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鈮的制取

返回列表 來(lái)源: 發(fā)布日期: 2020-11-17

鈮的制取
金屬鈮可用電解熔融的七氟鈮酸鉀制取,也可用金屬鈉還原七氟鈮酸鉀或金屬鋁還原五氧化二鈮制取。純鈮在電子管中用于除去殘留氣體,鋼中摻鈮能提高鋼在高溫時(shí)的抗氧化性,改善鋼的焊接性能。鈮還用于制造高溫金屬陶瓷。
開(kāi)采所得的礦石要經(jīng)過(guò)分離過(guò)程,使五氧化二鉭(Ta2O5)和五氧化二鈮(Nb2O5)從其他礦物中脫離出來(lái)。加工過(guò)程的首個(gè)步驟是與氫氟酸反應(yīng):
Ta2O5+ 14 HF → 2 H2[TaF7] + 5 H2O
Nb2O5+ 10 HF → 2 H2[NbOF5] + 3 H2O
讓-夏爾·加利薩·德馬里尼亞發(fā)明了產(chǎn)業(yè)規(guī)模的分離方法,利用了鈮和鉭的氟化物配合物所擁有的水溶性差異。新的方法則使用類(lèi)似環(huán)己酮的有機(jī)溶劑把氟化物從水溶液中萃取出來(lái),再用水將鈮和鉭的配合物從有機(jī)溶劑中分別提取。加入氟化鉀能使鈮沉淀成氟化鉀配合物,而加入氨則可沉淀出五氧化二鈮:
H2[NbOF5] + 2 KF → K2[NbOF5]↓ + 2 HF
然后:
2 H2[NbOF5] + 10 NH4OH → Nb2O5↓ + 10 NH4F + 7 H2O
從化合物到金屬態(tài)的還原方法有幾種。一是對(duì)K2[NbOF5]和氯化鈉的熔融混合物進(jìn)行電解,二是用鈉對(duì)氟化鈮進(jìn)行還原。這種方法所得出的鈮金屬具有較高的純度。在大規(guī)模生產(chǎn)中,則一般使用氫或碳對(duì)Nb2O5進(jìn)行還原。另一種方法利用鋁熱反應(yīng),其中氧化鐵和氧化鈮與鋁反應(yīng):
3 Nb2O5+ Fe2O3+ 12 Al → 6 Nb + 2 Fe + 6 Al2O3
少量類(lèi)似硝酸鈉的氧化添加劑可以加強(qiáng)以上反應(yīng)。這樣會(huì)產(chǎn)生氧化鋁和鈮鐵合金,后者可用于鋼鐵生產(chǎn)。鈮鐵一般含有60%至70%的鈮。如不加入氧化鐵,鋁熱反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生鈮金屬,不過(guò)要經(jīng)純化過(guò)程才可制成具超導(dǎo)性質(zhì)的高純度鈮合金。世界最大的兩家鈮經(jīng)銷(xiāo)商所用的方法是真空電子束熔煉。
截至2013年,巴西冶金及礦業(yè)有限公司(葡萄牙語(yǔ):Cia. Brasileira de Metalurgia & Mineração)控制了世界85%的鈮生產(chǎn)。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局估計(jì),鈮產(chǎn)量從2005年的38,700噸升至2006年的44,500噸。全球鈮資源存量估計(jì)有440萬(wàn)噸。在1995至2005年間,產(chǎn)量從17,800噸上升至雙倍以上。2009年至2011年,產(chǎn)量維持在每年63,000噸的穩(wěn)定狀態(tài)。

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