熔盐钠热还原NbCl5制备金属铌粉
熔盐钠热还原NbCl5制备金属铌粉
王娜，朱鸿民
（北京科技大学 冶金与生态工程学院，北京 100083）
摘要：在熔盐中用钠热还原法直接还原NbCl5制备铌粉。采用XRD、FESEM和EDS对产品粉末的结构、形貌和成分进行检测。结果表明，在LiCl-10.0%NaCl-36.0%KCl（摩尔百分数）、LiCl-44.2%KCl-5.3%CaCl2 和LiCl-11.6%KCl-36.1%CaCl2的熔盐中均可获得纯纳米铌粉，熔盐原位750 ℃热处理可以降低产品氧含量。
关键词：钠热还原；金属铌粉；NbCl5；熔盐
中图分类号：TF841.6 文献标识码：A 文章编号：1007-7545（2012）07-0000-00
Niobium Powder Preparation by Sodiothermic Reduction of NbCl5 in Molten Salts
WANG Na, ZHU Hong-min
(School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)
Abstract: Niobium powder was prepared by sodiothermic reduction process from NbCl5 in different molten salts. The
phases, morphology and element of the niobium powder were analyzed by XRD, FESEM and EDS. The results show
that fine and uniform niobium nanometer powder was successfully obtained in the molten salt systems of
LiCl-10.0%NaCl-36.0%KCl(mole percent), LiCl-44.2%KCl-5.3%CaCl2 and LiCl-11.6%KCl-36.1%CaCl2, and the
oxygen content of the niobium powder decreases after in situ heat treatment in molten salts at 750 ℃.
Key words: sodiothermic reduction; niobium powder; NbCl5; molten salt
铌是一种重要的稀有金属，其资源储备比较丰富。因铌具有显著的延展性、优良的抗氧化性、抗冲击性以及高的超导转变温度(8.2 K)而广泛应用在核反应堆及核工业、航空航天、高能传输和钢铁材料领域[1]。铌粉可以通过Mg、Al、Ca和C还原Nb2O5或H2还原NbCl5获得。但是金属还原或氢还原制备的铌粉的形状和粒径大小不易控制[2]，温度高，能耗大，铌粉制备过程容易受到C、O污染[3]，环境不友好[4]等。Hunter等在1953年提出熔盐介质金属热还原铌盐或钽盐获得铌或钽粉（即Hunter法）[5]。随后各国研究者在此基础上开发了NaCl-CaCl2或CaCl2熔盐体系中钙热还原Nb2O5制备铌粉[6]、NaCl-KCl-CaCl2熔盐体系中钠热还原Nb2O5制备铌粉[7]、KF-KCl熔盐体系中钠热还原K2NbF7制备铌粉等方法[8]。本文采用金属钠热还原法，在不同的共晶盐体系中还原NbCl5粉末制备铌粉。
1 理论分析
熔盐介质因具有非常稳定的金属热还原特性，熔融状态化学合成的碱性卤化物具有最高的电负性和保持最大负的吉布斯自由能，在相对的温度下具很低的粘性和快速扩散性能等特点[9]，因此，金属氯化物很容易在熔融盐体系达到饱和。所以熔盐作为金属热还原法制备Nb粉的优良溶剂得到广泛研究和使用。NbCl5是一种含有Nb2Cl10复合物的黄色粉末，熔点为200 ℃。其在550 ℃的LiCl-NaCl共晶熔盐体系中以NbCl6-存在[10]，所以NbCl5在450 ℃的LiCl-KCl-NaCl和LiCl-KCl-CaCl2熔盐体系中同样以NbCl6-存在。即NbCl5在450 ℃时溶解到LiCl-KCl-NaCl和LiCl-KCl-CaCl2共晶熔盐体系中可以发生式（1）反应，当加入还原剂金属钠时可以发生式（2）反应获得单质铌金属粉末。
