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冶金百科 | 钽铌冶金主要方法 - 钽铌冶金与新材料发展趋势

2024-01-24 09:47:32 来源:中冶有色技术网
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简介:世界钽铌工业总体呈现持续增长的态势,产能增加、技术提升、产品更新应用扩展。中国钽铌工业迅速崛起,已跻身于世界钽铌材料生产大国的行列,必然对世界钽铌行业的发展产生现实的和持续性的深刻影响。
世界钽铌工业总体呈现持续增长的态势,产能增加、技术提升、产品更新应用扩展。中国钽铌工业迅速崛起,已跻身于世界钽铌材料生产大国的行列,必然对世界钽铌行业的发展产生现实的和持续性的深刻影响。

我国钽铌工业发展中的几个突出特征

(1)两头在外明显特征。近年来全行业各类钽铌产品年消耗原料约折Ta2O5  600t/a、Nb2O2000t/a左右(均不含来料加工),而我国两个矿山Ta2O5产量仅100t/a左右,年进口含钽30%高钽矿850t和含钽5%低钽矿5000t;约60%的Nb2O产品和80%的钽金属产品出口国际市场。原料与产品两头在外的产业结构特点导致原料来源极不稳定,也造成了极大的环境负担。

(2)选冶工艺技术缺乏基础研究、工程化技术创新进步迟缓。选矿、冶金工艺技术仍未摆脱几十年一贯制的束缚,变革性进步尚未突显。专门从事钽铌技术研究开发的院所、高校寥寥无几,研发力量薄弱,移植先进技术意识不强,选冶工程化技术研发创新进步迟缓。

(3)产品结构矛盾突出,产业经济效益不高。产品结构基本以低端初级产品为主,仅部分高端产品可以参与国际市场竞争,全行业销售收入25亿元/年左右(总产值约30亿元/年)。

(4)行业企业生产规模小、缺乏联合协同效应,集中度不高。全国30余家钽铌生产企业,其中80%是规模较小的民营企业且基本以初级产品为主,企业同联合协同作用力不强,行业布局、发展规划、企业结构、产品结构、科技创新、产品应用开发、市场营销等集中度不高。

(5)适应市场能力薄弱、新材料新应用研发能力不强。先进技术、拳头高品质产品缺乏,行业抗市场风险能力弱。基于钽铌基础特性及高科技、新兴产业快速发展,对高性能钽铌新材料的需求显示良好趋势,行业新材料技术与产品研究开发明显滞后。

钽铌湿法冶金技术、产品发展方向

(1)基于钽铌资源特点,把钽铌冶金工艺技术变革性创新进步摆在突出地位,但铌冶金流程长、工艺复杂、消耗有害试剂量大。要着力研发复杂矿源头处理绿色新技术,为冶金过程缩短流程、变革技术奠定基础。

(2)钽铌湿法冶金是流程中的关键环节,湿法技术与产品是钽铌火法冶金与新材料高质化的前提和基础。面对原料多元化、生态环境绿色化趋势,电铌经典的湿法工艺需要变革性创新进步。研发无毒无害新型溶剂与提取工短流程、高收率、减排放、有价金属回收利用变革性新工艺新技术是重要方向。

伴随工业化进程,我国多种金属资源已呈枯竭趋势,近年来我国矿冶科技领域(高校、院所)针对复杂低品位矿物资源高效利用取得了诸多技术成果。钽铌选冶完全可以博采众长、移植消化吸收最先进的技术成果,加快湿法冶金技术创新进步。如:针对目前国内外钽铌湿法冶金的技术现状,中国科学院过程工程研究所依据清洁冶金原理,提出以无毒无害碱金属亚熔盐液相法处理低品位、难处理但铌矿的新工艺。该工艺是在成功开发的适于处理两性矿产资源的亚熔盐清洁生产技术平台上对钽铌冶金的具体应用,有望解决现有工艺上的难点,实现钽、铌的清洁生产。

(3)钽铌湿法冶金高端产品具有进一步发展的空间,综合应用湿法冶金先进技术实现钽铌氧化物、化合物高纯化,功能应用特性高质化也是重要研究方向。高端氧化钽及氧化铌在光学玻璃,铌酸锂、钽酸锂晶体方向,更高纯度的钽铌化合物在电子、显示技术、化工催化等领域,均显示良好前景。

