一種用於金屬鉿碘化的原料的製備方法
2024-04-03 00:24:05 3
一種用於金屬鉿碘化的原料的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於金屬鉿碘化的原料的製備方法，首先將鉿粉壓製成壓坯；再將得到的壓坯烘乾；然後將壓坯裝入坩堝放在真空鎢絲爐中進行真空燒結；得到疏鬆、多孔且孔隙均勻，鉿的純度高達95wt%以上，氣體及金屬雜質的總含量小於5wt%，氫含量小於1000ppm的用於碘化的鉿原料。本發明製備用於鉿碘化原料的方法，其安全可控，利於碘化操作，提高碘化效率。
【專利說明】—種用於金屬鉿碘化的原料的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於金屬鉿碘化的原料的製備方法，該原料經碘化能得到用於原子能工業、信息產業、石油化工、航空航天等領域用的高純金屬鉿、鈦、鋯。
【背景技術】
[0002]鉿具有良好的熱中子吸收截面和良好的耐蝕性能，是核反應堆的控制棒材料；鉿具有良好的抗氧化和抗腐蝕性，是用於腐蝕環境中的最佳材料之選。除此之外，鉿在冶金、化工、航空航天等領域都有非常重要的作用。例如，在冶金工業中向金屬中添加微量的鉿能改善其機械性能和高溫下的抗氧化性；在不鏽鋼中添加少量的鉿，能使鋼的強度增加。在電子工業中，鉿可作為製造真空管和集成電路、冷凝器和永久磁鐵的材料等。
[0003]採用碘化法製備高純的金屬鉿要求必須採用適合的原料:孔隙大小分布均勻，鉿塊的純度高達95wt%以上，氫含量小於lOOOppm，利於碘化操作。但由於鉿粉粒度很小，為亞微米級，比表面能大，在摩擦和碰撞的過程中易燃，不利於碘化裝爐和出爐；同時鉿粉的粒度太小會影響碘化反應的沉積速度降低生產效率，因此直接還原製取的鉿粉不能直接用於碘化法中，必須進行相應地處理。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種疏鬆、多孔且孔隙大小分布均勻，鉿的純度高達95wt%以上，氫含量小於lOOOppm，用於碘化的鉿原料的製備方法。本發明對直接還原製取的鉿粉進行真空燒結處理，燒結使鉿粉成一定的形狀，能滿足碘化的要求；同時高溫燒結還可除去鉿中的部分雜質，防止碘化過程發生中毒現象。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0006]一種用於金屬鉿碘化的原料的製備方法，其製備過程包括如下步驟:
[0007]a.將鉿粉壓製成壓坯(鉿塊)；
[0008]b.將得到的壓坯烘乾；
[0009]c.然後將壓坯裝入坩堝放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，得到用於碘化的鉿原料。
[0010]在步驟a中，所述的鉿粉的純度大於90wt%,粒度小於1mm。
[0011]在步驟a中，壓制時的壓力為I~5Mpa。
[0012]在步驟a中，所述的壓坯的形狀為長方體或圓柱體。長方體尺寸為(長度>5mm)X(寬度〉5mm) X (高度典型尺寸為(10~200mm) X (10~80mm) X (10~80mm)。
[0013]在步驟b中，所述烘乾的溫度為4(T200°C，時間為廣50小時，所述壓坯必須徹底脫水。
[0014]在步驟c中，所述真空燒結的溫度不低於500°C，最佳溫度為50(Tl80(TC。
[0015]在步驟c中，所述真 空燒結的真空度為不高於5.0X10^8，最佳真空度為
5.0 X KT1Pa~6.7X10_4Pa。[0016]在步驟c中，所述真空燒結時的加熱方式採用分段保溫的方法，如在200°C下保溫0.5~4h。
[0017]在步驟c中，所述真空燒結的最終保溫時間為不低於I小時，最佳保溫時間為f 10小時。
[0018]在步驟c中，所述的坩堝的材料為不鏽鋼、鍋爐鋼、Mo、Ta、Hf、W、Nb或者上述金屬的合金。
[0019]本發明通過真空燒結製得的用於碘化的鉿的原料，可以滿足碘化的要求，疏鬆、多孔且孔隙大小分布均勻，鉿的純度高達95wt%以上，氫含量小於lOOOppm。
[0020]上述步驟所述的用於碘化原料的製備方法，該處理的金屬不限於鉿，還包括鋯、鈦、釩等適合碘化法提純的金屬。採用上述方法製得的用於碘化的鋯、鈦、釩等適合碘化法提純的金屬的原料，可以滿足碘化的要求，疏鬆、多孔且孔隙大小分布均勻，鋯、鈦、釩等金屬的純度高達95wt%以上,氫含量小於lOOOppm。
