Содержание К1Ь20 5 |
в |
колумбите |
(танталите) |
колеб- |
двпоя |
от 26 до 77%, |
а |
содержание |
Ta20 s — от |
1 до |
77%. |
Крупные залежи |
колумбитов находятся в Нигерии, |
США, Австралии. Большие месторождения ниобиевых руд недавно открыты в Канаде.
Другим раапростра.неннььм минералом ниобия является пирохлор. Отношение iNb:Ta в нем колеблется от 40 до 268; содержание Nb20 5 доходит до 70%.
Кроме того, ниобии входит в состав лопарита, содержа щего примерно 41% iNb20 5, около 40% ТЮ2 и 20% окислов
редкоземельных элементов. Среднее отношение Nb:Ta в лопа.рите 26.
Запасы ниобийсодержащих руд в СССР полностью обеспечивают потребность отечественной промышленности.
Руды ниобия, как правило, содержат незначительные количества ниобиевы1Х минералов, поэтому руды обогаща
ют, получая концентраты, которые и используют в произ водстве ферромиобия.
ВАЖ НЕЙШ ИЕ СОЕДИНЕНИЯ НИОБИЯ
Некоторые соединения ниобия |
и их |
свойства приведены |
в табл. |
157. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1S7 |
|
Свойства |
некоторых соединений |
ниобия |
|
|
Температура плавления |
Теплота образования |
Соеди |
|
АН 293° |
К |
|
|
|
нение |
°c |
°K |
ккал/кмоль |
кдою/кмоль |
|
Fe3Nb„ |
1655 |
1928 |
— |
|
— |
NbC |
3500—3300 |
3773—4073 |
—33 600 |
—140 680 |
NbN |
2050 |
2323 |
—56 800 |
—237 810 |
NbjOj |
1512 |
1785 |
— 455 200 |
—1 905 830 |
NbOa |
1915 |
2183 |
—190 900 |
—799 260 |
NbO |
1 945 |
2218 |
— 116 000 |
—485 670 |
СОРТАМЕНТ ФЕРРОНИОБИЯ
|
Сортамент |
феррониобпя приведен |
в табл. |
158. |
|
|
|
|
|
ФеррониобиЙ |
|
|
Т а б л и ц а 158 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Химический состав, % |
|
|
|
|
Марка |
Nb+Ta |
с |
Si |
А1 |
Р |
S |
TI |
Технические |
|
условия |
|
|
не ме |
|
|
не |
более |
|
|
|
|
нее |
|
|
|
|
|
|
Н61 |
50 |
0. 12 |
10,0 |
7 |
0, 27 |
0, 03 |
7 |
МТУ 2735-51 |
|
Н62 |
50 |
0,20 |
11,5 |
7 |
0, 32 |
0,05 |
7 |
МТУ 27 35—51 |
|
НбО |
50 |
0,25 |
2,0 |
2,5 |
0,32 |
0, 05 |
А |
ВТУ 2752—58 |
П р и м е ч а й но. При повышении содержания ниобия сверх ука занного допускается пропорциональное увеличение содержания при месей. ФеррониобиЙ поставляется упакованным а тару в кусках весом не более J 0 кг.
СЫРЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Шихтой иля производства феррониобия служат ниобиевый.концентрат, алюминиевая крупка, железная руда и нат
риевая селитра *. |
|
|
|
|
|
|
в |
Состав |
н и о б и е в о г о к о н ц е н т р а т а приведен |
табл. |
159. |
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
159 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Состав |
пирохлорового |
ниобиевого |
концентрата |
|
|
|
|
|
|
(по |
МПТУ |
4423— 54) |
|
|
|
|
|
|
£ |
“ W |
Отношение содержания примесей, %. |
|
|
|
|
•г со л |
к содержанию (Nb-f-Ta)2Os. % |
V |
0) |
|
|
|
не более |
|
|
|
Марка |
(3 |
» «г |
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
t " |
|
|
|
|
|
rt |
- ч |
|
|
О |
т * |
|
|
|
|
|
п uV° |
|
|
%£> - |
р |
SiOj |
S |
С |
ТЮ2 |
|
|
О Г с О |
и |
Ь |
|
|
|
|
|
|
|
О |
а о |
|
к н |
37,0 |
0,003 |
0,32 |
0,05 0,005 |
0,35 |
1,0 |
|
П р и м е ч а н и я : I. Состав указан в расчете на абсолютно сухое
вещество.
2. Концентрат содержит также около 12% ZrOu.