NbCl5+NaCl→NaNbCl6 (1)
5Na+NaNbCl6→Nb+6NaCl (2)
由此可得出，单质金属铌粉末可以在熔盐介质中还原NbCl5获得。由于反应温度很低，试验的操作方法可能对产品的物相及其杂质元素（例如氧元素）含量有一定的影响。
基金项目：国家自然科学基金项目（51004008，21071014）；国家基础研究计划（973）项目（2007CB613301）；长江学者计划和大学科研创新团队项目（IRT0708）
收稿日期：2011-12-22
作者简介：王娜（1976-），女，河北保定人，博士研究生. doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2012.07.012 2 试验
2.1试样制备
试验所用的NaCl、KCl、LiCl、CaCl2和NbCl5试剂均为分析纯。在制备熔盐前试剂必须经过300 ℃、4 h的真空脱水处理，防止熔盐在加热过程中发生水解反应引进氧杂质元素。按照试验设定的成分比例称量混合均匀后装入刚玉坩埚中，再用电阻炉加热到500 ℃进行预熔盐处理，形成的空白盐放入手套箱内研磨成0.074 mm的粉末备用。
2.2试验步骤
2.2.1 NbCl5原料固化处理
因为NbCl5具有很高的蒸汽压，高温下挥发量很大，所以在试验中很难控制NbCl5在熔盐中的含量，因此会对试验操作造成很大困难。为了降低试验操作难度，必须对NbCl5进行反应前的熔盐固化处理。其熔封固化处理过程为：在手套箱内，把NbCl5按照化学计量比与空白熔盐进行均匀混合后装入密封石英反应器内备用。从手套箱中取出反应器迅速放入450 ℃的电阻炉内保温1 h，使混合盐完全熔解成均匀的液相，随后迅速拿出并不断地摇动，使液相熔盐凝结成米粒大小的颗粒，最后在手套箱取出装入试管密封备用。
2.2.2 金属钠热还原反应试验
图1是金属钠还原NbCl5制备铌粉的试验装置示意图。其试验操作过程为：在手套箱内把空白盐放入刚玉反应器中，接着从手套箱取出并迅速装进密封较好的不锈钢坩埚内，在电阻炉中迅速加热到450 ℃并保温1 h，使熔盐形成均一液相。然后逐次加入金属钠颗粒和固化NbCl5熔盐颗粒进行还原反应。反应结束后随炉冷却，经酸洗、水洗、过滤和60 ℃烘干后获得黑色粉末，再采用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）和能谱分析仪（EDS）对产品粉末的结构、形貌和成分进行分析检测。
图1 反应装置示意图
Fig.1 Sketch map of experimental apparatus
3 结果与分析
在LiCl-10.0%NaCl-36.0%KCl(摩尔百分数，下同)熔盐介质中，反应温度为450 ℃，反应时间3 h，金属钠还原NbCl5获得黑色粉末的XRD图谱见图2。其中图2a是未热处理钠还原黑色粉末的XRD图，图2b是钠还原黑色粉末经750 ℃熔盐原位热处理3 h后的XRD图。图2a中的衍射峰分别与Nb（卡片号89-5157）和NbO（卡片号42-1125）的衍射峰一致，图2b中只有铌的衍射峰。
图2 LiCl-10.0%NaCl-36.0%KCl体系中钠还原铌粉(a)和750 ℃熔盐原位热处理铌粉(b)的XRD图谱
Fig.2 XRD patterns of Nb powder(a) and in situ heat treatment Nb powder at 750 ℃ in molten salts(b) at
LiCl-10.0%NaCl-36.0%KCl system
