專利名稱：一種超細(xì)高純鉿粉及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超細(xì)高純鉿粉及其制備方法和應(yīng)用，特別涉及一種可廣泛應(yīng)用于原子能工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、生物工程、軍事科學(xué)、醫(yī)療領(lǐng)域、石油化工、航天航空等領(lǐng)域用超細(xì)高純鉿粉的制備方法。
背景技術(shù)：
鉿是光亮的銀白色金屬，純鉿具塑性、易加工、耐高溫、抗腐蝕，是原子能工業(yè)重要材料。鉿的熱中子捕獲截面大(11 )，可以吸收核反應(yīng)堆的熱中子而控制反應(yīng)堆的反應(yīng)速度，用于原子反應(yīng)堆的控制棒和保護(hù)裝置。鉿粉可作火箭的推進(jìn)器；在電器工業(yè)上鉿粉可制造X射線管的陰極，可作為電燈絲和電子管內(nèi)的吸氣劑；鉿粉是熔煉高純鉿錠的原料，是粉末冶金制備鉿零件的原料。鉿的合金可作火箭噴嘴和滑翔式重返大氣層的飛行器的前沿保護(hù)層，Hf-Ta合金可制造工具鋼及電阻材料。鉿還應(yīng)用于冶金、化工、火藥及特種耐火材料。
超細(xì)高純鉿粉要求純度高達(dá)99. 99%，金屬雜質(zhì)總含量小于lOOppm，氧含量小于 0.2%,粒度小于1 μ m,制備技術(shù)沒有文獻(xiàn)報道，采用通常的實驗方法很難達(dá)到上述要求。因此，制備超細(xì)高純鉿粉是一難度很大且具有挑戰(zhàn)性的工作。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種純度高達(dá)99. 99 %，金屬雜質(zhì)總含量小于lOOppm，氧含量小于0. 2%，粒度小于1 μ m的金屬鉿粉及其制備方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種超細(xì)高純鉿粉，其特征在于鉿粉的粒度小于1 μ m，純度高達(dá)99. 99%以上， 金屬雜質(zhì)總含量小于lOOppm，氧含量小于0. 2%。上述超細(xì)高純鉿粉的制備方法，其制備過程包括如下步驟
a.將摩爾比為1 1 1 6的氧化鉿粉末和還原劑粉末混合均勻，裝入坩鍋中；
b.將坩鍋放入反應(yīng)罐中，蓋好蓋后抽真空、再充入氬氣洗滌，加熱還原，然后進(jìn)行恒溫保溫還原；
c.然后抽真空，之后再充入氬氣，在氬氣保護(hù)下冷卻；
d.洗滌先采用酸洗，然后采用去離子水洗滌，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行篩分、烘干，即為超細(xì)高純鉿粉產(chǎn)品。
一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于步驟a中，所述的氧化鉿粉末的純度大于 99. 9%，粒度小于1謹(jǐn)。
一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述的還原劑粉末為CaH2、LiH、Ca或它們的混合物的粉末，所述粉末的粒度小于2mm。
一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述的混合采用反應(yīng)物共混的混料方式。
一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述坩鍋的材料為Mo、Ta、Hf、W或Nb金屬。
一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于步驟b中，所述的加熱還原的溫度為800 1400°C，升溫時間為0. 5 10小時。
一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于步驟b中，所述的恒溫保溫還原的溫度為 800 1400°C，保溫時間為0. 5 10小時。
一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于步驟b中，所述的加熱還原和恒溫保溫還原均在氬氣保護(hù)下進(jìn)行。
一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于步驟c中，所述的抽真空為在800 1400°C下抽真空0.5 10小時。以控制鉿粉中的氫含量。
一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于步驟d中，所述的酸洗為在室溫至70°C下，采用0. 2M IOM的鹽酸、硫酸、硝酸或它們的混合酸洗滌，酸洗次數(shù)為1-15次。采取酸洗方法脫除雜質(zhì)。
