合日本TDK标准。该工艺与粗碳酸锶酸溶碱析法、醋酸锶法、氯化锶法、硝酸锶法、碳酸锶焙烧浸取法、天青石复分解法等工艺相比有如下优点：制备工艺路线最短；除NaOH外不消耗其它化工原料，生产成本较低；除杂工艺简单，且不引入其它杂质离子，产品澄清度易于达标；三废处理相对容易，利于环保。
系统分析SrS的浸取化学过程和Sr(OH)2纯化过程。浸取过程表明，SrS发生水解反应，浸取液中S2-、HS-、H2S(aq)共存。Sr的收得率和Sr(OH)2的溶解度均随浸取温度升高而升高，但气体H2S的溢出率也随温度升高而增大。S2-的行为与浸取液pH值密切相关：当pH>9(25℃)时，H2S(aq)完全转化成HS-或S2-，浸取液中不存在H2S(aq)。SrS的最佳浸取温度为80-85℃，此时锶的收得率RSr>93％，H2S溢出率fs<0.2％。纯化过程表明，当NaOH加入至浸取液后，随着温度的下降，Sr(OH)2·8H2O会逐渐析出；重结晶次数决定最终碳酸锶产品的纯度，即SrCO3的纯度随重结晶次数的增加而增加，当重结晶三次时其纯度高达99.97％。
提出了碳酸化反应机理，即：CO2气体溶于液相中，与溶液中的OH-、Sr2+发生多级反应形成SrCO3沉淀；过饱和的Sr(OH)2·8H2O晶体因OH-、Sr2+离子的消耗而发生溶解，直至溶解完毕；反应结束后，若继续通入CO2，则SrCO3沉淀发生少量溶解，生成微溶性物质Sr(HCO3)2。研究反应温度、溶液浓度、球化剂、搅拌方式、通气速度、通气方式等对碳酸化反应过程的影响，得出CO2碳酸化制备高纯Sr CO3的工艺参数：反应温度60～80℃，反应浓度0.3～0.5mol/L，机械＋超声波搅拌，颗粒球化剂C，通气速度2000mL/min，通气方式为多孔平均分布且孔径小(1～2mm)，离心脱水，干燥温度120～150℃。
研究分析了SrCO3及其添加剂体系的分解热力学和动力学。热力学表明，Al2O3、SiO2、C均可降低SrCO3分解温度，促进分解反应进行；真空负压条件为SrCO3反应体系创造热力学、动力学条件。非等温过程分析表明：SrCO3在升温过程中发生α-SrCO3向β-SrCO3转变，继续升温则分解生成CO2和SrO；Al2O3、SiO2、C均可降低SrCO3分解吸热峰值温度，且反应产物中含有多元烧结体；用Kissinger法和Freeman-Carroll法计算出SrCO3分解动力学参数E＝251.91kJ/mol，n＝1.066，A＝1.66×109。常压等温过程分析表明：纯SrCO3、C-SrCO3处于结晶-化学反应控制阶段，而Al2O3-SrCO3、SiO2-SrCO3处于内扩散控制阶段，并求解出其等温反应表观活化能，依次为223.1kJ/mol、181.7kJ/mol、191.9kJ/mol、201.7kJ/mol。
分析了Sr(OH)2·8H2O、Sr(OH)2分解热力学和非等温动力学，证实Sr(OH)2·8H2O存在多级失水过程：
得出上述过程及Sr(OH)2分解反应动力学参数：E1＝75.26kJ/mol，A1＝6.11×109，n1＝1.17(第一吸热峰)；E2＝95.11kJ/mol，A2＝1.23×1012，n＝1.29(第二吸热峰)；Sr(OH)2分解动力学参数E＝127.35kJ/mol，n＝0.829。在此基础上，首次提出Sr(OH)2·8H2O两步式分解工艺来制备高纯SrO，即：Sr(OH)2·8H2O低温脱水工艺(Sr(OH)2·8H2O在150℃常压脱水)；Sr(OH)2的中温真空分解工艺(Sr(OH)2在480℃，真空(P＝100Pa)条件下分解制备高纯SrO粉体)。
热力学证明：在700-850℃之间，用SrO-Mg熔浸反应体系制备锶镁合金是可行的，其中镁熔体充当还原剂和溶剂；而SrCO3-Mg体系则不具备反应热力学条件。
研究对掺法工艺对合金锶含量的影响，并分析几种工艺条件下的锶的主要烧损机理。结果表明：保温时间、锶加入温度均要适中，否则会引起锶的烧损加剧；锶加入量增大，锶的烧损率也增大；Al可降低熔体活性，在一定程度上降低Sr的烧损。熔剂法的烧损机理为Sr与熔体中的Cl-反应生成SrCl2，而混合气体保护的主要烧损机理为气相组分与熔体表面反应生成SrO、SrS、MgO、MgS、C等物相混合粉体渣而不是致密保护膜；氩气保护条件下的烧损机理主要是锶的蒸发和坩锅组分(SiO2，Al2O3)之间少量反应。
对熔浸还原法的相关工艺参数进行研究，结果表明：对SrO-Mg、SrCO3-Mg体系讲，随着反应温度增加，熔体平衡锶含量增加，其中对SrO-Mg影响较大；SrO-Mg体系合金熔体锶含量随浸取时间延长而增加，在一定时间后达到平衡；而SrCO3-Mg体系合金熔体锶含量均较少，且在较短浸取时间内达到平衡。
利用OM、SEM、XRD等研究合金成份、相组成、微观组织等。对掺法结果表明：Mg-Sr合金组织由初析枝晶α-Mg和条状共晶(α-Mg＋Mg17Sr2)组成，而Mg-Sr-Al合金组织由条状初生相Al4Sr、枝晶状初生相α-Mg及片状共晶组成，其中共晶组织可能为α-Mg-Mg17Sr2、α-Mg-Mg17Al12、α-Mg-Mg17Sr2-Mg17Al12等组织中的一种或几种。熔浸还原法结果表明：SrO-Mg体系获得的合金Sr含量约为1％，其组织由初析相α-Mg和分布在α-Mg晶界上的少量条状共晶组织(α-Mg-Mg17Sr2)组成；SrCO3-Mg体系获得的合金Sr含量均<0.1％，其组织为α-Mg。
Mg-Sr合金与Al-Sr合金比较表明：当作为添加剂时，Mg-Sr合金熔点低，溶解速度快，烧损少。此外，锶可降低镁合金气孔、缩松的形成倾向，细化镁合金晶粒，与镁合金组成发生相互作用而形成增强相，从而改善合金性能。因此Mg-Sr中间合金应用前景广阔，可用作镁合金主要合金组分，镁合金除气添加剂，镁、铝、锌等合金的变质剂等。
本文主要研究工作受到了国家863计划项目(碳酸锶深加工关键技术的研究开发，编号：2003AA32X050)、重庆大学大型仪器开放基金的资助。