鈮的精煉

對於大多應用,用如前所述的還原方法生產出的粗鈮金屬,為了除去生材料或在處理階段中帶入的雜質,必須對其精煉。

通常,采用高溫處理,由於鈮的高熔點,可通過汽化作用除去大部分雜質,熔煉通常必須在真空或非常純淨的惰性氣體中進行,由於鈮與氧、氮等的強烈反應。最通用的兩種方法是電子束熔煉(EBM)和等離子熔煉。在電子束熔爐中,高壓激發出的電子對准鈮電極。部分能量轉化為熱量,這能熔化電極並在雜質汽化的同時保持鈮金屬的液體狀態。液態金屬在冷坩堝中固化,形成的錠可從爐中取出。當前標准EB爐用一種叫“滴熔煉”的方法,然而在將來,當高能熔爐發展起來時,爐床熔煉最終會變得更有效。用單一的熔煉循環不可能獲得高效精煉;在實際中,產出的鈮錠必須重新熔煉好幾次。第一步熔練(主要為精練步驟)的熔練率(Kg Niob/h)主要依據投入原料的量,由於含鋁和氧高(氣化物為NbO),ATR 鈮效率低,鋁、氧雜質必須蒸發。用當前的技術,粗ATR錠在達到高純鈮前必須重新熔煉2~3次。EB熔煉和熔煉技術生成的鈮金屬中間雜質低於50ppm,金屬雜質(主要雜質為Ta 和 W)低於500ppm。

由於它們的高能量密度,等離子爐也能用於精煉鈮。用此方法,用幾個可攜帶離子槍熔煉粗金屬。生成物用另外一支等離子槍精練。這種方法的缺點僅是雜質產生的蒸汽壓高於能釋放的爐壓。

超高純鈮可用幾種精密方法從電子束熔金屬中制備。難熔雜質金屬(如Ta、W)與Nb的蒸汽壓相似,用電子束或等離子熔煉不能將其除去。它們的除去方法要求應用選定的物理化學方法。利用和主要金屬以及其化合物雜質不同的熱力學和動力學特性。對於鈮金屬純化除鉭最主要的方法是基於熔鹽的電解和碘化作用。

電子精練工藝的電解質一般是含純K2NbF7的低熔點的LiP-NaF-KF熔鹽。熔鹽電解法需要幾個條件,如鈮金屬(EB熔煉的)的預純化及電解質。同時嚴格避免氧氣或水蒸汽進入電解質。

與鉭相比,超高純鈮也可通過修改Van Arkel De Borer工藝生產。在這個工藝中,粗鈮金屬首先碘化成低的鈮碘化物。鈮碘化物在>700℃的溫度下分解得到高純鈮金屬。

運用這些方法,能獲得金屬雜質幾乎不計中間雜質低於1ppm的鈮金屬。

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