本發(fā)明涉及一種純鈮的提純工藝，屬于鈮提純技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鈮屬于稀有貴重金屬，以其熔點高、耐蝕性好、良好的加工性能、熱中子俘獲截面小、導(dǎo)熱性能好、高的發(fā)射性能和吸氣性能等特點，被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、電子工業(yè)、航空、低溫超導(dǎo)和核工業(yè)等領(lǐng)域；近年來，信息產(chǎn)業(yè)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展及對高值鋼鐵制品需求的持續(xù)增長，為濕法冶金的發(fā)展提供了極好的機遇；但同時現(xiàn)行工藝存在嚴重的氟污染以及低品位鉭鈮礦的分解率低等問題，越來越制約著濕法冶金的發(fā)展；且在鈮的提純過程中，存在反應(yīng)條件不理想，工藝步驟不嚴謹?shù)葐栴}，導(dǎo)致鈮的提純純度不是太高，含有較多雜質(zhì)，而且提純成本也較高，工作效率低，不符合實際生產(chǎn)要求。因此，為了解決以上問題，亟待提出一種污染小，且產(chǎn)量高的純鈮的提純工藝方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種純鈮的提純工藝，利用鋁熱還原反應(yīng)所放出的熱量，使高熔點的鈮熔融沉淀到反應(yīng)器底部，并通過電子束熔煉再提純，以得到較高純度的熔煉鈮；通過精煉能有效除去低熔點金屬雜質(zhì)，提高了鈮的超導(dǎo)性能，獲得了更高的加速梯度及性能。

本發(fā)明的純鈮的提純工藝，所述工藝方法包括以下步驟：

步驟一，鈮冶煉，

第一步，濕法冶煉，

a.原料處理，選取鉭鈮精礦，并將精礦通過振動球磨機磨碎，得到鉭鈮礦粉；

b.酸分解，使用戽斗流量計量取hf-h2so4溶液，并將鉭鈮礦粉置于hf-h2so4溶液中進行分解，得到分解液；

c.萃取，分解液經(jīng)調(diào)酸后，使用有機溶劑在新型組合式萃取器中進行萃取，鉭、鈮進入有機相，而鐵、硅、鎢、鈦、錳等大部份雜質(zhì)殘留在水相漿料中；

d.酸洗，取萃取后的有機相，經(jīng)過酸洗去除雜質(zhì),用反鈮液反萃取得到氟氧鈮酸水溶液，再用反鉭液反萃取含鉭有機相，得到氟鉭酸水溶液，并使用x射線跨限分析儀分析溶液中是否存在鉭；

e.強化再酸洗，向酸洗后的溶液中再次加入hf-h2so4溶液，對上一步的酸洗操作進行強化，進一步地去除雜質(zhì)；

f.沉淀，將氟鉭酸溶液升溫、調(diào)酸，并用氨進行連續(xù)噴射沉淀制取大顆粒低氟鉭鈮氧化物，化學(xué)反應(yīng)式如下：

2h2[nbof5]+10nh4oh→nb2o5↓+10nh4f+7h2o；

g.熱水解法除氟，向物料中通入凈化的水蒸汽，使物料中殘存的氟化物生成氟化氫氣體和氨氣而排出，使得物料中氟降低至0.001％以下；

h.過濾、洗滌，將沉淀后的大顆粒低氟鉭鈮氧化物置于過濾設(shè)備中，并通過生物吸附生物膜過濾法進行過濾，過濾后使用離子水進行洗滌，

i.烘干，將過濾洗滌后的大顆粒低氟鉭鈮氧化物放入烘干設(shè)備中進行加熱烘干處理；

j.焙燒，將烘干后的鉭鈮氧化物通過煅燒制得nb2o5；

k.冷卻，使用鋼體滾塑槽對焙燒后的nb2o5通過冷凍水強制冷卻，得到nb2o5結(jié)晶；

第二步，鋁熱還原法生產(chǎn)金屬鈮，

a.混料，將第一步中得到的nb2o5與鋁粉混合，得到混料；

b.還原反應(yīng)，取上一步的混料，經(jīng)過還原反應(yīng)得到鈮及鋁的合金，并通過破碎機進行破碎處理，還原反應(yīng)方程式如下：

3nb2o5+10al＝6nb+5al2o3；

c.熔煉，使用水平電子束爐對破碎后物料的進行熔煉處理，得到粗熔融鈮及其合金；

步驟二，精煉提純，采用真空電子束爐及電弧熔煉爐在高溫及高真空條件下對步驟一中采用鋁熱還原法生產(chǎn)的粗熔融鈮及其合金進行冶煉，得到高純度的鈮及其合金錠，能有效除去低熔點金屬雜質(zhì)，降低合金中間隙雜質(zhì)元素(o、n、c、h等)含量；

