CN115156542B - 一种低氧铌粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低氧铌粉的制备方法,包括以下步骤:一次氢化、一次破碎、筛选、二次氢化、二次破碎、气流制粉、酸洗、脱氢降氧、酸洗除杂,得到低氧铌粉满足以下条件:氧含量≤400ppm,镁含量≤3ppm,D50为10~75μm。本发明先通过一次破碎、二次破碎制得能通过100~500目标准筛的氢化铌粉,再将氢化铌粉装入气流磨中进行高压气流粉碎,得到粒度均匀的细颗粒氢化铌粉,通过普通的破碎与气流磨的高压气流粉碎相结合,能够得到更细、粒度均匀性更好的铌粉。
Description
技术领域
本发明涉及铌粉技术领域,具体涉及一种低氧铌粉的制备方法。
背景技术
铌是灰白色金属,熔点2468℃,沸点4742℃,密度8.57g/cm3。铌粉是一种带光泽的灰色金属粉末,具有顺磁性,铌粉的延展性较高,但会随杂质含量的增加而变硬。它的最外电子层排布和其他的5族元素非常不同。室温下铌粉在空气中稳定,在氧气中红热时也不被完全氧化,高温下与硫、氮、碳直接化合 ,能与钛、锆、铪、钨等金属形成合金。不与无机酸或碱作用,也不溶于王水,但可溶于氢氟酸。
铌粉常被应用在溅射靶材、金属注射成型、激光快速成型、3D打印技术等领域中,通常需要要求铌粉的氧含量低、纯度高、粒度分布窄。
现有技术的铌粉的制作工艺通常包括:铌锭氢化、破碎、酸洗、脱氢降氧、酸洗、烘干、过筛。这种工艺制得的铌粉,铌粉粒度大,氧含量高、镁含量高。
发明内容
针对背景技术中存在的技术缺陷,本发明提出了一种低氧铌粉的制备方法,解决了上述技术问题以及满足了实际需求,具体的技术方案如下所示:
一种低氧铌粉的制备方法,包括以下步骤:
S1一次氢化:准备铌锭,将铌锭进行氢化处理,得到氢化铌锭;
S2一次破碎:将氢化铌锭进行破碎,得到氢化铌粉;
S3筛选:使用100~500目标准筛过筛,得到能通过100~500目标准筛的氢化铌粉;
S4二次氢化:将未过筛的氢化铌粉再次进行氢化处理;
S5二次破碎:将经过步骤S4的氢化铌粉进行破碎,得到氢化铌粉;
S6气流制粉:将步骤S3、S5得到的氢化铌粉装入气流磨中进行高压气流粉碎,得到粒度均匀的细颗粒氢化铌粉;
S7酸洗:将细颗粒氢化铌粉进行酸洗处理;
S8脱氢降氧:将细颗粒氢化铌粉进行脱氢降氧;
S9酸洗除杂:将经过脱氢降氧后的铌粉进行酸洗、烘干,得到能通过200~500目标准筛的低氧铌粉。
具体的,步骤S1中,将铌锭置于氢化炉中,先向氢化炉中通入0.5MPa的氢气,通过加压提升铌锭的氢化速度,而且在高压下得到的氢化铌锭氢脆性更好,在850~950℃下保温1.5~2h,再将氢气的气压降低至0.25MPa,在850~950℃下保温0.5h,冷却后得到氢化铌锭,通过降压提升氧的逸出效率,从而降低氧含量。
具体的,步骤S4中,将未过筛的氢化铌粉置于氢化炉中,向氢化炉中通入0.25MPa的氢气,在850~950℃下保温2.5~3h,冷却。
具体的,步骤S2、S5中,均采用球磨机进行破碎。
具体的,步骤S6中,采用了惰性气体与氢气的混合气体作为高压气流,其中惰性气体与氢气的体积比为100~500:1,气压控制为5~7KPa,相当于在制粉的同时还进行了氢化,提高铌锭的氢化度,从而降低氧含量。
具体的,步骤S7中,将细颗粒氢化铌粉浸泡在10~18%盐酸溶液中,浸泡时间为8~10h,再使用清水清洗干净,烘干。
具体的,步骤S8中,将细颗粒氢化铌粉与3-6%的金属还原剂混合后加入到脱氢降氧炉中,加热到900-950℃下保温4-10h,随后释放炉内压力,在900-950℃下保温2-6h,最后降温到10~40℃,钝化后出炉,得到脱氢降氧的铌粉。
具体的,所述金属还原剂为镁或钙。
具体的,步骤S9中,将经过脱氢降氧后的铌粉用30%盐酸溶液与水的体积比例2:15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14h后,过200~400目标准筛后得到低氧铌粉。
具体的,所述低氧铌粉中,氧含量≤400ppm,镁含量≤3ppm,D50为10~75μm。
本发明具有的有益效果在于:
1.本申请的制备方法,先对铌锭进行一次氢化、一次破碎,使用100~500目标准筛过筛,再对未过筛的氢化铌粉进行二次氢化、二次破碎,能够提高铌锭的碎化程度以及氢化度,从而降低氧含量;
2.先通过一次破碎、二次破碎制得能通过100~500目标准筛的氢化铌粉,再将氢化铌粉装入气流磨中进行高压气流粉碎,得到粒度均匀的细颗粒氢化铌粉,通过普通的破碎与气流磨的高压气流粉碎相结合,能够得到更细、粒度均匀性更好的铌粉;