[0021]本發明的優點在於:
[0022]( 1)在真空燒結時採用壓制的方式將原料壓製成一定的形狀，防止鉿粉在燒結出爐的過程中自燃。
[0023](2)在真空燒結的過程中採用分段保溫的方法，能有針對性的除去原料中的雜質。
[0024](3)本發明製得的鉿塊用於碘化在摩擦和碰撞的過程中不易燃，利於碘化裝爐和出爐。
[0025](4)本發明製得的鉿塊能使雜質降到5wt%以下，特別是能使氫由5wt%以上下降到1000ppm以下，能防止鉿在碘化的過程中發生中毒現象。本發明方法安全可控，利於碘化操作，提高碘化效率。
【具體實施方式】
[0026]下面通過具體實施例對本發明做進一步說明，但並不意味著對本發明保護範圍的限制。
[0027]本發明用於金屬鉿碘化的原料的製備方法，包括如下步驟:
[0028]a.將鉿粉在一定的壓力下壓製成一定形狀的鉿塊；鉿粉的純度大於90wt%，粒度小於Imm;壓制時的壓力為f5Mpa;壓坯的形狀為長方體或圓柱體，長方體尺寸為(長度>5mm) X (寬度 >5) X (高度典型尺寸為(10~200mm) X (10~80mm) X (10~80mm)。
[0029]b.將壓坯在一定溫度下烘乾若干小時；烘乾的溫度為4(T200°C，時間為f 50小時，所述壓坯必須徹底脫水。
[0030]c.然後將壓坯裝入坩堝並放入真空鎢絲爐中進行真空燒結；真空燒結的溫度不低於500°C，最佳溫度為50(Tl800°C;真空燒結的真空度必須為不低於5.0 X KT1Pa,最佳真空度為5.0 X KT1Pa飛.7 X IO^4Pa ;真空燒結時的加熱方式採用分段保溫的方法；真空燒結的最終保溫時間為不低於I小時，最佳保溫時間為廣10小時；坩堝的材料為不鏽鋼、鍋爐鋼、Mo、Ta、Hf、W、Nb或者上述金屬的合金。
[0031]通過真空燒結製得的用於碘化的鉿原料，可以滿足碘化的要求，疏鬆、多孔且孔隙大小分布均勻，鉿的純度高達95wt%以上,氣體及金屬雜質的總含量小於5wt%,氫含量小於1000ppm0[0032]本發明的方法處理的金屬不限於鉿，還包括鋯、鈦、釩等適合碘化法提純的金屬。
[0033]實施例1
[0034]將純度為90wt%、粒度小於Imm的鉿粉在IMpa的壓力下壓製成IOmmX IOmX IOmm的坯塊。將壓坯在40°C的溫度下烘烤I小時以除去壓坯中的水分。將乾燥後的壓坯裝入鑰坩堝後放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為5.0X KT1Pa;採用分段保溫的方法進行加熱，在200°C保溫0.5h，最終燒結溫度為500°C，保溫lh。最終得到的鉿塊的純度為95wt%以上，氫含量小於lOOOppm,孔隙分布均勻。
[0035]實施例2
[0036]將純度為90%、粒度小於Imm的鉿粉在2Mpa的壓力下壓製成50mmX 30mmX 30mm的坯塊。將壓坯在100°c的溫度下烘烤5個小時以除去壓坯中的水分。將乾燥後的壓坯裝入鉭坩堝後放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為4.0X 10_2Pa ;採用分段保溫的方法進行加熱，在200°C保溫lh，最終燒結溫度為900°C，保溫3h。最終得到的鉿塊的純度為96.5%，氫含量小於lOOOppm,孔隙大小分布均勻。
[0037]實施例3
[0038]將純度高於92%、粒度小於Imm的鉿粉在2Mpa的壓力下壓製成20mmX 50mmX 50mm的坯塊。將壓坯在100°c的溫度下烘烤8個小時以除去壓坯中的水分。將乾燥後的壓坯裝入鉿坩堝後放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為5.0X10_2Pa;採用分段保溫的方法進行加熱，在200°C保溫1.5h，最終燒結溫度為1000°C，保溫5h。最終得到的鉿塊的純度為97.1%，氫含量小於900ppm，孔隙大小分布比較均勻。
[0039]實施例4
[0040]將純度高於95%、粒度小於Imm的鉿粉在3Mpa的壓力下壓製成50mmX 50mmX 50mm的坯塊。將壓坯在100°c的溫度下烘烤5個小時以除去壓坯中的水分。將乾燥後的壓坯裝入鑰坩堝後放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為8.0X 10_2Pa ;採用分段保溫的方法進行加熱，在200°C保溫2h，最終燒結溫度為1100°C，保溫6h。最終得到的鉿塊的純度為98%，氫含量小於800ppm，孔隙大小分布較均勻。
