本发明涉及一种纯铌的提纯工艺，属于铌提纯技术领域。
背景技术：
铌属于稀有贵重金属，以其熔点高、耐蚀性好、良好的加工性能、热中子俘获截面小、导热性能好、高的发射性能和吸气性能等特点，被广泛应用于钢铁、电子工业、航空、低温超导和核工业等领域；近年来，信息产业和微电子技术的迅速发展及对高值钢铁制品需求的持续增长，为湿法冶金的发展提供了极好的机遇；但同时现行工艺存在严重的氟污染以及低品位钽铌矿的分解率低等问题，越来越制约着湿法冶金的发展；且在铌的提纯过程中，存在反应条件不理想，工艺步骤不严谨等问题，导致铌的提纯纯度不是太高，含有较多杂质，而且提纯成本也较高，工作效率低，不符合实际生产要求。因此，为了解决以上问题，亟待提出一种污染小，且产量高的纯铌的提纯工艺方法。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提出了一种纯铌的提纯工艺，利用铝热还原反应所放出的热量，使高熔点的铌熔融沉淀到反应器底部，并通过电子束熔炼再提纯，以得到较高纯度的熔炼铌；通过精炼能有效除去低熔点金属杂质，提高了铌的超导性能，获得了更高的加速梯度及性能。
本发明的纯铌的提纯工艺，所述工艺方法包括以下步骤：
步骤一，铌冶炼，
第一步，湿法冶炼，
a.原料处理，选取钽铌精矿，并将精矿通过振动球磨机磨碎，得到钽铌矿粉；
b.酸分解，使用戽斗流量计量取hf-h2so4溶液，并将钽铌矿粉置于hf-h2so4溶液中进行分解，得到分解液；
c.萃取，分解液经调酸后，使用有机溶剂在新型组合式萃取器中进行萃取，钽、铌进入有机相，而铁、硅、钨、钛、锰等大部份杂质残留在水相浆料中；
d.酸洗，取萃取后的有机相，经过酸洗去除杂质,用反铌液反萃取得到氟氧铌酸水溶液，再用反钽液反萃取含钽有机相，得到氟钽酸水溶液，并使用x射线跨限分析仪分析溶液中是否存在钽；
e.强化再酸洗，向酸洗后的溶液中再次加入hf-h2so4溶液，对上一步的酸洗操作进行强化，进一步地去除杂质；
f.沉淀，将氟钽酸溶液升温、调酸，并用氨进行连续喷射沉淀制取大颗粒低氟钽铌氧化物，化学反应式如下：
2h2[nbof5]+10nh4oh→nb2o5↓+10nh4f+7h2o；
g.热水解法除氟，向物料中通入净化的水蒸汽，使物料中残存的氟化物生成氟化氢气体和氨气而排出，使得物料中氟降低至0.001％以下；
h.过滤、洗涤，将沉淀后的大颗粒低氟钽铌氧化物置于过滤设备中，并通过生物吸附生物膜过滤法进行过滤，过滤后使用离子水进行洗涤，
i.烘干，将过滤洗涤后的大颗粒低氟钽铌氧化物放入烘干设备中进行加热烘干处理；
j.焙烧，将烘干后的钽铌氧化物通过煅烧制得nb2o5；
k.冷却，使用钢体滚塑槽对焙烧后的nb2o5通过冷冻水强制冷却，得到nb2o5结晶；
第二步，铝热还原法生产金属铌，
a.混料，将第一步中得到的nb2o5与铝粉混合，得到混料；
b.还原反应，取上一步的混料，经过还原反应得到铌及铝的合金，并通过破碎机进行破碎处理，还原反应方程式如下：
3nb2o5+10al＝6nb+5al2o3；
c.熔炼，使用水平电子束炉对破碎后物料的进行熔炼处理，得到粗熔融铌及其合金；
步骤二，精炼提纯，采用真空电子束炉及电弧熔炼炉在高温及高真空条件下对步骤一中采用铝热还原法生产的粗熔融铌及其合金进行冶炼，得到高纯度的铌及其合金锭，能有效除去低熔点金属杂质，降低合金中间隙杂质元素(o、n、c、h等)含量；