3.一次氢化过程中,先向氢化炉中通入0.5MPa的氢气,通过加压提升铌锭的氢化速度,而且在高压下得到的氢化铌锭氢脆性更好,再将氢气的气压降低至0.25MPa,通过降压提升氧的逸出效率,从而降低氧含量;
4.气流制粉过程中,采用了惰性气体与氢气的混合气体作为高压气流,相当于在制粉的同时还进行了氢化,提高铌锭的氢化度,从而降低氧含量。
具体实施方式
下面结合相关实施例对本发明的实施方式进行说明,本发明的实施方式不局限于如下的实施例中,并且本发明涉及本技术领域的相关必要部件,应当视为本技术领域内的公知技术,是本技术领域所属的技术人员所能知道并掌握的。
实施例1:准备铌锭,将铌锭置于氢化炉中,先向氢化炉中通入0.5MPa的氢气,在900℃下保温1.5h,再将氢气的气压降低至0.25MPa,在900℃下保温0.5h,冷却后得到氢化铌锭;将氢化铌锭装入球磨机中进行破碎,得到氢化铌粉;使用100目标准筛过筛,得到能通过100目标准筛的氢化铌粉;将未过筛的氢化铌粉置于氢化炉中,向氢化炉中通入0.25MPa的氢气,在900℃下保温2.5h,冷却;将上述得到的氢化铌粉以及通过200目标准筛的氢化铌粉装入气流磨中进行破碎,具体是采用了惰性气体与氢气的混合气体作为高压气流,其中惰性气体与氢气的体积比为100~500:1,气压控制为5~7KPa,相当于在制粉的同时还进行了氢化,提高铌锭的氢化度,从而降低氧含量,得到氢化铌粉;将细颗粒氢化铌粉浸泡在15%盐酸溶液中,浸泡时间为8h,再使用清水清洗干净,烘干;将细颗粒氢化铌粉与3%的镁粉混合后加入到脱氢降氧炉中,加热到900℃下保温5h,随后释放炉内压力,在900℃下保温4h,最后降温到25℃,钝化后出炉,得到脱氢降氧的铌粉;将得到的铌粉30%盐酸溶液与水的体积比例2:15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14h后,过200目标准筛后得到低氧铌粉,其主要杂质含量、粒度分布见表1。
对比例1:准备铌锭,将铌锭置于氢化炉中,先向氢化炉中通入0.25MPa的氢气,在900℃下保温2h,冷却后得到氢化铌锭;将氢化铌锭装入球磨机中进行破碎,得到氢化铌粉;使用100目标准筛过筛,得到能通过100目标准筛的氢化铌粉;将未过筛的氢化铌粉置于氢化炉中,向氢化炉中通入0.25MPa的氢气,在900℃下保温2.5h,冷却;将上述得到的氢化铌粉以及通过200目标准筛的氢化铌粉装入气流磨中进行破碎,具体是采用了惰性气体与氢气的混合气体作为高压气流,其中惰性气体与氢气的体积比为100~500:1,气压控制为5~7KPa,相当于在制粉的同时还进行了氢化,提高铌锭的氢化度,从而降低氧含量,得到氢化铌粉;将细颗粒氢化铌粉浸泡在15%盐酸溶液中,浸泡时间为8h,再使用清水清洗干净,烘干;将细颗粒氢化铌粉与3%的镁粉混合后加入到脱氢降氧炉中,加热到900℃下保温5h,随后释放炉内压力,在900℃下保温4h,最后降温到25℃,钝化后出炉,得到脱氢降氧的铌粉;将得到的铌粉30%盐酸溶液与水的体积比例2:15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14h后,过200目标准筛后得到铌粉,其主要杂质含量、粒度分布见表1。
对比例2:准备铌锭,将铌锭置于氢化炉中,先向氢化炉中通入0.5MPa的氢气,在900℃下保温1.5h,再将氢气的气压降低至0.25MPa,在900℃下保温0.5h,冷却后得到氢化铌锭;将氢化铌锭装入球磨机中进行破碎,得到氢化铌粉;使用100目标准筛过筛,得到能通过100目标准筛的氢化铌粉;将未过筛的氢化铌粉置于氢化炉中,向氢化炉中通入0.25MPa的氢气,在900℃下保温2.5h,冷却;将上述得到的氢化铌粉以及通过100目标准筛的氢化铌粉浸泡在15%盐酸溶液中,浸泡时间为8h,再使用清水清洗干净,烘干;将氢化铌粉与3%的镁粉混合后加入到脱氢降氧炉中,加热到900℃下保温5h,随后释放炉内压力,在900℃下保温4h,最后降温到25℃,钝化后出炉,得到脱氢降氧的铌粉;将得到的铌粉30%盐酸溶液与水的体积比例2:15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14h后,过200目标准筛后得到铌粉,其主要杂质含量、粒度分布见表1。