铌金属具有两种立方空间结构，即Im-3m（no.229，h∶k∶l=1∶1∶0，卡片号89-5157）和Fm-3m（no.225，h∶k∶l=1∶1∶1，卡片号88-2330）。而NbO为Fm-3m（no.225，h∶k∶l=1∶1∶1，卡片号42-1125）的立方空间结构。由图2可知，未热处理的钠还原黑色粉末是由Nb（h∶k∶l=1∶1∶0）和NbO（h∶k∶l=1∶1∶1）组成，又因NbO的Fm-3m结构与Nb的Fm-3m一致，可以推测在450 ℃熔盐中还原反应获得两种晶型结构的金属铌粉末。但是在后期酸洗、水洗、过滤和烘干处理过程中，由于（h∶k∶l=1∶1∶1）晶型结构的铌粉容易吸收氧元素形成低价NbO（h∶k∶l=1∶1∶1），而Nb（h∶k∶l=1∶1∶0）晶型结构铌粉不易吸收氧元素形成低价NbO。再经750 ℃熔盐原位热处理3 h后获得黑色粉末是Nb（h∶k∶l=1∶1∶0）晶型结构的铌粉，在后期试验操作中不易吸收氧而使产品氧含量降低。由此可见，熔盐原位热处理可以降低粉末中氧的含量。
图3是黑色粉末热处理前后的FESEM照片和EDS元素分析结果。由图3可知，未热处理粉末平均粒径约82 nm，铌、氧元素的质量百分比分别为83.01%和16.99%。经熔盐原位热处理后的粉末平均粒径约129 nm，铌、氧元素的质量百分比分别为95.82%和4.18%。结果说明，熔盐原位热处理可以增加铌粉的粒径，降低铌粉中氧的含量。
图3 LiCl-10.0%NaCl-36.0%KCl体系中钠还原铌粉(a)和750 ℃熔盐原位热处理铌粉(b)的FESEM和EDS图谱
Fig.3 FESEM and EDS patterns of Nb powder(a) and in situ heat treatment Nb powder at 750 ℃ in molten
salts(b) at LiCl-10.0%NaCl-36.0%KCl system
根据上述结果，当反应温度为450 ℃，反应时间为3 h，在LiCl-10.0%NaCl-36.0%KCl熔盐介质中金属钠可以还原NbCl5/NbCl6-，经750 ℃熔盐原位热处理3 h后可以获得单质金属铌粉。
在LiCl-44.2%KCl-5.3%CaCl2和LiCl-11.6% KCl-36.1%CaCl2熔盐介质中，采用上述相同的试验条件和操作方法，加入金属钠还原NbCl5获得黑色粉末的XRD衍射峰如图4所示。图4表明，金属钠可以在上述熔盐介质中还原NbCl5/NbCl6-获得单质铌粉。
铌知识
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
铌知识
铌是灰白色金属，密度 8.57，熔点 2468℃，沸点 4742℃。具有比重大、
熔点高、沸点高、强度高、抗疲劳、抗变形、抗腐蚀、导热、超导、单极导电
及吸收气体等优良特性。铌的化学性质非常稳定，常温下表面形成致密氧化
膜，阻止进一步氧化，高温下与硫、氮、碳直接化合，能与钛、锆、铪、钨形
成合金。不与无机酸或碱作用，也不溶于王水，但可溶于氢氟酸。铌、钽共生
密切，它们的物理性质、化学性质、地球化学性质以及矿物学性质等都有许多
类似之处，因而常在同一矿物中出现。所有的铌矿物中都含有钽，钽的矿物中
都含有铌，只是有主次之分。有的形成完全的类质同象系列矿物，如铌铁矿-钽
铁矿系列矿物：Ta2O5 小于 15%称铌铁矿，Nb2O5 小于 10%称钽铁矿，
Nb2O5Ta2O5 称钽铌铁矿，Ta2O5Nb2O5 称铌钽铁矿，Fe/Mn 小于 1 时则称为
铌锰矿-钽锰矿系列。
铌在地壳中平均含量为 20 乘以 10-6，钽为 2 乘以 10-6，Nb/Ta 值为 10。
铌、钽在主要岩浆岩和主要沉积岩都有不同程度的分布，其中在花岗岩中含量
较高。目前，已发现的铌钽矿物和含铌钽矿物有 130 多种，其中较常见的有 30
多种。但作为铌钽工业矿物原料的只有 10 种，即铌铁矿-钽铁矿系列矿物(铌铁
矿含 Ta2O5 小于 14.55%，Nb2O563.77%;钽铁矿含 Ta2O572.18%,Nb2O5 小于
10.33%)、褐钇铌矿(含 Ta2O5 为 2.5%～11.09%,Nb2O5 为 33.64%～42.9%)、易
解石(含 Ta2O5 为 0.26%～3.3%，Nb2O5 为 21%～35%)、铌易解石(含 Ta2O5
为 0.51%，Nb2O5 为 41.13%)、铌铁金红石(含 Ta2O5 为 0.31%，Nb2O5 为
