Уровень чистоты ванадия, ниобия и тантала (по материалам выставки-коллекции веществ особой чистоты)

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

В статье рассмотрен уровень чистоты и примесный состав образцов ванадия, ниобия и тантала, представленных на Выставке-коллекции веществ особой чистоты. Получены оценки среднего и суммарного содержания элементов-примесей в наиболее чистых образцах. Рассмотрен примесный состав массива элементов 5-й группы Периодической системы элементов Д.И. Менделеева и вклад отдельных групп примесей. Обсуждается уровень чистоты элементов 5-й группы и их соединений, производимых в России и за рубежом.

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Данная работа продолжает серию статей, посвященных современному уровню чистоты простых веществ и их соединений и его отражению в материалах Выставки-коллекции веществ особой чистоты, работающей на базе ИХВВ РАН с 1974 года. В работах [1–4] были рассмотрены 1–4-я группы Периодической системы (ПС) элементов Д.И. Менделеева. Настоящая статья посвящена элементам 5-й группы: ванадию, ниобию и танталу. Состояние вопроса в конце XX века детально представлено в монографии [5]. За 20 лет произошло повышение уровня чистоты элементов 5-й группы ПС, производимых зарубежными фирмами: ниобия и тантала – с 4N до 5N, ванадия – с 4N5 до 5N по содержанию примесей металлов [5, 6].

В статье рассмотрен примесный элементный состав образцов ванадия, ниобия и тантала Выставки-коллекции. Для установления статистических характеристик примесного состава по неполным данным анализа применен метод, использованный в [1-4] с аналогичным разбиением примесей на классы [7]:

  • газообразующие и легкие p-элементы (класс «ГО и легкие»): H, C, N, O, F, Cl, B, Al, Si, P, S;
  • 13 p-элементов 13–16-й групп ПС (класс p-элементы) – Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se, Te, Br, I;
  • переходные металлы (класс ПМ) – 26 элементов 4–12-й групп ПС;
  • щелочные и щелочноземельные металлы (класс ЩМ и ЩЗМ): 10 элементов 1- и 2-й групп ПС;
  • редкоземельные металлы (класс РЗМ): 16 элементов 3-й группы ПС.

Приводится информация о достигнутом в настоящее время уровне чистоты элементов 5-й группы в России и мире. Уровень чистоты представлен числом девяток (6N=99.9999 мас.% основы, 5N5=99.9995 мас.% основы и т.д.).

ВАНАДИЙ, НИОБИЙ И ТАНТАЛ НА ВЫСТАВКЕ-КОЛЛЕКЦИИ ВЕЩЕСТВ ОСОБОЙ ЧИСТОТЫ

На Выставке-коллекции в настоящее время 16 образцов элементов 5-й группы. 12 образцов поступили в 1974–1994 годах из АО «Гиредмет» (Москва), ОХМЗ «Гиредмета» (Подольск, Московская обл.), Верхне-Пышменского химико-металлургического завода (В-ПХМЗ, Свердловская обл.), ННЦ ХФТИ (Харьков, Украина), ИМЕТ РАН. 4 образца в 2009–2022 годах поступили из АО «Гиредмет», ФБГУ (Москва), АО «НИИ НПО «Луч» (Подольск, Московская обл.).

Большинство образцов прошли глубокую очистку методами электронно-лучевой бестигельной зонной плавки, электронно-лучевой плавки, индукционной зонной плавки и электропереноса. Для анализа образцов применялись методы искровой и лазерной масс-спектроскопии, кулонометрический, реакционной газовой хроматографии, нейтронно-активационный и др.

Ванадий. На Выставке-коллекции 5 образцов ванадия. Наиболее чистыми являются образцы, поступившие из ННЦ ХФТИ (1980 г.) [5] и АО «Гиредмет» (2009 г.). Оценка суммарного содержания примесей, найденная в образцах как сумма классов примесей, составляет 2.5×10–3 ат.% (2.3×10–3 мас.%) и 1×10–2 ат.% (7×10–3 мас.%) соответственно. Определяющий вклад вносят примеси классов «ГО и легкие» и ПМ, уровень чистоты данных образцов по примесям металлов составляет 5N. Остальные образцы ванадия соответствуют уровню чистоты не выше 3N.

Ниобий. На Выставке-коллекции 6 образцов ниобия. Образец ННЦ ХФТИ (1974 г.) [5] характеризуется низким содержанием примеси Ta – 4×10–5 ат.% (8×10–5 мас.%). В образце не определялись примеси классов «ГО и легкие» и РЗМ. Оценка суммарного содержания примесей металлов из остальных классов составляет 1.3×10–4 ат.% (2.2×10–4 мас.%). Определяющий вклад в эту величину вносят примеси класса ПМ; уровень чистоты данного образца составляет 5N8. В двух образцах В-ПХМЗ (1987 г.) основной вклад вносят примеси кислорода и углерода – (5–9)×10–3 ат.% ((7–10)×10–4 мас.%)), содержание примеси Ta в образцах – 2×10–5 и <10–5 ат.% (4×10–5 и <2×10–5 мас.%) соответственно. Уровень чистоты данных образцов по примесям металлов также 5N8. Остальные образцы ниобия соответствуют уровню чистоты 4N3–4N8.

