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 с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».