6.71～23.67%)、烧绿石(含 Ta2O5 为 1.44%～6.65%，Nb2O5 为 56.01%～
钽铌氯化物分离
世上无难事，只要肯攀登
钽铌氯化物分离
钽铌氯化物主要有四种分离方法：1、直接氯化分离；2、氯化物精馏分
离；3、氯化物金属热还原分离；4、铌钽氯化物和钾钠的氯化物生成配合物分
离。工业上多采用氯化物精馏分离和氯化物金属热还原分离方法。 一、氯化
物精馏分离 氯化物精馏是一种高效分离方法，它可以获得高纯和超高纯氧化
物。NbCl5－TaCl5 体系是一种遵从拉钨尔定律的近理想溶液。常压下 NbCl5－
TaCl5 系的相对挥发度约 1.34，根据计算，分离钽和铌并获得纯度 99.9％的产
品，理论上需要 48 级的精馏塔。工业上一般采用三段工艺：1、预蒸馏除去挥
发性和铌钽氯化物挥发性差别较大的钛（TiCl4 的相对挥发度 7.4）、铝（AlCl3
为 4.8）、钨（WCl6 为 3.3，WO4Cl 为 1.17）、钼（MoCl5 为 2.7，MoO2Cl2 为
7.9）等杂质，例如原料成分为：Nb32.6%，Ta1.4%，Ti0.35%，Al0.4%，
Si0.05%，Fe4.5%的物料，经预蒸馏后得到的钽铌混合氯化物的成分为:Fe0.002
％，Ti＜0.01％，Si＜0.01％，Al＜0.01％；2、主蒸馏分离铌和钽，获得纯的
NbCl5 和 TaCl5 的浓缩物，例如铌组分中仅含 Ta0.01％，Fe＜0.002％，未发现
有 Ti，Al，Si 等；3、钽、铌组分精馏获得纯五氯化钽和纯五氯化铌。 二、氯
化物金属热还原分离 利用 NbCl5 比 TaCl5 更易被氢气和钠、铝等金属还原成
不易挥发的低价氯化物（如 NbCl3、NbOCl3）的性质而分离铌和钽。当铌和钽
的混合氯化物蒸气在 400～500℃下和氢气作用时，五氯化铌被还原成三氯化
铌：NbCl5＋H2＝NbCl3＋2HCl 反应时氢的用量为理论需要量的 5 倍。所生成
的三氯化铌凝聚在反应器壁上，不能被氢气还原的五氯化钽则被气流带出，收
铝热还原法生产铌铁
铝热还原法生产铌铁
以金属铝还原铌精矿或氧化铌生产铌铁中间合金的过程。铌熔点高，还原困难，但如
有铁存在，被还原的铌与铁生成合金，不仅容易还原，而且由于铌铁的熔点比铌低，更适于
作炼钢或高温合金的添加剂。生产铌铁一般使用纯Nb2O5和铌精矿两种原料。以纯Nb2O5
为原料生产的铌铁杂质含量少、纯度高，称为高级铌铁，主要用于炼制高温合金等。以铌精
矿为原料生产的铌铁称为标准级铌铁，含铌60%～65%，主要用作炼钢的添加剂。根据合金
中的铌含量又可将铌铁分为高品位铌铁(NB>65%)、中品位铌铁(Nb约50%)和低品位铌铁
(Nb<30%)。根据还原熔炼使用的设备可分为炉外铝热还原法和电炉铝热还原法。
原理铝热还原为阶段反应过程，其主要反应为：
总反应式(4)的标准反应自由能变化△G298=0.2855MJ，反应可以自动进行。还原反应
的三个阶段均为放热反应。总反应式(4)放出大量的热，如△H298=2．66MJ、
△H931=3．224MJ(931K为铝熔点)、△Hl785=2．713MJ(1785K为Nb2O5熔点)、
△H2303=3．237MJ(2303K为△1203熔点)、△H274l=2．57lMJ(2741K为铌熔点)。反应释放
出的热量可以使反应物达到2473K的温度，大大超过了铌铁(Fe2Nb)的熔点(1873K)和炉渣的
熔点(约2073K)，足以使铌氧化物完全被还原成金属，以及合金与熔渣得到良好分离。
炉外铝热还原法在无外加热的炉内实现还原熔炼反应的过程。反应完毕后，拆开熔炼
炉，取出反应产物，将合金和渣在炉外分离。炉外铝热还原法的特点是在熔炼过程中不从熔
炼炉中放出液态反应产物，因此过程比较简单，一般采用建造费用少、可拆卸的圆筒熔炼炉。
炉外铝热还原法由于反应生成的液态金属和渣在同一反应器中进行凝固结晶，而两种产物的
最佳凝固结晶条件是不一样的，因而存在不易获得高的技术经济指标，原材料和耐火材料消
耗大，间歇操作，砌炉、拆炉和清除合金中混杂的熔渣和耐火材料的劳动强度大等问题。为
熔盐钠热还原NbCl5制备金属铌粉
