Inorganic Chemicals Industry >
Research progress of high purity tantalum niobium
Received date: 2024-04-26
Online published: 2024-12-31
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.
ZHANG Heng , CHEN Kunfeng , XUE Dongfeng . Research progress of high purity tantalum niobium[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024 , 56(12) : 1 -12 . DOI: 10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0234
| [1] | 姚春彦，王天刚，倪培，等.铌钽矿床类型、特征与研究进展［J］.中国地质，2021，48（6）：1748-1758. |
| YAO Chunyan， WANG Tiangang， NI Pei，et al.Metallogenic types，characteristics and research progress of Nb-Ta deposits［J］.Geology in China，2021，48（6）：1748-1758. | |
| [2] | 曹飞，杨卉芃，张亮，等.全球钽铌矿产资源开发利用现状及趋势［J］.矿产保护与利用，2019，39（5）：56-67，89. |
| CAO Fei， YANG Huipeng， ZHANG Liang，et al.Current situation and trend analysis of global tantalum and niobium mineral resources［J］.Conservation and Utilization of Mineral Resources，2019，39（5）：56-67，89. | |
| [3] | 董延涛，李天骄，陈秀法.全球铌钽资源开发利用格局及对策建议［J/OL］.自然资源情报，1-9［2024-10-22］.http：//kns.cnki.net/kcms/detail/10.1798.N.20240513.1644.002.html. |
| DONG Yantao， LI Tianjiao， CHEN Xiufa.The development and utilization pattern and governance strategies of global niobium and tantalum resources［J］.Natural Resources Information，1-9［2024-10-22］.http：//kns.cnki.net/kcms/detail/10.1798.N.20240513.1644.002.html. | |
| [4] | Survey U.S.Geological.Mineral commodity summaries［EB/OL］.［2023-01］.https：//www.usgs.gov/centers/national-minerals-information-center/niobium-and-tantalum-statistics-and-information. |
| [5] | 左更.中国钽铌市场发展现状及未来展望［J］.冶金经济与管理，2023（5）：4-7. |
| ZUO Geng.The analysis on development of the tantalum and niobium market in china［J］.Metallurgical economy and management，2023，（5）：4-7. | |
| [6] | 张林.新时代钽铌产业发展［J］.中国有色金属，2019（10）：44-46. |
| ZHANG Lin.Development of tantalum and niobium industry in new era［J］.China Nonferrous Metals，2019（10）：44-46. | |
| [7] | YU J W， CHOI S H， SIM J J，et al.Fabrication of 4N5 grade tantalum wire from tantalum scrap by EBM and drawing［J］.Archives of Metallurgy and Materials，2019：935-941. |
| [8] | 左更.我国稀缺性战略金属资源保供稳供问题的思考：以钽、铌、铬、钴为例［J］.中国国土资源经济，2023，36（9）：4-13，23. |
| ZUO Geng.Thinking on the problem of stable supply of scarce strategic metal resources in China：Take tantalum，niobium，chromium and cobalt for example［J］.Natural Resource Economics of China，2023，36（9）：4-13，23. | |
| [9] | PANG Rui， WANG Zhiqiang， LI Jinkai，et al.Polymorphs of Nb2O5 compound and their electrical energy storage applications［J］.Materials，2023，16（21）：6956. |
| [10] | CHEN Kunfeng， WU Ji′an， HU Qianyu，et al.Omni-functional crystal：Advanced methods to characterize the composition and homogeneity of lithium niobate melts and crystals［J］.Exploration，2022，2（4）：20220059. |
| [11] | 陈家镛，杨守志，柯家骏，等.湿法冶金的研究与发展［M］.北京：冶金工业出版社，1998：5-7. |
| [12] | 周宏明，郑诗礼，张懿.钽铌湿法冶金技术概况及发展趋势探讨［J］.现代化工，2005，25（4）：16-19. |
