一種用于金屬鉿碘化的原料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于金屬鉿碘化的原料的制備方法，首先將鉿粉壓制成壓坯；再將得到的壓坯烘干；然后將壓坯裝入坩堝放在真空鎢絲爐中進行真空燒結；得到疏松、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于5wt%，氫含量小于1000ppm的用于碘化的鉿原料。本發(fā)明制備用于鉿碘化原料的方法，其安全可控，利于碘化操作，提高碘化效率。
【專利說明】—種用于金屬鉿碘化的原料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于金屬鉿碘化的原料的制備方法，該原料經碘化能得到用于原子能工業(yè)、信息產業(yè)、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，是用于腐蝕環(huán)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(yè)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；在不銹鋼中添加少量的鉿，能使鋼的強度增加。在電子工業(yè)中，鉿可作為制造真空管和集成電路、冷凝器和永久磁鐵的材料等。
[0003]采用碘化法制備高純的金屬鉿要求必須采用適合的原料:孔隙大小分布均勻，鉿塊的純度高達95wt%以上，氫含量小于lOOOppm，利于碘化操作。但由于鉿粉粒度很小，為亞微米級，比表面能大，在摩擦和碰撞的過程中易燃，不利于碘化裝爐和出爐；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，因此直接還原制取的鉿粉不能直接用于碘化法中，必須進行相應地處理。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種疏松、多孔且孔隙大小分布均勻，鉿的純度高達95wt%以上，氫含量小于lOOOppm，用于碘化的鉿原料的制備方法。本發(fā)明對直接還原制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(fā)生中毒現(xiàn)象。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0006]一種用于金屬鉿碘化的原料的制備方法，其制備過程包括如下步驟:
[0007]a.將鉿粉壓制成壓坯(鉿塊)；
[0008]b.將得到的壓坯烘干；
[0009]c.然后將壓坯裝入坩堝放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，得到用于碘化的鉿原料。
[0010]在步驟a中，所述的鉿粉的純度大于90wt%,粒度小于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，所述烘干的溫度為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于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于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采用分段保溫的方法，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于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銹鋼、鍋爐鋼、Mo、Ta、Hf、W、Nb或者上述金屬的合金。
[0019]本發(fā)明通過真空燒結制得的用于碘化的鉿的原料，可以滿足碘化的要求，疏松、多孔且孔隙大小分布均勻，鉿的純度高達95wt%以上，氫含量小于lOOOppm。
[0020]上述步驟所述的用于碘化原料的制備方法，該處理的金屬不限于鉿，還包括鋯、鈦、釩等適合碘化法提純的金屬。采用上述方法制得的用于碘化的鋯、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，疏松、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,氫含量小于lOOOppm。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0022]( 1)在真空燒結時采用壓制的方式將原料壓制成一定的形狀，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采用分段保溫的方法，能有針對性的除去原料中的雜質。
[0024](3)本發(fā)明制得的鉿塊用于碘化在摩擦和碰撞的過程中不易燃，利于碘化裝爐和出爐。
[0025](4)本發(fā)明制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(fā)生中毒現(xiàn)象。本發(fā)明方法安全可控，利于碘化操作，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(fā)明做進一步說明，但并不意味著對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0027]本發(fā)明用于金屬鉿碘化的原料的制備方法，包括如下步驟:
[0028]a.將鉿粉在一定的壓力下壓制成一定形狀的鉿塊；鉿粉的純度大于90wt%，粒度小于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干若干小時；烘干的溫度為4(T200°C，時間為f 50小時，所述壓坯必須徹底脫水。
[0030]c.然后將壓坯裝入坩堝并放入真空鎢絲爐中進行真空燒結；真空燒結的溫度不低于500°C，最佳溫度為50(Tl800°C;真空燒結的真空度必須為不低于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采用分段保溫的方法；真空燒結的最終保溫時間為不低于I小時，最佳保溫時間為廣10小時；坩堝的材料為不銹鋼、鍋爐鋼、Mo、Ta、Hf、W、Nb或者上述金屬的合金。
[0031]通過真空燒結制得的用于碘化的鉿原料，可以滿足碘化的要求，疏松、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于5wt%,氫含量小于1000ppm0[0032]本發(fā)明的方法處理的金屬不限于鉿，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%、粒度小于Imm的鉿粉在IMpa的壓力下壓制成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。將干燥后的壓坯裝入鑰坩堝后放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為5.0X KT1Pa;采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，氫含量小于lOOOppm,孔隙分布均勻。
[0035]實施例2
[0036]將純度為90%、粒度小于Imm的鉿粉在2Mpa的壓力下壓制成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。將干燥后的壓坯裝入鉭坩堝后放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為4.0X 10_2Pa ;采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%，氫含量小于lOOOppm,孔隙大小分布均勻。
[0037]實施例3
[0038]將純度高于92%、粒度小于Imm的鉿粉在2Mpa的壓力下壓制成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。將干燥后的壓坯裝入鉿坩堝后放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為5.0X10_2Pa;采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%，氫含量小于900ppm，孔隙大小分布比較均勻。
[0039]實施例4