Тантал. На Выставке-коллекции 5 образцов тантала. Наиболее чистым является образец, поступивший из АО «Гиредмет» в 1991 г. Образец характеризуется низким содержанием примеси Nb – 2.8×10–4 ат.% (1.4×10–4 мас.%) [5]. Оценка суммарного содержания примесей, найденная в данном образце как сумма классов примесей, составляет 1.8×10–3 ат.% (2.5×10–4 мас.%). Определяющий вклад в эту величину вносят примеси класса «ГО и легкие» – 1.5×10–3 ат.% (1×10–4 мас.%) и ПМ – 3×10–4 ат.% (1.5×10–4 мас.%); уровень чистоты данного образца по всем примесям металлов составляет 5N8. На рис. 1 приведены примесный состав и распределение примесей по концентрации в данном образце. Образец АО «Гиредмет», поступивший в 1982 г., также характеризуется низким содержанием примеси Nb – 7×10–3 ат.% (3.5×10–3 мас.%); уровень чистоты образца составляет 4N6. В остальных трех образцах содержание примеси Nb 0.03–0.1 ат.% (0.015–0.05 мас.%) и на порядки превышает содержание остальных примесей металлов; без учета примеси Nb уровень чистоты данных образцов тантала 4N4–5N8.

 

Примесь

Содержаниe ат.%

 

Примесь

Содержаниe ат.%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

1.5×10–3

 

Cs

<1×10–5

Nb

3×10–4

 

I

<1×10–5

Mo

4×10–5

 

In

<1×10–5

Mg

6×10–6

 

Rb

<1×10–5

Cl

5.510–6

 

Rh

<1×10–5

Fe

5×10–6

 

Sr

<1×10–5

Ca

4×10–6

 

Tc

<1×10–5

H

<2×10–1

 

Y

<9×10–6

O

<1×10–2

 

Ti

<8×10–6

N

<1×10–3

 

P

<6×10–6

F

<1×10–4

 

Sc

<6×10–6

Se

<6×10–5

 

Si

<6×10–6

W

<6×10–5

 

Al

<5×10–6

Hg

<4×10–5

 

K

<5×10–6

Pd

<4×10–5

 

B

<4×10–6

Pt

<4×10–5

 

Na

<4×10–6

Os

<3×10–5

 

Co

<3×10–6

Ru

<3×10–5

 

Cr

<3×10–6

Sn

<3×10–5

 

Cu

<3×10–6

Te

<3×10–5

 

Hf

<3×10–6

Ag

<2×10–5

 

Mn

<3×10–6

Br

<2×10–5

 

Ni

<3×10–6

Ir

<2×10–5

 

Zn

<3×10–6

Re

<2×10–5

 

As

<2×10–6

Sb

<2×10–5

 

Th

<2×10–6

Tl

<2×10–5

 

U

<2×10–6

Ba

<1×10–5

 

Zr

<2×10–6

Bi

<1×10–5

 

Pb

<9×10–7

Рис. 1. Примесный состав образца тантала (а) и распределение примесей по концентрации (экспериментальные данные и теоретическая оценка): по оси абсцисс отложено значение –lgx (x-концентрация примеси, ат.%), по оси ординат – число примесей, попавших в данный интервал (б).

 

На Выставке-коллекции представлен ряд востребованных соединений элементов 5-й группы: оксиды и хлориды ниобия и тантала, бромид тантала, оксихлорид ванадия, два элементоорганических соединения ванадия – трисизоропоксиванадат и этилбензолдиэтилбензолванадий. Образцы поступили в 1975–2007 гг. из АО «Гиредмет», Соликамского магниевого завода, ООО «ПРОМХИМПЕРМЬ», Верхне-Пышменского химико-металлургического завода, ННГУ им. Н.И. Лобачевского (Нижний Новгород), НИИ Химии ННГУ. Особенности их примесного состава детально описаны в [5, 8, 9]. Уровень чистоты выставочных образцов данных соединений по металлам составляет 3N8–5N8.

 

Таблица 1. Характеристики примесного состава наиболее чистых образцов элементов 5-й группы, ат.%

Образец

Организация,

год

Nx

Ny

lgSumx

lgSump

±ΔlgSump

Основные

классы

примесей

lgSumK±ΔlgSumK

V(1)

АО «Гиредмет» 2009

14

55

2.00

1.99

0.06

«ГО и легкие»

2.05*

Nb(1)

В-ПХМЗ 1987

14

52

1.75

1.43

0.84

«ГО и легкие»

1.43±0.85

V(2)

ННЦ ХФТИ 1980

18

54

2.83

2.61

0.37

«ГО и легкие»

ПМ

2.82±0.42

3.01±0.70

Nb(2)

В-ПХМЗ 1987

20

49

2.01

2.01

0.01

«ГО и легкие»

2.02*

Ta(1)

АО «Гиредмет» 1982

8

11

2.09

2.28

1.37

ПМ

2.30±1.42

Ta(2)

АО «Гиредмет» 1991

7

46

2.74

2.75

0.11

«ГО и легкие»

2.82*

Nb(3)**

ННЦ ХФТИ 1974

4

25

4.31

3.90

1.13

ПМ

3.90±1.15

Примечание. Nx– число примесей в образце с установленной концентрацией;
Ny – число определявшихся примесей с содержанием ниже предела обнаружения методов анализа;
lgSumx – (–lg) суммарного содержания примесей в образце с измеренной концентрацией;
lgSump, ±ΔlgSump – оценка (–lg) суммарного содержания примесей в образце и ее неопределенность;
lgSumK±ΔlgSumK – оценка (–lg) суммарного содержания примесей в классах и ее неопределенность.
* Оценка по величине суммарного содержания примесей в классе с измеренной концентрацией.
** В образце не определялись промеси класса «ГО и легкие».

