氧化铌的碳热还原教材

氧化铌的碳热还原冶金工程032班高妮铌的性质

铌是非常稳定的化学元素。铌对于很多腐蚀性介质在冷态或稍热的条件下不起反应。致密的铌在空气中只在温度高于200℃时才明显氧化。铌同氯于200℃、同氮于400℃、同氢于250℃才发生反应。常温下铌对许多种酸和盐的溶液都是稳定的，但溶于氢氟酸、氢氟酸和硝酸的混合酸以及浓碱溶液。铌有多种氧化物。铌同氢生成固溶体和金属氢化物。铌对氢的吸收是可逆的，在加热和真空下又能将氢析出。铌同一些原子半径小的元素如硼、碳、硅、氮等生成的化合物都具有很高的熔点和很大的硬度。铌同卤素生成卤化物、卤氧化物和配酸盐。铌的资源

铌在自然界矿物中多为共生形态。世界铌矿储量（以铌计）已查明的为760万短吨（一短吨=907.2公斤）。我国铌储量1993年为390余万吨，当年产量为16.349吨。铌的制取

提取铌主要包括分解精矿、分离钽铌、制取化合物和金属、精炼等过程。金属铌的工业生产方法有碳热还原法、钠热还原法和铝热还原法。铌的用途

铌以铌铁形式用于钢铁工业，消费量占世界铌消费量的85%以上，多用于碳素钢和高强度低合金钢。铌在钢中的主要作用是通过控制脱溶碳化铌的大小和分布，而达到提高钢的抗磨损性、抗腐蚀性、晶粒细化和脱溶强化，从而改善钢的性能。铸铁中添加铌能析出坚硬耐磨的碳氮化铌相，从而提高强度和延长使用寿命。铌在高温合金中的消费量占总消费量的10%左右。铌和铌合金可用作宇宙飞船及其重返大气层时的耐高温结构材料、原子反应堆的结构材料，并且用于制造石油和化学工业中的耐酸设备、热交换器和加热器等。含铌、镍、钴的超级合金可用于制作喷气发动机的部件。铌同钛、锡、锆、铝、锗的合金或金属化合物所形成的超导体具有重要意义，铌钛合金和铌锡化合物是目前已经应用的主要超导材料。虽不如钽的阳极氧化膜稳定，但由于钽的资源较少，所以，以一部分铌代替钽，用铌钽合金制造小型电解电容器，这种电容器已在民用电子产品中逐步得到应用，并有广阔和前景。氧化铌可作高折射率的光学玻璃的添加剂。铌酸锂是一种优良的压电晶体，用于彩色电视滤波器和雷达延迟线等。铌酸锶钡单晶可制造激光通信装置的调制器。碳化铌可制造超硬工具和模具。二硒化铌粉可作电动机械和仪表装置的自润滑填充剂。

热力学分析Nb2O5(s)+5C(s)=Nb(s)+5CO(g)-----1△G1Ø=[1317000-848.7(T/k)]j/mol2Nb2O5(s)+Nb(s)=5NbO2(s)-----2△G2Ø=[-142000-5.0(T/k)]j/molNb(s)+C(s)=NbC(s)-----3△G3Ø=[-130100-1.67(T/k)]j/mol2Nb(s)+C(s)=Nb2C(s)-----4△G4Ø=[-193700-11.71(T/k)]j/mol考察如下的反应能否进行NbO(s)+Nb2C(s)=3Nb(s)=CO(g)-----5△G5Ø=[493600-184.1(T/k)]j/mol

标态下△G5=△G5Ø≤0

解得T≥2681K标态下T太高由于是增容反应因此可采用抽真空的办法降低反应温度

怎样确定真空度?△G5=△G5Ø+RTln(Pco/PØ)=493600-184.1*2000+8.314*2000

ln(Pco/PØ)令△G5≤0得Pco

≤53.8Pa

注意实际工作情况

优势区图分析5式生成的CO还可作为还原剂参加反应

NbO(s)+CO(s)=Nb(s)+CO2(g)(a)2Nb(s)+2CO(g)=Nb2C(s)+CO2(g)(b)2NbO(s)+4CO(g)=Nb2C(s)+3CO2(g)(c)Nb2C(s)+2CO(g)=2NbC(s)+CO2(g)(d)Log(Pco2/PØ)=Log(Pco/PØ)+logKa

(A)Log(Pco2/PØ)=2Log(Pco/PØ)+logKb(B)Log(Pco2/PØ)=4/3Log(Pco/PØ)+1/3logKc(C)

Log(Pco2/PØ)=2Log(Pco/PØ)+logKd(D)T=2000K时

logKa=-3.4

logKb

=-0.13