步骤三，加工，将电子束熔炼和电弧炉熔炼的铌及其合金锭根据锭坯的尺寸先经过预加工工序后得到大晶粒铌锭，再将大晶粒铌锭置于铸锭上切取单个晶粒的铌材，采用碾压的方法，使其直径慢慢扩张，制成直径为266～270mm，厚度为3～3.5mm的铌片；再对铌片表面经过消除应力处理、表面车加工处理及化学处理过程，使其厚度达到2.8～3mm，得到高纯度铌片。
进一步地，所述酸洗的具体操作步骤为将含有钽和铌的有机相和含酸度小于8n的h2so4的新鲜水相进行混合；在此条件下，仅有铌在水相反萃取，而钽仍保留在有机相中；反萃取的水合铌再次使用有机溶剂萃取，以去除残留钽。
进一步地，所述有机溶剂为甲基异丁基酮、磷酸三丁酯、环已酮或仲辛醇。
作为优选的实施方案，所述有机溶剂为甲基异丁基酮。
作为优选的实施方案，所述过滤设备和烘干设备上均设置有微机在线监控系统，使设备对工艺的保证程度有了很大的提高；使氧化铌中杂质含量进一步降低，尤其是高熔点金属杂质(ta、w、mo)的含量，为超导铌材高熔点金属杂质含量的控制提供了有力的保证。
作为优选的实施方案，所述过滤设备包括全自动压滤机和戈尔膜过滤机。
作为优选的实施方案，所述烘干设备包括远红外烘干机、旋转真空烘干机和热风循环烘箱。
作为优选的实施方案，所述预加工工序为锻造、挤压、轧制或旋锻的不同组合。
作为优选的实施方案，所述大晶粒铌锭其最大直径为120mm。
本发明与现有技术相比较，本发明的纯铌的提纯工艺，采用微机在线监控系统，使设备对工艺的保证程度有了很大的提高；使氧化铌中杂质含量进一步降低；利用铝热还原反应所放出的热量，使高熔点的铌熔融沉淀到反应器底部，并通过电子束熔炼再提纯，以得到较高纯度的熔炼铌；另外，通过精炼能有效除去低熔点金属杂质；将电子束熔炼后获得的大晶粒铌锭直接切割成大晶粒铌片，再对铌片表面进行化学处理；其省去了传统制造工艺过程将大晶粒铌锭先开坯、退火等工艺制成小晶粒铌板及电化学抛光等步骤，避免了加工污染，且制得的铌片其rrr值与铸锭相当，提高了铌的超导性能，获得了更高的加速梯度及性能。
具体实施方式
实施例1：
本发明的纯铌的提纯工艺，所述工艺方法包括以下步骤：
步骤一，铌冶炼，
第一步，湿法冶炼，
a.原料处理，选取钽铌精矿，并将精矿通过振动球磨机磨碎，得到钽铌矿粉；
b.酸分解，使用戽斗流量计量取hf-h2so4溶液，并将钽铌矿粉置于hf-h2so4溶液中进行分解，得到分解液；
c.萃取，分解液经调酸后，使用有机溶剂在新型组合式萃取器中进行萃取，钽、铌进入有机相，而铁、硅、钨、钛、锰等大部份杂质残留在水相浆料中；
d.酸洗，取萃取后的有机相，经过酸洗去除杂质,用反铌液反萃取得到氟氧铌酸水溶液，再用反钽液反萃取含钽有机相，得到氟钽酸水溶液，并使用x射线跨限分析仪分析溶液中是否存在钽；
e.强化再酸洗，向酸洗后的溶液中再次加入hf-h2so4溶液，对上一步的酸洗操作进行强化，进一步地去除杂质；
f.沉淀，将氟钽酸溶液升温、调酸，并用氨进行连续喷射沉淀制取大颗粒低氟钽铌氧化物，化学反应式如下：
2h2[nbof5]+10nh4oh→nb2o5↓+10nh4f+7h2o；
