低氧3N级纯铌粉生产工艺的研究

2020-07-13马海燕郭孝明王晓东

湖南有色金属 2020年3期

马海燕，郭孝明，王晓东

（1.宁夏东方钽业股份有限公司，宁夏石嘴山 753000；2.国家钽铌特种金属材料工程技术研究中心，宁夏石嘴山 753000；3.稀有金属特种材料国家重点实验室，宁夏石嘴山 753000）

金属铌是一种高难熔金属，熔点高达2 468℃［1］，且具有较强的耐腐蚀性，是一种良好的超导体，主要应用在航空航天、汽车工业和国防工业等领域。不论应用于喷涂领域作为制备导电、耐磨耐腐蚀涂层原料，还是作为溅射靶材、金属注射成型、激光快速成型、3D打印技术等加工产业的原材料，都要求铌粉氧含量低、纯度高、粒度分布窄。L.N.谢克特［2］采用在惰性气氛中于1×10-7bar的压力下于1 750～3 850℃温度下加热含50～3 000μg／g氧的金属粉末，使氧化物达到热力学不稳定的温度，通过挥发除去氧，制备出了O含量≤10μg／g，H含量≤1μg／g，Mg含量≤1μg／g，碱金属含量≤1μg／g，铁镍铬之和含量≤1μg／g的铌粉，该方法要求原料纯度高且对设备要求高；P·库玛［3］将金属镁或钙与氢化钽或氢化铌混合加热进行脱氢降氧，最终制得氧低于300μg／g的冶金级用钽粉或铌粉，但该技术未研究制得钽／铌粉除氧含量外的其它化学杂质含量控制技术。本文针对低氧高纯铌粉的生产工艺进行了研究，以期得到经济、性能优良的低氧3N级纯铌粉生产工艺。

1 试验部分

1.1 主要设备和原材料

试验所用设备有电阻氢化炉、电阻脱氢降氧炉、球磨机、酸洗槽、真空烘干箱等。

原材料有高纯铌锭（纯度99.96%），化学杂质见表1，盐酸（分析纯）、氢氟酸（分析纯）、纯水、高纯氢气、镁粉（工业）等。

表1 铌锭的化学杂质 μg／g

1.2 工艺流程［4］

1.铌锭氢化。

2.将氢化料进行破碎，然后进行酸洗纯化处理。

3.将所得的粉末进行脱氢降氧。

4.将所得的铌粉进行酸洗、烘干、过筛。

1.3 试验过程

1.3.1 铌锭氢化

将在35%HF中浸泡24 h后经纯水清洗干净烘干的铌锭装入氢化炉中，首先将容器中的空气抽空排出，然后向容器中通入0.2 MPa的高纯氢气，加热850℃保温3 h，随后停电降温并通入高纯氢气，使氢气压力维持在0.2 MPa，得到具有良好氢脆性的氢化铌锭。

1.3.2 氢化料球磨、酸洗

将氢化铌锭装入球磨机中进行破碎，球磨破碎后的物料使用不同的筛目过筛，得到粒度分布不同的氢化料。该试验使用200目标准筛筛粉得到完全能通过200目筛的氢化铌粉。

使用30%HCl酸洗3 h，经纯水滤洗，于真空烘干箱中120℃温度下烘干12 h后，过200目筛，最终得到氢化铌粉。

1.3.3 脱氢降氧

试验使用脱氢降氧一体化工艺，主要讨论不同装炉方式对产品氧、镁等杂质的影响。

一种装炉方式为还原剂镁粉与氢化铌粉混合后装入坩埚放置于料架中（样品1），一种装炉方式为还原剂单独装于坩埚放置在装有氢化铌粉的坩埚下方（样品2）。升温至950℃保温6 h进行脱氢降氧，钝化后出炉，得到脱氢降氧的铌粉。

1.3.4 酸洗、烘干

将得到的铌粉用30%HCl溶液和40%HF溶液的混合酸按与水的体积比例4∶1∶30进行酸洗，从而除去氧化镁等杂质，经纯水滤洗在真空烘干箱120℃下烘干14 h后，过200目标准筛后得到铌粉。样品1为还原剂与氢化料粉末分开装炉经后续处理最终得到铌粉样品，样品2为还原剂与氢化料粉末混合后装炉经后续处理最终得到铌粉样品。