| ZHOU Hongming， ZHENG Shili， ZHANG Yi.Technology survey and development tendency investigation on tantalum-niobium hydrometallurgical extraction［J］.Modern Chemical Industry，2005，25（4）：16-19. | |
| [13] | 高文成，温建康，武彪，等.处理铌钽矿的冶金技术进展概况［J］.稀有金属，2016，40（1）：77-84. |
| GAO Wencheng， WEN Jiankang， WU Biao，et al.Metallurgical progress of niobium-tantalum extraction［J］.Chinese Journal of Rare Metals，2016，40（1）：77-84. | |
| [14] | 孙林泉，王丽娜，于宏东，等.低品位含铌矿物中铌的提取工艺研究进展［J］.化工学报，2021，72（4）：1847-1862. |
| SUN Linquan， WANG Lina， YU Hongdong，et al.Research progress on extraction technologies of niobium from low-grade niobium-bearing minerals［J］.CIESC Journal，2021，72（4）：1847-1862. | |
| [15] | 胡根火.钽铌湿法冶金分离方法评述［J］.稀有金属与硬质合金，2015，43（1）：29-32. |
| HU Genhuo.Review of tantalum-niobium hydrometallurgical separation processes［J］.Rare Metals and Cemented Carbides，2015，43（1）：29-32. | |
| [16] | SHIKIKA A， SETHURAJAN M， MUVUNDJA F，et al.A review on extractive metallurgy of tantalum and niobium［J］.Hydrometallurgy，2020，198：105496. |
| [17] | RODRIGUEZ M H， ROSALES G D， PINNA E G，et al.Extraction of niobium and tantalum from ferrocolumbite by hydrofluoric acid pressure leaching［J］.Hydrometallurgy，2015，156：17-20. |
| [18] | RAJAK D K， JORDAAN R， GóMEZ-ARIAS A，et al.Extractive metallurgy of columbite-tantalite ore：A detailed review［J］.Minerals Engineering，2022，190：107917. |
| [19] | 刘建迪，王静静，李伟，等.钽的提取研究进展［J］.矿产保护与利用，2021，41（2）：163-173. |
| LIU Jiandi， WANG Jingjing， LI Wei，et al.Research progress of tantalum extraction［J］.Conservation and Utilization of Mineral Resources，2021，41（2）：163-173. | |
| [20] | 刘宁，杨辉，姚力军，等.集成电路用大尺寸高纯钽靶材的制备工艺进展［J］.集成电路应用，2018，35（2）：24-28. |
| LIU Ning， YANG Hui， YAO Lijun，et al.The progresses on fabrication of large size high-purity tantalum targets for integrated circuits［J］.Application of IC，2018，35（2）：24-28. | |
| [21] | 张颖.高纯钨、钼、钽、铌工业分析进展［J］.湖南有色金属，2012，28（6）：71-76. |
| ZHANG Ying.Development of high pure tungsten molybdenum tantalum and niobium industrial analysis［J］.Hunan Nonferrous Metals，2012，28（6）：71-76. | |
| [22] | 高远，彭能，金明亚，等.靶材用氧化铌粉体的制备及表征［J］.粉末冶金工业，2019，29（2）：16-20. |
| GAO Yuan， PENG Neng， JIN Mingya，et al.Preparation and characterization of niobium oxide powders for target［J］.Powder Metallurgy Industry，2019，29（2）：16-20. | |
| [23] | DEBLONDE G J P， WEIGEL V， BELLIER Q，et al.Selective recovery of niobium and tantalum from low-grade concentrates using a simple and fluoride-free process［J］.Separation and Purification Technology，2016，162：180-187. |
| [24] | NZEH N S， ADEOSUN S， POPOOLA A P，et al.Process applications and challenges in mineral beneficiation and recovery of niobium from ore deposits：A review［J］.Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review，2022，43（7）：833-864. |
| [25] | ZHU Zhaowu， CHENG CHU yong.Solvent extraction technology for the separation and purification of niobium and tantalum：A review［J］.Hydrometallurgy，2011，107（1）：1-12. |
