本发明涉及金属材料制造领域，一种高纯耐高温金属及装置的制备方法。
背景技术：
科技发展，日新月异。电子信息、高端制造、生物医药、新能源、新材料、化工、环保等领域对高纯金属材料需求强劲，更为迫切。由于高纯耐高温金属及高纯金属作用重大，用途广泛，主要用于电子材料、化工材料、特殊合金材料、耐高温材料，随着大规模集成电路的发展，计算机等电子、电器制品市场的迅速扩展，高纯金属的市场需要量不断增长，高纯金属是一种制备高纯试剂及标样配置的基体材料，同时还可应用于制备航空航天、导弹、舰艇、磁记录材料、磁传感器材料、光电材料和集成电路、氢化催化、大规模集成电路、原子反应堆保护材料、生物材料、航空发动机、低膨胀合金等高技术领域。随着高新技术的发展，高纯耐高温金属已作为高新技术的战略物资，并要求将其提纯至非常高的纯度，高纯、超高纯金属的制备、特性及应用在现代材料科学和工程领域中属于新型的不断增长的领域。近年来，随着经济建设的快速发展，高强高导高纯金属及氧化物需求量将会大幅增加，性能和质量要求越来越高，高纯金属是提升国家地位的载体，是一个国家科学技术发展水平的重要标志。
纵观全球科技发展，高纯金属产业已经渗透到国民经济、国防建设和社会生活的各个领域，支撑着一大批高新技术产业的发展，对国民经济的发展具有举足轻重的作用，成为各个国家抢占未来经济发展制高点的重要领域。主要发达国家都十分重视高纯金属产业投入和发展。美国政府在1991至1995年的《国家关键技术报告》中就将材料科学与技术列为重要的研究领域。
德国自1994年就启动了跨世纪国家级高纯金属研究计划，进入21世纪后，德国在9大重点发展领域均将高纯金属列为首位，通过开发高纯金属以确保资源和环境，德国还将纳米技术列为科研创新的战略领域。
日本把开发高纯金属列为国家高新技术的第二大目标，认为高纯金属技术是推动21世纪创新和社会繁荣的主导力量。
中国政府和人民发奋努力，赶超世界。
由于现有的高纯耐高温金属的生产主要采用金属或碳热还原法、真空还原法、熔融法，纯度一般为98.5％左右。而采用大规模电解法生产的企业国内极少，国际上也不多，国内个别电解企业其产品纯度99.5-99.8％，很难达到3n以上的产品质量。由于高纯耐高温金属材料的广泛用途，许多科研院所、团体和个人，投入了大量的人财物研发创造，取得了一定的成果，但不足以满足现代化高科技发展的需要。
cn103266253a公开了一种“耐高温合金”，采用多种金属混合加入极少物质矿和润滑剂材料，经熔融制成耐高温合金。其缺陷：第一、由于是许多不同的金属，其熔点 不同，如铌的熔点3017，锰的熔点1244，要将所有金属全部熔融，耗能高，成本高。第二、加入聚丙烯不耐高温。第三、产品耐温性低，强度弱。
cn102766885a公开了一种“离子膜电解槽电化学还原三价铬制取高纯铬粉的方法”，采用阴极室液为氯化铬或硫酸铬及助剂，阳极室液为低价金属碱溶液，虽然避免了采用六价铬的污染，但存在许多缺点：第一、用碱做阳极液，容易加速阴极室ph值升高，需要快速不断的加酸调节，影响阴极电解效率，增加生产成本；第二、由于采用工业氯化铬或硫酸铬，其中含有较高含量的杂质金属铁、铝、铜、铅等杂质，电解得到的铬产品99.5％左右。即使采用试剂铬电解，其中的金属杂质含量也有上百个ppm，不能达到市场对高纯铬99.9％以上产品的需要。
云南昆明冶金学院和中南大学都研究了采用碳素铬铁铬铁电解制取高纯铬，以硫酸溶解碳素铬铁，采用加入硫酸铵冷却结晶法，硫酸亚铁铵结晶析出，溶液为硫酸铬铵。再采用硫酸铬铵法制取金属铬。由于硫酸铬铵溶液中含有2％以上的铁、铝、铅等杂质，电解所得金属铬含量达不到99％的高纯度。
对于镍、钼、钒、铬、钛、钨高纯耐高温金属的制造技术，更需要加大研究发明创造。
目前，国内外技术在制取高纯耐高温金属方面存在不足，需要开拓创新，才能满足新的高科技发展的需要。
技术实现要素：
