[发明专利]一种低氧高纯金属铪粉的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高纯铪粉的制造方法，特别是一种低氧高纯金属铪粉的制造方法。可用于原子能工业、信息产业、石油化工、航空航天等领域用的高纯铪粉的制备，属于火法冶金的领域。

背景技术

铪具有优异的核性能，其热中子俘获截面高达115b(1b=10^-28m²)，可以吸收核反应堆的热中子，被用作核反应堆的控制材料及反应堆中的保护涂层和通量衰减器。金属铪因具有较好的耐腐蚀性能，在热水和蒸气混合物中的耐蚀性高于钛、锆，可以用作化工的特殊结构材料。另外，铪还具有高抗氧化性、良好的导电导热性和较低的电子逸出功，被用做等离子切割电极的等离子发射体。添加了铪元素的合金，其材料强度、耐腐蚀性等会有显著的改善，如含钽、钼的铪基合金可用于抗1650℃高温的飞行器；铌-铪-钨合金可用于火箭和燃气透平。铪还是一种很好的吸气剂，铪钛合金作为吸气剂应用于灯泡、电子管等电气产品中。

由于核工业的迅速发展，金属铪具有重要及其潜在的应用价值，因此研究金属铪的制备具有重要的理论和现实意义。自上个世纪五十年代以来金属铪的制备相继成为世界各国研究的热点，尤其是原子能级铪要求铪材料含锆小于2.1％，然而制备满足技术要求的金属铪仍然是当今较难的任务。过去已提出许多生产铪等金属的方法，参见例如CN1882711B、CN102528066A、CN1052148A、US3114611、US4668287、US4637831、US4613366、US4511399、US4242136、US3966460、US3175205等其公开内容在此作参考。总的来说，克劳尔法是目前制备金属铪的主要生产方法。即用高纯熔融镁还原四氯化铪。由于该方法存在生产效率低，设备投资大，环境污染严重等问题，而且通过该方法生产的铪的氧含量高达0.3%左右。目前国内外研究了可作为替代Kroll法的金属热还原法。Sharma et al.研究了钙热法制备金属铪粉，在960℃用过量70%的钙还原氧化铪制得的铪粉（含氧高达0.6%）。上述方法制取的铪氧含量都很高，导致其制得的产品不易锻造。这主要是因为铪在高温下具有活性，容易受所接触物质的污染。同时铪是一种良好的吸气剂，在制备工序中不可避免地会吸收气体，特别是很容易和氧结合，给制备低氧的金属铪粉造成一定困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种纯度高达99.5wt%，氧含量小于0.15wt%的金属铪粉的制备方法。

为了提高铪粉的纯度，降低铪粉中的氧含量，本发明提出了一种新方法，即在碱金属或碱土类金属的熔盐中采用金属脱氧剂对铪粉进行脱氧的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低氧高纯金属铪粉的制备方法，通过在碱金属或碱土类金属的熔盐体系中采用金属脱氧剂对铪粉进行脱氧，降低铪粉中的氧含量，其制备过程包括如下步骤：

a.将金属铪粉、脱氧剂和熔盐装入坩埚中；

b.将坩埚放入反应罐中，装置密封后抽真空、再充入氩气洗涤，加热脱氧，然后进行恒温保温脱氧，脱氧结束后冷却出炉；

c.将出炉后的产品先酸洗，然后采用去离子水洗涤，将得到的产物进行筛分、烘干，即为低氧高纯的金属铪粉的产品。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤a中，所述的金属铪粉的纯度大于90wt%，粒度小于1mm。

一种优选的的技术方案，其特征在于：步骤a中，所述的脱氧剂和金属铪粉的摩尔比为1:1～5:1；熔盐和脱氧剂的摩尔比大于1:1，在1:1～10:1之间。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤a中，所述的脱氧剂为Ca、CaH₂、Mg、LiH或它们的混合物，脱氧剂的纯度大于95wt%。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤a中，所述的熔盐采用CaCl₂、NaCl、KCl和MgCl₂等，或者采用二元混合熔盐，LiCl-KCl、CaCl₂-KCl、KCl-NaCl、CaCl₂-NaCl、KCl-MgCl₂、NaCl-MgCl₂等。所述熔盐粉末的纯度大于96wt%，其粒度小于2mm。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤a中，将金属铪粉、脱氧剂和熔盐按照一定的装料方式装入坩埚中，所述的装料方式为采用1/4质量的熔盐、金属铪粉原料、脱氧剂、3/4质量的熔盐的顺序依次装入坩埚中。