・ ４４ ・ 有色金属（冶炼部分）（ｈｔｔｐ：／／ｙｓｙ１．ｂｇｒｉｍｍ．ｃｎ） ２０１２年７期 ｄｏｉ：１０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－７５４５．２０１２．０７．０１２ 熔盐钠热还原ＮｂＣ１５制备金属铌粉 王娜，朱鸿民 （北京科技大学冶金与生态工程学院，北京１０００８３） 摘要：在熔盐中用钠热还原法直接还原ＮｂＣ１ｓ制备铌粉。采用ＸＲＤ、ＦＥＳＥＭ和ＥＤＳ对产品粉末的结 构、形貌和成分进行检测。结果表明，在摩尔百分比组成为ＬｉＣ１—１０．０％ＮａＣ１－３６．０ ＫＣＩ、ＬｉＣ１—４４．２ ＫＣ１—５．３ ＣａＣ１ｚ和ＬｉＣ１—１１．６ ＫＣ１—３６．１ ＣａＣ１ｚ的熔盐中均可获得纯纳米铌粉，经熔盐原位７５０℃热 处理可以降低产品氧含量。 关键词：钠热还原；金属铌粉；ＮｂＣ１ ；熔盐 中图分类号：ＴＦ８４１．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—７５４５（２０１２）０７—００４４—０４ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｉｏｂｉｕｍ Ｐｏｗｄｅｒ ｂｙ Ｓｏｄｉｏｔｈｅｒｍｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ＮｂＣＩ５ ｉｎ Ｍｏｌｔｅｎ Ｓａｌｔｓ ＷＡＮＧ Ｎａ。ＺＨＵ Ｈｏｎｇ—ｒａｉｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｉｏｂｉｕｍ ｐｏｗｄｅｒ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｓｏｄｉｏｔｈｅｒｍｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｒｏｍ ＮｂＣ１５ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｏｌｔｅｎ ｓａｌｔｓ．Ｔｈｅ ｐｈａｓｅｓ，ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｉｏｂｉｕｍ ｐｏｗｄｅｒ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ＸＲＤ，ＦＥＳＥＭ ａｎｄ ＥＤＳ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｆｉｎｅ ａｎｄ ｕｎｉｆｏｒｍ ｎｉｏｂｉｕｍ ｎａｎｏｍｅｔｅｒ ｐｏｗｄｅｒ ｗａｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｌｔｅｎ ｓａｌｔ ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ ＬｉＣ１—１０．０ ９／６ ＮａＣ１—３６．０ ９／６ ＫＣｌ（ｍｏｌｅ ｐｅｒｃｅｎｔ），ＬｉＣ１—４４．２ ＫＣｌ一５．３ ＣａＣ１２ ａｎｄ ＬｉＣ１～１ １．６ ＫＣ１～３６．１ ＣａＣ１２，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｘｙｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｎｉｏｂｉｕｍ ｐｏｗｄｅｒ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ａｆｔｅｒ ｉｎ ｓｉｔｕ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｎ ｍｏｌｔｅｎ ｓａｌｔｓ ａｔ ７５０℃． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｄｉｏｔｈｅｒｍｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ｎｉｏｂｉｕｍ ｐｏｗｄｅｒ；ＮｂＣ１５；ｍｏｌｔｅｎ ｓａｌｔ 铌是一种重要的稀有金属，其资源储备比较丰 富。