由于航空航天、火箭、导弹、天空武器、高速飞行器的动力、航母、潜艇、舰艇、坦克、汽车及化工、新材料等领域对耐高温高纯金属铬、镍、钛、钼、钒、钨的需求日益强劲，应用领域更加广阔。而高纯金属99.99％以上含量，其纯度每增加一个点，耐温温度提高20℃。我们对国内一些专业制取高纯金属的企业生产的产品进行过检验和研究，能够大规模工业化生产99.99％的产品的企业少之又少。如国际上能够生产大规模工业99.99％金属铬的企业没有，国内只能生产出99.8％的产品。现有研究发明技术存在许多的问题，在技术的关键点没有发现和突破。
本发明的目的是创新发展，改变原有的工艺和技术的缺陷，突破技术的关键性，提供一种高纯耐高温金属制备工艺方法及配套装置，通过采用以合金及化合物材料为原料，开发出液相法和电解法的独特工艺，一次性生产出多种高纯耐高温金属钼、钛、镍、铬、钨、钒，达到高效、节能、环保、实用的工业化生产的要求，为国内外提供高品质高纯耐高温金属，满足各行业各领域的迫切需要。
本发明通过以下技术方案达到：一种高纯耐高温金属及装置的制备方法，其特征：高纯耐高温金属和装置的制备方法，将多种合金材料或金属矿或金属或金属化合物，放入反应釜中，加入酸溶解，再加入特种物质分离提纯金属，采用为多室电解糟，用聚四氟乙烯材料，左右为阳极，中间为多糟并列为阴极，隔膜用磺酸基氟系列阳离子膜；阴极为金属溶液和电解助剂，阳极为酸、金属溶液，在一定电解温度、电流电压 下，电解一定时间，阴极金属合金板得到高纯耐高温金属纯度99.95％以上。
所述多种合金为镍铁、钼铁、铬铁、钨铁、钛铁、钒铁或金属矿或含其金属及金属化合物，粒度为50目以上细粉。
所述酸为硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸及混合酸。
所述特种物质为活泼金属、金属铝、金属镁、金属锌、金属铬、草酸盐、铵盐、福美钠、赤血盐、黄血盐、草酸、碱、氧化剂。
所述金属合金与酸固液比为1∶2-3.5，反应温度为20℃-110℃，时间2-6小时。
(1)、钛铁、钼铁、钒铁溶于硝酸或冷王水。
(2)、镍铁、铬铁溶于盐酸、硫酸、硝酸及混合酸。
(3)、钨铁溶于硝酸和氢氟酸。
所述特种物质与金属比1.2-7.5∶1，反应温度18℃-60℃。
所述酸溶解合金后溶液中物质的提纯制取：
(1)、反应置换物质为金属活动顺序表镍、钼、铬、钨、钛、钒、铁以前的金属。
(2)、加入特种物质分离出铁及杂质，制取产品福美铁、草酸亚铁、华蓝、铁蓝、耐高温金属。
(3)、加入特种物质分离出铁及杂质后溶液，制取产品镍盐、钼盐、铬盐、钨盐、钛盐、钒盐。
(4)、加入特种物质分离出铁及杂质后溶液中加入金属置换反应，制取产品高纯钨、高纯钼、高纯镍、高纯铬、高纯钒、高纯钛。
(5)、加入特种物质分离出铁及杂质后溶液为镍溶液、钼溶液、铬溶液、钨溶液、钛溶液、钒溶液，电解制取99.95％以上高纯金属镍、高纯钼、高纯铬、高纯钨、高纯钛、高纯钒。
所述电解糟电解阴极为1--6个并列的电解槽，阳极为2个电解槽，中间为阴极，左右为阳极，电解糟用聚四氟或耐酸耐碱耐温材料，电解糟阴极板用耐强酸的钛钨铬合金、钨镍铬合金，阳极板用银铅合金、铜铅合金、银铜铅合金、石墨。
(1)、所述阴极室阴极液为酸溶解的镍溶液、钼溶液、铬溶液、钒溶液、钛溶液、钨溶液及酸溶液，含金属离子浓度15-90g/l，助剂为铵盐、柠檬酸铵、胺化合物、甲萘胺、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵，nh+浓度30-70g/l，阻氢剂20-60g/l，ph值1.5-3，电流密度180-3500a/m2，温度20℃-95℃，电压0.2-35v。
(2)、所述阳极室液：
a、所述阳极室液为硫酸、盐酸，浓度：0.1-2.8mol/l，电流密度：20-3000a/m2，温度：20℃-90℃，电压0.2-20v。
