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烟台废铌回收之铌的应用

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工业用途
钴的物理、化学性质决定了它是生产耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料。钴基合金或含钴合金钢用作燃汽轮机的叶片、叶轮、导管、喷气发动机、火箭发动机、导弹的部件和化工设备中各种高负荷的耐热部件以及原子能工业的重要金属材料。钴作为粉末冶金中的粘结剂能保证硬质合金有一定的韧性。磁性合金是现代化电子和机电工业中不可缺少的材料,用来制造声、光、电和磁等器材的各种元件。钴也是磁性合金的重要组成部分。在化学工业中,钴除用于高温合金和防腐合金外,还用于有色玻璃、颜料、琅及催化剂、干燥剂等。据英国《金属导报》报道,来自硬质金属部门和超合金方面对钴的需求较为强劲。另外,钴在电池部门消费量增长率。国内有关报道讲,钴在蓄电池行业、金刚石工具行业和催化剂行业的应用也将进一步扩大,从而对金属钴的需求呈上升趋势。单独钴矿床一般分为砷化钴矿床、硫化钴矿床和钴土矿矿床三类。钴除单独矿床外,大量分散在夕卡岩型铁矿、钒钛磁铁矿、热液多金属矿、各种类型铜矿、沉积钴锰矿、硫化铜镍矿、硅酸镍矿等矿床中,其品位虽低,但规模往往较大,是提取钴的主要来源。综合矿床伴生钴的评价指标尚无统一规定,一般选冶性能好的矿石,含钴品位大于0.01%。钴精矿的品位0.2%便有价值,如果金属矿床规模大、矿石综合回收效好,钴有多少算多少。钴硫精矿按化学成分,精矿分为六个等级,均按干矿品位计算。



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根据估算,铌在地球地壳中的丰度为百万分之20,在所有元素中排列第33位。部份科学家认为,铌在整个地球中的含量更高,但因密度高而主要聚集在地核中。铌在自然界中不以纯态出现,而是和其他元素结合形成矿物。这些矿物一般也含有钽元素,例如钶铁矿(即铌铁矿,(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6)和钶钽铁矿((Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6)。含铌、钽的矿物通常是伟晶岩和碱性侵入岩中的副矿物。其他矿物还有钙、铀和钍以及稀土元素的铌酸盐,例如烧绿石((Na,Ca)2Nb2O6(OH,F))和黑稀金矿((Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6)等。这些大型铌矿藏出现在碳酸盐岩(一种碳酸盐、硅酸盐火成岩)附近,亦是烧绿石的组成成份。
巴西和加拿大拥有的烧绿石矿藏。两国在1950年代发现这些矿藏,至今仍是铌精矿的产国。世界矿藏位于巴西米纳斯吉拉斯州阿拉沙的一处碳酸盐侵入岩地带,属于CBMM(巴西矿物冶金公司);另一矿藏位于戈亚斯,属于英美资源,同样是碳酸盐侵入岩。以上两个矿场的产量占世界总产量的75%。第三大矿场位于加拿大魁北克省萨格奈附近,产量占世界7%。



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超导应用
人们很早以前就发现,当温度降低到接近零度的时俟,有些物质的化学性质会发生突然的改变,变成一种几乎没有电阻的“超导体”。物质开始具有这种奇异的“超导”性能的温度叫临界温度。不用说,各种物质的临界温度是不一样的 [4]  。
要知道,超低温度是很不容易得到的,人们为此而付出了巨大的代价;越向零度接近,需要付出的代价越大。所以我们对超导物质的要求,当然是临界温度越高越好。
具有超导性能的元素不少,铌是其中临界温度的一种。而用铌制造的合金,临界温度高达温度十八点五到二十一度,是目前最重要的超导材料。
人们曾经做过这样一个实验:把一个冷到超导状态的金属铌环,通上电流然后再断开电流,然后,把整套仪器封闭起来,保持低温。过了两年半后,人们把仪器打开,发现铌环里的电流仍在流动,而且电流强弱跟刚通电时几乎完全相同!
从这个实验可以看出,超导材料几乎不会损失电流。如果使用超导电缆输电,因为它没有电阻,电流通过时不会有能量损耗,所以输电效率将大大提高。
有人设计了一种高速磁悬浮列车,它的车轮部位安装有超导磁体,使整个列车可以浮起在轨道上约十厘米。这样一来,列车和轨道之间就不会再有摩擦,减少了前进的阻力。一列乘载百人的磁悬浮列车,只需一百马力的推动力,就能使速度达到每小时五百公里以上。
用一条长达二十公里的铌锡带,缠绕在直径为一点五米的轮缘上,绕组能够产生强烈而稳定的磁场,足以举起一百二十二公斤的重物,并使它悬浮在磁场空间里。如果把这种磁场用到热核聚变反应中,把强大的热核聚变反应控制起来,那就有可能给我们提供大量的几乎是无穷无尽的廉价电力。
不久前,人们曾用铌钛超导材料制成了一台直流发电机。它的优点很多,比如说体积小,重量轻,成本低,与同样大小的普通发电机相比,它发的电量要大一百倍。 [4]
高温合金
世界上很大一部份铌以纯金属态或以高纯度铌铁和铌镍合金的形态,用于生产镍、和铁基高温合金。这些合金可用于喷射引擎、燃气涡轮发动机、火箭组件、涡轮增压器和耐热燃烧器材。铌在高温合金的晶粒结构中会形成γ''相态。这类合金一般含有6.5%的铌。Inconel 718合金是其中一种含铌镍基合金,各元素含量分别为:镍50%、18.6%、铁18.5%、铌5%、钼3.1%、钛0.9%以及铝0.4%。应用包括作为高端机体材料,如曾用于双子座计划。
C-103是一种铌合金,它含有89%的铌、10%的铪和1%的钛,可用于液态火箭推进器喷管,例如阿波罗登月舱的主引擎。阿波罗服务舱则使用另一种铌合金。由于铌在400°C以上会开始氧化,所以为了防止它变得易碎,须在其表面涂上保护涂层。



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