 

Характеристики примесного состава массива образцов элементов 5-й группы. В табл. 1 приведены характеристики примесного состава наиболее чистых образцов ванадия, ниобия и тантала Выставки-коллекции.

Обследованность данного массива образцов на примеси составляет 66.5% (общая) и 15% для примесей с измеренной концентрацией. В массиве определялись все примеси за исключением инертных газов.

 

Рис. 2. Среднее содержание примесей в наиболее чистых образцах элементов 5-й группы, для которых есть измеренные значения концентрации (оценки приведены с доверительными интервалами;  - средняя концентрация примеси, ат. %).

 

На рис. 2 приведена оценка среднего содержания 28 примесей с измеренной концентрацией для данного массива образцов. Средняя концентрация отдельных примесей находится в интервале 2.5×10–7–6×10–3 ат.%; наиболее высокие ее значения (6-10)×10–3 ат.% установлены для примесей кислорода, углерода и азота. Для 48 примесей средние пределы обнаружения лежат в интервале 4×10–7–4×10–2 ат.

 

Таблица 2. Интегральные характеристики примесного состава массива 6 наиболее чистых образцов элементов 5-й группы. Разложение на классы примесей, (–lg) концентрации, ат.%

Примеси

SX

SY

NX

NY

lgSumX

lgSumY

lgSum

±ΔlgSum

Все примеси массива

(без разбиения на классы)

4.52

1.06

5.16

0.92

85

292

2.53

2.41

2.20

0.27

:

«ГО и легкие»

4.11

1.23

3.55

1.61

33

16

2.59

1.89

2.45

0.29

ПМ

4.74

0.95

5.20

0.84

36

106

3.54

3.60

3.33

0.28

ЩМ и ЩЗМ

4.87

0.55

5.29

0.55

16

35

4.62

4.39

4.31

0.23

p-элементы

  

5.33

0.75

 

69

 

4.12

>4.12

 

РЗМ

  

5.26

0.80

 

66

 

4.17

>4.17

 

Сумма классов примесей

        

2.39

0.25

Примечание. . SX – среднее и среднеквадратичное отклонение для величины X = –lg x (x-концентрация примеси);
Y̅ –. SY – то же для Y = –lg y (y – предел обнаружения);
NX – число примесей в массиве с установленной концентрацией;
NY – число примесей в массиве с установленным пределом обнаружения;
lgSumX значение (–lg) среднего суммарного содержания примесей с измеренной концентрацией;
lgSumY – значение (–lg) средней суммы пределов обнаружения примесей;
lgSum. ±ΔlgSum – оценка (–lg) среднего суммарного содержания примесей и ее неопределенность.

 

В табл. 2 приведены оценки (–lg) среднего суммарного содержания и содержания различных классов примесей в массиве наиболее чистых образцов элементов 5-й группы. Уточненная оценка (–lg) среднего суммарного содержания примесей в данном массиве, найденная как сумма оценок для всех классов примесей, составляет 2.39±0.25, что ниже, чем оценка, полученная без разбиения примесей на классы – 2.20±0.27.

Примеси класса «ГО и легкие» вносят основной вклад в суммарное содержание примесей, равный 3,5×10–3 ат.%. Оценка среднего суммарного содержания примесей класса ПМ составляет 5×10–4 ат.%, примесей класса ЩМ и ЩЗМ – 5×10–5 ат.%. Классы примесей p-элементов и РЗЭ представлены пределами обнаружения; верхняя граница содержания примесей для обоих классов составляет 7×10–5 ат.%. Оценка среднего суммарного содержания примесей как суммы классов в «типичном» образце 5-й группы равна 4×10–3 ат.% (1.5×10–3 мас.%). Среднее суммарное содержание примесей всех металлов в массиве 7 наиболее чистых образцов V, Nb и Ta составляет 5.7×10–4 мас.% (38% от суммы всех примесей), что соответствует среднему уровню чистоты 5N4.

СОВРЕМЕННЫЙ уровень чистоты ЭЛЕМЕНТОВ 5-й группы В РОССИИ И МИРЕ

Разработка методов получения и глубокой очистки ванадия, ниобия и тантала. Массив образцов ванадия, ниобия и тантала на Выставке-коллекции, поступивших в XX веке, представительно отражает достигнутый в СССР уровень разработок.

