现代铌钽冶金PDF电子书下载

1 概论 1

1.1 铌和钽的元素发现简史 1

1.2 铌钽工业发展简史 2

1.2.1 世界铌钽工业发展简史 2

1.2.2 中国铌钽工业发展历程 4

1.3 中国铌钽工业 6

1.4 世界铌钽工业 10

1.4.1 总体情况和特点 10

1.4.2 国外铌钽工业企业 12

1.4.3 世界铌钽工业经济概况 13

1.5 未来发展趋势 23

参考文献 24

2 铌和钽的物理性质、力学性质和加工性能 27

2.1 铌和钽的物理性质 27

2.1.1 铌和钽的原子性质和晶体学性质 27

2.1.2 铌和钽的核性质 28

2.1.3 铌和钽的热学性质和热力学性质 31

2.1.4 铌和钽的电学和磁学性质 35

2.1.5 铌和钽的电子学性质、热离子性质和光学性质 36

2.2 铌和钽的力学性能 38

2.2.1 铌和钽的弹性模量 40

2.2.2 铌和钽的拉伸性能 41

2.2.3 铌和钽的蠕变性能和断裂应力 46

2.2.4 铌和钽的应变硬化和再结晶 48

2.3 铌和钽的加工性能 50

2.3.1 铌和钽的车削 51

2.3.2 钻 52

2.3.3 车螺纹 52

2.3.4 冲压 52

2.3.5 焊接 52

参考文献 53

3 铌和钽的化学性质 57

3.1 元素的相似性 57

3.2 铌和钽的价态（氧化态）和标准还原电位 58

3.2.1 铌和钽的标准还原电位 60

3.2.2 铌和钽的化学性质的特点 60

3.3 铌、钽和其他化学元素的相互作用 61

3.3.1 生成价键型化合物 62

3.3.2 生成金属间化合物 71

3.4 铌和钽的耐蚀性能 91

3.4.1 对无机酸的耐蚀性 91

3.4.2 对碱性溶液的耐蚀性 93

3.4.3 对各种盐溶液的耐蚀性 94

3.4.4 对有机酸的耐蚀性 95

3.4.5 对液态金属的抗蚀能力 95

3.4.6 铌和钽对气体环境的耐蚀性 96

参考文献 97

4 铌和钽的化合物 102

4.1 铌和钽的五价氧化物 102

4.1.1 五氧化二铌 102

4.1.2 五氧化二钽 104

4.2 铌和钽的水合氧化物 105

4.3 铌酸盐和钽酸盐 107

4.3.1 碱金属铌、钽酸盐 108

4.3.2 Ⅱ-Ⅷ族元素的简单和复杂铌酸盐和钽酸盐 112

4.4 铌和钽的卤素化合物 114

4.4.1 铌（V）和钽（V）的卤化物和卤氧化物 114

4.4.2 铌（V）和钽（V）的卤配合物 121

4.4.3 铌和钽的原子簇化合物 121

4.5 铌和钽的硫酸盐 122

4.6 铌和钽的硝酸盐 123

4.7 铌和钽的磷酸盐和砷酸盐 124

4.8 铌和钽的氰化物和硫氰化物 125

4.9 铌和钽的过氧化物 125

4.10 铌和钽的有机酸化合物 126

4.10.1 草酸配合物 126

4.10.2 酒石酸配合物 127

4.10.3 其他羟基酸配合物 127

4.11 铌和钽的胺配合物 128

4.12 铌和钽的二醇类配合物 129

4.13 铌和钽的醇盐 130

4.14 铌和钽的金属有机化合物 131

4.14.1 铌和钽的烷基化合物 131

4.14.2 铌和钽的次烷基化合物 131

4.14.3 铌和钽的环戊二烯衍生物 132

4.14.4 铌和钽的羰基衍生物 132

4.15 铌超导化合物 132

4.15.1 铌三锡（β-Nb3Sn） 134

4.15.2 铌三铝（Nb3Al） 134

4.15.3 铌三稼（Nb3Ga） 134

4.15.4 铌三锗（Nb3Ge） 134

4.15.5 铌铝锗（Nb3Al0.8Ge0.2） 135

4.15.6 NbN超导薄膜 135

4.15.7 铌铁（NbTi） 135

4.15.8 铌锆（NbZr） 135

4.15.9 铌铁钽（NbTiTa） 136

参考文献 136

5 铌和钽的矿物资源和选矿 141

5.1 铌和钽的矿物 142

5.1.1 铌和钽矿物的特征 152