因铌具有显著的延展性、优良的抗氧化性、抗冲 击性以及高的超导转变温度（８．２ Ｋ）而广泛应用在 核反应堆及核工业、航空航天、高能传输和钢铁材料 领域ｌ＿１］。铌粉可以通过Ｍｇ、Ａ１、Ｃａ和Ｃ还原 Ｎｂ。Ｏ 或Ｈ。还原ＮｂＣ１ 获得。但是金属还原或氢 还原制备的铌粉形状和粒径不易控制Ｌ２］，温度高，能 耗大，铌粉制备过程容易受到ｃ、Ｏ污染［３］，环境不 友好［４ 等。Ｈｕｎｔｅｒ等在１９５３年提出熔盐介质金属 热还原铌盐或钽盐获得铌或钽粉（即Ｈｕｎｔｅｒ 法）Ｉｓ］。随后各国研究者在此基础上开发了ＮａＣ１－ 收稿日期：２０１１—１２—２２ 基金项目：国家自然科学基金项目（５１００４００８，２１０７１０１４） 作者简介：王娜（１９７６一），女，河北保定人，博士研究生． ＣａＣ１ｚ或ＣａＣ１ 熔盐体系中钙热还原Ｎｂ。Ｏ 制备铌 粉 、ＮａＣ１一ＫＣ１一ＣａＣ１ 熔盐体系中钠热还原Ｎｂ Ｏ 制备铌粉 、ＫＦ—ＫＣ１熔盐体系中钠热还原Ｋ。ＮｂＦ 制备铌粉等方法 。本文采用金属钠热还原法，在 不同的共晶盐体系中还原ＮｂＣ１ 粉末制备铌粉。 １ 理论分析 熔盐介质因具有非常稳定的金属热还原特性， 熔融状态化学合成的碱性卤化物具有最高的电负性 和保持最大负的吉布斯自由能，在相对的温度下具
高纯铌的制备及应用
高纯铌的制备及应用
1 金属铌概述
1.1 金属铌的性质
铌(Nb)，原子序数41，相对原子质量为93，属周期系VB族。铌是灰白色金属，熔点为2468℃，沸点为4742℃，密度为8.57g／cm，。铌的氧化态为-1、+2、+3、+4和+5，其中以+5价化合物最稳定。金属铌在许多矿物酸及其水溶液中都具有良好的化学稳定性。在常温或100～150℃的温度下，任何浓度的盐酸、硫酸、硝酸、磷酸和有机酸等均不能侵蚀铌。在王水中，由于能够生成保护性氧化物薄膜，因此也具有抗腐蚀性能。铌对某些液态金属的抗腐蚀性能也比较好。但是，铌可以溶解于氢氟酸溶液中，在热的氢氟酸和硝酸混合液中溶解尤为激烈。
铌金属的重要性质之一是能够吸收氢、氧、氮及其他气体，并形成相应的固溶体和化合物。微量的这些元素杂质对金属铌的力学性能和电性能都有很大的影响。
铌在常温下是稳定的，加热到200～300℃以上开始氧化，高于500℃时，金属铌迅速氧化成Nb2O5 在较低的温度下，铌能溶解大量的氢，但低温下吸氢速度比较缓慢。当温度达到360℃时，吸氢的速度最大，生成铌的氢化物。铌吸氢后性能变脆，但是在600℃以上在真空中加热，金属中的氢又可全部放出，并恢复金属的原有性能。
铌是一种坚韧、可塑、银灰色的难熔金属，目前铌主要用作钢的添加剂，只有少量是以各种高纯铌和合金基体的形式应用的。近年来由于铌的超导性，使其成为高能物理研究所用的材料，广泛用来制作超导微波腔体、射频器，并且因其热导率与纯度成正比，所以提高Nb的纯度是相当有用的。近年对高纯铌制备技术研究较多的是美国、日本和德国，特别是美国TWCA公司几十年来一直致力于高纯铌实用化研究，使其相对电阻率(RRR)值从20增加到300，且每年都有数千磅(1lb=0.454kg)产品提供给用户。德国的Max-Plank金属研究所的高纯铌研究水平已达RRR>104，是世界上最纯的铌。
1.2 高纯铌的应用
熔盐钠热还原NbCl5制备金属铌粉 2
熔盐钠热还原NbCl5制备金属铌粉
王娜，朱鸿民
（北京科技大学 冶金与生态工程学院，北京 100083）
摘要：在熔盐中用钠热还原法直接还原NbCl5制备铌粉。采用XRD、FESEM和EDS对产品粉末的结构、形貌和成分进行检测。结果表明，在LiCl-10.0%NaCl-36.0%KCl（摩尔百分数）、LiCl-44.2%KCl-5.3%CaCl2 和LiCl-11.6%KCl-36.1%CaCl2的熔盐中均可获得纯纳米铌粉，熔盐原位750 ℃热处理可以降低产品氧含量。
关键词：钠热还原；金属铌粉；NbCl5；熔盐
中图分类号：TF841.6 文献标识码：A 文章编号：1007-7545（2012）07-0000-00