[0041]實施例5
[0042]將純度高於95%、粒度小於Imm的鉿粉在5Mpa的壓力下壓製成60mmX 40mmX 40mm的坯塊。將壓坯在120°C的溫度下烘烤8個小時以除去壓坯中的水分。將乾燥後的壓坯裝入鎢坩堝後放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為8.0 X IO-2Pa ;採用分段保溫的方法進行加熱，在200°C保溫2h，最終燒結溫度為1200°C，保溫5h。最終得到的鉿塊的純度為98%,氫含量小於550ppm,孔隙大小分布均勻。
[0043]實施例6
[0044]將純度高於95%、粒度小於Imm的鉿粉在3Mpa的壓力下壓製成80mmX 30mmX 30mm的坯塊。將壓坯在120°C的溫度下烘烤5個小時以除去壓坯中的水分。將乾燥後的壓坯裝入鉭坩堝後放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為9.1XlO-3Pa ;採用分段保溫的方法進行加熱，在200°C保溫1.5h，最終燒結溫度為1300°C，保溫2h。最終得到的鉿塊的純度為98%,氫含量小於500ppm,孔隙大小分布均勻。
[0045]實施例7
[0046]將純度高於96%、粒度小於Imm的鉿粉在4Mpa的壓力下壓製成90mmX 50mmX 50mm的坯塊。將壓坯在150°C的溫度下烘烤6個小時以除去壓坯中的水分。將乾燥後的壓坯裝入鑰坩堝後放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為8.3X 10? ;採用分段保溫的方法進行加熱，在200°C保溫lh，最終燒結溫度為1400°C，保溫8h。最終得到的鉿塊的純度為
98.9%,氫含量小於450ppm,孔隙大小均勻。
[0047]實施例8
[0048]將純度高於96%、粒度小於Imm的鉿粉在2Mpa的壓力下壓製成IOOmmX 60mmX 60mm的坯塊。將壓坯在150°C的溫度下烘烤個8小時以除去壓坯中的水分。將乾燥後的壓坯裝入鉿坩堝後放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為8.0X 10_3Pa ;採用分段保溫的方法進行加熱，在200°C保溫3h，最終燒結溫度為1500°C，保溫4h。最終得到的鉿塊的純度為99%,氫含量小於300ppm,孔隙大小分布均勻。
[0049]實施例9
[0050]將純度高於98%、粒度小於Imm的鉿粉在5Mpa的壓力下壓製成150mmX 30mmX 30mm的坯塊。將壓坯在180°C的溫度下烘烤5個小時以除去壓坯中的水分。將乾燥後的壓坯裝入鎢坩堝後放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為7.5X10_3Pa ;採用分段保溫的方法進行加熱，在200°C保溫2h，最終燒結溫度為1600°C，保溫5h。最終得到的鉿塊的純度為
99.3%,氫含量小於200ppm,孔隙大小分布均勻。
[0051]實施例10
[0052]將純度高於99%、粒度小於Imm的鉿粉在2Mpa的壓力下壓製成150mmX 30mmX 30mm的坯塊。將壓坯在180°C的溫度下烘烤5個小時以除去壓坯中的水分。將乾燥後的壓坯裝入鑰坩堝後放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為7.0X 10_4Pa ;採用分段保溫的方法進行加熱，在200°C保溫0.5h，最終燒結溫度為1700°C，保溫6h。最終得到的鉿塊的純度為99.5%,氫含量小於IOOppm,孔隙大小`分布均勻。
[0053]實施例11
[0054]將純度為99.9%、粒度小於Imm的鉿粉在5Mpa的壓力下壓製成200mmX80mmX80mm的坯塊。將壓坯在100°c的溫度下烘烤10個小時以除去壓坯中的水分。將乾燥後的壓坯裝入鉿坩堝後放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為6.7X IO-4Pa ;採用分段保溫的方法進行加熱，在200°C保溫3.5h，最終燒結溫度為1800°C，保溫10h。最終得到的鉿塊的純度為99.99%,氫含量小於80ppm,孔隙大小分布均勻。
