针对现阶段金属锆或铪制备工艺的现状及存在的问题,本文提出了以钙、铝等还原剂直接还原氧化锆或氧化铪制备金属锆铪及合金的方法。该方法结合了自蔓延反应时间短、能量高和金属热还原法操作简单、工艺流程短的优点,预期得到高纯度、大粒度、氧含量低的纯金属锆或铪或合金。进行了反应热力学计算,判断自蔓延反应是否能够持续发生,为实验用料的配比以及实验条件提供理论指导。试验研究了还原工艺及渣金分离情况,利用XRD、SEM、EDS能谱、ICP-MS、惰气脉冲红外热导等方法对渣相和金属相的构成、形貌、组成进行了研究,得出以下结论:(1)反应热平衡计算表明,Zr02-Fe2O3-Al体系的放热量满足发生自蔓延反应的条件;热力学平衡计算表明,Zr02-Fe2O3-Al体系反应产物主要是A1203和Zr-Al-Fe的固溶体。(2)以ZnCl2为放热剂的钙热还原氧化铪制备金属铪证明了还原的可能性,但产物主要是CaHf03,该工艺还需进一步研究。(3)差热分析显示,体系Zr02-Fe2O3-Al相比Zr02-Al体系,体系体系Zr02-Fe2O3-Al在630 ℃放热明显,表明Fe203的加入能为体系带来高放热量。(4)以 Al、Mg 粉为还原剂,Zr02:Fe203:Si02:Al:Mg 摩尔比为 1:1:5:0.5:0.25时,实现了金渣的有效分离。分析显示,渣相由A1203和MgAl2O4构成,这表明实现了 A1203和MgO造渣,但Si02未起到造渣作用。金属相由Al3Zr、[Al,Si,Zr]和Fe构成,金属相的主要成分为Al3Zr。(5)A1-Mg还原体系能有效制备出低氧含量的合金,合金氧含量达到0.024%,达到核级锆的氧含量标准要求的1/5,为高纯锆制备提供了可行的新方法。