5.1.2 具有工业价值的钽铌矿物 152

5.1.3 铌和钽的矿物储量 158

5.2 铌钽矿床 159

5.2.1 矿床类型 159

5.2.2 我国铌和钽的成矿区带 164

5.2.3 铌钽矿床工业指标 165

5.2.4 国内外大型铌钽矿床 166

5.2.5 锡矿中的钽铌资源 169

5.3 铌钽矿采矿 169

5.3.1 露天开采 170

5.3.2 地下开采 170

5.4 铌钽矿选矿 171

5.4.1 铌钽选矿工艺矿物学 171

5.4.2 铌钽矿的选矿方法 172

5.4.3 国内外大型铌钽矿选矿实例 177

5.4.4 各国铌和钽的精矿成分 183

参考文献 184

6 低品位原料富集和二次资源再生 186

6.1 概述 186

6.2 包头铌资源综合利用—钢铁流程富集提取铌 187

6.2.1 大高炉炼铁提取铌 188

6.2.2 高炉铁水炼钢富集铌 188

6.2.3 小高炉炼铁富集铌 190

6.2.4 转炉吹炼铌渣 191

6.2.5 国外钢铁流程富集铌 193

6.3 栗木锡矿钽铌钨锡资源综合利用 194

6.3.1 碳酸钠焙烧 194

6.3.2 水浸 195

6.3.3 稀酸浸脱硅 195

6.3.4 高酸浸出 195

6.4 铈铌钙钛矿的综合利用 196

6.4.1 氯化法 196

6.4.2 硫酸焙烧法 196

6.4.3 硫酸-硫酸铵焙烧法 198

6.5 锡渣富集铌钽 199

6.5.1 酸-碱洗涤法 200

6.5.2 还原-氧化富集法 200

6.6 从钨废料中回收铌钽 201

6.6.1 钨渣高压釜碱浸出 201

6.6.2 从仲钨酸铵结晶母液中回收铌和钽 202

6.7 选矿中间产品富集铌和钽 203

6.7.1 选择性氯化法 203

6.7.2 硫酸-过氧化氢浸出法 203

6.7.3 硫酸焙烧-胺浸法 203

6.7.4 高压釜盐酸处理 204

6.7.5 铁合金法 204

6.7.6 选冶富集法 206

6.8 金属形态的铌和钽废料的再生 206

6.8.1 氢化法回收 206

6.8.2 电子束真空熔炼 206

6.9 硬质合金废料回收铌钽 207

6.9.1 锌处理法 207

6.9.2 硝酸钠熔融富集法 208

6.10 钽电容器废料回收 208

6.10.1 固体电解质废钽电容器的再生利用 209

6.10.2 液体电解质废钽电容器的再生利用 210

6.10.3 废钽块的处理 210

6.11 从合金中回收铌和钽 211

6.12 从玻璃、陶瓷质废料中回收铌钽 212

6.13 铌（钽）化合物晶体废料的处理 212

6.14 超导材料废料的处理 213

参考文献 213

7 铌钽提取冶金和元素分离 216

7.1 铌钽精矿的分解 216

7.1.1 碱法分解 216

7.1.2 酸分解法 222

7.2 溶剂萃取分离铌和钽 226

7.2.1 氢氟酸体系分离和提取铌和钽 226

7.2.2 MIBK-HF-H2SO4-H2O萃取体系 232

7.2.3 仲辛醇（辛醇-2）-HF-H2SO4-H2O萃取体系 238

7.2.4 辛醇-1-HF-H2SO4-H2O萃取体系 243

7.2.5 乙酰胺（A101）-HF-H2SO4-H2O萃取体系 245

7.2.6 TBP-HF-H2SO4-H2O萃取体系 247

7.2.7 草酸体系萃取铌（N-235-H2C2O4-H2O体系） 248

7.2.8 硫酸体系萃取铌和钽 252

7.3 离子交换法分离铌和钽 253

7.3.1 ЭДЭ-10П-HF-HCl体系 253

7.3.2 草酸-HCl体系 254

7.4 氟化物分步结晶法分离铌和钽 254

7.4.1 分离原理 255

7.4.2 分离工艺 257

参考文献 258

8 铌和钽的氯化冶金工艺 264

8.1 铌钽氯化冶金基础 264

8.2 氯化过程热力学 266

8.3 铌钽氯化过程动力学 275

8.4 铌和钽的五氯化物的性质 276

8.5 氯化工艺方法及设备 276

