KR102444771B1 - Preparation method of niobium metal or niobium alloy using the magnesium vapor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 마그네슘 증기와 접촉시켜 환원시키는 단계를 포함하고, 상기 환원시키는 단계는, 제1 온도에서 제2 온도로 승온시키면서 환원시키는 제1 단계; 및 상기 제2 온도에서 환원시키는 제2 단계;를 포함하며, 상기 제1 온도는 700℃ 내지 875℃이고, 상기 제2 온도는 900℃ 내지 975℃인, 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing niobium metal or a niobium alloy using magnesium vapor, and more particularly, to a method of reducing niobium oxide or niobium complex oxide by contacting it with magnesium vapor, wherein the reducing step is at a first temperature A first step of reducing while raising the temperature to a second temperature in; and a second step of reducing at the second temperature, wherein the first temperature is 700°C to 875°C, and the second temperature is 900°C to 975°C, niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor. It relates to a manufacturing method.

Description

마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법{Preparation method of niobium metal or niobium alloy using the magnesium vapor}BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention

본 발명은 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 또는 니오븀 합금의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing niobium or a niobium alloy using magnesium vapor.

니오븀(Nb)은 대부분 광석에서 탄탈륨과 함께 들어있으며, 채취한 광석을 분쇄하고 부유 및 강한 자력 선광 과정을 거쳐 농축시킨 후, 화학적 처리 과정을 통해 다른 광물 성분을 제거하여 오산화 니오븀(Nb2O5)과 오산화 탄탈륨(Ta2O5)의 혼합물을 얻어지며, 이를 분리시켜 오산화 니오븀(Nb2O5) 형태로 회수된다. 금속 니오븀(Nb)는 이러한 오산화니오븀등의 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 환원시켜 얻어어진다.Most of the niobium (Nb) is contained together with tantalum in the ores, and the collected ore is crushed and concentrated through flotation and strong magnetic beneficiation, and then other mineral components are removed through chemical treatment to remove niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ). ) and a mixture of tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) is obtained, and it is separated and recovered in the form of niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ). Metal niobium (Nb) is obtained by reducing such niobium oxide or niobium complex oxide such as niobium pentoxide.

니오븀(Nb)의 주된 용도는 강철 생산에 합금제로서 첨가되는 것으로, 대략 80% 이상은 페로니오븀(FeNb) 형태로 생산된다. 페로니오븀(FeNb)은 철과 니오븀의 합금으로 니오븀을 약 60~70% 함유하며, 보통 철 산화물 및 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물의 복합 산화물을 고온에서 알루미늄으로 환원시키는 공정으로 얻어진다. The main use of niobium (Nb) is to be added as an alloying agent in steel production, about 80% or more is produced in the form of ferroniobium (FeNb). Ferroniobium (FeNb) is an alloy of iron and niobium and contains about 60 to 70% of niobium, and is usually obtained by reducing iron oxide and niobium oxide or a complex oxide of niobium complex oxide to aluminum at high temperature.

그 외, 니오븀(Nb)은 니켈과 조성비가 약 65%-35% 정도인 Nb-Ni합금을 형성해 산업에서 많이 사용되는 인코넬 합금(특히, Inconel 718계: 니오븀이 약 3~4% 함유되어 있음)을 제조하기 위한 모합금을 제조하는 데 사용된다.In addition, niobium (Nb) forms an Nb-Ni alloy with a composition ratio of about 65%-35% with nickel, so Inconel alloys widely used in industry (especially, Inconel 718 series: contains about 3 to 4% of niobium) ) is used to prepare the master alloy for manufacturing

이러한 니오븀 합금(Nb alloy)을 제조하는 방법으로 니오븀 금속 스크랩과 철, 니켈 등의 다른 금속 스크랩을 무산소 진공분위기에서 직접 용해하는 방법 및 니오븀 산화물과 합금을 위한 니켈(Ni), 철(Fe)등의 금속산화물을 혼합 후 환원제를 사용하여 환원시키는 방법이 알려져 있으나, 그 중 전자는 니오븀 스크랩의 확보가 어려워 실질적으로 저가의 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 사용할 수 있는 후자의 환원 공정이 상용화되고 있다.As a method of manufacturing such a niobium alloy (Nb alloy), niobium metal scrap and other metal scrap such as iron and nickel are directly melted in an oxygen-free vacuum atmosphere, and nickel (Ni), iron (Fe), etc. for niobium oxide and alloy There are known methods for reducing metal oxide of metal oxide by using a reducing agent, but among them, it is difficult to secure niobium scrap, so the latter reduction process that can use substantially inexpensive niobium oxide or niobium composite oxide is being commercialized.

