氧化鈮存在多種氧化物，分別是一氧化鈮、二氧化鈮、三氧化二鈮、五氧化二鈮。我國氧化鈮的生產始於上世紀50 年代, 主要廠家是株洲硬質合金廠, 上海躍龍化工廠, 上海勤工化工廠等。由於沒有專一的鉭鈮礦, 都是從鎢鉬冶煉渣、稀土冶煉渣以及其他回收料中回收, 產量極小。進入60 年代, 我國開始有鈮鉭礦產出, 氧化鈮的產量有所增加。
基本介紹
- 中文名：氧化鈮
- 外文名：Niobium oxide
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 性質：多種氧化物
- 包括：一氧化鈮、二氧化鈮、五氧化二鈮
簡介,氧化鈮的套用領域及其質量標準,冶金行業,電子行業,玻璃行業,生產工藝、設備及技術經濟指標,原生產工藝,壓洗工藝,電陶工藝,有關工藝過程的技術經濟指標,氧化鈮生產的發展趨勢、問題及其思考,冶金與材料行業,電子材料,
簡介
氧化鈮存在多種氧化物：
一氧化鈮: 亦稱“二氧化二鈮”，化學式NbO或Nb2O2,分子量 108.91。有金屬光澤的黑色立方晶體，有良好的金屬型導電性。相對密度7.30。溶於硫酸、鹽酸和鹼，不溶於水、硝酸和乙醇，用金屬鎂還原氯氧化鈮而得。
二氧化鈮:化學式NbO2，分子量124.90。黑色粉末。相對密度5.9。溶於熱鹼溶液，不溶於水和硝酸等無機酸及乙醇。在加熱條件下用氫還原五氧化二鈮而得。
三氧化二鈮:化學式 Nb2O3，分子量233.81，藍黑色固體，熔點1780℃，由金屬鎂還原五氧化二鈮可得。
五氧化二鈮:化學式Nb2O5，分子量265.81，白色晶體，熔點1460℃，相對密度4.47，相對介電常數35-50，帶隙3.4eV。受熱至400℃顏色變黃，溶於氫氟酸、熱硫酸及鹼，不溶於水是最穩定的氧化物。其水合物的化學式為Nb2O5· xH2O，受熱分解，可溶於濃硫酸、濃鹽酸、氫氟酸及強鹼, 不溶於水及氨水，在空氣中灼燒金屬鈮或由鈮酸脫水可得。
我國氧化鈮的生產始於上世紀50 年代, 主要廠家是株洲硬質合金廠, 上海躍龍化工廠, 上海勤工化工廠等。由於沒有專一的鉭鈮礦, 都是從鎢鉬冶煉渣、稀土冶煉渣以及其他回收料中回收, 產量極小。進入60 年代, 我國開始有鈮鉭礦產出, 氧化鈮的產量有所增加。1966 年, 栗木錫礦稀有金屬冶煉廠,寧夏有色金屬冶煉廠相繼試產投產, 1972 年從化鉭鈮冶煉廠試產, 1982 年九江有色金屬冶煉廠投產,但直至80 年代末, 我國Nb2O5 年產能仍不到100 t ,年產量不到80 t 。
進入20 世紀90 年代, 隨著改革開放和科學技術的發展, 氧化鈮在冶金、電子、玻璃等領域的套用越來越廣, 促進了我國Nb2O5 生產能力的迅速增長。
特別是近幾年來, 高科技領域的發展, 使我國鉭鈮冶金工業得到飛速發展, 產品結構得到調整, 產品品種不斷增加, 產品質量檔次得到提高, 生產工藝技術進步很快, 裝備水平得到更新換代。我國的鉭鈮工業,以寧夏有色金屬冶煉廠為代表, 已進入世界鉭鈮大國、強國的行列。據了解, 我國鉭鈮廠家在20 世紀80～ 90 年代期間, 相繼進行了不同程度的技術改造, 使氧化鈮的年產能力超過千噸。
由於氧化鈮在不同的套用領域中使用, 對氧化鈮的物化性能要求不同, 所以生產不同套用領域的氧化鈮, 其生產工藝或工藝過程也將不同, 物耗單耗也會有所差別。各廠家在技改和擴產的同時, 根據市場和客戶的要求, 對工藝和設備都進行了研究、開發及改進, 從而使各種工藝流程及工藝設備都有較大的進步與創新。