8.5.1 团块氯化 276

8.5.2 熔盐氯化 278

8.5.3 金属铌和钽的氯化 283

8.6 铌钽氯化物的分离和提纯 284

8.6.1 氯化物的冷凝 284

8.6.2 铌钽氯化物的净化提纯 287

8.7 由氯化物制取氧化铌和氧化钽 290

8.7.1 混合氯化物水解 290

8.7.2 单一铌或钽氯化物水解 291

8.8 氯化物还原制取金属铌和金属钽 291

8.8.1 在加热载体上氢还原五氯化铌（钽） 291

8.8.2 五氯化铌（钽）金属热还原 293

8.8.3 等离子体还原 294

8.9 铌和钽的氟化冶金 295

8.9.1 在加热载体上氢还原五氟化钽 295

8.9.2 铌（钽）氟配合物高温分离 298

8.10 碘化物精炼 299

参考文献 300

9 冶金中间产品制取 304

9.1 氧化物的制取 304

9.1.1 由反萃取液制取五氧化二铌（钽） 304

9.1.2 由氯化物制取五氧化二铌（钽） 307

9.2 氟铌（钽）酸钾制取 313

9.2.1 结晶原理和晶体性质 314

9.2.2 结晶工艺及影响因素 317

9.3 铌（钽）卤化物制取 319

9.4 铌（钽）化合物晶体材料和电子陶瓷前驱体材料制备 319

9.4.1 铌（钽）氧化物单晶前驱体 319

9.4.2 铌（钽）氧化物晶体前驱体合成方法 321

9.4.3 铌（钽）电子陶瓷材料 322

9.5 铌和钽的醇盐制取和溶胶-凝胶法 323

9.5.1 铌（钽）醇盐的合成方法 324

9.5.2 溶胶-凝胶法 326

9.6 草酸铌制取和草酸铌铵晶体 329

9.6.1 草酸铌配合物的性质 329

9.6.2 结晶-重结晶纯化工艺制取草酸铌晶体和高纯氧化铌 330

9.6.3 草酸盐法合成碱金属铌酸盐和碱土金属铌酸盐 333

9.7 铌铁和镍铌母合金制取 334

9.7.1 铝热还原基础 334

9.7.2 母合金生产方法 337

9.7.3 高纯铌铁和镍铌生产设备 339

9.8 氮化物制取 340

参考文献 342

10 钠还原法制取金属钽粉 346

10.1 物料准备 346

10.1.1 氟钽酸钾备料 346

10.1.2 金属钠 347

10.1.3 稀释剂的选择 353

10.2 搅拌钠还原 354

10.2.1 搅拌方式 354

10.2.2 钠还原装置 356

10.2.3 生产工艺过程与实例（中压中低比电容钽粉） 358

10.3 还原产物的湿法处理 359

10.3.1 水洗 359

10.3.2 酸洗 361

10.4 氢化制粉 364

10.4.1 粗粉氢化 365

10.4.2 脱氢 367

10.5 真空热处理 367

10.5.1 真空热处理的作用 367

10.5.2 真空热处理的装置 368

10.5.3 真空热处理工艺过程 369

10.5.4 影响真空热处理的主要因素 369

10.5.5 抽真空系统 370

10.6 影响电容器级钽粉质量的主要因素 370

10.6.1 钽粉纯度 371

10.6.2 钽粉的粒度和粒形 373

10.7 提高钽粉质量的主要方法 375

10.7.1 热处理方法 375

10.7.2 电容器钽粉的掺杂 376

10.7.3 提纯和制粉方法 379

参考文献 384

11 碳还原法制取金属铌 385

11.1 碳还原过程的机理 385

11.1.1 碳还原五氧化二铌的热力学 385

11.1.2 碳还原五氧化二铌的动力学 390

11.2 碳化 396

11.2.1 原料及配料 397

11.2.2 碳化设备及工艺过程 399

11.3 真空还原 402

11.3.1 原料与配料 402

11.3.2 还原料的压制成型 404

11.3.3 碳还原装备与工艺过程 408

11.4 氢化制粉 412

11.4.1 铌条的氢化 412

11.4.2 脱氢 414

11.5 碳还原法生产电容器级铌粉 415

11.5.1 生产方法与工艺 415