Были созданы технологии переработки концентратов, методы получения V, Nb, Ta и соединений, развиты методы их глубокой очистки (ректификация галогенидов, электролитическое рафинирование, электронно-лучевая вакуумная плавка, электронно-лучевая бестигельная зонная плавка, индукционная зонная плавка и электроперенос, высокотемпературный отжиг в вакууме и др.), позволявшие получать комплексным применением нескольких методов продукты чистотой до 5N-5N8 по примесям металлов [5, 10–25].

Глубокая очистка пентахлоридов ниобия и тантала ректификацией позволила снизить содержание примесей до 10–5–10-6 мас.% [14]. Уровень чистоты образцов NbCl5 и TaCl5, прошедших очистку данным методом и представленных на Выставке-коллекции, по примесям металлов составляет 5N6 и 4N8 соответственно.

Разработан метод получения особо чистых металлических тантала и ниобия восстановлением водородом из пентахлоридов, прошедших очистку ректификацией. Уровень чистоты ниобия, полученного водородным восстановлением из петахлорида, составил 5N8 по примесям металлов [15].

Электролитическим рафинированием фтортанталата калия в расплаве галогенидов щелочных металлов получены порошки тантала с содержанием металлических примесей 10–5–10–7%, а примесей внедрения – 10–4–10–5% [16].

С использованием особо чистых реагентов разработаны методы получения порошков гидридов ниобия и тантала. Уровень чистоты гидридных порошков ниобия не менее 4N4 [17].

Вакуумтермическим рафинированием электролитических порошков ниобия и тантала получены образцы с содержанием отдельных примесей металлов не выше 10–3–10–4 мас.%, примесей внедрения не выше 10–2–10–3 мас.% [18].

Методами электронно-лучевой плавки и зонной плавки получены монокристаллы ниобия и тантала чистотой ≥5N [19]. Образец тантала чистотой 5N8 представлен на Выставке-коллекции и описан выше.

Применением зонной плавки при давлении ~ 10–4 Па и метода электропереноса получен ванадий чистотой 5N по примесям металлов; содержание примесей С, О, N <10–3% [20]. Уровень чистоты ниобия, полученного водородным восстановлением хлорида ниобия и затем подвергнутого зонному рафинированию в вакууме ~ 10-6 Па, составил 5N8; содержание примесей С, О, N и H по оценочным данным ~2.10–4% [22]. Данные образцы ванадия и ниобия представлены на Выставке-коллекции и описаны выше.

Применение зонной плавки при давлении ~ 10–4 Па с последующей высокотемпературной обработкой в среде кислорода при ~ 10–2 Па и в сверхвысоком вакууме ~ 10–8 Па позволило получить монокристаллы тантала с суммарным содержанием примесей <10–4 ат.% [23].

Зонной перекристаллизацией тантала в высоком вакууме, в разреженной среде кислорода и в сочетании с электропереносом были получены совершенные монокристаллы тантала чистотой 5N [24].

Восстановлением фтортанталата калия металлическим натрием с дальнейшим электронно-лучевым переплавом получены образцы тантала чистотой до 5N5 [25].

В XXI веке продолжены разработка и совершенствование технологий и методов получения особо чистых V, Nb, Ta и их соединений; при этом уровень их чистоты, достигнутый в XX веке, не превзойден [26–42].

Развиваются технологии извлечения редких металлов из различных видов вторичного сырья: шлаков, металлических отходов, лома твердых сплавов и др. [26–29]. Показаны возможности повышения чистоты извлеченных металлов методами электролитического рафинирования и электронно-лучевой плавки.

Разработана технология производства оксидов ванадия, вольфрама и молибдена высокой чистоты из техногенного сырья. Применение сорбционного разделения на ионообменных смолах соединений ванадия, молибдена и вольфрама позволит получать товарные продукты высокого качества [30].

Развиваются методы получения конденсаторных порошков ниобия и тантала. Тенденция развития технологии производства конденсаторов требует получения нанопорошков чистотой до 4N7 [31]. Из отходов производства высокочистых монокристаллов танталата лития восстановлением парами магния получены танталовые порошки чистотой ~4N [29]. Магнийтермическим восстановлением пентаоксида тантала после его экстракционной очистки получен танталовый порошок чистотой >4N [32, 33]. Тантал, полученный цинкотермическим восстановлением его пентахлорида, содержит металлические примеси по ≤10–3% каждой, Nb – (1-2)×10–3, O2 – 0.2 мас.% [34]. Восстановлением фтортанталата калия металлическим натрием получены порошки тантала с суммарным содержанием примесей Fe, Ni, Cr, Zr, Ca, Si, Mg, Nb <0.013 мас.% и кислорода 0.15–0.5 мас.% [35].

Многократным электронно-лучевым переплавом получены слитки ниобия с заданным интервалом соотношения удельных электросопротивлений 350–750 ед. при температурах 300 и 4.2K, суммарным содержанием ГО-примесей (Σ С, N, О, Н) <0.005 мас.% и примесей ПМ <0.04 мас.% [40].

Разработана технология высокочистых соединений ниобия и тантала, включающая экстракционное разделение и их глубокую очистку, синтез ниобата и танталата лития, выращивание монокристаллов, а также переработку отходов ниобата и танталата лития, образующихся в процессах резки монокристаллов на пьезопластины и механической обработки [41]. Для получения монокристаллов оптического качества суммарное содержание регламентируемых примесей, главным образом в исходном пентаоксиде ниобия, не должно превышать 3×10–3 мас.% [42].