•Иногда для повышения удельной теплоты процесса применяют бертолетову соль,
Перед плавкой .ко-нцент.рат тщательно просушивают. Размер частиц концентрата не должен превышать 2 мм.
Иногда вместо ниобиевого концентрата применяют те х н и ч е с к у ю п я т и о к и с ь н и о б и я , получаемую хими
ческой переработкой концентрата. Состав технической пятнокиси ниобия приведен в табл. .160.
Т а б л и ц а 160
Состав технической |
пятиокиси |
ниобия |
(по ТУ — М У |
М О С 8022— |
58) |
|
|
Содержание примесей на |
1% содержания |
|
|
|
|
(Nb-!-Ta)20 6. |
%, |
не более |
|
|
8fc> |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
« т а |
S |
С |
р |
п о . |
Si02 |
Fe.Oa |
HfO |
. |
50 |
0,001 |
0,003 |
0,002 |
0. |
10 |
0, 03 |
0, 3 |
0, 2 |
50 |
0,002 |
0,003 |
0,003 |
0, 15 |
0, 08 |
0, 3 |
0, 3 |
50 |
0,002 |
0,003 |
0,0035 |
0, 20 |
0, |
15 |
0, 3 |
0, 4 |
А л ю м и н и е в у ю к р у п к у приготовляют из первич
ного алюминия, состав которого приведен в табл. 99. Алюминиевая крупка должна иметь следующий ситовый
состав:
Фракция, м м ............... < 0 ,1 |
0,1 —1, 0 |
1,0 —3,0 |
Содержание, |
% . . . |
<10 |
>80 |
<10 |
Ж е л е з н а я |
р у д а |
(гематитовая) должна быть чистой |
от посторонних примесей. Примерный состав железной ру ды: 97,0% Ре20 3, 2,0% S i02, 0,5% А120 3, 0,2% СаО, 0,3%
MgO, 0,03% Р, 0,04% S. Перед плавкой руду просушивают и .просеивают через трехмпллиметровое сито.
Н а т р и е в а я |
с е л и тр а , |
применяемая в .качестве |
окислителя, должна |
быть белой, |
свежепросушенной, про |
сеянной через трехмпллиметровое сито. .Примерный состав селитры .приведен на стр. 197.
ПРОИЗВОДСТВО ФЕРР0НИ0БИЯ
Фер.рониобий производят алюминотерм-ическим спосо бом. Необходимая удельная теплота процесса (термячность шихты) составляет примерно 770 ккал)кг (3224 кож/кг).
В табл. 161 приведены основные реакции, протекающие при производстве феррониобия.
Т а б л и ц а 161
Реакции процесса плавки феррониобнп
Тепловой эффект
|
л н |
298° К |
|
j |
|
|
|
Реакция |
|
|
ккал |
ОЫ |
|
|
И |
Количество тепла па 1 кг
восстанав ливаемого Ш И Х Т Ы
окисла
VtN b.O,+V .Al=V4Nb+ |
— 8 -185 |
— 355 |
250 |
800 |
3349 |
597 |
2500 |
+7 .A I.O . |
—57 182 —239 |
410 |
|
|
|
|
SiO.+V.AI=Si-b7.AI.O. |
953 |
3990 |
596 |
2495 |
2Fe077 .A l = 2Fe+ |
—139 932 |
—585 |
870 |
972 |
4070 |
777 |
3253 |
-i-7.AI.0a |
|
|
|
|
|
|
|
7 . F e ,0 34-7 .A I=V .Fe+ |
— 136 500 |
— 571 |
500 |
1280 |
5359 |
960 |
4018 |
4-7.AI.O, |
—41 ISO —172 |
4 10 |
|
|
355 |
|
i 0 2+ 7 .A l= T i- f7 .A U 0 3 |
515 |
2156 |
I486 |
Коэффициенты перехода элементов из шихты в сплав, %;
N b ...................... |
......................95 |
Z r ...................... |
...................... |
10 |
Т а ...................... |
......................55 |
P ......................... |
...................... |
60 |
S |
i ...................... |
......................SO |
c ...................... |
...................... |
40 |
F |
e ...................... |
......................99 |
s ..................................................... |
...................... |
15 |
T i ......................