一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于步驟d中，所述的去離子水洗滌為在室溫至 100°C下，用去離子水洗滌，次數(shù)為1-15次。
一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述的超細(xì)高純鉿粉的純度高達(dá)99. 99%以上，金屬雜質(zhì)總含量小于lOOppm，氧含量小于0. 2%，粒度小于Ιμπι，而氫化脫氫法得到的鉿粉粒度遠(yuǎn)大于1 μ m。
本發(fā)明的另一目的是提供上述方法所制備的純度高達(dá)99. 99%，金屬雜質(zhì)總含量小于lOOppm，氧含量小于0.2%，粒度小于Ιμπι的金屬鉿粉的應(yīng)用。
本發(fā)明方法制備的超細(xì)高純鉿粉，可適用于粉末冶金方法直接制造高純金屬鉿靶材和粉末冶金型材；可作為碘化法制備高純、低間隙元素含量的鉿晶棒；可作為直接熔煉制備高純鉿錠的原料。
本發(fā)明的方法，采用氬氣保護(hù)，800 1400°C恒溫0. 5 10小時，可以保證氧化鉿反應(yīng)完全；采用加熱到800 1400°C抽真空的工藝，可以降低金屬鉿粉中的氫含量。
本發(fā)明的優(yōu)點在于
(1)本發(fā)明酸洗、水洗除雜工藝，能有效去除產(chǎn)物中的金屬雜質(zhì)，得到滿足要求的高純金屬鉿粉。
(2)本發(fā)明的方法，生成的氧化物能夠保護(hù)鉿粉，防止爆炸，安全可控。
下面通過具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但并不意味著對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
具體實施方式
實施例1
將純度99. 9%、粒度小于Imm的氧化鉿和純度大于98. 9%、粒度小于2mm的還原劑粉末CaH2，按照摩爾比1 1的比例混合均勻，裝入鉬坩鍋中。將坩鍋放入反應(yīng)罐中，蓋好蓋后抽真空至0. OlPa、氬氣洗滌，0. 5小時加熱至800°C，氬氣保護(hù)。950°C恒溫5小時后， 800°C抽真空10小時，之后再充入氬氣至微正壓，在氬氣保護(hù)下冷卻。將反應(yīng)產(chǎn)物用0. 2M 的鹽酸在室溫洗滌15次，然后在室溫用去離子水洗滌1次，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行篩分，最終得到鉿粉質(zhì)量為鉿粉的純度為99. 99%，金屬雜質(zhì)總含量小于lOOppm，氧含量小于0. 2%，平均粒度0. 2 μ m。
實施例2
將純度大于99. 9% (粒度小于Imm)的氧化鉿和純度大于98. 9%、粒度小于2mm 的還原劑LiH，按照摩爾比1 1的比例混合均勻，裝入鉭坩鍋中。將坩鍋放入反應(yīng)罐中，蓋好蓋后抽真空至0. 03Pa、氬氣洗滌，10小時加熱至1400°C，氬氣保護(hù)。1400°C恒溫0. 5小時后，1400°C抽真空0. 5小時，之后再充入氬氣至微正壓，在氬氣保護(hù)下冷卻。將反應(yīng)產(chǎn)物用IOM的鹽酸在70°C洗滌15次，然后在100°C去離子水洗滌15次，將得到產(chǎn)物進(jìn)行篩分， 最終得到鉿粉質(zhì)量為鉿粉的純度為99. 99%，金屬雜質(zhì)總含量95 111，氧含量0.2(%、粒度小于0. 8 μ m0
實施例3
將純度大于99. 9% (粒度小于Imm)的氧化鉿和純度大于99%、粒度小于2mm的 Ca還原劑粉末，按照摩爾比1 6的比例混合均勻，裝入鉿坩鍋中。將坩鍋放入反應(yīng)罐中， 蓋好蓋后抽真空至0. 05Pa、氬氣洗滌，10小時加熱至1000°C，氬氣保護(hù)。之后在1000°C下恒溫0. 5小時后，抽真空10小時，之后再充入氬氣至微正壓，在氬氣保護(hù)下冷卻。將反應(yīng)產(chǎn)物用0. 2M的硝酸在室溫洗滌10次，然后50°C去離子水洗滌15次，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行篩分，最終得到金屬鉿的質(zhì)量為鉿粉的純度為99. 99 %，金屬雜質(zhì)總含量80ppm，氧含量小于 0. 2%、平均粒度0.9 μ m。
實施例4
