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回收废钽的冶炼

发布时间:2019/1/19 11:38:49      作者:山东省华纳稀有金属回收有限公司      点击:14

  钽废料的线胀系数在0~100℃之间为6.5×10-6K-1,超导转变临界温度为4.38K,原子的热中子吸收截面为21.3靶恩。


  在低于150℃的条件下钽废料是化学性质最稳定的金属之一。与钽废料能起反应的只有氟、氢氟酸、含氟离子的酸性溶液和三氧化硫。在室温下与浓碱溶液反应,并且溶于熔融碱中。致密的钽废料在200℃开始轻微氧化,在280℃时明显氧化。钽废料有多种氧化物,最稳定的是五氧化二钽废料(Ta2O5)。钽废料和氢在250℃以上生成脆性固溶体和金属氢化物如:Ta2H,TaH,TaH2,TaH3。在800~1200℃的真空下,氢从钽废料中析出钽废料又恢复塑性。钽废料和氮在300℃左右开始反应生成固溶体和氮化合物;在高于2000℃和高真空下,被吸收的氮又从钽废料中析出。钽废料与碳在高于2800℃下以三种物相存在:碳钽废料固溶体、低价碳化物和高价碳化物。钽废料在室温下能与氟反应,在高于250℃时能与其他卤素反应,生成卤化物。


  钽废料在酸性电解液中形成稳定的阳极氧化膜,用钽废料制成的电解电容器,具有容量大、体积小和可靠性好等优点,制电容器是钽废料的最重要用途,70年代末的用量占钽废料总用量2/3以上。钽废料也是制作电子发射管、高功率电子管零件的材料。钽废料制的抗腐蚀设备用于生产强酸、溴、氨等化学工业。金属钽废料可作飞机发动机的燃烧室的结构材料。钽废料钨、钽废料钨铪、钽废料铪合金用作火箭、导弹和喷气发动机的耐热高强材料以及控制和调节装备的零件等。钽废料易加工成形,在高温真空炉中作支撑附件、热屏蔽、加热器和散热片等。钽废料可作骨科和外科手术材料,例如用钽废料条替代人体中的骨头肌肉还会在钽废料条上生长,所以它有一个“亲生物金属”。碳化钽废料用于制造硬质合金。钽废料的硼化物、硅化物和氮化物及其合金用作原子能工业中的释热元件和液态金属包套材料。氧化钽废料用于制造高级光学玻璃和催化剂。1981年钽废料在美国各部门的消费比例约为:电子元件73%,机械工业19%,交通运输6%,其他2%。


  废钽的冶炼比较麻烦,那是因为资源钽和铌的物理化学性质相似,因此共生于自然界的矿物中。划分废钽或铌矿主要是根据矿物中废钽和铌的含量。钽铌矿物的赋存形式和化学成分复杂,其中除废钽、铌外,往往还含有稀土金属、钛、锆、钨、铀、钍和锡等。


  废钽的主要矿物有:钽铁矿[(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6]、重钽铁矿(FeTa2O6)、细晶石[(Na,Ca)Ta2O6(O,OH,F)]和黑稀金矿[(Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6]等。炼锡的废渣中含有废钽,也是废钽的重要资源。


  钽铌矿中常伴有多种金属,废钽冶炼的主要步骤是分解精矿,净化和分离钽、铌,以制取钽、铌的纯化合物,最后制取金属。矿石分解可采用氢氟酸分解法、氢氧化钠熔融法和氯化法等。钽铌分离可采用溶剂萃取法〔常用的萃取剂为甲基异丁基铜(MIBK)、磷酸三丁酯(TBP)、仲辛醇和乙酰胺等〕、分步结晶法和离子交换法。


  钽废料具有以下几种性能,我们需要去了解。


  1、钽废料可作容量大、体积小、性能稳定的固体电解电容,用于雷达、导弹、超音速飞机和电子计算机上。


  2、钽废料能制造石油化工热交换器、加热器、浓缩器及反应器的槽、塔、管道和阀门等。


  3、钽废料也用作电子发射管和高功率电子管零件材料。钽废料合金可作超音速飞机燃烧室及耐热耐高强材料,钽废料钨合金的导弹喷嘴,在1650℃下仍有8kg/mm2的强度。


  4、碳化钽废料可单独或与其他碳化物一起,用作锻模、切削工具、喷气发动机涡轮叶片、阀及火箭喷嘴涂层。碳化钽废料硬度和金刚石差不多,广泛用于制造硬质合金。


  钽废料还具有与人体组织的稳定性和愈合性,可作外科补形材料和人造骨头,还可作接骨板、螺丝、铗杆和缝合针等。


  钽废料的质地十分坚硬,硬度可以达到6-6.5。它的熔点高达2996℃,仅次于钨和铼,位居第三。钽废料富有延展性,可以拉成细丝式制薄箔。其热膨胀系数很小,每升高一摄氏度只膨胀百分之六点六。除此之外,它的韧性很强,比铜还要优异。


  钽废料还有非常出色的化学性质,具有极高的抗腐蚀性。无论是在冷和热的条件下,对盐酸、浓硝酸及“王水”都不反应。将钽废料放入200℃的硫酸中浸泡一年,表层仅损伤0.006毫米。实验证明,钽废料在常温下,对碱溶液、氯气、溴水、稀硫酸以及其他许多药剂均不起作用,仅在氢氟和热浓硫酸作用下有所反应。这样的情况在金属中是比较罕见的。