g.热水解法除氟，向物料中通入净化的水蒸汽，使物料中残存的氟化物生成氟化氢气体和氨气而排出，使得物料中氟降低至0.001％以下；
h.过滤、洗涤，将沉淀后的大颗粒低氟钽铌氧化物置于过滤设备中，并通过生物吸附生物膜过滤法进行过滤，过滤后使用离子水进行洗涤，
i.烘干，将过滤洗涤后的大颗粒低氟钽铌氧化物放入烘干设备中进行加热烘干处理；
j.焙烧，将烘干后的钽铌氧化物通过煅烧制得nb2o5；
k.冷却，使用钢体滚塑槽对焙烧后的nb2o5通过冷冻水强制冷却，得到nb2o5结晶；
第二步，铝热还原法生产金属铌，
a.混料，将第一步中得到的nb2o5与铝粉混合，得到混料；
b.还原反应，取上一步的混料，经过还原反应得到铌及铝的合金，并通过破碎机进行破碎处理，还原反应方程式如下：
3nb2o5+10al＝6nb+5al2o3；
c.熔炼，使用水平电子束炉对破碎后物料的进行熔炼处理，得到粗熔融铌及其合金；
步骤二，精炼提纯，采用真空电子束炉及电弧熔炼炉在高温及高真空条件下对步骤一中采用铝热还原法生产的粗熔融铌及其合金进行冶炼，得到高纯度的铌及其合金锭；
步骤三，加工，将电子束熔炼和电弧炉熔炼的铌及其合金锭根据锭坯的尺寸先经过预加工工序后得到大晶粒铌锭，再将大晶粒铌锭置于铸锭上切取单个晶粒的铌材，采用碾压的方法，使其直径慢慢扩张，制成直径为266mm，厚度为3～3.5mm的铌片；再对铌片表面经过消除应力处理、表面车加工处理及化学处理过程，使其厚度达到2.8mm，得到高纯度的铌片。
所述酸洗的具体操作步骤为将含有钽和铌的有机相和含酸度小于8n的h2so4的新鲜水相进行混合；在此条件下，仅有铌在水相反萃取，而钽仍保留在有机相中；反萃取的水合铌再次使用有机溶剂萃取，以去除残留钽。
其中，所述有机溶剂为甲基异丁基酮。所述过滤设备和烘干设备上均设置有微机在线监控系统。所述过滤设备包括全自动压滤机和戈尔膜过滤机。所述烘干设备包括远红外烘干机、旋转真空烘干机和热风循环烘箱。所述预加工工序为锻造、挤压、轧制或旋锻的不同组合。所述大晶粒铌锭其最大直径为120mm。
本发明的纯铌的提纯工艺，采用微机在线监控系统，使设备对工艺的保证程度有了很大的提高；使氧化铌中杂质含量进一步降低，尤其是高熔点金属杂质(ta、w、mo)的含量，为超导铌材高熔点金属杂质含量的控制提供了有力的保证；铝热还原具有明显的放热特点，铝热还原反应一经点火反应，自身反应放出的热量可以满足反应自发进行，整个反应过程时间短、产量大；利用还原反应所放出的热量，使高熔点的铌熔融沉淀到反应器底部，这种粗铌含有较高的fe、ni、al等金属杂质和o、n气体含量，因此通过电子束熔炼再提纯，以得到较高纯度的熔炼铌；且在整个反应过程中不存在杂质c元素，该熔炼铌是用于生产超导用高纯铌锭(rrr＞300)的最佳原料；通过精炼能有效除去低熔点金属杂质，降低合金中间隙杂质元素(o、n、c、h等)含量；将电子束熔炼后获得的大晶粒铌锭直接切割成大晶粒铌片，制成直径266mm，厚度为2.8～3mm的片，再对铌片表面进行化学处理；其省去了传统制造工艺过程将大晶粒铌锭先开坯、退火等工艺制成小晶粒铌板及电化学抛光等步骤，避免了加工污染，且制得的铌片其rrr值与铸锭相当，提高了超导性能，获得了更高的加速梯度及性能。
上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。