(4)研发钽铌湿法冶金废水、废渣处理新方法并实现工程化应用也是重要方向。

铌冶金技术、产品发展方向

现行的铌制备工艺碳还原法存在的问题是生产成本高、周期长,仅适于特定方向产品应用;铝热法虽生产效率高但产品纯度和回收率较低,不同程度上影响了金属铌的应用和发展。研究新型工艺技术方法以求降低成本、提高质量和回收率是铌冶金发展方向并已经成为人们的共识。

熔盐电脱氧法(FFC)一度成为国内外学者们研究的热点,与FFC法相比,SOM法最大的不同就是在阳极与电解质之间利用固体透氧膜,有效隔离了阴阳极,降低了电极极化,避免了FFC法和传统熔盐电解法所有的弊端(85)。工艺流程短、操作简单、节约能耗、降低生产成本、对环境友好,是一种真正的铌绿色冶金新工艺。应立即开展SOM法基础与工程化技术研究。

钽冶金技术、产品发展方向

氟但酸钾钠还原工艺是但粉生产最为经典的工艺方法,在近年来得到很大结发展,绝大多数钽粉生产厂家都在用该方法进行电容器级钽粉的生产。图绕组器高纯化和向更高比容方向发展氟钽酸钾钠还原工艺存在着较大局限性。用镁蒸气还原高纯度Ta、Nb氧化物可得到纯度高、理化性能和电性能良好的高比容组、铌粉末,与钠还原法相比有以下优点:没有氟化物,环保间题载小;不需要用钠和稀释盐;适于制作高比容电容器;还具有可用于其他金属和合金制备的潜力。该法是今后制取高比容钽粉的发展方向。

碳还原一电子束熔炼法制取高压钽粉的工艺,具有其独特的优越性,是制备高压钽粉的另一发展方向。

钽、铌氯化物金属热还原与氧化物金属热还原相比有突出优点,在高纯方向仍有发展潜力。

细化、纯化、高比容化是钽铌冶金技术发展的重要方向。围绕实现化学法物理法交叉融合,致力于研究开发诸如:感应等离子纳米钽粉制备技术、均相还原制备纳米钽粉技术、电化学制备纳米钽粉技术、火焰合成法制备纳米钽粉技术等高比容化、多种精炼纯化和晶粒细化新技术新方法,实现钽(铌)冶金技术的全面创新进步。

钽铌新材料技术、产品发展方向

钽铌金属及合金具有良好的功能特性,其机械性能也适于某些领域作结构材料。金属冶金与其新材料在技术、产品方位并无明显界线,发挥钽铌冶金技术专长、大力度研究开发钽铌及其合金(包括复合材料)在冶金、化工、建材、电子、信息、互联网、汽车、航空航天、生物医疗、新能源、国防军工等传统和新兴产业领域应用的新材料技术与产品、拓展新应用、形成规模化生产实力更是钽铌产业致力发展的重要方向。

钽铌市场的发展趋势

钽电容器的性能优势使其成为各种高端电子产品设计的首选,但是其高昂的价格又限制了其用量的增大。随着MLCC、可贴片式铝电解电容器及低价氧化银电容器发展使部分钽电容器被取代,进一步抑制了传统电容器用钽粉市场的成长。而高能钽电容器、液体钽电容器、有机钽电容器、军品用电容器的需求量增加以及微电子业、移动通信基站、半导体产业和存储媒体产业快速发展,又带动高压高比容钽粉、中高压中高比容钽粉的使用量增加;靶材用钽粉、3D打印技术带动高纯低氧超细钽粉使用量逐渐增加。

高比容化、高压化、高可靠性,仍然是钽粉今后几年发展的趋势。目前,电容器的高可靠性要求对30K以上高比容钽粉提出新的技术要求,尤其对钽粉大壳号下的耐压性能和高比容性能提出更高要求,研发高压高比容钽粉对于钠还原高比钽粉的技术提出新的挑战。汽车、航天、医疗和军工用电容器对中压钽粉的击穿电压要求更高,适应更加苛刻的条件是发展趋势。开发粒度均匀、片状化程度高、抗击穿电压高的中压产品,要求中压钽粉的技术有长足发展。电容器用高压组粉的工作电压未来发展趋势为75~150V,赋能电压接近400V,CV值期望达到10000μF·V/g,对高压电容器用钽粉的技术发展提出更高的要求。靶材用钽粉等领域的快速发展对冶金级钽粉的纯度、粒径、粒度分布提出更高的要求,提高技术水平占领该领域市场份额也是靶材用钽粉更高的发展目标。
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