[0040]將純度高于95%、粒度小于Imm的鉿粉在3Mpa的壓力下壓制成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。將干燥后的壓坯裝入鑰坩堝后放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為8.0X 10_2Pa ;采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%，氫含量小于800ppm，孔隙大小分布較均勻。
[0041]實施例5
[0042]將純度高于95%、粒度小于Imm的鉿粉在5Mpa的壓力下壓制成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。將干燥后的壓坯裝入鎢坩堝后放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為8.0 X IO-2Pa ;采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%,氫含量小于550ppm,孔隙大小分布均勻。
[0043]實施例6
[0044]將純度高于95%、粒度小于Imm的鉿粉在3Mpa的壓力下壓制成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。將干燥后的壓坯裝入鉭坩堝后放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為9.1XlO-3Pa ;采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%,氫含量小于500ppm,孔隙大小分布均勻。
[0045]實施例7
[0046]將純度高于96%、粒度小于Imm的鉿粉在4Mpa的壓力下壓制成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。將干燥后的壓坯裝入鑰坩堝后放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為8.3X 10? ;采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%,氫含量小于450ppm,孔隙大小均勻。
[0047]實施例8
[0048]將純度高于96%、粒度小于Imm的鉿粉在2Mpa的壓力下壓制成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。將干燥后的壓坯裝入鉿坩堝后放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為8.0X 10_3Pa ;采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%,氫含量小于300ppm,孔隙大小分布均勻。
[0049]實施例9
[0050]將純度高于98%、粒度小于Imm的鉿粉在5Mpa的壓力下壓制成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。將干燥后的壓坯裝入鎢坩堝后放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為7.5X10_3Pa ;采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%,氫含量小于200ppm,孔隙大小分布均勻。
[0051]實施例10
[0052]將純度高于99%、粒度小于Imm的鉿粉在2Mpa的壓力下壓制成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。將干燥后的壓坯裝入鑰坩堝后放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為7.0X 10_4Pa ;采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%,氫含量小于IOOppm,孔隙大小`分布均勻。
[0053]實施例11
[0054]將純度為99.9%、粒度小于Imm的鉿粉在5Mpa的壓力下壓制成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。將干燥后的壓坯裝入鉿坩堝后放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為6.7X IO-4Pa ;采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%,氫含量小于80ppm,孔隙大小分布均勻。
[0055]實施例12
[0056]將純度高于95%、粒度小于Imm的錯粉在5Mpa的壓力下壓制成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。將干燥后的壓坯裝入鎢坩堝后放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為7.0 X IO-3Pa ;采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%，氫含量小于315ppm,孔隙大小分布均勻。
[0057]實施例13
[0058]將純度高于95%、粒度小于Imm的鈦粉在5Mpa的壓力下壓制成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。將干燥后的壓坯裝入鎢坩堝后放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為6.7X 10? ;采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%,氫含量小于200ppm,孔隙大小分布均勻。
[0059]實施例14
[0060]將純度高于95%、粒度小于Imm的f凡粉在5Mpa的壓力下壓制成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。將干燥后的壓坯裝入鎢坩堝后放在真空鎢絲爐中進行真空燒結，真空度為6.8 X IO-3Pa ;采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%,氫含量小于250ppm,孔隙大小分布均勻。
[0061]碘化實驗
[0062]將本發(fā)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，氫含量小于lOOOppm，利于碘化操作。由于制備的金屬鉿塊疏松、多孔，利于碘化裝爐，即使裝爐時鉿塊之間有摩擦，也沒有火星等危險現(xiàn)象發(fā)生。
[0063]采用同樣的碘化工藝(如電流、電壓、真空度、加碘量)，本發(fā)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】
1.一種用于金屬鉿碘化的原料的制備方法，包括如下步驟: a.將鉿粉壓制成壓坯； b.將得到的壓坯烘干； c.然后將壓坯裝入坩堝放在真空鎢絲爐中進行真空燒結；得到用于碘化的鉿原料。
2.根據權利要求1所述的用于金屬鉿碘化的原料的制備方法，其特征在于:所述鉿粉的純度大于90wt%，粒度小于1mm。
3.根據權利要求1所述的用于金屬鉿碘化的原料的制備方法，其特征在于: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所述的用于金屬鉿碘化的原料的制備方法，其特征在于:所述長方體的長度大于5mm,寬度大于5mm,高度大于5mm。
5.根據權利要求1所述的用于金屬鉿碘化的原料的制備方法，其特征在于:所述烘干的溫度為4(T200°C，時間為I?50小時。
6.根據權利要求1所述的用于金屬鉿碘化的原料的制備方法，其特征在于:所述真空燒結的溫度不低于500°C。
7.根據權利要求1所述的用于金屬鉿碘化的原料的制備方法，其特征在于:所述真空燒結的真空度為不高于5.0X liTPa。
8.根據權利要求1所述的用于金屬鉿碘化的原料的制備方法，其特征在于:所述真空燒結時的加熱方式采用分段保溫的方法，200°C保溫時間不低于4h;所述真空燒結的最終保溫時間為不低于I小時。
9.根據權利要求1所述的用于金屬鉿碘化的原料的制備方法，其特征在于:所述的坩堝的材料為不銹鋼、鍋爐鋼、Mo、Ta、Hf、W、Nb或者上述金屬的合金。
10.權利要求1-9中任一項所述的用于金屬鉿碘化的原料的制備方法在制備鋯、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(yōu)先權日:2012年12月7日
【發(fā)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