氧化鈮簡介及還原

氧化鈮
Niobium(V) oxide
分子式(Formula)： Nb2O5
分子量(Molecular Weight)： 265.81
氧化鈮物化性質(Physical Properties)
熔點 1485℃±5℃
相對密度 4.47
氧化鈮用途(Useage)
氧化鈮用作生產金屬鈮的原料，也用於光學玻璃及電子工業

氧化鈮還原

鋁熱/鎂熱還原：大多鈮金屬（＞90%）由鋁熱還原氧化鈮制得

3Nb2O5＋10Al→2Nb＋5Al2O3

高純氧化鈮（＞99.5%）與鋁金屬粉末混合後，在一垂直裝置中著火後還原。通常，多餘的鋁生成鈮鋁合金（31.32）ATR（鋁熱還原）產物再用作電弧爐，真空或電子束生產的原料生產高純鈮（33），鋁的過量系數決定鈮的產出率及其氧含量，用堿金屬如鎂用相同的方式也可進行還原反應

Nb2O5＋5Mg→2Nb＋5MgO

然而，盡管眾所周知可用堿金屬或氫還原氧化鈮，但這些工藝無一應用於工業化生產。

碳熱還原：多級工藝可用碳還原氧化鈮

Nb2O5＋5C→2Nb＋5CO

Nb2O5與碳混合，然後壓制成片，在真空爐中通過兩步工藝還原可制得鈮金屬（直接還原），在第一階段，氧化物要比理論量過量15%。 在第二階段，用過量的還原劑還原多餘氧化物並在真空爐中以（～2000℃）的高溫加熱混合物使還原反應完成。

另外一種工藝（間接還原）在第一階段用真空爐加熱Nb2O5與炭黑或石墨混合物還原生成碳化鈮。在第二階段。生成的NbC與純Nb2O5被壓制並在真空爐中以（～1950℃）的高溫加熱生成鈮金屬（41.43）。

Nb2O5＋7C→2NbC＋5CO

Nb2O5＋5NbC→7Nb＋5CO

通常，起始用純的Nb2O5生成的鈮金屬中僅含碳和氧（如NbC、Nb2O5、NbO2、NbO） ，用進一步的高溫過程（電子束熔）可精煉提純。

碳熱還原Nb2O5中產生一些變化：在第一階段，Nb2O5和炭黑壓制後的混合物與氨在接近1570℃，在生產爐中反應形成NbN。這種混合物在更高溫度（～2100℃）下分解生成鈮金屬。這個工藝的主要優點在於滲氮和脫氮能在單獨的步驟完成並無任何中間產物，無論該工藝在小試驗中多麼成功，它都沒有應用於工業化生產。

氮熱還原：用氨通過三個階段還原Nb2O5可生成鈮金屬，在第一階段，氧化鈮用氨在650℃～850℃下處理生成含氧硝酸鹽相，含氧硝酸鹽相與氨進一步在高溫（1100～1500℃）下反應生成硝酸鈮，在最後階段，硝酸鈮在真空爐中，在約 2000℃下分解生成鈮金屬鹵化物和醇鹽的還原。

氫還原：以往，通常用氫氣還原NbCl5制得鈮金屬。如今，用氫還原NbCl5 有許多方法，不管這些方法獲得的鈮金屬有多高的純度，如今這些方法無一用於大型生產。由於其較高的費用，氫還原鹵化鈮和鈮醇鹽僅限於特殊需求，如通過化學汽化沉積（CVD）制備鈮薄片。

金屬熱還原：還原氟鈮酸鉀（F2NbF7）不象鉭產品的生產，不能獲得工業意義。由於產品中含有較多的F2鹽並有較強的吸水性，導致了腐蝕性極強的氟氧鈮酸鹽（如F2NbOF5）的生成。

用鈉、鎂、鋅對NbCl5進行金屬熱還原也有所報道，然而，這些方法都無工業前景。

電化學還原：非常純淨的鈮也可從無氧熔鹽系統（如 KCl－NbCl、KCl－KF等）中通過電化學還原 NbCl5 或 K2NbF7 制得，但是，這些系統電流效率低並且腐蝕性極強。而且，就目前我們掌握的最豐富的知識範圍，這些方法也不可能應用於工業生產中。然而就鈮的電解方面的學術興趣和研究活動仍保持有較高的水平（62－66）。

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