高纯钽铌原料研究进展

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0234

Abstract

Abstract:

Tantalum and niobium metals are indispensable strategic materials，which are widely used in integrated circuits，aerospace，automotive，superconductivity and other fields.The content about the resource distribution，hydrometallurgy，and the preparation of high purity of tantalum and niobium were introduced，and the technical status at home and abroad was analyzed.It was pointed out that the world's tantalum and niobium resource producing countries were Brazil，Canada，Australia，Africa，and other countries.The grade of tantalum and niobium resources in China was very low and highly dependent on imports.The hydrometallurgical methods for separating tantalum and niobium could be divided into alkali method，acid method and chlorination method.The alkali methods included alkali melting method and alkaline hydrothermal method.The acid methods included sulfuric acid method and hydrofluoric acid method.The preparation of high purity oxides must go through the process of leaching，extraction，separation and purification，filtration and washing and calcination.The method of preparing high purity tantalum and niobium by vacuum electron beam melting and the removal of impurities in the metal was also introduced.This method could achieve a purity over 99.999%（5 N） for tantalum and over 99.99%（4 N） for niobium.Finally，the application of high purity tantalum and niobium raw materials in integrated circuit，artificial crystal growth，and other fields was introduced.The preparation technology and products of high purity tantalum niobium were analyzed and compared with domestic and foreign enterprises.The development direction in future of tantalum and niobium raw materials was pointed out.

Key words: tantalum niobium raw materials, hydrometallurgy, high purity tantalum and niobium synthesis, vacuum electron beam melting, high purity sputtering target

CLC Number:

TQ135.1

ZHANG Heng, CHEN Kunfeng, XUE Dongfeng. Research progress of high purity tantalum niobium[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(12): 1-12.

Figures/Tables 11

Table 1

Table 2

Table 3

Table 4

Table 5

Fig.1

Fig.2

Fig.3

Fig.4

Fig.5

Table 6

Information table about domestic and foreign enterprise of high purity tantalum/niobium products"

企业名称	国家	企业简介	纯度
H.C.Starck	德国	世界钽行业三强之一，是一家在高性能材料领域具有全球领导地位的公司，产品包括钽、铌、钨、钼等	w（Ta，Nb）≥4N 可定制更高纯度
Global Advanced Metal（GAM）	美国	世界钽行业三强之一，运营的Wodgina矿场是世界上最大的已知单一钽矿床，公司提供多种高品质钽铌	w（Ta）≥4N 可定制更高纯度
中色（宁夏）东方集团有限公司	中国	世界钽行业三强之一，主要从事稀有金属钽、铌、钛及其合金等高技术产品的研发、生产、销售和进出口	w（Ta）：3N5~4N5 w（Nb）：3N5、4N
CBMM	巴西	世界铌产品三大生产商之一，拥有最大铌矿Araxa经营权，是铌相关应用技术开发先驱和行业领导者，铌市场占有率约为75%~85%	w（Nb）：≥3N8 可定制更高纯度
MagrisResources	加拿大	全球铌产品三大生产商之一，拥有Niobec的经营权，铌市场含占有率约为8%~10%	w（Nb）：≥3N 可定制更高纯度
洛阳栾川钼业集团有限公司	中国	世界三大铌产品生产商之一，2016年收购巴西Catalao矿，铌市场占有率约为8%~12%	w（Nb）：≥3N 可定制更高纯度
有研亿金新材料有限公司	中国	主要研发、生产和销售集成电路用超高纯金属靶材、稀贵金属功能材料和铂族金属	w（Ta）：4N、4N5
宁波江丰电子材料股份有限公司	中国	创建于2005年，专业从事超大规模集成电路制造用超高纯金属材料及溅射靶材的研发生产	w（Ta）：3N5~5N
中恒伟创金属材料有限公司	中国	主要销售钽、铌、钛、锆等金属及常规加工型材，以及舟、坩埚、溅射靶材、镀膜靶材、机加件等深加工制品	w（Ta）：≥3N5 w（Nb）：3N5
威海元素金属新材料科技有限公司	中国	高纯材料研制开发、销售企业，产品包括溅射靶材、蒸镀材料、高纯金属、半导体材料、贵金属材料等	w（Ta）：3N5~4N w（Nb）：4N~5N
丰联科光电（洛阳）股份有限公司	中国	成立于2001年，是专业从事电子信息靶材、难熔金属材料及深加工制品的生产、研发和销售的高新技术企业	w（Nb）：≥3N5

