一、鈮的性質
鈮的化學符號為Nb,原子序數41,原子量92.90638,屬VB族,鋼灰色金屬,粉末呈深灰色,熔點2468℃,沸點4742℃,密度8.57 g/cm3。只有六種元素的熔點高于鈮,它們是:碳、鎢、錸、鉭、鋨和鉬。在熔點以下鈮是體心立方結構,沒有同素異形體。較低的中子俘獲能量使它成為合適的核反應器結構材料。鈮的化學性質比較復雜:它本身具有典型的金屬特性,但其五氧化物呈酸性,而其低價氧化物則呈堿性。
二、鈮的主要用途
鈮在鋼鐵工業中消費量一直在80%以上,但鋼鐵工業各部門對鈮的需求量有著明顯的變化。早期,鈮幾乎都用在不銹鋼和合金鋼中,但現在鈮有近75%用在微合金鋼中,微合金鋼中鈮及其他元素的含量不超過0.1%。鈮具有良好的耐高溫和耐腐蝕性能,它可以是鈮基合金或添加到各種合金中,這主要是為了增強這些合金在高溫下的強度和耐腐蝕性能。現在大量的鈮基合金被廣泛應用,主要的鈮基合金包括鈮鉿合金、鈮錫合金、鈮鈦合金和鈮鋯合金,這些合金主要用于高溫核工業、航空航天工業、記憶型合金和低溫超導體中。
三、鈮的資源
中國鈮資源很豐富,儲量居世界前列。主要分布在內蒙包頭的白云鄂博,廣西的泰美、栗木,江西的宜春和新疆富蘊縣可可托海等地。其中,白云鄂博鈮資源儲量最大,是一個大型鐵、稀土、鈮等多金屬共生礦床,其儲量占全國鈮資源儲量的95%,其遠景儲量達660萬噸,五氧化二鈮工業儲量為157萬噸,位居中國第一。白云鄂博礦床中鈮礦物共有18種,分別是鈮鐵金紅石、鈮鐵礦、鈮錳礦、鈮鈣礦、褐鈰鈮礦、褐釹鈮礦、褐釔鈮礦等。但礦物晶粒細,品位低(0.1%~0.15%Nb2O5),多包裹在鐵礦物及脈石中,由于技術原因,目前不具備經濟回收價值。
四、鈮的提取與制備
為生產具有延性的致密金屬鈮,必須采用粉末冶金法或真空熔煉法制精煉提純鈮坯錠,再進行壓力加工。在冶煉坯錠過程中,由于是在高真空高溫下進行,這樣對金屬鈮起到精煉提純作用,有利于下一步加工成鈮及其合金材。目前,中國較全面地掌握了難熔金屬加工技術,并擁有現代化的燒結、熔煉、壓力加工、熱處理等裝備。至今,中國已能生產數十種鈮及其合金產品,其中包括鈮及鈮合金材、鈮超導材等。
五、鈮的深加工及其應用
鈮合金的工業生產,首先將粉末制成合金坯條,然后進行高溫燒結法或熔鑄法獲得錠坯或鑄件。但以熔鑄法用得最多,熔鑄法又以電子束熔煉和電弧爐熔煉為主。鈮合金坯條的生產一般有還原法和粉末冶金法兩種:一種叫還原法,又稱一次還原法,此法是將五氧化二鈮加入還原劑碳化鈮和合金元素,經配料混合,壓制成型,在真空爐內還原,獲得合金坯條。一種叫粉末冶金法:也稱二次還原法,此法是先采用碳熱還原法獲得金屬鈮粉,然后加入合金元素,經真空還原而獲得合金坯條。鈮合金燒結或熔鑄的裝備與金屬鈮的一樣,用于鈮合金坯料燒結的主要設備有真空垂熔爐和真空中頻感應爐,用于熔鑄的裝備主要采用電子束熔煉爐和真空自耗電弧爐。
在加工過程中,鈮合金表面氧化生成疏松的氧化物,且能滲入合金基體中,形成堅硬的滲透層,加工時產生裂紋,加工困難,因此,在整個加工過程中要設法保護金屬表面不被氧化。目前,鈮坯料的加熱方式:坯料包在金屬套內、涂層、鹽浴加熱、惰性氣體保護。鈮合金加工方法,一般采用擠壓、鍛造、軋制等。
六、主要鈮企業
寧夏東方鉭業股份有限公司
中信金屬有限公司
中國鈮業投資控股有限公司