对比例3:准备铌锭,将铌锭置于氢化炉中,先向氢化炉中通入0.5MPa的氢气,在900℃下保温2h,冷却后得到氢化铌锭;将氢化铌锭装入球磨机中进行破碎,得到氢化铌粉;使用100目标准筛过筛,得到能通过100目标准筛的氢化铌粉;将氢化铌粉浸泡在15%盐酸溶液中,浸泡时间为8h,再使用清水清洗干净,烘干;将氢化铌粉与3%的镁粉混合后加入到脱氢降氧炉中,加热到900℃下保温5h,随后释放炉内压力,在900℃下保温4h,最后降温到25℃,钝化后出炉,得到脱氢降氧的铌粉;将得到的铌粉30%盐酸溶液与水的体积比例2:15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14h后,过200目标准筛后得到铌粉,其主要杂质含量、粒度分布见表1。
表1性能对比
项目 | O含量(ppm) | Mg含量(ppm) | 粒度D50(μm) |
铌锭 | 320 | ﹤5 | -- |
实施例1 | 295 | 2.97 | 12.6 |
对比例1 | 301 | 3.05 | 13.7 |
对比例2 | 291 | 2.99 | 16.5 |
对比例3 | 315 | 4.71 | 20.3 |
对比例1进行了一次氢化、一次破碎、筛选、二次氢化、二次破碎、气流制粉、酸洗、脱氢降氧、酸洗除杂的工序。在一次氢化过程中,是将铌锭置于氢化炉中,先向氢化炉中通入0.25MPa的氢气,在900℃下保温2h,冷却后得到氢化铌锭。相比实施例1,始终采用同一压强的氢气进行氢化作用,得到的铌粉与实施例1得到的低氧铌粉相比,氧含量较高,无法满足氧含量≤400ppm的条件。
对比例2进行了一次氢化、一次破碎、筛选、二次氢化、二次破碎、酸洗、脱氢降氧、酸洗除杂的工序。相比实施例1,没有采用气流制粉,得到的铌粉与实施例1得到的低氧铌粉相比,氧含量较高,粒度D50较高,产品颗粒度大。
对比例3是现有技术的铌粉的制作工艺,包括:铌锭氢化、破碎、酸洗、脱氢降氧、酸洗、烘干、过筛。得到的铌粉与实施例1得到的低氧铌粉相比,氧含量高、镁含量高、粒度D50较高,产品颗粒度大。
实施例1进行了一次氢化、一次破碎、筛选、二次氢化、二次破碎、气流制粉、酸洗、脱氢降氧、酸洗除杂的工。得到低氧铌粉满足以下条件:氧含量≤400ppm,镁含量≤3ppm,D50为10~75μm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种低氧铌粉的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1一次氢化:准备铌锭,将铌锭置于氢化炉中,先向氢化炉中通入0.5MPa的氢气,在900℃下保温1.5h,再将氢气的气压降低至0.25MPa,在900℃下保温0.5h,冷却后得到氢化铌锭;
S2一次破碎:将氢化铌锭进行破碎,得到氢化铌粉;
S3筛选:使用100目标准筛过筛,得到能通过100目标准筛的氢化铌粉;
S4二次氢化:将未过筛的氢化铌粉置于氢化炉中,向氢化炉中通入0.25MPa的氢气,在900℃下保温2.5h,冷却;
S5二次破碎:将经过步骤S4的氢化铌粉进行破碎,得到氢化铌粉;
S6气流制粉:将步骤S3、S5得到的氢化铌粉装入气流磨中进行高压气流粉碎,得到粒度均匀的细颗粒氢化铌粉;处理过程采用了惰性气体与氢气的混合气体作为高压气流,其中惰性气体与氢气的体积比为100~500:1,气压控制为5~7KPa;
S7酸洗:将细颗粒氢化铌粉进行酸洗处理;
S8脱氢降氧:将细颗粒氢化铌粉进行脱氢降氧,具体过程为,将细颗粒氢化铌粉与3%的镁粉混合后加入到脱氢降氧炉中,加热到900℃下保温5h,随后释放炉内压力,在900℃下保温4h,最后降温到25℃,钝化后出炉,得到脱氢降氧的铌粉;
S9酸洗除杂:将经过脱氢降氧后的铌粉进行酸洗、烘干,得到能通过200目标准筛的低氧铌粉;所述低氧铌粉中,氧含量295ppm,镁含量2.97ppm,D50为12.6μm。
2.根据权利要求1所述的一种低氧铌粉的制备方法,其特征在于,步骤S2、S5中,均采用球磨机进行破碎。
3.根据权利要求1所述的一种低氧铌粉的制备方法,其特征在于,步骤S7中,将细颗粒氢化铌粉浸泡在15%盐酸溶液中,浸泡时间为8h,再使用清水清洗干净,烘干。
4.根据权利要求1所述的一种低氧铌粉的制备方法,其特征在于,步骤S9中,将经过脱氢降氧后的铌粉用30%盐酸溶液与水的体积比例2:15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14h后,过200目标准筛后得到低氧铌粉。
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GR01 | Patent grant | ||
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