氧化鈮的套用領域及其質量標準
氧化鈮的用途廣泛, 但是不同的用途和客戶, 有不同的要求和標準。值得注意的是, 隨著套用領域越來越追求其產品的特性而專一化, 各行業的客戶對Nb2O5質量的要求也越來越高, 對其物性的要求呈上升趨勢。
冶金行業
冶金行業始終是Nb2O5 最大的消費行業, 約占鈮總消費量的85 %～ 90 %。這主要包括鋼鐵添加劑、高溫合金、超導合金以及特種鈮金屬材料等。我國在20 世紀80 年代前, 氧化鈮的主要銷售方向是冶金行業, 因此, 國標GB 3627 -83 主要的物理化學指標都是依據這個行業制定的。作為鋼鐵改性用的添加劑, 質量標準達到GB 3627 -83 的三級即可;而用於高溫合金及材料工業的Nb2O5 , 化學雜質要求都比較高, 有些材料合金對高溫金屬元素如W,Mo ,Ta , Ti 等有特別要求;還有些客戶對松裝密度有要求, 希望松裝密度更大。
電子行業
Nb2O5 在電子行業的套用近幾年來發展很快,儘管使用總量不多, 其增長速度卻大於其他行業。獨石電容器所用Nb2O5 占該行業消費量很大的份額, 這是由於Nb2O5 的添加, 使得獨石電容器熱穩定性大大提高, 並獲得較穩定的高介電常數。除此之外,Nb2O5 還在壓電陶瓷、熱敏陶瓷、電熱陶瓷、電磁體、光波導、電子晶體等電子材料方面廣泛套用。這一領域目前儘管消費總量不是很大, 但發展迅速, 前景可觀。由於陶瓷材料的特殊性, 它對Nb2O5 的粒度、粒度分布、比表面積等物理性能有較高的要求。光波導、電子晶體材料也是Nb2O5 一個重要的套用領域, 它所要求的都是高純度的Nb2O5 , 前景十分廣闊。
玻璃行業
玻璃行業是Nb2O5 傳統的套用行業, 這是因為Nb2O5 添加到玻璃中, 使其具有較高的折射率(Ta2O5添加到玻璃中能提高折射率, 但由於價格太高, 只能在要求特別高的地方使用), 因而廣泛用於光學玻璃, 光導纖維, 以及鍍膜材料等方面。作為玻璃添加劑, 對著色元素要求很高, 如Cr ,Ni ,Fe ,RE 等。
生產工藝、設備及技術經濟指標
近十年來,Nb2O5 的生產量迅速擴大, 市場競爭十分激烈, 一場比質量、比價格、比性能、比交貨期的競爭一直在延續。競爭也帶來了技術進步, 技術的進步提高了產品質量, 降低了生產成本, 改善了生產環境, 促進了生產發展。
原生產工藝
1990 年以前, 我國各廠家的Nb2O5 生產工藝, 基本上是(以下簡稱原工藝)。該流程的主要工藝設備有沉澱槽、調洗槽、烘乾箱、煅燒爐、振篩機、混料機等。原工藝具有操作簡單, 工作可靠等特點, 缺點是生產周期長、效率低、能耗高、純水耗量大, 煅燒電耗由於各廠家使用的煅燒設備不一樣, 也有不少差別。在這裡值得一提的是由長沙有色冶金設計研究院為九江有色金屬冶煉廠設計的迴轉管電爐, 用於煅燒Nb2O5 的使用效果很好, 連續動態煅燒, 排氟好, 電耗低, 操作簡單方便, 勞動強度低, 生產環境好, 深受廠家喜歡。
壓洗工藝
為了擴能和降低消耗, 國內各廠先後進行了各種工藝的改進與技術改造。目前, 寧夏有色金屬冶煉廠對沉澱洗滌這一工藝過程, 進行了技術改造, 採用了國內及國外先進設備, 使Nb2O5 的收率和效率大大提高;南方各廠比較普遍採用的是壓濾洗滌工藝流程。與此同時, 該工藝設備也有了較大的改進, 廣泛採用耐磨蝕、節能降耗、連續高效的先進設備。該工藝流程的主要特點是:採用廂式壓濾機與調漿槽取代原有的調洗槽, 使用大面積壓濾機進行收渾;從而使純水耗量大大降低, 生產效率和金屬收率都大大提高, 單台50 m2 的壓濾機單批日產量在300 kg 以上, 煅燒設備採用連續高效的迴轉管電爐, 使得煅燒用電大大降低;混批設備選用高效率大批量設備, 混批量都在1 500 kg以上, 能與國際通用批量接軌。