Максимальный уровень чистоты по металлам – 6N – достигнут в настоящее время за рубежом для соединений элементов 5-й группы, относящихся к двумерным (2D) материалам (кристаллы V2NiSe4, NbReS4, NbTe4, WTaSe4, TaS3 и др.) [43].

Производство ванадия, ниобия и тантала в России и за рубежом. Максимальный уровень чистоты V, Nb и Ta, выпускаемых зарубежными фирмами, в настоящее время составляет 5N; для соединений – 5N–6N; значительное число зарубежных фирм производит продукцию чистотой 3N–4N [43–48].

В конце прошлого века в СССР на ряде предприятий выпускались металлы 5-й группы и их соединения чистотой до 5N [49]. В настоящее время уровень чистоты 4N–5N достигнут для выпускаемых соединений V, Nb и Ta. Металлы производят чистотой до 3N–4N.

АО «ЕВРАЗ Ванадий Тула» является в России основным предприятием по выпуску пентаоксида ванадия и феррованадия различных марок. В настоящее время доля производства ванадийсодержащих материалов АО «ЕВРАЗ Ванадий Тула» на Российском рынке составляет 70%. Разработана технология производства высокочистого оксида ванадия чистотой 3N8 [50, 51].

АО «Уралредмет» (Верхняя Пышма, Свердловская обл.) выпускает ванадий чистотой 2N5–3N, полученный методом электронно-лучевой плавки, и лигатуры на основе ванадия и ниобия [52].

Тантал и ниобий в России производят в основном из лопаритовых руд Лавозерского месторождения. Рядом предприятий – ОАО «Соликамский магниевый завод» (ОАО СМЗ), АО «Чепецкий механический завод» (АО ЧМЗ; Глазов, Удмуртия), НПК «Российские редкие металлы» (Санкт-Петербург) – освоены технологии переработки лопаритового концентрата.

На ОАО СМЗ из лопаритового концентрата получают оксиды, хлориды ниобия и тантала чистотой 3N–4N [50, 53]. Пентаоксиды ниобия и тантала частично направляются на Ульбинский металлургический завод (Усть-Каменогорск, Казахстан), где производят широкий спектр ниобиевой и танталовой продукции, в том числе слитки ниобия и тантала чистотой до 3N и 4N5 соответственно [54].

АО ЧМЗ производит слитки ниобия и тантала чистотой 3N–3N₂ и другую продукцию из данных металлов [50, 55]. Для производства ЧМЗ закупает исходное сырье в виде пентаоксидов ниобия и тантала. На предприятии освоена технология азотнокислого вскрытия лопаритового концентрата, создан опытно-промышленный участок по его переработке. ЧМЗ сможет выпускать пентаоксиды ниобия и тантала для собственных нужд и внешних потребителей [56].

Ряд научно-производственных организаций, предприятий и институтов России (ООО «Ланхит», ООО «Лаб-3», ООО ГК «СпецМеталлМастер» и др.) производит V, Nb, Ta и их соединения чистотой 2N6–5N [57–65] (табл. 3).

заключение

В конце прошлого века в СССР, а затем в России были разработаны методы получения элементов 5-й группы и их соединений чистотой до 5N–5N8, выпускалась продукция чистотой до 5N. Уровень зарубежных фирм в то время составлял 4N–4N5 [4, 5].

В настоящее время в России выпускаются соединения элементов 5-й группы чистотой до 4N–5N. Чистота металлических ванадия, ниобия и тантала не выше 4N5 (табл. 3 и 4).

 

Таблица 3. Некоторые производители продукции из ванадия, ниобия и тантала в России (указаны отдельные виды продукции – наиболее чистые марки)

АО «ЕВРАЗ Ванадий Тула» https://заводы.рф/factory/evraz-vanadiy-tula

VO₅ –3N8

АО «Уралредмет», Верхняя Пышма (Свердловская обл.)

http://www.uralredmet.ru/plavka.html

V – 2N5-3N

ОАО «Соликамский магниевый завод»
(ОАО СМЗ), Соликамск, Пермский край https://www.smw.ru/product/redkometalnaya/

NbCl5, TaCl53N–3N5
Nb2O5 для оптики и электроники – 3N5
Ta2O5 для оптики и электроники – 4N

АО «Чепецкий механический завод» (АО ЧМЗ),
Глазов, Удмуртия http://www.chmz.net/product/

Nb слиток –3N
Ta слиток электронно-лучевой плавки –3N₂

ООО «Лаб-3», Москва, Зеленоград
http://www.lab-3.ru/

V, Nb, Ta – до 4N

ООО «Ланхит», Москва
http://lanhit.ru/

V2O54N5 (мет. прим.)
Галогениды и другие соединения Nb и Ta чистотой до 4N–5N (мет. прим.):
NbCl5, NbBr53N–5N, Nb2O54N–4N8
TaCl54N–4N5, Ta2O5, TaBr53N–4N,
TaI54N

ООО ГК «СпецМеталлМастер»,
Москва https://specmetal.ru/catalog/tugoplavkie-metally/

