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铪的制备方法

来源:www.dbkyw.com   时间:2023-02-02 15:35   点击:147  编辑:admin   手机版

一、铪的制备方法

1.可由镁还原四氯化铪或热分解四碘化铪制取。也可以HfCl4和K2HfF6为原料。在NaCl-KCl-HfCl4或K2HfF6熔体中电解制取,其工艺过程与锆的电解制取相近。

2.铪多与锆共存,没有单独存在的铪原料。铪的制造原料是在制造锆的工艺流程中分离出来的粗氧化铪。用离子交换树脂的方法提取氧化铪,随后利用与锆相同的方法从这种氧化铪中制取金属铪。

3.可由四氯化铪(HfCl4)与钠共热经还原而制得。

4.最早分离锆、铪的方法是含氟络盐的分级结晶和磷酸盐的分级沉淀。这些方法操作麻烦,仅限于实验室使用。陆续出现了分级蒸馏、溶剂萃取、离子交换和分级吸附等分离锆、铪的新技术,其中以溶剂萃取法较有实用价值。常用的两种分离体系是硫氰酸盐-异己酮体系和磷酸三丁酯-硝酸体系。以上方法所得产品都是氢氧化铪,通过煅烧可得纯的氧化铪。高纯度的铪可以用离子交换法取得。

工业上,金属铪的生产常常并用克罗尔法和德博尔-阿克尔法。克罗尔法是用金属镁还原四氯化铪:

2Mg+HfCl4─→2MgCl2+Hf

德博尔-阿克尔法即碘化法,用此法提纯海绵状铪,得到可延展的金属铪。

5.铪的冶炼,与锆基本相同:

第一步为矿石的分解,有三种方法:锆石氯化得(Zr,Hf)Cl。锆石的碱熔。锆石与NaOH在600左右熔融,有90%以上的(Zr,Hf)O转变为Na(Zr,Hf)O,其中的SiO变成NaSiO,用水溶除去。Na(Zr,Hf)O用HNO溶解后可作锆铪分离的原液,但因含有SiO胶体,给溶剂萃取分离造成困难。用KSiF烧结,水浸后得K(Zr,Hf)F溶液。溶液可以通过分步结晶分离锆铪;

第二步为锆铪分离,可用盐酸-MIBK(甲基异丁基酮)系统和HNO-TBP(磷酸三丁酯)系统的溶剂萃取分离方法。利用高压下(高于20大气压)HfCl和ZrCl熔体蒸气压的差异而进行多级分馏的技术早有研究,可省去二次氯化过程,降低成本。但由于(Zr,Hf)Cl和HCl的腐蚀问题,既不易找到合适的分馏柱材质,又会使ZrCl和HfCl质量降低,增加提纯费用,70年代仍停留在中间厂试验阶段;

第三步为HfO的二次氯化以制得还原用粗HfCl;

第四步为HfCl的提纯和加镁还原。该过程与ZrCl的提纯和还原相同,所得半成品为粗海绵铪;

第五步为真空蒸馏粗海绵铪,以除去MgCl和回收多余的金属镁,所得成品为海绵金属铪。如还原剂不用镁而用钠,则第五步改为水浸

二、中国铪可以进口?

可以。

2005年前后我国金属铪全部靠进口,当时初步统计显示,每年进口铪锭、碘化晶体铪约5万吨,进口二氧化铪粉末0.5吨左右,进口铪丝几百公斤。金属铪主要用于制造等离子切割机的电极和靶材,成材后产品60%出口,40%供国内使用。二氧化铪主要用作镀膜材料。

三、碳化铪的铪介绍

在自然界中,铪常与锆共生,含锆的矿物中都含铪,铪与锆呈类质同像,铪主要赋存在锆英石中。工业上用的锆石中含HfO2量为0.5-2%。次生锆矿石中的铍锆石含HfO2可以高达15%。还有一种变质锆石曲晶石,含HfO2达5%以上。后两种矿物的储量少,工业上尚未采用。铪主要由生产锆的过程中回收。

铪的冶炼与锆基本相同,一般分五步。第一步为矿石的分解,有三种方法:①锆石氯化得(Zr,Hf)Cl4。②锆石的碱熔,锆石与NaOH在600℃左右熔融,有90%以上的(Zr,Hf)O2转变为Na2(Zr,Hf)O3,其中的SiO2变成Na2SiO3,用水溶除去。Na2(Zr,Hf)O3用HNO3溶解后可作锆铪分离的原液,但因含有SiO2胶体,给溶剂萃取分离造成困难。③用K2SiF6烧结,水浸后得K2(Zr,Hf)F6溶液。溶液可以通过分步结晶分离锆铪。第二步为锆铪分离,可用盐酸-MIBK(甲基异丁基酮)系统和HNO3-TBP(磷酸三丁酯)系统的溶剂萃取分离方法。利用高压下(高于20大气压)HfCl4和ZrCl4熔体蒸气压的差异而进行多级分馏的技术早有研究,可省去二次氯化过程,降低成本。但由于(Zr,Hf)Cl4和HCl的腐蚀问题,既不易找到合适的分馏柱材质,又会使ZrCl4和HfCl4质量降低,增加提纯费用。第三步为HfO2的二次氯化以制得还原用粗HfCl4。第四步为HfCl4的提纯和加镁还原。本过程与ZrCl4的提纯和还原相同,所得半成品为粗海绵铪。第五步为真空蒸馏粗海绵铪,以除去MgCl2和回收多余的金属镁,所得成品为海绵金属铪。如还原剂不用镁而用钠,则第五步改为水浸。

海绵铪自坩埚中取出时要格外小心,以免自燃。大块海绵铪要破碎成一定尺寸的小块,以便压成自耗电极,再熔铸成锭。破碎时也应防止自燃。海绵铪的进一步提纯与钛和锆一样,用碘化物热分解法。控制条件与锆略有不同,在碘化罐四周的海绵铪小块,保持温度为600℃,而中心的热丝温度为1600℃,比制取锆的“结晶棒”时的1300℃为高。铪的加工成型包括锻造、挤压、拉管等步骤,与加工锆的方法一样。

铪的主要用途是制作原子核反应堆的控制棒。纯铪具有可塑性、易加工、耐高温抗腐蚀,是原子能工业重要材料。铪的热中子捕获截面大,是较理想的中子吸收体,可作原子反应堆的控制棒和保护装置。铪粉可作火箭的推进器。在电器工业上可制造X射线管的阴极。铪的合金可作火箭喷嘴和滑翔式重返大气层的飞行器的前沿保护层,Hf-Ta合金可制造工具钢及电阻材料。在耐热合金中铪用作添加元素,例如钨、钼、钽的合金中有的添加铪。HfC由于硬度和熔点高,可作硬质合金添加剂。4TaC・HfC的熔点约为4215℃,为已知的熔点最高的化合物。

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