b、所述阳极室制取钒酸，阳极室液为钒盐溶液、钒溶液、钒酸液、偏钒酸、四钒酸、硫酸、盐酸，电流密度：200-3500a/m2，电压：0.3-30v。
c、所述阳极制取钨酸，阳极室液为：钨溶液、钨盐溶液、偏钨酸、硫酸、盐酸，电流密度：180-3500a/m2，电压：0.2-35v。
d、所述阳极制取铬酸酐，阳极室液为氢氧化铬、三价铬溶液、铬酸溶液、硫酸、盐酸，电流密度：200-3000a/m2，电解电压0.2-25v。
所述高纯耐高温金属产品为；高纯镍、高纯钼、高纯铬、高纯钨、高纯钛、高纯钒及其合金；系列产品为：福美铁、草酸亚铁、华蓝、铁蓝、钨酸、钒酸、铬酸酐、镍盐、钼盐、钒盐、铬盐、钛盐、钨盐及其氧化物。
具体实施方式
通过以下具体实施例证对本发明作进一步说明。
本发明通过以下技术方案达到：一种高纯耐高温金属及装置的制备方法，其特征：高纯耐高温金属和装置的制备方法，将多种合金材料或金属矿或金属或金属化合物，放入反应釜中，加入酸溶解，再加入特种物质分离提纯金属，采用为多室电解糟，用聚四氟乙烯材料，左右为阳极，中间为多糟并列为阴极，隔膜用磺酸基氟系列阳离子膜；阴极为金属溶液和电解助剂，阳极为酸、金属溶液，在一定电解温度、电流电压下，电解一定时间，阴极金属合金板得到高纯耐高温金属纯度99.95％以上。
所述多种合金为镍铁、钼铁、铬铁、钨铁、钛铁、钒铁或金属矿或含其金属及金属化合物，粒度为50目以上细粉。
所述酸为硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸或及混合酸。
所述特种物质为活泼金属、金属铝、金属镁、金属锌、金属铬、草酸盐、铵盐、福美钠、赤血盐、黄血盐、草酸、碱、氧化剂。
所述金属合金与酸固液比为1∶2-3.5，反应温度为20℃-110℃，时间2-6小时。
(1)、钛铁、钼铁、钒铁溶于硝酸或冷王水。
(2)、镍铁、铬铁溶于盐酸、硫酸、硝酸及混合酸。
(3)、钨铁溶于硝酸和氢氟酸。
所述特种物质与金属比1.2-7.5∶1，反应温度18℃-60℃。
所述酸溶解合金后溶液中物质的提纯制取：
(1)、反应置换物质为金属活动顺序表镍、钼、铬、钨、钛、钒、铁以前的金属。
(2)、加入特种物质分离出铁及杂质，制取产品福美铁、草酸亚铁、华蓝、铁蓝、耐高温金属。
(3)、加入特种物质分离出铁及杂质后溶液，制取产品镍盐、钼盐、铬盐、钨盐、钛盐、钒盐。
(4)、加入特种物质分离出铁及杂质后溶液中加入金属置换反应，制取产品高纯钨、高纯钼、高纯镍、高纯铬、高纯钒、高纯钛。
(5)、加入特种物质分离出铁及杂质后溶液为镍溶液、钼溶液、铬溶液、钨溶液、钛溶液、钒溶液，电解制取99.95％以上高纯金属镍、高纯钼、高纯铬、高纯钨、高纯钛、高纯钒。
所述电解糟电解阴极为1--6个并列的电解槽，阳极为2个电解槽，中间为阴极，左右为阳极，电解糟用聚四氟或耐酸耐碱耐温材料，电解糟阴极板用耐强酸的钛钨铬合金、钨镍铬合金，阳极板用银铅合金、铜铅合金、银铜铅合金、石墨。
(1)、所述阴极室阴极液为酸溶解的镍溶液、钼溶液、铬溶液、钒溶液、钛溶液、钨溶液及酸溶液，含金属离子浓度15-90g/l，助剂为铵盐、柠檬酸铵、胺化合物、甲萘胺、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵，nh+浓度30-70g/l，阻氢剂20-60g/l，ph值1.5-3，电流密度180-3500a/m2，温度20℃-95℃，电压0.2-35v。
(2)、所述阳极室液：
a、所述阳极室液为硫酸、盐酸，浓度：0.1-2.8mol/l，电流密度：20-3000a/m2，温度：20℃-90℃，电压0.2-20v。
b、所述阳极室制取钒酸，阳极室液为钒盐溶液、钒溶液、钒酸液、偏钒酸、四钒酸、硫酸、盐酸，电流密度：200-3500a/m2，电压：0.3-30v。
