PDF《固体透氧膜法制备金属铌》

第18 卷第

7 期 中国有色金属学报

2008 年7月Vol.

18 No.7 The Chinese Journal of Nonferrous Metals Jul.

2008 文章编号:1004-0609(2008)07-1336-06 固体透氧膜法制备金属铌 何理,鲁雄刚,陈朝轶,李谦,李重和,钟庆东 (上海大学 材料科学与工程学院,上海 200072) 摘要:采用固体透氧膜(SOM)法直接电解还原Nb2O5制备金属Nb.在CaCl2熔盐体系中,电解电压控制为 3.2 V, 以经过

1 200 ℃预烧

4 h成型的Nb2O5为阴极,氧化锆管内碳饱和的液态铜合金为阳极.研究电解时间分别为 0.

5、

1、2 和4h以及不同温度下电解的特征规律和不同电解温度对阴极产物微结构的影响.结果表明:随着电解的进 行,Nb2O5首先转变为Nb的一系列低价氧化物,进而才被还原成金属Nb;

且随着实验温度的升高,电解速度相应 加快,金属铌颗粒尺寸增大.与FFC法相比,SOM法具有更高的电解效率,1

150 ℃下的电解效率可达 81.7%. 关键词:固体透氧膜;

Nb2O5;

Nb;

电化学;

还原 中图分类号:TG 146.4;

TF 111.52 文献标识码:A Metal niobium by solid oxygen-ion membrane HE Li, LU Xiong-gang, CHEN Chao-yi, LI Qian, LI Chong-he, ZHONG Qing-dong (School of Materials Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China) Abstract: Niobium was produced directly from Nb2O5 using solid oxygen-ion membrane (SOM). In molten flux CaCl2 system, electrolysis voltage is 3.2 V, Nb2O5 pellets preformed and sintered at

1 200 for

4 ℃ h and liquid metal saturated with carbon loaded in zirconia tube act as the cathode and anode, respectively. The electrochemical character of electrolytic process and the micro-structural features of the cathode pellets were studied at different temperatures for 0.5, 1,

2 and

4 h, respectively. The results show that Nb2O5 is transformed to a series of low value oxides firstly, and then proceed to the metal Nb with electrolysis. The electrode reaction rate and the grain of reduced metal increases with temperature increasing. SOM process has higher electrolysis efficiency comparing with FFC process. The electrolysis efficiency can be as high as 81.7%. Key words: solid membrane;

Nb2O5;

Nb;

electrochemistry;

reduction 金属Nb具有熔点高、强度高、耐热、与人体亲和 性好、抗腐蚀性强、中子俘获截面低等良好性能.Nb 用途广泛,在冶金工业、航空航天工业、电子工业、 医疗器械、超导领域和原子能工业中得到广泛应用 [1?2] .工业上生产金属铌主要采用碳热或铝热还原 Nb2O5工艺,生产电热器用高纯铌粉多采用钠还原 K2NbF7工艺[3?4] ,这些方法普遍存在工艺复杂、成本 高、能耗大和污染严重的问题,使其发展及应用受到 限制.因此,研究者们也致力于该金属新工艺的开 发[5?6] .2000 年,出现了一种新颖的由氧化物直接制 备金属的FFC剑桥工艺,国内外的学者利用此方法, 已经制备出了金属钛、钽、铬、铌[7?10] .但该方法也 存在一些问题:电解过程中电解电压须进行严格的控 制以避免熔盐介质被电解;

电解时有副反应发生,这 会降低电解的电流效率,增加电解的时间;

石墨棒阳 极容易烧损, 这将使整个反应过程处于不稳定的状态. 基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(2006AA06Z124);

国家自然科学基金资助项目(50774052);

上海市优秀学科带头人计划资助项目 (06XD14032) 收稿日期:2007-11-05;

修订日期:2008-04-28 通讯作者:鲁雄刚,教授,博士;