步驟三，加工，將電子束熔煉和電弧爐熔煉的鈮及其合金錠根據(jù)錠坯的尺寸先經(jīng)過預(yù)加工工序后得到大晶粒鈮錠，再將大晶粒鈮錠置于鑄錠上切取單個晶粒的鈮材，采用碾壓的方法，使其直徑慢慢擴張，制成直徑為266～270mm，厚度為3～3.5mm的鈮片；再對鈮片表面經(jīng)過消除應(yīng)力處理、表面車加工處理及化學(xué)處理過程，使其厚度達到2.8～3mm，得到高純度鈮片。

進一步地，所述酸洗的具體操作步驟為將含有鉭和鈮的有機相和含酸度小于8n的h2so4的新鮮水相進行混合；在此條件下，僅有鈮在水相反萃取，而鉭仍保留在有機相中；反萃取的水合鈮再次使用有機溶劑萃取，以去除殘留鉭。

進一步地，所述有機溶劑為甲基異丁基酮、磷酸三丁酯、環(huán)已酮或仲辛醇。

作為優(yōu)選的實施方案，所述有機溶劑為甲基異丁基酮。

作為優(yōu)選的實施方案，所述過濾設(shè)備和烘干設(shè)備上均設(shè)置有微機在線監(jiān)控系統(tǒng)，使設(shè)備對工藝的保證程度有了很大的提高；使氧化鈮中雜質(zhì)含量進一步降低，尤其是高熔點金屬雜質(zhì)(ta、w、mo)的含量，為超導(dǎo)鈮材高熔點金屬雜質(zhì)含量的控制提供了有力的保證。

作為優(yōu)選的實施方案，所述過濾設(shè)備包括全自動壓濾機和戈爾膜過濾機。

作為優(yōu)選的實施方案，所述烘干設(shè)備包括遠紅外烘干機、旋轉(zhuǎn)真空烘干機和熱風(fēng)循環(huán)烘箱。

作為優(yōu)選的實施方案，所述預(yù)加工工序為鍛造、擠壓、軋制或旋鍛的不同組合。

作為優(yōu)選的實施方案，所述大晶粒鈮錠其最大直徑為120mm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的純鈮的提純工藝，采用微機在線監(jiān)控系統(tǒng)，使設(shè)備對工藝的保證程度有了很大的提高；使氧化鈮中雜質(zhì)含量進一步降低；利用鋁熱還原反應(yīng)所放出的熱量，使高熔點的鈮熔融沉淀到反應(yīng)器底部，并通過電子束熔煉再提純，以得到較高純度的熔煉鈮；另外，通過精煉能有效除去低熔點金屬雜質(zhì)；將電子束熔煉后獲得的大晶粒鈮錠直接切割成大晶粒鈮片，再對鈮片表面進行化學(xué)處理；其省去了傳統(tǒng)制造工藝過程將大晶粒鈮錠先開坯、退火等工藝制成小晶粒鈮板及電化學(xué)拋光等步驟，避免了加工污染，且制得的鈮片其rrr值與鑄錠相當(dāng)，提高了鈮的超導(dǎo)性能，獲得了更高的加速梯度及性能。

具體實施方式

實施例1：

本發(fā)明的純鈮的提純工藝，所述工藝方法包括以下步驟：

步驟一，鈮冶煉，

第一步，濕法冶煉，

a.原料處理，選取鉭鈮精礦，并將精礦通過振動球磨機磨碎，得到鉭鈮礦粉；

b.酸分解，使用戽斗流量計量取hf-h2so4溶液，并將鉭鈮礦粉置于hf-h2so4溶液中進行分解，得到分解液；

c.萃取，分解液經(jīng)調(diào)酸后，使用有機溶劑在新型組合式萃取器中進行萃取，鉭、鈮進入有機相，而鐵、硅、鎢、鈦、錳等大部份雜質(zhì)殘留在水相漿料中；

d.酸洗，取萃取后的有機相，經(jīng)過酸洗去除雜質(zhì),用反鈮液反萃取得到氟氧鈮酸水溶液，再用反鉭液反萃取含鉭有機相，得到氟鉭酸水溶液，并使用x射線跨限分析儀分析溶液中是否存在鉭；