c、所述阳极制取钨酸，阳极室液为：钨溶液、钨盐溶液、偏钨酸、硫酸、盐酸，电流密度：180-3500a/m2，电压：0.2-35v。
d、所述阳极制取铬酸酐，阳极室液为氢氧化铬、三价铬溶液、铬酸溶液、硫酸、盐酸，电流密度：200-3000a/m2，电解电压0.2-25v。
所述高纯耐高温金属产品为；高纯镍、高纯钼、高纯铬、高纯钨、高纯钛、高纯钒及其合金；系列产品为：福美铁、草酸亚铁、华蓝、铁蓝、钨酸、钒酸、铬酸酐、镍盐、钼盐、钒盐、铬盐、钛盐、钨盐及其氧化物。
由于镍铁、铬铁、钼铁、钛铁、钒铁、钨铁合金中，除含有铁、镍、铬、钼、钒、钛、钨金属外，还含有硅、碳、其它金属杂质，必须采用多种不同的提纯物质，经过不同的方法多步骤工艺，去除铁、硅碳及其它金属杂质，分离提纯出纯镍溶液、铬溶液、钒溶液、钼溶液、钛溶液、钨溶液，才能通过金属置换和电解法制取高纯耐高温金属。
将镍铁、铬铁、钼铁、钒铁、钛铁、钨铁分别磨成50目以上细粉，分装加入酸溶解2-5小时，同时分离提纯，收集氢气。合金溶解后过滤，滤渣为硅和碳，烘干制取硅碳粉，滤液为镍铁溶液、铬铁溶液、钼铁溶液、钒铁溶液、钛铁溶液、钨铁溶液。分离提纯金属溶液，采取如下方法步骤：第一、分别对各合金溶液提纯。第二、将各 溶液混合在一起提纯。第三、在提纯溶液过程中制取金属。第四、提纯后的金属溶液电解制取高纯耐高温金属。
分别取10kg镍铁(ni60％，fe32％)，10kg铬铁(cr58％，32％fe)，10kg钼铁(mo05％，fe40％)，10kg钒铁(v60％，fe30％)，10kg钛铁(ti60％，fe40％)，10kg钨铁(w70％，fe20％)磨成200目细粉，分多次实验。
实施例1
1、制取镍溶液、铬溶液、钼溶液、钒溶液、钛溶液、钨溶液：
a、取2000g镍铁，加入70％硫酸5000g，加热60℃搅拌溶解3小时，过滤，去除硅碳杂质，滤液中加入草酸铵2000g，生产草酸亚铁，但溶液中还有未除尽的铁离子，过滤，滤饼为草酸亚铁，洗净、干燥，制得产品草酸亚铁1800g，再加入氧化剂及助剂去除微量的金属，滤液制取为硫酸镍溶液。
b、取2000g铬铁，加入80％硫酸4000g，加热70℃搅拌溶解2.5小时，过滤，去除硅碳杂质，滤液中加入氨水20g，草酸铵1000g，赤血盐1800g，福美铁1.5g，加入助剂，搅拌反应，分别沉淀、过滤、洗净，干燥，制得产品草酸亚铁895g，华蓝1400g，滤液制取为硫酸铬溶液。
c、取2000g钼铁，加入30％硝酸17000g加热80℃搅拌溶解3.5小时，过滤，去除硅碳杂质，滤液中加入氨水30g，草酸铵1200g，黄血盐2000g，福美钠2g，加入助剂，搅拌反应，分别沉淀、过滤、洗净，干燥，制得产品草酸亚铁1100g，铁蓝1650g.滤液制取为钼溶液。
d、取2000g钛铁粉，加入30％硝酸30000g加热搅90℃拌溶解4小时，加入水，过滤，去除硅碳杂质，滤液中加入草酸铵1100g，黄血盐2100g，福美钠1.5g，加入助剂，搅拌反应，分别沉淀、过滤、洗净，干燥，制得产品草酸亚铁1150g，铁蓝1700g，滤液制取为钛溶液。
e、取2000g钒铁粉，加入30％硝酸31000g，加热85℃搅拌溶解4.5小时，加入水，过滤去除硅碳杂质，滤液加入草酸铵900g，黄血盐1950g，福美钠3g，加入助剂，搅拌反应，分别沉淀、过滤、洗净，干燥，制得产品草酸亚铁960g，铁蓝1600g，滤液制取为钒溶液。
f、取2000g钨铁粉，加入50％硝酸3000g，30％氢氟酸500g，加热85℃搅拌溶解5小时，加入水，过滤去除硅碳，滤液中加入氨水10g，黄血盐400g，加入福美铁1500g，加入助剂，搅拌反应，分别沉淀、过滤、洗净，干燥，制得产品铁蓝305g，福美铁890g，滤液制取为钨溶液。
2、将制得金属镍溶液、铬溶液、钒溶液、钼溶液、钛溶液、钨溶液做以下实验：