하지만, 니오븀 산화물은 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 바나듐(V), 하프늄(Hf) 등을 포함하는 산화물과 같이 난환원성 산화물이기 때문에 수소로부터 환원이 어려워 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca)과 같은 금속을 환원제로 이용하여 환원시키는 것이 일반적이나, 현재까지의 환원방법은 이하의 방법에 따른 수율 또는 순도가 낮은 문제 등을 갖고 있어, 이를 개선할 수 있는 방안이 더 필요한 상황이다.However, since niobium oxide is a non-reducing oxide such as oxides containing tantalum (Ta), niobium (Nb), titanium (Ti), zirconium (Zr), vanadium (V), hafnium (Hf), and the like, reduction from hydrogen is not possible. It is difficult to reduce using metals such as aluminum (Al), magnesium (Mg), and calcium (Ca) as a reducing agent. However, more measures are needed to improve this.

이와 관련된 종래의 방법으로, 알루미늄(Al) 환원제를 사용하여 니오븀-니켈 합금을 제조하는 방법으로서, 니오븀 산화물과 니켈산화물을 알루미늄(Al) 분말과 균일하게 섞은 후 점화기로 폭발 환원시킴으로써 니오븀-니켈 합금과 Al2O3 슬래그로 제조한 후 상기 Al2O3 슬래그로부터 니오븀-니켈 합금을 분리하는 Al-Thermite 방법이 알려진 바 있다.As a method of manufacturing a niobium-nickel alloy using an aluminum (Al) reducing agent, a niobium-nickel alloy by uniformly mixing niobium oxide and nickel oxide with aluminum (Al) powder and then explosively reducing it with an igniter. and Al 2 O 3 Al-Thermite method of separating the niobium-nickel alloy from the Al 2 O 3 slag after manufacturing has been known.

상기와 같은 방법은 알루미늄(Al) 환원제의 환원성이 높아 생산 효율을 높일 수 있는 점에서 장점이 있는 반면 비교적 고가인 알루미늄(Al) 분말을 환원제로 사용하는 점, 알루미늄(Al) 성분이 니오븀 합금에 수% 이상 혼입 오염되는 점 및 Al2O3 슬래그에 원료로 사용된 금속 산화물들이 다량 혼입 소모되어 니오븀 합금의 회수율이 약 50~70% 수준으로 낮은 점 등의 단점이 있다.The above method has an advantage in that it is possible to increase the production efficiency due to the high reducibility of the aluminum (Al) reducing agent, while the relatively expensive aluminum (Al) powder is used as the reducing agent, and the aluminum (Al) component is added to the niobium alloy. There are disadvantages such as contamination by more than several% and the metal oxides used as raw materials in Al 2 O 3 slag are mixed and consumed, so that the recovery rate of the niobium alloy is low at about 50 to 70% level.

한편, 마그네슘(Mg)을 환원제로 사용할 경우 마그네슘(Mg)의 융점이 650℃로 비교적 낮아, 보다 낮은 온도에서 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 환원시킬 수 있어 제조비용을 낮출 수 있고 대용량 적용이 용이한 점 및 보다 높은 수율의 니오븀 및 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 회수할 수 있는 점에서 알루미늄(Al) 환원제를 사용한 경우보다 장점이 있다.On the other hand, when magnesium (Mg) is used as a reducing agent, the melting point of magnesium (Mg) is relatively low at 650 ° C. It has an advantage over the case of using an aluminum (Al) reducing agent in that it can recover niobium and niobium oxide or niobium composite oxide in a higher yield.

이와 관련된 종래의 기술로, 대한민국 공개특허 제10-2001-92260호에서는 마그네슘(Mg)을 이용하여 탄탈륨 또는 니오븀을 환원하는 방법이 개시된 바 있으며, 상세하게는 오산화 니오븀(Nb2O5)과 오산화 탄탈륨(Ta2O5)과 같은 금속산화물을 낙하시키거나 적치시킨 후, 별도로 외부에서 마그네슘을 높은 온도에서 기화시킨 증기 상태로 공급하여 마그네슘 증기와 금속산화물이 반응하여 금속산화물을 환원시킴으로써 금속분말을 제조한 바 있다. As a related art, Korean Patent Laid-Open No. 10-2001-92260 discloses a method for reducing tantalum or niobium using magnesium (Mg), and in detail, niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ) and pentoxide After dropping or stacking a metal oxide such as tantalum (Ta 2 O 5 ), magnesium is separately supplied as a vapor vaporized at a high temperature from the outside, and the magnesium vapor reacts with the metal oxide to reduce the metal oxide to produce a metal powder. has been manufactured

하지만, 이러한 방법은 완전한 환원을 수행하기 위하여 과잉의 마그네슘을 공급하고 있으며, 이에 따라 반응 후 잔존하는 잉여 마그네슘을 화학처리를 통해 제거하고 있기 때문에 불필요하게 마그네슘이 소비되는 문제가 있다.However, in this method, excess magnesium is supplied in order to perform complete reduction, and thus excess magnesium remaining after the reaction is removed through chemical treatment, so there is a problem in that magnesium is consumed unnecessarily.