Niobium Powder Preparation by Sodiothermic Reduction of NbCl5 in Molten Salts
WANG Na, ZHU Hong-min
(School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)
Abstract: Niobium powder was prepared by sodiothermic reduction process from NbCl5 in different molten salts. The
phases, morphology and element of the niobium powder were analyzed by XRD, FESEM and EDS. The results show
that fine and uniform niobium nanometer powder was successfully obtained in the molten salt systems of
铌常识
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
铌常识
铌是灰白色金属，密度 8.57，熔点 2468℃，沸点 4742℃。具有比重大、
熔点高、沸点高、强度高、抗疲劳、抗变形、抗腐蚀、导热、超导、单极导电
及吸收气体等优良特性。铌的化学性质非常稳定，常温下表面形成致密氧化
膜，阻止进一步氧化，高温下与硫、氮、碳直接化合，能与钛、锆、铪、钨形
成合金。不与无机酸或碱作用，也不溶于王水，但可溶于氢氟酸。 铌、
钽共生密切，它们的物理性质、化学性质、地球化学性质以及矿物学性质等都
有许多类似之处，因而常在同一矿物中出现。所有的铌矿物中都含有钽，钽的
矿物中都含有铌，只是有主次之分。有的形成完全的类质同象系列矿物，如铌
铁矿-钽铁矿系列矿物：Ta2O5＜15%称铌铁矿，Nb2O5＜10%称钽铁矿，
Nb2O5＞Ta2O5 称钽铌铁矿，Ta2O5＞Nb2O5 称铌钽铁矿，Fe/Mn＜1 时则称为
铌锰矿-钽锰矿系列。 铌在地壳中平均含量为 20×10－6，钽为 2×10－6，
Nb/Ta 值为 10。铌、钽在主要岩浆岩和主要沉积岩都有不同程度的分布，其中
在花岗岩中含量较高。目前，已发现的铌钽矿物和含铌钽矿物有 130 多种，其
中较常见的有 30 多种。但作为铌钽工业矿物原料的只有 10 种，即铌铁矿-钽铁
矿系列矿物(铌铁矿含 Ta2O5＜14.55%，Nb2O5＞63.77%；钽铁矿含 Ta2O5＞
72.18%，Nb2O5＜10.33%)、褐钇铌矿(含 Ta2O5 为 2.5%～11.09%，Nb2O5 为
33.64%～42.9%)、易解石(含 Ta2O5 为 0.26%～3.3%，Nb2O5 为 21%～35%)、
铌易解石(含 Ta2O5 为 0.51%，Nb2O5 为 41.13%)、铌铁金红石(含 Ta2O5 为
0.31%，Nb2O5 为 6.71～23.67%)、烧绿石(含 Ta2O5 为 1.44%～6.65%，Nb2O5
氧化铌 氧化钴 钴铌氧化物 煅烧
氧化铌 氧化钴 钴铌氧化物 煅烧
氧化铌
概述
氧化铌（Nb2O5）是一种重要的无机化合物，具有广泛的应用领域。它是一种白色粉末，具有良好的光学、电学和热学性质。在自然界中，氧化铌主要存在于钽矿石中。
制备方法
氧化铌的制备方法有多种，其中比较常用的包括热分解法、水热合成法、溶胶-凝胶法等。
1. 热分解法
将铌酸盐或钽酸盐在高温下分解，得到相应的金属氧化物。例如，将五水合铌酸钠（NaNbO3·5H2O）在700℃左右进行煅烧，可以得到氧化铌。
2. 水热合成法
将适量的铌酸盐与水在高温高压下反应，可以得到纳米级别的氧化铌颗粒。这种方法具有简单、易于操作等优点。
3. 溶胶-凝胶法
将适量的金属盐与有机物混合后，在一定条件下进行加热处理和干燥处理，最终得到相应的金属氧化物。这种方法可以得到高纯度、均匀性好的氧化铌。
应用领域
氧化铌具有优异的光学、电学和热学性质，因此在众多领域中都有应用。以下是几个常见的应用领域：
1. 电子材料
