Qual é o processo de produção do nióbio?
Métodos de produção de nióbio
Os principais métodos de produção de nióbio metálico incluem redução carbotérmica, redução aluminotérmica e redução térmica de sódio. Eletrólise de sal fundido e redução de haleto de nióbio também são usadas.
Método de redução de carbono a vácuo
Vacuum carbon reduction is one of the main methods for producing metallic niobium both domestically and internationally. Carbon reduction is typically performed in a vacuum carbon tube furnace. This method utilizes carbon's greater affinity for oxygen than niobium's, using carbon as a reducing agent to reduce Nb2O5 to produce niobium bars. Its advantages include high product yield (>96%), agentes redutores baratos e baixos custos de produção. Ele evita os subprodutos dos métodos de redução de sódio que exigem processamento úmido, resultando em barras de nióbio e pó metálico de alta pureza.
Industrialmente, existem dois processos: redução direta de carbono e redução indireta de carbono. A redução direta de carbono produz nióbio em formato esponjoso-com grande área superficial e baixos níveis de impurezas metálicas e nitrogênio, o que contribui para a alta capacidade específica do pó de nióbio. Portanto, este processo é adequado para a produção de pó de nióbio de grau de capacitor. A redução indireta é caracterizada pela alta capacidade de produção de equipamentos e processo estável. O metal nióbio resultante é relativamente denso e tem dimensões relativamente regulares, tornando-o adequado para fazer barras de nióbio, lingotes e materiais de nióbio processados.
Redução Aluminotérmica
A redução aluminotérmica é frequentemente realizada fora do forno. A reação de redução e fundição ocorre em um recipiente não aquecido. Após a conclusão da reação, o recipiente é removido, o produto é removido e o metal e a escória são separados fora do forno. O metal nióbio produzido por redução aluminotérmica contém um alto teor de alumínio, que pode ser posteriormente removido por meio de tratamento térmico a vácuo (1800 graus), refino eletrolítico e fusão em forno de feixe de elétrons. O nióbio pode atingir pureza extremamente alta após dois processos de fusão em forno de feixe de elétrons. A redução aluminotérmica não requer condições de vácuo e é simples e fácil de operar. No entanto, a pureza do produto é baixa e o nióbio contém um alto teor de alumínio, exigindo fusão por feixe de elétrons para purificação adicional e remoção de impurezas.
Redução Térmica de Sódio
O nióbio raramente é usado na fabricação de capacitores, portanto o método de redução de sódio é menos comumente usado. Eletrólise
O nióbio pode ser produzido por eletrólise usando eletrólise de sal fundido e eletrólise de solução aquosa. A eletrólise do sal fundido requer equipamentos simples e oferece baixos custos de produção para a produção de pó de nióbio.
Nitretação
Além dos métodos acima mencionados, um método de nitretação foi recentemente desenvolvido para a produção de nióbio. Este método usa óxido de nióbio ou ferronióbio como matéria-prima, que primeiro reage com amônia, nitrogênio e carbono para formar nitreto de nióbio. O nitreto de nióbio é então decomposto termicamente em nióbio metálico sob vácuo a temperaturas entre 2.103 e 2.373 K.
Refino de Nióbio
Pó de nióbio, esponja ou barras de nióbio quebradiças podem ser produzidas pela redução de compostos de nióbio. No entanto, estes produtos ainda contêm uma certa quantidade de impurezas, particularmente hidrogénio, oxigénio e azoto, que podem tornar o nióbio quebradiço e exigir remoção adicional. O refino do nióbio tem dois objetivos principais: purificação e densificação, e esses dois processos geralmente são realizados simultaneamente na produção industrial. Devido à forte afinidade do nióbio com oxigênio e carbono, recipientes feitos de oxigênio- e materiais carbonáceos não podem ser usados. Além disso, o refino deve ser realizado sob condições de alta-temperatura e alto{6}}vácuo, o que não apenas complica o processo de refino, mas também exige muito do equipamento. Os métodos de refino de nióbio incluem principalmente sinterização a vácuo (por exemplo, sinterização a vácuo de nióbio), fusão por arco (por exemplo, fusão por arco a vácuo de nióbio) e fusão por feixe de elétrons (por exemplo, fusão por feixe de elétrons de nióbio). A fusão por feixe de elétrons oferece os melhores resultados de purificação e é a mais utilizada. Para alcançar a purificação ideal, uma combinação de vários métodos de refino é frequentemente empregada, como a fusão por feixe de elétrons de barras de nióbio produzidas por sinterização.
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