[0055]實施例12
[0056]將純度高於95%、粒度小於Imm的錯粉在5Mpa的壓力下壓製成60mmX 50mmX 50mm的坯塊。將壓坯在120°C的溫度下烘烤8個小時以除去壓坯中的水分。將乾燥後的壓坯裝入鎢坩堝後放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為7.0 X IO-3Pa ;採用分段保溫的方法進行加熱，在200°C保溫lh，最終燒結溫度為1200°C，保溫5h。最終得到的鋯塊的純度為98.1%，氫含量小於315ppm,孔隙大小分布均勻。
[0057]實施例13
[0058]將純度高於95%、粒度小於Imm的鈦粉在5Mpa的壓力下壓製成50mmX 40mmX 40mm的坯塊。將壓坯在120°C的溫度下烘烤8個小時以除去壓坯中的水分。將乾燥後的壓坯裝入鎢坩堝後放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為6.7X 10? ;採用分段保溫的方法進行加熱，在200°C保溫2h，最終燒結溫度為1100°C，保溫5h。最終得到的鈦塊的純度為98.5%,氫含量小於200ppm,孔隙大小分布均勻。
[0059]實施例14
[0060]將純度高於95%、粒度小於Imm的f凡粉在5Mpa的壓力下壓製成60mmX 40mmX 40mm的坯塊。將壓坯在120°C的溫度下烘烤8個小時以除去壓坯中的水分。將乾燥後的壓坯裝入鎢坩堝後放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為6.8 X IO-3Pa ;採用分段保溫的方法進行加熱，在200°C保溫4h，最終燒結溫度為1100°C，保溫5h。最終得到的釩塊的純度為98.7%,氫含量小於250ppm,孔隙大小分布均勻。
[0061]碘化實驗
[0062]將本發明實施例獲得的原料進行碘化實驗，原料孔隙大小分布均勻，鉿(或鋯、鈦、釩)塊的純度高達95wt%以上，氫含量小於lOOOppm，利於碘化操作。由於製備的金屬鉿塊疏鬆、多孔，利於碘化裝爐，即使裝爐時鉿塊之間有摩擦，也沒有火星等危險現象發生。
[0063]採用同樣的碘化工藝(如電流、電壓、真空度、加碘量)，本發明獲得的碘化原料進行碘化實驗，得到5千克的產品碘化時間從60小時減少到50小時，出爐的鈍化時間從以前的24小時減小到12小時，提高了生產效率。
【權利要求】
1.一種用於金屬鉿碘化的原料的製備方法，包括如下步驟: a.將鉿粉壓製成壓坯； b.將得到的壓坯烘乾； c.然後將壓坯裝入坩堝放在真空鎢絲爐中進行真空燒結；得到用於碘化的鉿原料。
2.根據權利要求1所述的用於金屬鉿碘化的原料的製備方法，其特徵在於:所述鉿粉的純度大於90wt%，粒度小於1mm。
3.根據權利要求1所述的用於金屬鉿碘化的原料的製備方法，其特徵在於:壓制時的壓力為f5Mpa，所述的壓坯的形狀為長方體或圓柱體。
4.根據權利要求1所述的用於金屬鉿碘化的原料的製備方法，其特徵在於:所述長方體的長度大於5mm,寬度大於5mm,高度大於5mm。
5.根據權利要求1所述的用於金屬鉿碘化的原料的製備方法，其特徵在於:所述烘乾的溫度為4(T200°C，時間為I?50小時。
6.根據權利要求1所述的用於金屬鉿碘化的原料的製備方法，其特徵在於:所述真空燒結的溫度不低於500°C。
7.根據權利要求1所述的用於金屬鉿碘化的原料的製備方法，其特徵在於:所述真空燒結的真空度為不高於5.0X liTPa。
8.根據權利要求1所述的用於金屬鉿碘化的原料的製備方法，其特徵在於:所述真空燒結時的加熱方式採用分段保溫的方法，200°C保溫時間不低於4h;所述真空燒結的最終保溫時間為不低於I小時。
9.根據權利要求1所述的用於金屬鉿碘化的原料的製備方法，其特徵在於:所述的坩堝的材料為不鏽鋼、鍋爐鋼、Mo、Ta、Hf、W、Nb或者上述金屬的合金。
10.權利要求1-9中任一項所述的用於金屬鉿碘化的原料的製備方法在製備鋯、鈦或釩的碘化原料中的應用。
【文檔編號】C22B34/14GK103846440SQ201210524409
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月7日 優先權日:2012年12月7日
【發明者】王芳, 黃永章, 王力軍, 江洪林, 羅遠輝, 陳松, 張力 申請人:北京有色金屬研究總院