11.5.2 电容器级铌粉的质量及影响因素 416

参考文献 417

12 熔盐电解法制取金属铌和钽 418

12.1 钽铌熔盐电解基础和工艺 418

12.1.1 熔盐电解质体系 418

12.1.2 电极过程 419

12.1.3 熔盐电解的影响因素 419

12.1.4 铌钽熔盐电解的工艺流程、工艺条件和产品质量 420

12.2 由含氧化钽的氟化物-氯化物电解质体系中制取钽 421

12.2.1 熔盐电解时电极反应过程 421

12.2.2 电解质组成和选择及氧化物溶解机理 422

12.2.3 电解工艺 425

12.2.4 电解钽粉的粒度和纯度 428

12.3 由无氧电解质制取钽 428

12.4 由氟铌酸钾电解制取铌 429

12.5 由氯化物电解质制取铌和钽 430

12.6 铌和钽的电解精炼 432

12.6.1 在氟化物-氯化物电解质中精炼铌和钽 433

12.6.2 在纯氯化物电解质中精炼和制取铌和钽涂层 438

参考文献 439

13 致密金属铌钽和高纯金属铌钽的制取 442

13.1 粉末冶金法制取致密铌和钽 443

13.1.1 炉料配置和粉末压制成型 444

13.1.2 坯料的烧结 446

13.2 铌钽真空熔炼 455

13.2.1 铌钽真空熔炼的热力学和动力学 456

13.2.2 铌钽的电子束熔炼 463

13.2.3 铌钽真空电弧熔炼 473

13.2.4 铌钽的等离子炉熔炼 476

13.3 高纯金属铌和钽及其单晶制取 477

13.3.1 高纯铌和钽的制取工艺 477

13.3.2 无坩埚电子束炉熔炼法 479

13.3.3 电解精炼沉积制取铌单晶 481

参考文献 483

14 铌合金 486

14.1 合金元素和杂质元素 486

14.1.1 合金元素的影响 486

14.1.2 间隙元素的影响 491

14.1.3 稀土元素的影响 493

14.2 铌系合金状态图 495

14.2.1 二元系相图 495

14.2.2 三元系相图 502

14.2.3 四元系相图 511

14.3 现代铌合金化学成分和分类 513

14.3.1 铌合金化学成分 513

14.3.2 铌合金分类 513

14.4 铌合金强化机理和性能 518

14.4.1 铌合金强化机理 518

14.4.2 铌合金性能 520

14.5 铌合金的制造加工工艺 525

14.5.1 坯锭 525

14.5.2 塑性加工 525

14.5.3 热处理 526

14.5.4 连接 526

14.5.5 机械加工 527

14.6 铌及铌合金的抗氧化涂层 527

参考文献 528

15 钽合金 532

15.1 作为合金基体元素的钽 532

15.2 钽系合金状态图 533

15.2.1 二元系相图 533

15.2.2 三元系相图 537

15.3 合金元素和间隙杂质 538

15.3.1 合金元素的影响 539

15.3.2 间隙元素的影响 545

15.4 钽合金分类和化学成分 546

15.4.1 热强钽合金 547

15.4.2 耐蚀钽合金 549

15.4.3 电真空仪器用钽合金 550

15.5 钽合金的性能 550

15.5.1 物理性能 550

15.5.2 力学性能 551

15.5.3 氧化行为 552

15.5.4 钽（合金）的氢脆 552

15.6 钽合金的制造和加工工艺 553

15.6.1 坯锭制取 553

15.6.2 塑性加工 553

15.6.3 成型加工 554

15.6.4 连接 554

15.6.5 切削加工 555

15.6.6 热处理 555

15.7 钽及钽合金的抗氧化涂层 555

参考文献 556

16 工业卫生和污染治理 559

16.1 概述 559

16.2 铌钽冶炼工业卫生和安全生产 559

16.2.1 一些物质的毒害性 559

16.2.2 爆炸危险性物质 562

16.3 废气治理 563

16.3.1 含氟废气的治理 563