將純度大于99. 9% (粒度小于Imm)的氧化鉿和純度大于99%、粒度小于Imm的 CaH2還原劑粉末，按照摩爾比1 1.5的比例混合均勻，裝入鉿坩鍋中。將坩鍋放入反應(yīng)罐中，蓋好蓋后抽真空至0. 06Pa、氬氣洗滌，10小時加熱至1000°C，氬氣保護(hù)。之后在1000°C 下恒溫2小時后，在100(TC下抽真空2小時，之后再充入氬氣至微正壓，在氬氣保護(hù)下冷卻。 將反應(yīng)產(chǎn)物用酸度為0. 5M的鹽酸和硝酸的混合酸在40°C下洗滌8次，然后50°C去離子水洗滌10次，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行篩分，最終得到金屬鉿的質(zhì)量為鉿粉的純度為99. 99%，金屬雜質(zhì)總含量70ppm，氧含量小于0. 2%、平均粒度0. 2μ m。
實施例5
將純度大于99. 9% (粒度小于Imm)的氧化鉿和純度大于99%、粒度小于Imm的 CaH2還原劑粉末，按照摩爾比1 1.5的比例混合均勻，裝入鎢坩鍋中。將坩鍋放入反應(yīng)罐中，蓋好蓋后抽真空至0. 07Pa、氬氣洗滌，10小時加熱至1000°C，氬氣保護(hù)。之后在1000°C 下恒溫2小時后，在100(TC下抽真空2小時，之后再充入氬氣至微正壓，在氬氣保護(hù)下冷卻。 將反應(yīng)產(chǎn)物用酸度為0. 2M的硫酸在70°C下洗滌15次，然后50°C去離子水洗滌15次，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行篩分，最終得到金屬鉿的質(zhì)量為鉿粉的純度為99. 99%，金屬雜質(zhì)總含量 85ppm，氧含量小于0. 2%、平均粒度0. 3 μ m。
實施例6
將純度大于99. 9% (粒度小于Imm)的氧化鉿和純度大于99%、粒度小于Imm的 CaH2還原劑粉末，按照摩爾比1 2的比例混合均勻，裝入鈮坩鍋中。將坩鍋放入反應(yīng)罐中， 蓋好蓋后抽真空至0.081 、氬氣洗滌，4小時加熱至1000°C，氬氣保護(hù)。之后在1000°C下恒溫2小時后，在100(TC下抽真空2小時，之后再充入氬氣至微正壓，在氬氣保護(hù)下冷卻。將反應(yīng)產(chǎn)物用酸度為0. 2M的鹽酸在40°C下洗滌15次，然后50°C去離子水洗滌15次，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行篩分，最終得到金屬鉿的質(zhì)量為鉿粉的純度為99. 99%，金屬雜質(zhì)總含量80ppm， 氧含量小于0. 2%、平均粒度0. 35 μ m。
實施例7
將純度大于99. 99% (粒度小于Imm)的氧化鉿和純度大于99%、粒度小于Imm的 CaH2、Ca、LiH混合還原劑粉末(三者摩爾比為1 1 1)，按照摩爾比1 1.5的比例混合均勻，裝入鉿坩鍋中。將坩鍋放入反應(yīng)罐中，蓋好蓋后抽真空至0. 09Pa、氬氣洗滌，10小時加熱至1100°C，氬氣保護(hù)。之后在1100°C下恒溫2小時后，在1100°C下抽真空2小時， 之后再充入氬氣，在氬氣保護(hù)下冷卻。將反應(yīng)產(chǎn)物用酸度為0. 2M的鹽酸和硝酸的混合酸在 30°C下洗滌15次，然后100°C去離子水洗滌15次，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行篩分，最終得到金屬鉿的質(zhì)量為鉿粉的純度為99. 99%，金屬雜質(zhì)總含量50ppm，氧含量小于0. 2%、平均粒度 0. 2 μ m0
實施例8
將純度大于99. 9% (粒度小于Imm)的氧化鉿和純度大于99%、粒度小于Imm的 CaH2還原劑粉末，按照摩爾比1 1.5的比例混合均勻，裝入高溫合金4169坩鍋中。將坩鍋放入反應(yīng)罐中，蓋好蓋后抽真空至0. lPa、氬氣洗滌，10小時加熱至950°C，氬氣保護(hù)。之后在950°C下恒溫2小時后，在950°C下抽真空2小時，之后再充入氬氣，在氬氣保護(hù)下冷卻。 將反應(yīng)產(chǎn)物用酸度為0. 5M的鹽酸、硝酸和硫酸的混合酸在室溫洗滌8次，然后50°C去離子水洗滌10次，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行篩分，最終得到金屬鉿的質(zhì)量為鉿粉的純度為99. 99%, 金屬雜質(zhì)總含量950ppm，氧含量小于0. 2%、平均粒度0. 2 μ m。
實施例9
將純度大于99. 9% (粒度小于Imm)的氧化鉿和純度大于99%、粒度小于Imm的 CaH2還原劑粉末，按照摩爾比1 1.6的比例混合均勻，裝入高溫合金4169坩鍋中。將坩鍋放入反應(yīng)罐中，蓋好蓋后抽真空至0. lPa、氬氣洗滌，10小時加熱至800°C，氬氣保護(hù)。之后在800°C下恒溫10小時后，在800°C下抽真空2小時，之后再充入氬氣，在氬氣保護(hù)下冷卻。 將反應(yīng)產(chǎn)物用酸度為IOM的鹽酸、硝酸和硫酸的混合酸在室溫洗滌1次，然后60°C去離子水洗滌10次，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行篩分，最終得到金屬鉿的質(zhì)量為鉿粉的純度為99. 99%，金屬雜質(zhì)總含量950ppm，氧含量小于0. 2%、平均粒度0. 2 μ m。