| [26] | 郭顺，鲁东，郑金凤，等.棒状及纤维状氧化钽的制备［J］.有色金属（冶炼部分），2023（10）：115-119. |
| GUO Shun， LU Dong， ZHENG Jinfeng，et al.Preparation of tantalum oxide with rod and fibrous morphology［J］.Nonferrous Metals （Extractive Metallurgy），2023（10）：115-119. | |
| [27] | 稀美资源（广东）有限公司.一种用铌钽铁生产氧化铌的方法：中国，202311169774.2［P］.2023-12-08. |
| [28] | 晏慧娟，唐德胜.传统工艺生产氧化钽（铌）除杂技术特点及研究进展［J］.稀有金属与硬质合金，2016，44（4）：14-19. |
| YAN Huijuan， TANG Desheng.Technological features and the latest development of impurity separation during tantalum（niobium）oxide production by traditional process［J］.Rare Metals and Cemented Carbides，2016，44（4）：14-19. | |
| [29] | SUN Linquan， ZHANG Xukun， WANG Lina，et al.Separation and extraction of niobium from H2SO4 solution containing titanium and iron impurities［J］.Separation and Purification Technology，2022，295：121207. |
| [30] | HABINSHUTI J B， MUNGANYINKA J P， HIMANSHU T，et al.Fluoride-free，simple，and environmentally friendly extraction of mixed oxides of niobium and tantalum from the Nigerian and Rwandan columbite-tantalite concentrates［J］.Minerals Engineering，2023，201：108201. |
| [31] | SHIKIKA A， ZABENE F， MUVUNDJA F A，et al.Efficient extraction of Ta and Nb from a coltan ore through alkaline roasting，water leaching，precipitation，and oxalic acid leaching［J］.Journal of Sustainable Metallurgy，2022，8（4）：1932-1947. |
| [32] | KOLOSOV V N， ORLOV V M， MIROSHNICHENKO M N，et al.Preparation of high-purity tantalum powders by sodium-thermal reduction［J］.Inorganic Materials，2012，48（9）：903-907. |
| [33] | 张伟宁，陈飞，鲁东，等.钽铌湿法冶金技术设备的发展与展望［J］.冶金与材料，2018，10（6）：96-97. |
| ZHANG Weining， CHEN Fei， LU Dong，et al.Development and prospect of tantalum-niobium hydrometallurgy technology and equipment［J］.Metallurgy and Materials，2018，10（6）：96-97. | |
| [34] | 任志东，王东新，郭涛，等.用于制备超高纯钽锭的氟钽酸钾研究与生产实践［J］.云南冶金，2021，50（3）：51-54. |
| REN Zhidong， WANG Dongxin， GUO Tao，et al.Production practice and study on potassium fluorotantalate for preparation of ultra-high purity tantalum ingot［J］.Yunnan Metallurgy，2021，50（3）：51-54. | |
| [35] | MIRJI K V，SHEELA， SAIBABA N.Technological challenges in extractive metallurgy and refining of Nb，Ta and preparation of their compounds & alloys［J］.Materials Today：Proceedings，2016，3（9）：3151-3161. |
| [36] | 姚修楠，郝小雷，贾志强.工业射频超导腔用高纯铌锭制备工艺综述［J］.宁夏工程技术，2018，17（2）：183-187. |
| YAO Xiunan， HAO Xiaolei， JIA Zhiqiang.Review on the preparation of high-purity niobium ingot for industrial RF superconducting cavities［J］.Ningxia Engineering Technology，2018，17（2）：183-187. | |
| [37] | VUTOVA K， VASSILEVA V， KOLEVA E，et al.Investigation of tantalum recycling by electron beam melting［J］.Metals，2016，6（11）：287. |
| [38] | 杨柳倩.高纯金属的制备技术及应用综述［EB/OL］.［2021-03-30］.https：//mp.weixin.qq.com/s/ZVzXwIiuGkrGE3KiktwCjg. |
| [39] | 任军帅，张英明，郭学鹏，等.射频超导腔用高纯铌材制备［J］.稀有金属材料与工程，2019，48（2）：688-692. |