16.3.2 含氯废气的防护 567

16.3.3 含硫化物烟气的治理与利用 570

16.4 废水处理 571

16.4.1 合并处理 571

16.4.2 分别处理 573

16.5 废渣处理 577

16.6 废弃物的资源化利用 577

16.6.1 从萃取残液中回收钛 578

16.6.2 从矿浆残渣回收铌、钽和锡 579

16.7 环境管理 580

16.7.1 环境质量评价 580

16.7.2 环境监测 580

16.7.3 环境标准 580

16.7.4 改善钽铌冶炼厂环境的措施 583

参考文献 584

17 铌和钽的分析测试技术 587

17.1 概述 587

17.2 化学分析法 589

17.2.1 试样分解 589

17.2.2 元素分离和富集 589

17.2.3 铌和钽的基本分析方法 591

17.3 光谱分析法 598

17.3.1 红外光谱分析 598

17.3.2 X射线荧光光谱法（XRF） 598

17.3.3 原子吸收光谱分析（AAS） 600

17.3.4 原子发射光谱分析 601

17.4 质谱法 603

17.4.1 电感耦合等离子体质谱法 603

17.4.2 辉光放电质谱法 604

17.5 核技术分析 605

17.5.1 中子活化分析法 605

17.5.2 质子活化分析法 605

17.5.3 示踪原子分析法 606

17.6 铌（钽）矿物和冶金过程中的中间物料分析 606

17.6.1 铌和钽的总量测定 606

17.6.2 铌和钽分量的测定 607

17.7 金属铌和钽及其高纯化合物的分析 607

17.7.1 高纯铌中微量钽的测定 608

17.7.2 高纯钽中微量铌的测定 608

17.7.3 铌、钽和铌钽产品及中间物料分析国家标准和部颁标准 609

17.8 气体分析 610

参考文献 612

18 铌和钽的应用领域和消费市场 615

18.1 概述 615

18.2 铌在钢铁工业中的应用 616

18.2.1 含铌高强度低合金钢（HSLA） 617

18.2.2 含铌不锈钢和耐热钢 620

18.2.3 间隙钢 621

18.2.4 碳钢 622

18.2.5 轨道钢 622

18.2.6 工具钢 622

18.2.7 铸造钢 622

18.3 电容器生产 623

18.3.1 钽电容器 623

18.3.2 铌电容器 627

18.3.3 陶瓷电容器 628

18.4 铌和钽在航天航空工业中的应用 629

18.4.1 铌和钽的高温合金 630

18.4.2 铌基和钽基耐热合金 632

18.5 碳化铌和碳化钽在硬质合金中的应用 634

18.6 铌和钽在石油、化学工业中的应用 635

18.6.1 铌和钽加工材在石油、化学工业中的应用 635

18.6.2 铌和钽的催化剂 637

18.7 铌和钽在电子、光电、声光电元器件生产上的应用 638

18.8 铌和钽在超导材料上的应用 639

18.9 铌和钽在玻璃和陶瓷上的应用 641

18.10 铌和钽在原子能工业上的应用 641

18.11 医学器官种植中的铌和钽 642

18.12 铌和钽的其他用途 642

参考文献 643

附录A 铌、钽二元系相图 646

A.1 铌二元系相图 646

A.2 钽二元系相图 662

附录B 国内钽铌产品标准 679

B.1 钽、铌原料标准 679

B.2 钽产品标准 680

B.2.1 氧化钽标准 680

B.2.2 电容器用钽粉标准 681

B.2.3 冶金用钽粉 684

B.2.4 碳化钽标准 684

B.2.5 电容器用钽丝标准 685

B.2.6 钽及钽合金板材、带材和箔材 686

B.2.7 电容器用钽箔标准 687

B.3 铌产品标准 688

B.3.1 氧化铌标准 688

B.3.2 铌条标准 689

B.3.3 冶金用铌粉标准 690

B.3.4 铌铁标准 691

B.3.5 铌板材、带材和箔材 691

B.3.6 铌无缝管标准 692