電陶工藝
電子陶瓷(包括獨石電容器)級Nb2O5 生產工藝的改進工作早在上世紀80 年代早期就開始了, 主要是因為電子陶瓷領域的客戶要求細粒度Nb2O5 , 儘管當時需求量並不大, 但是國內廠家都進行了大量的研發工作。該工藝路線與原工藝路線似乎沒有什麼變化, 關鍵在於控制沉澱;設備也沒有什麼大的改動, 粉碎過篩設備的主要作用是把較大的假顆粒打碎並過篩(篩孔孔徑為0.18～ 0.25 mm), 以便磁料混合均勻。
有關工藝過程的技術經濟指標
Nb2O5 生產的工藝過程和設備各異, 其技術經濟指標也有所不同, 現就上述幾種工藝路線中的工藝過程作一定性的比較, 以便說明問題。據了解, 由於各廠家在管理上與操作上(某些訣竅)的差別, 技術經濟指標也不盡相同。
氧化鈮生產的發展趨勢、問題及其思考
根據近幾年來氧化鈮市場的套用和需求情況,隨著高技術產業在經濟發展中所占的比例越來越大, 氧化鈮的需求量也會越來越大;它不僅在傳統的冶金、材料行業繼續保持增長, 而且在電子工業中的套用量將增長得更快。因此, 為不同行業專門化生產某種標準的氧化鈮, 將是鉭鈮企業的發展趨勢。
從近幾年各廠的發展情況來看, 採用先進、節能和可靠的生產裝備, 是降低成本和發展生產的成功之路。因此, 研製更加先進的、自動化程度更高的設備來改造和裝備現有企業的生產線, 這也是鉭鈮企業的發展趨勢。
冶金與材料行業
在冶金與材料行業中, 近幾年來Nb2O5 的使用量一直保持著增長, 儘管增長的幅度不大。但是, 其使用量仍然是最大的, 價格較低且比較穩定, 質量標準的要求也變化不大。隨著競爭的加劇, 氧化鈮的生產幾乎無利可圖。因此, 保證質量降低成本, 則是廠家的必由之路。要降低成本, 有以下幾條建議供參考。
(1)根據氧化鈮具體標準和用途, 合理選用原輔材料的等級, 如工業級或試劑級;自來水, 軟水, 電滲水, 純水, 高純水, 超純水等等, 以降低原材料成本。
(2)提高鈮液濃度, 以降低中和沉澱的氨耗。注意沉澱溫度, 以減少氨耗。
(3)提高洗水溫度, 使洗氟效果顯著;增加調漿次數, 以降低水耗;逆流洗滌, 可以充分提高用水效率, 減少水耗。
(4)根據客戶不同的要求, 選用不同的煅燒工藝和節能設備, 如迴轉管電爐, 推舟式電爐, 燃氣窯爐等, 以降低能耗。
電子材料
在電子材料等行業中, 質量標準的要求越來越高, 特別是對氧化鈮物理性能的要求也越來越多, 這是該行業的特點。因此根據客戶的標準, 進行個性化生產勢在必行。要提高氧化鈮品質和達到客戶的物性要求, 可參考以下幾點。
(1)要控制氧化鈮的粒度大小、粒度分布等特性, 關鍵在於控制沉澱。粒度大小、粒度分布等特性與鈮液濃度、中和溫度、沉澱的方式、沉澱的速度以及設備形式等有關。應改進或提高設備的自動化、連續化性能, 以提高勞動效率及產品合格率。
(2)選擇高放水洗過濾工藝及設備, 以提高收率, 降低水耗, 如採用溫洲東甌微孔過濾有限公司的精密過濾設備等。
(3)乾燥細顆粒氫氧化鈮最好的方法是噴霧乾燥。
(4)高溫煅燒氧化鈮的顆粒易長大, 而低溫煅燒的顆粒度較細。
(5)氣流粉碎可獲得較理想的細顆粒。
(6)開發新品種, 提高產品的技術含量, 摻雜共沉澱是氧化鈮生產行業的發展趨勢。