e.強化再酸洗，向酸洗后的溶液中再次加入hf-h2so4溶液，對上一步的酸洗操作進行強化，進一步地去除雜質(zhì)；

f.沉淀，將氟鉭酸溶液升溫、調(diào)酸，并用氨進行連續(xù)噴射沉淀制取大顆粒低氟鉭鈮氧化物，化學(xué)反應(yīng)式如下：

2h2[nbof5]+10nh4oh→nb2o5↓+10nh4f+7h2o；

g.熱水解法除氟，向物料中通入凈化的水蒸汽，使物料中殘存的氟化物生成氟化氫氣體和氨氣而排出，使得物料中氟降低至0.001％以下；

h.過濾、洗滌，將沉淀后的大顆粒低氟鉭鈮氧化物置于過濾設(shè)備中，并通過生物吸附生物膜過濾法進行過濾，過濾后使用離子水進行洗滌，

i.烘干，將過濾洗滌后的大顆粒低氟鉭鈮氧化物放入烘干設(shè)備中進行加熱烘干處理；

j.焙燒，將烘干后的鉭鈮氧化物通過煅燒制得nb2o5；

k.冷卻，使用鋼體滾塑槽對焙燒后的nb2o5通過冷凍水強制冷卻，得到nb2o5結(jié)晶；

第二步，鋁熱還原法生產(chǎn)金屬鈮，

a.混料，將第一步中得到的nb2o5與鋁粉混合，得到混料；

b.還原反應(yīng)，取上一步的混料，經(jīng)過還原反應(yīng)得到鈮及鋁的合金，并通過破碎機進行破碎處理，還原反應(yīng)方程式如下：

3nb2o5+10al＝6nb+5al2o3；

c.熔煉，使用水平電子束爐對破碎后物料的進行熔煉處理，得到粗熔融鈮及其合金；

步驟二，精煉提純，采用真空電子束爐及電弧熔煉爐在高溫及高真空條件下對步驟一中采用鋁熱還原法生產(chǎn)的粗熔融鈮及其合金進行冶煉，得到高純度的鈮及其合金錠；

步驟三，加工，將電子束熔煉和電弧爐熔煉的鈮及其合金錠根據(jù)錠坯的尺寸先經(jīng)過預(yù)加工工序后得到大晶粒鈮錠，再將大晶粒鈮錠置于鑄錠上切取單個晶粒的鈮材，采用碾壓的方法，使其直徑慢慢擴張，制成直徑為266mm，厚度為3～3.5mm的鈮片；再對鈮片表面經(jīng)過消除應(yīng)力處理、表面車加工處理及化學(xué)處理過程，使其厚度達到2.8mm，得到高純度的鈮片。

所述酸洗的具體操作步驟為將含有鉭和鈮的有機相和含酸度小于8n的h2so4的新鮮水相進行混合；在此條件下，僅有鈮在水相反萃取，而鉭仍保留在有機相中；反萃取的水合鈮再次使用有機溶劑萃取，以去除殘留鉭。

其中，所述有機溶劑為甲基異丁基酮。所述過濾設(shè)備和烘干設(shè)備上均設(shè)置有微機在線監(jiān)控系統(tǒng)。所述過濾設(shè)備包括全自動壓濾機和戈爾膜過濾機。所述烘干設(shè)備包括遠紅外烘干機、旋轉(zhuǎn)真空烘干機和熱風(fēng)循環(huán)烘箱。所述預(yù)加工工序為鍛造、擠壓、軋制或旋鍛的不同組合。所述大晶粒鈮錠其最大直徑為120mm。

本發(fā)明的純鈮的提純工藝，采用微機在線監(jiān)控系統(tǒng)，使設(shè)備對工藝的保證程度有了很大的提高；使氧化鈮中雜質(zhì)含量進一步降低，尤其是高熔點金屬雜質(zhì)(ta、w、mo)的含量，為超導(dǎo)鈮材高熔點金屬雜質(zhì)含量的控制提供了有力的保證；鋁熱還原具有明顯的放熱特點，鋁熱還原反應(yīng)一經(jīng)點火反應(yīng)，自身反應(yīng)放出的熱量可以滿足反應(yīng)自發(fā)進行，整個反應(yīng)過程時間短、產(chǎn)量大；利用還原反應(yīng)所放出的熱量，使高熔點的鈮熔融沉淀到反應(yīng)器底部，這種粗鈮含有較高的fe、ni、al等金屬雜質(zhì)和o、n氣體含量，因此通過電子束熔煉再提純，以得到較高純度的熔煉鈮；且在整個反應(yīng)過程中不存在雜質(zhì)c元素，該熔煉鈮是用于生產(chǎn)超導(dǎo)用高純鈮錠(rrr＞300)的最佳原料；通過精煉能有效除去低熔點金屬雜質(zhì)，降低合金中間隙雜質(zhì)元素(o、n、c、h等)含量；將電子束熔煉后獲得的大晶粒鈮錠直接切割成大晶粒鈮片，制成直徑266mm，厚度為2.8～3mm的片，再對鈮片表面進行化學(xué)處理；其省去了傳統(tǒng)制造工藝過程將大晶粒鈮錠先開坯、退火等工藝制成小晶粒鈮板及電化學(xué)拋光等步驟，避免了加工污染，且制得的鈮片其rrr值與鑄錠相當(dāng)，提高了超導(dǎo)性能，獲得了更高的加速梯度及性能。

上述實施例，僅是本發(fā)明的較佳實施方式，故凡依本發(fā)明專利申請范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)。