V электролитический - ~ 3N–3N5
Nb слиток электронно-лучевой плавки – 4N
Nb порошок – 3N
Ta слиток – 3N6

ООО «ДАлХМ» Нижний Новгород
https://dalchem.com/ru/prodlist/element

Металлорганические соединения
V и Nb 98%
Хлориды V и Nb чистотой до 2N

ООО «Компонент-реактив»,
Москва, http://www.component-reaktiv.ru/

Ta ХЧ– 3N

АО «Химико-металлургическая компания» (АО «ХМК»),
Подольск (Московская обл.) https://hmkmet.ru/

V – 2N6
Nb – 2N8
Ta – 2N6

АО «НИИ НПО «Луч», Подольск, Московская обл.,
http://sialuch.com/product-detail/tppt/

Nb – 4N5 (образец Выставки-
коллекции, поступил в 2022 г.)

АО «Гиредмет», Москва
https://giredmet.ru/ru/production_cat/production-technologies/

Nb – 3N
Высокочистые галогениды Ta

АО «ВНИИХТ», Москва
https://vniiht.ru/production/ligatury-tugoplavkih-metallov/

Nb (технич.)
Ta (технич.)

 

Таблица 4. Достигнутый максимальный уровень чистоты элементов 5-й группы и их соединений, производимых в настоящее время в России и мире, в сравнении с образцами Выставки-коллекции

Элемент

V

Nb

Ta

Зарубежные
фирмы

5N

6N*

5N

6N

5N

6N

Россия

4N

4N5

4N5

5N

4N

4N5

Выставка-
коллекция

5N

5N8

5N8

5N6

5N8

4N8

*Соединения.

 

Чистота образцов элементов 5-й группы Выставки-коллекции в форме простого вещества, поступивших в последней четверти XX века, для наиболее чистых образцов превышает достигнутый тогда уровень зарубежных фирм. Структура примесного состава образцов свидетельствует о преобладающем вкладе в суммарное содержание примесей класса «ГО и легкие».

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

×

About the authors

О. П. Лазукина

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: lazukina@ihps-nnov.ru
Russian Federation, 603137 Нижний Новгород, ул. Тропинина,49

Е. Н. Волкова

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: lazukina@ihps-nnov.ru
Russian Federation, 603137 Нижний Новгород, ул. Тропинина,49

К. К. Малышев

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: lazukina@ihps-nnov.ru
Russian Federation, 603137 Нижний Новгород, ул. Тропинина,49

М. Ф. Чурбанов

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: lazukina@ihps-nnov.ru
Russian Federation, 603137 Нижний Новгород, ул. Тропинина,49