| REN Junshuai， ZHANG Yingming， GUO Xuepeng，et al.Preparation of high purity niobium ingot for RF superconducting cavity［J］.Rare Metal Materials and Engineering，2019，48（2）：688-692. | |
| [40] | 任志东，白掌军，李树荣，等.真空电子束熔炼制备超高纯钽锭工艺研究［J］.湖南有色金属，2020，36（6）：53-55. |
| REN Zhidong， BAI Zhangjun， LI Shurong，et al.The study of ultra-high purity tantalum ingot preparation by vacuum electron beam melting［J］.Hunan Nonferrous Metals，2020，36（6）：53-55. | |
| [41] | SANKAR M， MIRJI K V， SATYA PRASAD V V，et al.Purification of niobium by electron beam melting［J］.High Temperature Materials and Processes，2016，35（6）：621-627. |
| [42] | CHOI G S， LIM J W， MUNIRATHNAM N R，et al.Purification of niobium by multiple electron beam melting for superconducting RF cavities［J］.Metals and Materials International，2009，15（3）：385-390. |
| [43] | CHOI G S， LIM J W， MUNIRATHNAM N R，et al.Preparation of 5N grade tantalum by electron beam melting［J］.Journal of Alloys and Compounds，2009，469（1/2）：298-303. |
| [44] | OH J M， LEE B K， CHOI G S，et al.Preparation of ultrahigh purity cylindrical tantalum ingot by electron beam drip melting without sintering process［J］.Materials Science and Technology，2013，29（5）：542-546. |
| [45] | YOU Xiaogang， DONG Gengyi， ZHOU Haijing，et al.Removal of oxygen，nitrogen，and inclusions in powder superalloy scraps by electron beam smelting and induced solidification and the purification mechanisms［J］.Separation and Purification Technology，2023，304：122290. |
| [46] | 吴孟海，聂腾飞，唐建成，等.细晶粒高纯铌靶材的研制［J］.稀有金属与硬质合金，2021，49（4）：62-66. |
| WU Menghai， NIE Tengfei， TANG Jiancheng，et al.Development of niobium target with fine grain and high purity［J］.Rare Metals and Cemented Carbides，2021，49（4）：62-66. | |
| [47] | 宜楠，权振兴，赵鸿磊，等.集成电路用钽溅射靶材制备工艺研究［J］.材料开发与应用，2016，31（3）：71-75. |
| YI Nan， QUAN Zhenxing， ZHAO Honglei，et al.Research on processing of tantalum target for sputtering to LSIS［J］.Development and Application of Materials，2016，31（3）：71-75. | |
| [48] | 潘伦桃，李彬，郑爱国，等.钽在集成电路中的应用［J］.稀有金属，2003，27（1）：28-34. |
| PAN Luntao， LI Bin， ZHENG Aiguo，et al.Application of tantalum to LSIC［J］.Chinese Journal of Rare Metals，2003，27（1）：28-34. | |
| [49] | 钟景明，何季麟，汪凯，等.芯片用钽阻挡层材料织构控制技术研究［J］.稀有金属，2018，42（12）：1273-1280. |
| ZHONG Jingming， HE Jilin， WANG Kai，et al.Texture control of tantalum barrier layer used for chips［J］.Chinese Journal of Rare Metals，2018，42（12）：1273-1280. | |
| [50] | 刘正.集成电路铜互连中钽硅氮扩散阻挡层的制备及其阻挡特性研究［D］.长沙：中南大学，2008. |
| LIU Zheng.Preparation of tantalum-silicon-nitrogen diffusion barrier in copper interconnection of integrated circuits and its barrier characteristics［D］.Changsha：Central South University，2008. | |
| [51] | DING Yuping， WANG Song， ZHANG Min，et al.Effect of warm crossing rolling on the microstructure，texture and annealing behavior of high-purity tantalum［J］.Metals，2023，13（5）：838. |
| [52] | 金融时事.半导体金属行业深度报告：镓、钽、锡将显著受益于半导体复苏［EB/OL］.［2024-01-24］.https：//zhuanlan.zhihu.com/p/679603209. |