氧化铌是一种重要的电子材料，可以用于制备电容器、场效应管等器件。由于它具有较高的介电常数和较低的损耗角正切值，因此在高频电路中也有广泛应用。
2. 光学材料
由于氧化铌具有良好的透明性和折射率，因此可以制备各种光学器件，如滤光片、棱镜等。
3. 催化剂
氧化铌也是一种重要的催化剂，在石油化工、环保等领域都有广泛应用。例如，在加氢脱硫反应中，氧化铌可以作为载体或助剂来提高反应效率。
4. 玻璃陶瓷
将适量的氧化铌与其他金属氧化物混合后进行加工处理，可以制备出具有良好机械强度和化学稳定性的玻璃陶瓷材料。
氧化钴
概述
氧化钴（CoO）是一种重要的无机化合物，具有广泛的应用领域。它是一种黑色粉末，可以溶解于酸中，但不溶于水和碱。在自然界中，氧化钴主要存在于矿物中。
制备方法
氧化钴的制备方法有多种，其中比较常用的包括热分解法、水热合成法、溶胶-凝胶法等。
1. 热分解法
碳还原法制备电解电容器用一氧化铌粉末
碳还原法制备电解电容器用一氧化铌粉末
钟晖;李荐;刘建清;戴艳阳;钟海云
【期刊名称】《稀有金属材料与工程》
【年(卷),期】2006()4
【摘 要】一氧化铌(NbO)具有与金属相近的导电能力,作为阳极赋能时,与铝、钽、铌等阀金属一样,能在阳极表面形成介电性能优良的无定型氧化膜。研究了真空碳还原Nb2O5制备NbO的原理、工艺条件以及一氧化铌粉末的理化性能和电性能等,参照GB/T3137-1995关于电容器用钽粉电性能测试方法,经实测,一氧化铌粉末具有比电容105120μF·V/g,损耗11.2%,漏电流2.5×10–4μA/μF·V,表明其湿式电性能已达到甚至优于相应的高比容钽粉的水平;沿用钽电容器生产工艺,探索性地进行了小批量以NbO为阳极的电解电容器生产,其成品合格率达到77%。
【总页数】4页(P596-599)
【关键词】碳还原;一氧化铌;电解电容器
【作 者】钟晖;李荐;刘建清;戴艳阳;钟海云
【作者单位】中南大学;株洲宏达电子有限公司
【正文语种】中 文
【中图分类】TF123.1
【相关文献】
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基于钽铌湿法冶金分离的探讨
基于钽铌湿法冶金分离的探讨
发布时间：2023-01-31T02:32:06.891Z 来源：《中国科技信息》2022年第18期 作者： 杨博，刘小敏
[导读] 随着工业发展进程的不断推进，对钽铌资源的需求量也在不断提升
杨博，刘小敏
稀美资源(广东)有限公司 广东省清远市 513000
摘要：随着工业发展进程的不断推进，对钽铌资源的需求量也在不断提升，因此钽铌提取冶金工艺受到重视，在此基础上，本文分析铌钽精矿分解工艺、铌钽分离工艺，进行钽铌湿法冶金分离的探讨，对后续工艺发展提出展望。
关键词：钽铌湿法冶金；分离；工艺
引言
钽铌资源在军事、航空航天，医疗发展，工业发展等方面均起到了重要作用，所以资源开发受到高度重视，其分离和提取工艺正处于优化创新过程，本文主要分析分解工艺和分离工艺，包括酸法分解、碱法分解、溶剂萃取，离子交换等技术手段的重点，全面介绍钽铌提取
冶金工艺。
1铌钽精矿分解工艺
1.1酸法分解
钽铌拥有良好的耐腐蚀性，规范生产过程中所使用的工业无机酸几乎是不可能溶解铌钽矿的，这就导致精矿的开采和分解难度系数进一步提升，在现阶段生产中，只能通过使用浓度较高的氢氟酸或者硫酸进行精矿分解。所以酸法分解钽铌，主要通过氢氟酸法和硫酸法，具
体如下:
1.1.1氢氟酸法
氢氟酸法发展时间长，工艺相对完善，所以在钽铌精矿分解当中应用最广泛。通过氢氟酸进行分解，需要考虑不同化合物的组成形式与氟离子浓度之间的关系，研究发现，不同浓度的溶液，钽的存在形式也有区别。另外研究发现，随着酸浓度的进一步增加，钽会由H2TaF7
变为 HTaF6。除此之外，分解发现除了常规存在的钽、铌、锰、铁等金属元素外，还包括大量的伴生元素，例如硅、锡等等，这些元素会
以复合酸的形式存在，然后进入溶液，在分解过程中就会生成不易溶解的氟化物和硫酸盐。也就是说通过单一的氢氟酸进行分解，分解效
率并不高，所以可以通过氢氟酸与硫酸相混合的方式进行分解，从而提高反应速度，降低分解成本。