References

  1. Лазукина О.П., Малышев К.К., Волкова Е.Н., Чурбанов М.Ф. Уровень чистоты щелочных металлов (по материалам Выставки-коллекции веществ особой чистоты) // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 3. С. 327–332. https://doi.org//10.31857/S0002337X22030101
  2. Лазукина О.П., Малышев К.К., Волкова Е.Н., Чурбанов М.Ф. Уровень чистоты щелочноземельных металлов (по материалам Выставки-коллекции веществ особой чистоты) // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 11. С. 1235–1240. https://doi.org/10.31857/S0002337X21110099
  3. Лазукина О.П., Малышев К.К., Волкова Е.Н., Чурбанов М.Ф. Уровень чистоты редкоземельных металлов (по материалам Выставки-коллекции веществ особой чистоты) // Неорган. материалы. 2023. T. 59. № 8. С. 911–920. https://doi.org/10.31857/S0002337X23080109
  4. Лазукина О.П., Малышев К.К., Волкова Е.Н., Чурбанов М.Ф. Уровень чистоты титана, циркония и гафния (по материалам Выставки-коллекции веществ особой чистоты) / Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 10. С. 1155–1163. https://doi.org/10.31857/S0002337X2310007X
  5. Девятых Г.Г., Карпов Ю.А., Осипова Л.И. Выставка-коллекция веществ особой чистоты. М.: Наука, 2003. 236 с.
  6. Karpov Yu.A., Churbanov M.F., Baranovskaya V.B., Lazukina O.P., Petrova K.V. High Purity Substances – Prototypes of Elements of Periodic Table // Pure Appl. Chem. 2020. V. 92(8). P. 1357–1366. https://doi.org/10.1515/pac-2019-1205
  7. Малышев К.К., Лазукина О.П., Волкова Е.Н., Чурбанов М.Ф. Новая методика оценки среднего и суммарного содержания примесей в образцах высокочистых веществ // Неорган. материалы. 2016. Т. 52. № 3. С. 356–366. https://doi.org/10.7868/S0002337X1603009X
  8. Лазукина О.П., Малышев К.К., Волкова Е.Н., Чурбанов М.Ф. Примесный состав высокочистых твердых галогенидов // Неорган. материалы. 2019. Т. 55. № 12. С. 1351-1362. https://doi.org/10.1134/S0002337X19110095
  9. Лазукина О.П., Малышев К.К., Волкова Е.Н., Чурбанов М.Ф. Примесный состав образцов оксидов Выставки-коллекции веществ особой чистоты // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 3. С. 293–305. https://doi.org/10.31857/S0002337X21030088
  10. Федоров В.Д. Разработка технологий получения чистых соединений редких металлов // ВНИИХТ – 50 лет. Юбилейный сб. тр. 2001. С. 284–295. http://elib.biblioatom.ru/text/vniiht-50-let_2001/go,286/
  11. Паршин А.П., Коцарь М.Л., Верклов М.М. Металлургия урана, редкоземельных элементов и редких металлов // ВНИИХТ – 50 лет. Юбилейный сб. тр. 2001. С. 264–272. http://elib.biblioatom.ru/text/vniiht-50-let_2001/go,264/
  12. Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г., Елютин А.В., Захаров А.М. М Ниобий и тантал. М.: Металлургия, 1990. 296 с.
  13. Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. Металлургия редких металлов. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1991. 432 с. https://reallib.org/reader?file=468129&pg=1
  14. Нисельсон Л.А., Титов А.А. Ректификационные методы разделения и очистки редких металлов. // Гиредмет на службе научно-технического прогресса. Сб. статей. М.: Ротапринт Гиредмета, 1981. С. 59-69.
  15. Нисельсон Л.А., Елютин А.В., Абрамов В.В. Исследования восстановления тантала и ниобия водородом из пентахлоридов. // Гиредмет на службе научно-технического прогресса. Сб. статей. М.: Ротапринт Гиредмета, 1981. С. 151–164.
  16. Елютин А.В., Карцев В.Е., Ковалев Ф.В. Электролитическое рафинирование ниобия и тантала в хлоридно-фторидных расплавах. Часть III // Цв. металлы. 1996. № 7. С. 45-53.
  17. Елютин А.В., Патрикеев Ю.Б., Воробьева Н.С. Разработка оксидно-полупроводниковых конденсаторов на основе ниобия // ГИРЕДМЕТ – 70 лет в металлургии редких металлов и полупроводников. Юбилейный сб. М.: ЦИНAО, 2001.С. 291–306.
  18. Орлов В.М. Исследование и разработка материалов на основе тантала и ниобия для электронной техники: автореф. дис. докт. техн. наук. Санкт-Петербург. 2000. 38 с.
  19. Елютин А.В., Вайсенберг А.И., Колчин О.П. Исследования по технологии ниобия, тантала и ванадия // Гиредмет на службе научно-технического прогресса. Сб. статей. М.: Ротапринт Гиредмета, 1981. С. 127-150.
  20. Тихинский Г.Ф., Ковтун Г.П., Ажажа В.М. Получение сверхчистых редких металлов. М.: Металлургия, 1986. 160 с.
  21. Девятых Г.Г., Бурханов Г.С. Высокочистые тугоплавкие и редкие металлы. М.: Наука, 1993. 224 с.
  22. Ажажа B.M., Вьюгов П.Н., Лавриненко С.Д. Получение высокочистого ниобия методом зонной плавки // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика и техника высокого вакуума. Харьков: Изд-во ХФТИ АН УССР, 1974. Вып. 2 (3). С. 18–19.
  23. Shields J.A., Goods S.H., Gibaba R., Mitchell T.E. Deformation of High Purity Tantalum Single Crystals at 4.2 K // Mater. Sci. Eng. 1975. V. 20. № 11. P. 71–81.
  24. Ажажа В.М., Вьюгов П.Н., Еленский В.А., Пилипенко Н.Н. Зонная перекристаллизация тантала // XI Всерос. конф. «Высокочистые вещества и материалы. Получение, анализ, применение». Тез. докл. Нижний Новгород. 2000. С. 53–55.
  25. Михалюк К.А., Магвайр Д.Д. мл., Кочак М.Н., Хьюбер Л.Е. мл. Высокочистый тантал и содержащие его изделия, подобные мишеням для распыления: Патент РФ № 2233899. 1999. (Заявка PCT: US 99/27832 (24.11.1999). https://patents.s3.yandex.net/RU2233899C2_20040810.pdf