權(quán)利要求
1.一種超細(xì)高純鉿粉，其特征在于鉿粉的粒度小于1 μ m,純度高達(dá)99. 99%以上，金屬雜質(zhì)總含量小于lOOppm，氧含量小于0. 2%。
2.一種超細(xì)高純鉿粉的制備方法，包括如下步驟a.將摩爾比為1 1 1 6的氧化鉿粉末和還原劑粉末混合均勻，裝入坩鍋中；b.將坩鍋放入反應(yīng)罐中，蓋好蓋后抽真空、再充入氬氣洗滌，加熱還原，然后進(jìn)行恒溫保溫還原；c.然后抽真空，之后再充入氬氣，在氬氣保護(hù)下冷卻；d.洗滌先采用酸洗，然后采用去離子水洗滌，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行篩分、烘干，即為超細(xì)高純鉿粉產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超細(xì)高純鉿粉的制備方法，其特征在于步驟a中，所述的氧化鉿粉末的純度大于99. 9%，粒度小于Imm ；所述的還原劑粉末為CaH2、LiH、Ca或它們的混合物的粉末，粉末的粒度小于2mm ；所述的混合采用反應(yīng)物共混的混料方式；所述坩鍋的材料為 Mo、Ta、Hf、W 或 Nb。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超細(xì)高純鉿粉的制備方法，其特征在于步驟b中，所述的加熱還原的溫度為800 1400°C，升溫時間為0. 5 10小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超細(xì)高純鉿粉的制備方法，其特征在于步驟b中，所述的恒溫保溫還原的溫度為800 1400°C，保溫時間為0. 5 10小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超細(xì)高純鉿粉的制備方法，其特征在于步驟b中，所述的加熱還原和恒溫保溫還原均在氬氣保護(hù)下進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超細(xì)高純鉿粉的制備方法，其特征在于步驟c中，所述的抽真空為在800 1400°C下抽真空0. 5 10小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超細(xì)高純鉿粉的制備方法，其特征在于步驟d中，所述的酸洗為在室溫至70°C下，采用0. 2M IOM的鹽酸、硫酸、硝酸或它們的混合酸洗滌，酸洗次數(shù)為1-15次。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超細(xì)高純鉿粉的制備方法，其特征在于步驟d中，所述的去離子水洗滌為在室溫至100°c下，用去離子水洗滌，次數(shù)為1-15次。
10.權(quán)利要求1所述的超細(xì)高純鉿粉在粉末冶金方法直接制造高純金屬鉿靶材和粉末冶金型材、碘化法制備高純、低間隙元素含量的鉿晶棒及直接熔煉制備高純鉿錠中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超細(xì)高純鉿粉及其制備方法和應(yīng)用，該超細(xì)高純鉿粉的粒度小于1μm，純度高達(dá)99.99％以上，金屬雜質(zhì)總含量小于100ppm，氧含量小于0.2％。制備包括a.將摩爾比為1∶1～1∶6的氧化鉿粉末和還原劑粉末混合均勻，裝入坩鍋中；b.將坩鍋放入反應(yīng)罐中，蓋好蓋后抽真空、再充入氬氣洗滌，加熱還原，然后進(jìn)行恒溫保溫還原；c.然后抽真空，之后再充入氬氣，在氬氣保護(hù)下冷卻；d.洗滌先采用酸洗，然后采用去離子水洗滌，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行篩分、烘干，即為超細(xì)高純鉿粉產(chǎn)品。本發(fā)明的方法生成的氧化物能夠保護(hù)鉿粉，防止爆炸，安全可控。
文檔編號C22B34/10GK102528066SQ20101059060
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者張力, 江洪林, 王力軍, 羅遠(yuǎn)輝, 車小奎, 郎書玲, 陳松, 黃永章 申請人:北京有色金屬研究總院