Для составления шихты обычно пользуются шихтовой таблицей, полученной «а основании расчетоз и практичес кого опыта (табл. 162).
|
|
Т а б л и ц а 162 |
Практическая таблица |
составления шихты для плавки феррониобия |
на |
пирохлоровых |
концентратах |
|
|
Количество шихтовых материалов на |
|
100 кг концентрата, |
кг |
(Nb + Ta)2Oc |
|
|
|
в концентратах, % |
алюминиевая |
железная |
селитра |
|
крупка |
Руда |
37—4 0 |
4 3 - 4 4 |
8—8.5 |
25 ,5 —26 |
40—43 |
44-4-1,5 |
8 ,5 —9 |
2 5 - 2 5 ,5 |
4 3—46 |
44, 5 —45 |
9 - 9 , 5 |
24—25 |
46—4 3 |
45—45,5 |
9 ,5 —10 |
23—24 |
При выплавке феррониобпя .на отсевах, 'получаемых обо гащением богатого шлака от производства феррониобпя, для составления шихты пользуются табл. 163.
|
|
Т а б л и ц а 163 |
Практическая |
таблица состаоления шихты |
для плааки феррониобия |
на отсевах |
|
Количество шихтовых материалов на |
Содержание метал |
500 |
кг отсевов, кг |
лической части |
|
|
в отсевах, % |
алюминиевая |
селитра |
|
крупка |
10—15 |
215—205 |
300 |
15 -2 5 |
1 80—1 70 |
250 |
25 |
145—135 |
200 |
Примерный состав шихты при использовании техничес кой лятиокиси ниобия, кг:
Техническая пятиокнсь ниобия ............................. |
100 |
Алюминиевая к р у п к а ........................................... |
48—5 2 |
Железная руда ...................................................... |
1S—20 |
Натриевая селитра.................................................. |
12—14 |
Кварцит .................................................................... |
17—20 |
Шихтовые .материалы необходимо тщательно взвеши вать (с точностью до 1 кг/т), так как процесс продолжает
ся всего несколько минут, что исключает возможность кор ректировки состава во время плавки. После взвешивания шихтовые материалы в течение 30 мин смешивают в бара
банном смесителе. Необходимо соблюдать следующий поря док засыпки составляющих: концентрат, железная руда, се литра, алюминиевая крупка.
Для уменьшения выноса .шихтовых материалов во вре мя плавки подготовленную шихту целесообразно брикети ровать. Связующим при брикетировании служит жидкое стекло ('1 кг стекла и 3 кг воды на 1 0 0 кг иирохлоровосо
концентрата). Брикеты поступают в конвейерную печь, где сушатся при 325—330° С в течение 30 мин.
При выплавке феррониобия на брикетах существенно улучшаются технико-экономические показатели • процесса. Металл в этом случае хорошо отделяется от шлака, в то
время как при работе на порошкообразной шихте |
металл |
иногда не отделяется от нижних слоев шлака. |
так и |
Плавку феррониобня можно вести как с верхним, |
с нижним запалом. Плавка с верхним запалом более проста |
в промышленном отношении, протекает с большой скоро стью и со значительно меньшим выносом. шихтовых мате риалов. Однако она имеет ряд серьезных недостатков:
1) малое использование объема плавильного горна;
2) большие |
тепловые |
потерн в процессе |
плавки; |
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 164 |
Сравнение технико-экономических показателей |
|
промышленных плавок |
ферроннобия |
(50% |
N b) |
|
|
с верхним |
и |
нижним запалом |
|
|
Показатели |
■ |
|
|
С верхним |
С нижним |
|
|
запалом |
запалом |
Извлечение ниобия. % ................................. |
|
|
|
89, 46 |
95, 27 |
Расход, кг/т : |
|
(30% |
МЬ2Оь) |
2646 |
2502 |
ниобневого концентрата |
алюминиевой крупки ............................. |
|
|
|
1090 |
910 |
натриевой селитры .................................... |
|
|
|
|
891 |
603 |
железной руды ........................................ |
|
|
от веса |
|
164 |
155 |
Потерн сплава в |
корольках. % |
6—7 |
1,5 |
восстановленного металла ................................. |
|
|
|
3)невозможность регулирования скорости проплавления шихты;
4)бурный ход плавки, увеличивающий потери металла
ввиде корольков.
Эти недостатки делают более 'целесообразной плавку феррониобия с нижним запалом, при которой техникоэкономичеакие показатели значительно выше (табл. 164).
Готовую .плавку выдерживают в шахте до .полного за твердевания (не менее 8 ч), после чего шахту снимают, а блок металла и шлака выдерживают около 5 ч па воздухе. Застывший металл разбивают на куски весом до 10 кг.
Богатый металлом шлак и выплески идут на размол и пе реплав.
