一种真空碳还原制备金属铪粉的方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术的优点在于，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。

【技术实现步骤摘要】
一种真空碳还原制备金属铪粉的方法
本专利技术属于真空冶金
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术通过以下步骤实现，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％。本专利技术的优点在于，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。具体实施方式本专利技术涉及以二氧化铪为原料，用真空二段直接碳还原法、氢化制粉，酸处理，负压脱氢热处理，从而生产高纯度，细粒度金属铪粉的提取冶金过程。本专利技术与已有生产工艺“克劳尔方法”比较，具有如下优点：工艺过程简单，金属回收率高，铪的收率达90-95％，无环境污染；产品纯度高、尤其金属杂质含量低，具有良好的物化学理性能和烧结性能；生产成本低、设备投资少，与“克劳尔”生产工艺比较，要减少设备投资60％以上，经济效益显著。本专利技术包括以下步骤，实施例一步骤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％，加入2％无水酒精，在混料器中混和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℃时保温度到真空度为50帕，再升温到1750℃，保持真空度为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19500℃，保温到真空度5帕，再升温到2100℃，保温到真空度为0.5帕，停电降温至800℃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200g，破碎时间为15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30min；步骤4，负压脱氢热处理，将破碎好的铪粉混入10％的NaCl作为阻止剂，50至80公斤/平方厘米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℃时保温度1h，继续升温到温度500℃时保温度1h，升温到温度800℃时保温到真空度为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200g，破碎时间为5秒，用浓度15％盐酸、2％氢氟酸，1％硝酸搅拌酸洗5h，温度为60℃，用去离子水洗至无氯离子，硝酸银检验，40℃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微米，纯度99％。所述石墨粒度为100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％。实施例二步骤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5％，加入5％无水酒精，在混料器中混和50h，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1650℃时保温度到真空度为20帕，再升温到1850℃，保持真空度为1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10小时混合均匀，再次压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真空碳还原制备金属铪粉的方法，其特征是，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℃时保温度至真空度为20至50帕，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至400℃时保温度1至2h，升温到温度500至600℃时保温度1至2h，升温到温度800至1000℃时保温度至真空度为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。...

【技术特征摘要】
1.一种真空碳还原制备金属铪粉的方法，其特征是，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：将压制好的坯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℃，保温到真空度为1-5帕时结束保温，再升温到2100至2250℃，保温到真空度为0.05-0.5帕时结束保温，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，再使用搅拌式球磨将铪粉破碎到2.0至5.0微米，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，用50-80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...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志明，
申请(专利权)人：湖南华威景程材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43