[发明专利]一种真空碳还原制备金属铪粉的方法

说明书

技术领域

本发明属于真空冶金技术领域，特别是指一种二氧化铪真空碳热还原制备高纯金属铪粉的方法，特别是提供了一种在真空中，用石墨粉还原二氧化铪制备金属铪粉的方法。

背景技术

铪属高熔点难熔金属，原子量178.49，熔点2222(士30℃)，金属铪具有优良的加工性能，可以锻压、拉丝。但最为重要的是铪的核性能，具备优良的热中子俘获截面，可用作核反应堆的控制材料，金属铪在空气中有优良的耐蚀性能，和气体的反应与锆相似，与氧、氮的反应速率低于锆。铪在高温、高压水和蒸汽中的耐蚀性也优于锆及锆合金，在硝酸、盐酸中耐蚀性能良好，除其价是良好的高温金属耐蚀材料。

现阶段铪的制备方法都是以锆英砂为原料，经萃取分离制得氧化铪，再氯化、提纯四氯化铪，后用镁还原即可制得海绵铪，再氢化-破碎制粉-脱氢，制成铪粉，此种方法制成的铪粉纯度较低，杂质含量较高，尤其是Mg、Ca、Ni金属含量高。而用海绵铪或者加工余料用碘化物热分解法制成铪晶条棒，对金属铪进行纯化精炼，但是经过碘化提纯后的金属铪及其致密，无法氢化制粉。

发明内容

本发明的目的在于通过石墨粉真空碳热还原二氧化铪制得的铪粉，克服了现有技术纯度低，金属杂质含量高的问题。

本发明通过以下步骤实现，步骤1，混料：以二氧化铪为原料、石墨为还原剂，为了使生产的产品不受碳的影响，在配料时采用多氧除碳的原则，配入的二氧化铪超过化学计量3％至5％，加入2％至5％无水酒精，在混料器中混和50至100h，烘干酒精，在压力机上压制成坯料；

步骤2，二段碳还原：将压制好的物料装入真空碳还原炉，第一段还原升温到温度1500至1650℃时保温到真空度为20-50帕时结束保温，再升温到1750至1850℃，保持真空度为10至20帕后，停电自然冷却到室温；将一段还原物料出炉破碎至325目以下，并经5至10小时混合均匀，再次压制成坯料；

装入真空炉进行第二段还原，升温到1950至2050℃，保温至真空度为1至5帕，再升温到2100至2250℃，保温至真空度为0.05至0.5帕，停电降温至800至1000℃时通入0.5公斤/平方厘米的99.99％高纯氢气，并自然冷却至室温；

步骤3，破碎制粉：将氢化铪条用全封闭制样机进行破碎，每次装料200至500g，破碎时间为15至35秒，使破碎后铪粉全部为325目以下，将2.0至5.0微米的铪粉使用搅拌式球磨进行破碎，时间为30至50min；

步骤4，负压脱氢热处理，将破碎好的铪粉混入10至15％的NaCl作为阻止剂，50至80公斤/平方厘米压力，将混合好的物料压制成100×80×25的坯料，放入真空炉，升温到温度300-400℃时保温度1至2h，升温到温度500至600℃时保温1-2h，再次升温到温度800-1000℃时保温度到真空度为5至20帕，并自然冷却至室温，关闭真空泵，充入高纯氩气至正压。

步骤5，酸洗纯化处理，将铪条用全封闭制样机进行破碎，每次装料200至500g，破碎时间为5至10秒，用浓度15至20％盐酸、2至5％氢氟酸，1至2％硝酸搅拌酸洗2至5h，温度为60至80℃，用去离子水洗至无氯离子，硝酸银检验，40至60℃真空烤箱烘干至成品。

所述步骤1中的二氧化铪颗粒直径为2至5微米，纯度99％，锆含量Zr≤0.15％。

所述步骤1中的石墨颗粒直径为1.2至1.7微米，纯度99％。

所述石墨粒度为100目至325目。

所述步骤1中的坯料为在压力机上以200至500公斤/平方厘米将混合好的物料压制成100×15×10的坯料。

在所述步骤2中，一段还原后，再次以200至500公斤/平方厘米将混合好的物料压制成100×15×10的坯料。

所述步骤2中，二段还原中应保证氧含量为0.05至0.3％、碳含量为0.01至0.05％。

本发明的优点在于，生产工艺过程简单，设备投资少，金属收率高达95-98％，生产成本低，经济效益显著，是一种成本低、产率高，适合于规模化生产制备高纯度、细粒度金属铪粉的工艺方法。

具体实施方式