  26. Гончаров К.В., Анисонян К.Г., Копьев Д.Ю., Садыхов Г.Б. Исследование процесса очистки cернокислотных ванадатных растворов от марганца и других примесей // Цв. металлы. 2017. № 2. С. 62–67. https://doi.org/10.17580/tsm.201702.10
  27. Садыхов Г.Б., Гончаров К.В., Кашеков Д.Ю., Олюнина Т.В. Особенности процессов извлечения ванадия из отвального шлама известково-сернокислотной технологии переработки конвертерных шлаков // Металлы. 2020. № 4. С. 3-11. eLIBRARY ID: 46682318
  28. Панов В.С., Ракова Н.Н., Колобов Г.А. Технологии вторичных тугоплавких редких металлов. Обзор U // Изв. вузов. Цв. металлургия. 2014. № 1. С. 41–48.
  29. Орлов В.М., Киселев Е.Н., Крыжанов М.В. Переработка отходов производства монокристаллов танталата лития с получением танталовых конденсаторных порошков // Тр. КНЦ. 2015. Вып. 5(31). С. 178-182.
  30. Проект «Создание импортозамещающего производства оксида ванадия высокой чистоты для глубокой переработки углеводородного сырья» https://pp218.ru/labs/075112021053/
  31. Трещёв С.Ю., Старостин С.П., Михайлова С.С., Канунникова О.М., Пушкарев Б.Е., Гильмутдинов Ф.З., Собенникова М.В., Ладьянов В.И., Лебедев В.П. Сравнительный анализ состава и структуры конденсаторных порошков тантала // Хим. физика и мезоскопия. 2014. Т. 16. № 4. С. 609–615.
  32. Нечаев А.В. Инновационная технология магнийтермического получения высокочистого металлического тантала: автореф. дис. канд. техн. наук. Санкт-Петербург. 2011. 19 с.
  33. Нечаев А.В., Копырин А.А., Сибилев А.С., Смирнов А.В. Получение танталового порошка магнийтермическим методом // Тр. КНЦ. 2015. Вып. 5(31). С. 176–178.
  34. Елютин А.В., Медведев И.А., Никитин А.Е. Получение тантала высокой чистоты цинкотермическим восстановлением его пентахлорида // Изв. вузов. Цв. металлургия. 2006. № 2. С. 27–32.
  35. Колосов В.Н., В. М. Орлов В. М, Мирошниченко М. Н., Прохорова Т. Ю. Получение высокочистых порошков тантала натриетермическим методом // Неорган. материалы. 2012. Т. 48. № 9. С. 1023-1027.
  36. Небера А.Л. Физико-химические основы получения нанокристаллических порошков тантала и разработка способа получения из них порошков конденсаторного класса: автореф. дис. канд. техн. наук. Москва. 2016. 22 с.
  37. Орлов В.М., Крыжанов М.В., Калинников В.Т. Восстановление оксидных соединений ниобия парами магния // Докл. Академии наук. 2015. Т. 465. № 2. С. 182–185. https://doi.org/10.7868/S0869565215320146
  38. Орлов В.М., Крыжанов М.В. Кальциетермические порошки ниобия // Тр. КНЦ РАН. Сер. Технические науки. 2023. Т. 14. № 2. С. 140–144.
  39. Патрикеев Ю.Б., Филянд Ю.М., Котляров В.И., Воробьева Н.С., Мискарьянц Д.В. Способ получения порошков ниобия: Патент РФ. № 2610652. 2014.
  40. Абдюханов И.М., Алексеев М.В., Цаплева А.С. Способ получения слитков ниобия высокой чистоты: Патент РФ. № 2783993. 2022.
  41. Технология высокочистых соединений ниобия и тантала // http://chemi-ksc.ru/m-osnovnoe/gotovye-tekhnologii/454-tekhnologiya-vysokochistykh-soedinenij-niobiya-i-tantala
  42. Палатников М.Н., Сидоров Н.В., Макарова О.В., Бирюкова И.В. Фундаментальные аспекты технологии сильно легированных кристаллов ниобата лития: Апатиты: КНЦ РАН, 2017. 241 с. https://rio.ksc.ru/data/documents/28_palatnikov_17.pdf
  43. Сайт American Elements (USA) https://www.americanelements.com/2d-materials https://www.americanelements.com/
  44. Сайт abcr Gute Chemie (Germany) https://www.abcr.de/
  45. Сайт Alfa Aesar, part of Thermo Fisher Scientific (Germany) https://alfaaesar.com:4433/en/pure-elements/
  46. Сайт Strem (USA) https://www.strem.com/catalog/
  47. Сайт Advanced Technology & Industrial Co., Ltd., a key laboratory distributor (Hong Kong) http://www.advtechind.com/
  48. Сайт International Laboratory Ltd. (USA) http://intlab.org/search_frame.asp https://ochv.ru/
  49. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. ИТС 24-20. Производство редких и редкоземельных металлов. М.: Бюро НТД, 2020. 338 с.
  50. https://заводы.рф/factory/evraz-vanadiy-tula
  51. http://www.uralredmet.ru/plavka.html https://www.smw.ru/product/redkometalnaya/
  52. http://www.ulba.kz/ru/
  53. http://www.chmz.net/product/
  54. Чепецкий механический завод освоил технологию перерабртки лопаритового концентрата для производства тугоплавких металлов. 06.08.2020. http://www.chmz.net/press/news-chmz/detail.php?ID=10953
  55. http://www.lab-3.ru/
  56. http://lanhit.ru/ https://specmetal.ru/catalog/tugoplavkie-metally/ https://dalchem.com/ru/prodlist/element
  57. http://www.component-reaktiv.ru/ https://hmkmet.ru/
  58. http://sialuch.com/product-detail/tppt/ https://giredmet.ru/ru/production_cat/production-technologies/ https://vniiht.ru/production/ligatury-tugoplavkih-metallov/

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Impurity composition of a tantalum sample (a) and impurity distribution by concentration (experimental data and theoretical estimate): the abscissa axis shows the value of –lgx (x is the impurity concentration, at.%), and the ordinate axis shows the number of impurities falling within a given range (b).

Download (121KB)
3. Fig. 2. Average content of impurities in the purest samples of elements of the 5th group, for which there are measured concentration values ​​(estimates are given with confidence intervals; - average concentration of impurity, at. %).

Download (128KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).