电解实例1
a、阴极室液：取以上制得的6种金属溶液，镍溶液、铬溶液、钼溶液、钛溶液、 钒溶液、钨溶液均配成金属离子浓度为35g/l，铵离子浓度为20g/l，阻氢剂浓度为25g/l，6个阴极室，所配溶液均为5000ml。
b、阳极室液：硫酸浓度为：1.1mol/l。
6个阴极室初始溶液为2000ml，通过添加溶液，控制6个阴极室电流密度850a/dm2，温度45℃，控制ph值1.8，电解10小时，电解结果：电解电压3.81，电流效率88.5％，6个阴极室极板有金属粉末，取出干燥：镍粉质量6.5386g，纯度99.9866％；铬粉质量6.2381g，纯度99.9985％；钒粉质量5.7315g，纯度99.97314％；钼粉质量5.8743g，纯度99.9587％；钛质量5.3794g，纯度99.9816％；钨粉质量4.9359g，纯度99.9563％。
电解实例2
a、阴极室液：取以上制得的6种金属溶液，镍溶液、铬溶液、钼溶液、钛溶液、钒溶液、钨溶液均配成金属离子浓度为45g/l，铵离子浓度为25g/l，阻氢剂浓度为20g/l，6个阴极室，所配溶液均为5000ml。
b、阳极室液：硫酸浓度为：0.6mol/l、钒溶液30g/l、偏钒酸5g/l。
6个阴极室初始溶液为2000ml，通过添加溶液，控制6个阴极室电流密度950a/dm2，温度40℃，控制ph值2.0，电解12小时，电解结果：电解电压3.92，电流效率83.7％，6个阴极室极板有金属粉末，取出干燥：镍粉质量6.923g，纯度99.9725％；铬粉质量6.6542g，纯度99.9948％；钒粉质量5.8476g，纯度99.9564％；钼粉质量5.9845g，纯度99.9620％；钛质量5.4513g，纯度99.9819％；钨粉质量4.98935g，纯度99.9841％。阳极室极板有黄色物质，为钒酸，取出干燥，钒酸质量为6.5381g，纯度99.975％。
电解实例3
a、阴极室液：取以上制得的6种金属溶液，镍溶液、铬溶液、钼溶液、钛溶液、钒溶液、钨溶液均配成金属离子浓度为40g/l，铵离子浓度为25g/l，阻氢剂浓度为20g/l，6个阴极室，所配溶液均为5000ml。
b、阳极室液：硫酸浓度为：1.2mol/l、钨溶液30g/l、钨酸6g/l。
6个阴极室初始溶液为2000ml，通过添加溶液，控制6个阴极室电流密度900a/dm2，温度50，控制ph值1.9，电解11小时，电解结果：电解电压3.86，电流效率84.9％，6个阴极室极板有金属粉末，取出干燥：镍粉质量6.2786g，纯度99.989％；铬粉质量6.6892g，纯度99.9927％；钒粉质量5.6834g，纯度99.9585％；钼粉质量5.9314g，纯度99.9726％；钛质量5.6541g，纯度99.9715％；钨粉质量5.2613g，纯度99.9886％。阳极室极板有黄色物，为钨酸，取出干燥，钨酸质量为7.265g，纯度99.987％。
实施例2
(1)、取已磨细成200目镍铁粉、铬铁粉各200g，加入50％硫酸1400g，加热至65℃，搅拌溶解5小时，过滤，滤除硅碳杂质，滤液中加入铁粉120g，反应2小时，置换出镍，制得金属镍120g，过滤，滤液中加入草酸铵、福美钠，去除铁及其它离子， 过滤，制得纯硫酸铬溶液，加入锌粉217g，制得高纯铬116g，含量99.65％。
(2)、取已磨细200目钒铁粉、钼铁粉、钛铁粉、钨铁粉各200g，加入3000g硝酸和氢氟酸中溶解，过滤去除硅碳杂质，滤液中加入氧化剂、福美钠和黄血盐去除铁及杂质，滤液中加入硝酸钙，过滤，滤液中加镁粉，制得高纯钒钼钛钨合金480g，含量99.87％。
实施例证表明，本发明技术能一次性制备出高纯耐高温金属镍、铬、钒、钼、钛、钨，快捷高效，节能环保，产品用途广，前景广阔，具有很好的经济效益和社会效益。