От каждой плавки отбирают среднюю пробу, которую анализируют на содержание ниобия + тантала, кремния, алюминия, фосфора и серы. Кроме того, каждую десятую плавку анализируют на содержание углерода, титана н циркония.
В табл. 165 приведены 'отклонения от .нормального хода плавки, причины их возникновения и способы устранения
Ферроннобнн является очень дорогим сплавом: В се бестоимости ферроннобня стоимость концентрата составля ет 92%- Поэтому извлечение'Пиобия должно быть предель но высоким (в настоящее время извлечение .ниобия колеблется около 90%). Кроме того, необходимо вести борьбу со всевозможными потерями па производстве (рас пыление, выплески и т. и.).
Все богатые отходы производства, выплески расплава, крошку металла следует тщательно собирать и переплав лять.
Наряду с внепечным способом практикуется алюмннотермическая выплавка ферроппобия из лопаритовых кон центратов в. дуговой печи. Сплав при этом содержит 20— 24% iNb.
5
СПЛАВЫ БОРА
БОР
Бор — элемент III группы периодической системы. Обо значение В; порядковый номер 5; атомная мама Л0,811. Содержание в земной коре 0,01 %■
Соли бора'— борациты— были известны арабам еще в раннем средневековье.
Впервые бор выделили в 1808 г. французские химики Гей-Люссак и Тенар. Чистый кристаллический бор был по лучен лишь в 1909 г.
Бор является сильным раскнслителем. Введение 0,0025— 0,0030% В улучшает механические свойства и прокаливаемость стали. Насыщение поверхности стальных изделий бо ром (борирование) во много раз повышает их износоустой чивость. В количестве 0,5—3,5% бор входит в состав некоторых комплексных сплавов, служащих для раскисле ния п измельчения зерна стали.
Незначительные добавки бора (сотые доли процента) в сплавы алюминия, меди, никеля и других металлов значи тельно улучшают качество этих сплавов.
Соединения бора находят применение в стекольной, ке рамической, кожевенной промышленности, в сельском хо
зяйстве, |
медицине. |
|
19 Заказ |
1719 |
289 |
Ф И ЗИ КО -ХИ М ИЧЕСКИ Е |
|
СВОЙСТВА |
БОРА |
|
|
Плотность: |
2,30 |
|
кристаллического б о р а |
|
аморфного б о р а ................................ |
1,73 |
|
Температура, °С |
2027 (2300 °К) |
|
плавления ......................... |
|
кипения ........................... |
3927 (4200 °К) |
|
Валентность............................. |
3 н 5 |
М И НЕРАЛЫ |
БОРА |
|
Основные минералы бора — борацит Mg7Cl2Bi6O30, ашарит M gHB03, природная борная кислота Н3В 03, колеманнт
СззВзОп • 5НгО. |
|
боратов имеются |
в |
Италии |
•Крупные месторождения |
(область Тоскана), США |
(штат Калифорния), |
Турции, |
Южной Америке (в районе Кордильер). |
находятся |
В Советском |
Союзе месторождения боратов |
в Казахстане и |
в Европейской части. |
|
|
ВАЖ НЕЙ Ш И Е СО ЕД ИН ЕНИ Я БОРА
Некоторые соединения бора и их свойства показаны в
табл. |
166. |
|
|
Т а б л и ц а 166 |
|
|
|
|
|
Свойства |
некоторых соединений бора |
|
|
Температура плавления |
Теплота образования |
|
ЛЯ 298°К |
Соединение |
|
|
° с |
° к |
ккал/кмоль |
кдж/кмоль |
Fe„B |
1390 |
1663 |
|
|
F e B .................. |
I 530 |
1803 |
__ |
__ |
b „ o 3 .............................. |
450 |
723 |
— 305 340 |
— 1 278 400 |
B N .................. |
3000 |
3273 |
— 60 300 |
—252 460 |
B , C .................. |
2400— |
2673— |
—12 200 |
— 51 080 |
|
24 50 |
2723 |
- 1 4 500 |
—60 710 |
.............................. |
— |
|
B:S3 ............... |
— |
— |
— 106 700 |
—446 730 |
СОРТАМЕНТ СПЛАВОВ |
БОРА |
|
|
Сортамент сплавов бора приведен в табл. 167.
В промышленности |
применяется также богатый ферро |
бор, содержащий 15— |
17% В, |
1—3% А1 и до 1% Si. Нахо |
дят применение сплавы бора |
е железом, кремнием и алю- |
