[發(fā)明專利]一種超親氧金屬-鈣協(xié)同深度脫除金屬鉿中氧的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010070844.9
• 申請(qǐng)日: 2020-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN112095022B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王力軍;馬朝輝;張順利;張建東;閆國(guó)慶;吳延科;齊申
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 有研資源環(huán)境技術(shù)研究院（北京）有限公司
• 主分類號(hào): C22B34/14
• 分類號(hào): C22B34/14;C22B5/04;B22F1/145
• 代理公司: 北京北新智誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 張晶

本發(fā)明公開了一種超親氧金屬?鈣協(xié)同深度脫除金屬鉿中氧的方法。該方法將超親氧金屬、無水氯化鈣、鉿原料、鈣還原劑等物料填裝在反應(yīng)器的特定位置；通過蒸餾脫氧和拆卸清洗，可以將鉿中的氧含量穩(wěn)定降低至小于100ppm。超親氧金屬具有極強(qiáng)的氧親和力，會(huì)將氯化鈣熔鹽中的氧固溶或形成氧化物從而創(chuàng)造極低的氧勢(shì)，解決了深度脫氧的熱力學(xué)問題；氯化鈣熔鹽具有良好的流動(dòng)性以及對(duì)鈣還原劑、氧化鈣較大的溶解度，解決了脫氧的動(dòng)力學(xué)問題。本發(fā)明通過將二者有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了金屬鉿中氧深度、高效、穩(wěn)定的脫除。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單易行，對(duì)氧的脫除效果好，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，產(chǎn)品滿足靶材制造、光學(xué)鍍膜、電子元件制造等領(lǐng)域的使用要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬冶煉技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超親氧金屬-鈣協(xié)同深度脫除金屬鉿中氧的方法。

背景技術(shù)

金屬鉿是一種銀白色金屬，它具有耐高溫、抗腐蝕、易加工等優(yōu)異性能，是原子能工業(yè)、航空航天、軍事科學(xué)、生物醫(yī)藥、石油化工等領(lǐng)域的重要材料。金屬鉿的熱中子吸收截面高達(dá)115b，發(fā)生裂變后每一代產(chǎn)物仍是鉿，同位素中子吸收截面變化小，且經(jīng)過輻照后不產(chǎn)生長(zhǎng)半衰期γ射線，金屬鉿還兼具優(yōu)異的高溫耐腐蝕、抗氧化性、耐輻照性能，良好的機(jī)加工性能等特點(diǎn)，是一種安全、高效的核反應(yīng)堆控制棒材料，還可廣泛用于高溫合金、等離子切割電極、光學(xué)鍍膜元件、柵介質(zhì)材料等領(lǐng)域。但是金屬鉿的物理化學(xué)性能對(duì)金屬中的間隙原子如氧、碳、氮等非常敏感。由于鉿本身的性質(zhì)對(duì)這些氣體雜質(zhì)特別是氧具有非常強(qiáng)的親和力，因此，在鉿的冶煉、加工特別是鉿的冷、熱加工及焊接過程中，氧非常容易進(jìn)入鉿內(nèi)從而顯著降低其物理化學(xué)性能。而在現(xiàn)有的專利和文獻(xiàn)中鮮有報(bào)道能夠脫除鉿中氧的簡(jiǎn)單易行的方法。因此，找到一種能夠有效脫除金屬鉿中氧的簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方法對(duì)鉿及其合金的生產(chǎn)和應(yīng)用具有重要意義。

近些年，隨著冶金、材料工作者在這方面不斷進(jìn)行探索和嘗試，逐漸形成一條使用金屬Ca等活性金屬對(duì)固態(tài)金屬鉿脫氧的新方法，取得的進(jìn)展如下：

中國(guó)專利201010590603.3公開了一種超細(xì)高純鉿粉的制備方法及應(yīng)用，該方法將氧化鉿粉末和還原劑粉末混合放入坩堝內(nèi)，在氬氣的保護(hù)下發(fā)生還原反應(yīng)，得到氧含量小于0.2％超細(xì)鉿粉。由于反應(yīng)體系內(nèi)還原產(chǎn)物氧化鈣以純固體的形式存在，其熱力學(xué)活度為1，因此不利于深度脫除鉿中的氧，故其氧含量?jī)H能降低至0.2％，不滿足鉿中氧含量低于0.12wt％的標(biāo)準(zhǔn)要求(YS/T399-2013)。更不能滿足高純鉿質(zhì)量要求(O≤100ppm)。因此該專利難具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

中國(guó)專利CN201811569165.5對(duì)中國(guó)專利201010590603.3進(jìn)行了改良，提出了一種基于Ca-CaCl₂體系的鈣原位蒸餾-脫氧的方法。該方法將Ca的提純和脫氧有機(jī)結(jié)合，在保證脫氧效果的同時(shí)降低了脫氧成本，同時(shí)引入CaCl₂熔鹽體系一方面降低脫氧產(chǎn)物活度，另一方面改善脫氧反應(yīng)的均勻性，從而可將鉿的氧含量最低降至100ppm以下。該方法具有設(shè)備要求低，操作簡(jiǎn)單，能耗低，并且可以給已加工成型材料脫氧等優(yōu)點(diǎn)，但存在的缺點(diǎn)是，CaCl₂對(duì)脫氧產(chǎn)物CaO的溶解度是有限的，隨著脫氧過程的進(jìn)行CaCl₂熔鹽CaO的活度會(huì)逐漸增加，使脫氧能力逐漸變差，當(dāng)達(dá)到溶解飽和時(shí)，CaO的熱力學(xué)活度達(dá)到最大值1，變化轉(zhuǎn)為Ca-CaO平衡脫氧，不利于深度脫氧，因此該方法的脫氧效果存在波動(dòng)，適用于起始氧含量較低的鉿原料。

通過對(duì)上述專利進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，使用金屬Ca來進(jìn)行脫氧，保證脫氧深度的關(guān)鍵是降低脫氧產(chǎn)物CaO的活度。根據(jù)已有文獻(xiàn)報(bào)道，通過電解技術(shù)的引入可以將熔鹽中的O^2-轉(zhuǎn)化為CO_x，從而將氧的活度控制在較低水平，但是電解過程中會(huì)不可避免地產(chǎn)生Cl₂，同時(shí)也會(huì)造成碳的污染，限制了該方法的應(yīng)用。

因此，亟待提供一種方法可以在不產(chǎn)生其他污染的前提下降低氧化鈣的活度，實(shí)現(xiàn)氧的深度脫除。

發(fā)明內(nèi)容