| [53] | 刘潘.2023年全球及中国半导体行业现状及发展趋势分析，国产替代已成必然趋势［EB/OL］.［2023-09-19］.https：//www.huaon.com/channel/trend/927496.html. |
| [54] | 何金江，吕保国，贾倩，等.集成电路用高纯金属溅射靶材发展研究［J］.中国工程科学，2023，25（1）：79-87. |
| HE Jinjiang， Baoguo LYU， JIA Qian，et al.Development of high-purity metal sputtering targets for integrated circuits［J］.Strategic Study of CAE，2023，25（1）：79-87. | |
| [55] | CHEN Kunfeng， LI Yanlu， PENG Chao，et al.Microstructure and defect characteristics of lithium niobate with different Li concentrations［J］.Inorganic Chemistry Frontiers，2021，8（17）：4006-4013. |
| [56] | 史国强，陈昆峰，唐供宾，等.铌酸锂晶体缺陷研究中的介尺度团簇演变［J］.硅酸盐学报，2023，51（6）：1425-1438. |
| SHI Guoqiang， CHEN Kunfeng， TANG Gongbin，et al.Evolution of mesoscale clusters in study of defects in lithium niobate crystals［J］.Journal of the Chinese Ceramic Society，2023，51（6）：1425-1438. | |
| [57] | CHEN Kunfeng， ZHU Yunzhong， LIU Zhihua，et al.State of the art in crystallization of LiNbO3 and their applications［J］.Molecules，2021，26（22）：7044. |
| [58] | 陈宇能，陈昆峰，薛冬峰.铌酸锂晶体铁电畴调控及器件应用研究进展［J］.无机盐工业，2024，56（6）：1-13. |
| CHEN Yuneng， CHEN Kunfeng， XUE Dongfeng.Research progress of preparation and device application of lithium niobate crystal ferroelectric domain［J］.Inorganic Chemicals Industry，2024，56（6）：1-13. | |
| [59] | 刘锋，陈昆峰，彭超，等.大尺寸晶体快速生长理论与技术的研究进展［J］.人工晶体学报，2022，51（S1）：1732-1744. |
| LIU Feng， CHEN Kunfeng， PENG Chao，et al.Research progress on theory and technology of rapid growth of large-size crystals［J］.Journal of Synthetic Crystals，2022，51（S1）：1732-1744. | |
| [60] | LIU F， CHEN K， XUE D.How to fast grow large-size crystals？［J］.Innovation（Cambridge （Mass.）），2023，4（4）：100458. |
| [61] | LIU Feng， CHEN Kunfeng， XUE Dongfeng.Theoretical models for large-sized crystal growth［J］.CrystEngComm，2024，26（8）：1159-1169. |
| [62] | 余伟民，徐卓.光电材料之铌酸锂行业研究：薄膜铌酸锂技术突破，调制器国产化浪潮将至［EB/OL］.［2023-05-04］.https：//www.vzkoo.com/document/2023050439b76dcc5ae302fc97f2dc36.html？keyword. |
| [63] | 王招华，马俊.铌酸锂晶体行业研究报告：AI革命催生新需求，国产替代推动新方向［EB/OL］.［2023-12-07］.https：//www.vzkoo.com/document/202312071d7904d433a8880300025c91.html？keyword. |
| [64] | 华经情报网.中国铌行业发展现状、上下游产业链分析、市场竞争格局及发展前景［EB/OL］.［2022-05-25］.https：//xueqiu.com/1973934190/220882044. |
| [65] | 郑金凤，扈百直，杨国启，等.高纯钽溅射靶材制备工艺进展［J］.湖南有色金属，2016，32（4）：54-56，80. |
| ZHENG Jinfeng， HU Baizhi， YANG Guoqi，et al.Fabrication technology progress of high purity tantalum sputtering target［J］.Hunan Nonferrous Metals，2016，32（4）：54-56，80. Doi:1 | |
| [66] | 李小平，邵杰，张亚军，等.高RRR值高纯铌材的加工方法及射频超导腔用铌材：中国，111515618A［P］.2020-08-11. |
| [67] | 有研集团研制的国内单枪最大功率电子束熔炼炉投产［J］.中国有色冶金，2021，50（6）：96. |
| The domestic single-gun maximum power electron beam melting furnace developed by Youyan Group was put into operation［J］.China Nonferrous Metallurgy，2021，50（6）：96. | |
| [68] | 宁夏东方钽业股份有限公司.高纯钽粉及其制备方法：中国，202210466030.6［P］.2022-07-15. |
| [69] | 同创（丽水）特种材料有限公司.一种高纯钽锭及其制备方法：中国，202310742170.6［P］.2023-09-15. |
/
| 〈 |
|
〉 |