Table 6

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矿物名称	化学式	w（Ta₂O₅）/%	w（Nb₂O₅）/%
钽铁矿	（Fe，Mn）（Ta，Nb）₂O₆	15~86.17	2~4
铌铁矿	（Fe，Mn）（Ta，Nb）₂O₆	1.40	10~78.72
细晶石	（Ga，Na，Th，TR）₂ （Nb，Ta，Ti）₂（O，HO，F）₇	68.4~83.53	0~7.7
烧绿石（黄绿石）	（Ga，Na，Th，TR）₂ （Nb，Ta，Ti）₂（O，HO，F）₇	0~5.86	37.54~75.12
易解石	（Ce，Th）（Nb，Ti）₂O₅	0~6.9	23.8~32.5
褐钇铌矿	（Y，Er，Ce，U，Th）（Nb，Ta，Ti）O₄	2.5~17	33.64~47
重钽铁矿	（Fe，Mn）（Ta，Nb）₂O₆	65.67~83.96	1.17~1.37
锰钽矿	（Ta，Nb，Sb，Mn，Fe）₄O₈	68.96	8.3
锡锰钽矿	（Ta，Nb，Sb，Mn，Fe）O₂	69.58	8.37
铈铌钙钛矿	（Ce，La，Na，Ca，Sr）（Ti，Nb）O₃	0.75	16.15
黑稀金矿	（Y，Ce，Ca，U，Th）（Nb，Ta，Ti）₂O₆	0~22.53	3.83~47.43
钛铌钽矿	（Ti，Ta，Fe，Nb）O₂	37.65	11.32
铌铁金红石	（Ti，Nb，Fe）O₂	0.39~14.9	0.9~42.99

国家	2021年产量/t	2022年产量/t	储量/t
合计	1 840	2 000	>319 000
澳大利亚	44	57	99 000
巴西	360	370	40 000
刚果（金）	790	860	—
卢旺达	269	350	—
尼日利亚	110	110	—
中国	76	78	180 000
俄罗斯	39	39	—
布隆迪	39	39	—
其他国家	108	97	—

国家	2021年产量/t	2022年产量/t	储量/t
总计	87 600	79 000	>17 000 000
巴西	78 700	71 000	16 000 000
加拿大	7 500	6 500	1 600 000
刚果（金）	580	600	—
俄罗斯	450	450	—
乌干达	158	210	—
其他国家	170	190	—

产品	应用
钽粉、钽丝	集成电路中的钽电容器、电子产品、医疗器械、手机信号屏蔽装置、航空设备、汽车部件、功率二极管等
钽板	化工领域的反应器、热交换器、防腐层、压力容器、航空航天部件和医疗器械等
钽靶	溅射靶材、半导体镀膜及光学镀膜领域，用作存储器、光学存储、电容器、平板显示器、光通信等领域
钽合金	航空航天发动机叶片、喷气发动机涡轮盘、叶片，武器装备、穿甲弹等
碳化钽	切削工具、刀具

产品	应用
铌铁	世界90%的铌以铌铁形式用于钢铁生产，钢中加入微量铌可以增强钢的强度、韧性、屈服强度、高温抗氧化性和耐腐蚀性，减轻钢的质量
铌钛、铌锡	具有较高的超导转变温度，广泛用于制造各种工业超导体，如超导发电机、超导磁线圈
铌合金	高纯铌和铌合金在航空航天中应用广泛，如制造火箭、飞船的发动机和耐热部件，高纯铌可用于高能粒子实验，制作超导加速腔
铌酸锂	声表面波滤波器、谐振器、延迟线、光调制器、电光调Q开关
碳化铌	切削工具、陶瓷材料
氧化铌	电池、电容器、光学玻璃、光调制器等

National Inorganic Salts Information Center

Inorganic Acid-Base-Salt Committee of CIESC

Research progress of high purity tantalum niobium

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