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铌的制取

铌的制取
金属铌可用电解熔融的七氟铌酸钾制取,也可用金属钠还原七氟铌酸钾或金属铝还原五氧化二铌制取。纯铌在电子管中用于除去残留气体,钢中掺铌能提高钢在高温时的抗氧化性,改善钢的焊接性能。铌还用于制造高温金属陶瓷。
开采所得的矿石要经过分离过程,使五氧化二钽(Ta2O5)和五氧化二铌(Nb2O5)从其他矿物中脱离出来。加工过程的首个步骤是与氢氟酸反应:
Ta2O5+ 14 HF → 2 H2[TaF7] + 5 H2O
Nb2O5+ 10 HF → 2 H2[NbOF5] + 3 H2O
让-夏尔·加利萨·德马里尼亚发明了产业规模的分离方法,利用了铌和钽的氟化物配合物所拥有的水溶性差异。新的方法则使用类似环己酮的有机溶剂把氟化物从水溶液中萃取出来,再用水将铌和钽的配合物从有机溶剂中分别提取。加入氟化钾能使铌沉淀成氟化钾配合物,而加入氨则可沉淀出五氧化二铌:
H2[NbOF5] + 2 KF → K2[NbOF5]↓ + 2 HF
然后:
2 H2[NbOF5] + 10 NH4OH → Nb2O5↓ + 10 NH4F + 7 H2O
从化合物到金属态的还原方法有几种。一是对K2[NbOF5]和氯化钠的熔融混合物进行电解,二是用钠对氟化铌进行还原。这种方法所得出的铌金属具有较高的纯度。在大规模生产中,则一般使用氢或碳对Nb2O5进行还原。另一种方法利用铝热反应,其中氧化铁和氧化铌与铝反应:
3 Nb2O5+ Fe2O3+ 12 Al → 6 Nb + 2 Fe + 6 Al2O3
少量类似硝酸钠的氧化添加剂可以加强以上反应。这样会产生氧化铝和铌铁合金,后者可用于钢铁生产。铌铁一般含有60%至70%的铌。如不加入氧化铁,铝热反应会产生铌金属,不过要经纯化过程才可制成具超导性质的高纯度铌合金。世界最大的两家铌经销商所用的方法是真空电子束熔炼。
截至2013年,巴西冶金及矿业有限公司(葡萄牙语:Cia. Brasileira de Metalurgia & Mineração)控制了世界85%的铌生产。美国地质调查局估计,铌产量从2005年的38,700吨升至2006年的44,500吨。全球铌资源存量估计有440万吨。在1995至2005年间,产量从17,800吨上升至双倍以上。2009年至2011年,产量维持在每年63,000吨的稳定状态。
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