이러한 문제를 해결하기 위해, 대한민국 등록특허 제10-1476308호에서는 금속산화물과 마그네슘 증기를 접촉시켜 금속산화물을 환원시키는 장치 및 이를 이용하여 금속산화물을 환원시키는 방법으로서 상세하게는, 금속산화물과 마그네슘의 반응량을 도출하여 마그네슘이 반응하는 반응량 만큼만 마그네슘 환원제를 제공할 수 있고, 이에 따라 반응시 과량의 마그네슘이 소비되는 문제점을 방지한 금속산화물의 환원 장치 및 이를 이용한 환원방법이 개시된 바 있다. In order to solve this problem, Korean Patent No. 10-1476308 discloses an apparatus for reducing metal oxide by contacting a metal oxide with magnesium vapor and a method for reducing metal oxide using the same, in detail, A reduction apparatus for a metal oxide capable of providing a magnesium reducing agent only as much as the reaction amount with which magnesium reacts by deriving a reaction amount, thereby preventing the problem of excessive magnesium consumption during the reaction, and a reduction method using the same have been disclosed.

한편 마그네슘(Mg) 증기는 온도가 상승함에 따라 급격히 기화 활동성이 증가되며, 이로 인해 반응에 참여하지 못하고 반응용기를 빠져나가거나 또는 냉각부 등에 응축되어, 환원 반응에 참여하지 못하고 손실되는 문제, 이로 인해 보다 많은 양의 마그네슘이 사용되어야 함은 물론, 환원 반응이 장시간 안정적으로 유지되기 어렵고 환원이 완료되기까지 보다 많은 시간이 드는 문제가 있으나 한편, 종래의 마그네슘 환원제를 이용한 상기와 같은 방법들은 반응 시 마그네슘의 손실을 줄여 반응 참여도를 높이기 위한 어떠한 방법도 개시되어 있지 못하다.On the other hand, the vaporization activity of magnesium (Mg) vapor rapidly increases as the temperature rises, and as a result, it does not participate in the reaction and exits the reaction vessel or is condensed in the cooling unit, etc. Due to this, a larger amount of magnesium must be used, and it is difficult for the reduction reaction to be stably maintained for a long time and it takes more time for the reduction to be completed. No method for reducing magnesium loss to increase reaction participation has been disclosed.

이에, 본 발명자는, 마그네슘 증기를 이용하여 니오븀 금속 또는 니오븀 합금을 제조하는 방법으로서, 환원시키는 단계에서의 열처리 조건을 조절하여 반응 중 마그네슘 증기가 손실되는 것을 방지함으로써 환원 반응에 참여하지 못하고 손실되는 마그네슘의 양을 줄임으로서 보다 적은 양 및 짧은 시간에 효과적으로 니오븀 금속 또는 니오븀 합금을 제조할 수 있고, 궁극적으로 제조 효율을 높이는 방법을 찾고 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors, as a method of manufacturing niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor, control the heat treatment conditions in the reducing step to prevent loss of magnesium vapor during the reaction, thereby preventing loss of magnesium vapor from participating in the reduction reaction. By reducing the amount of magnesium, niobium metal or niobium alloy can be effectively manufactured in a smaller amount and in a shorter time, and ultimately, a method for increasing manufacturing efficiency has been found and the present invention has been completed.

대한민국 공개특허 제10-2001-92260호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2001-92260 대한민국 등록특허 제10-1476308호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1476308

일 측면에서의 목적은 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 마그네슘 증기로 환원시켜 니오븀 금속 또는 니오븀 합금을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.An object of one aspect is to provide a method for preparing niobium metal or niobium alloy by reducing niobium oxide or niobium complex oxide with magnesium vapor.

상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,

일 측면에서는in one aspect

니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 마그네슘 증기로 환원시켜 니오븀 금속 또는 니오븀 합금을 제조하는 방법에 있어서,A method for producing niobium metal or a niobium alloy by reducing niobium oxide or niobium complex oxide with magnesium vapor, the method comprising:

니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 마그네슘 증기와 접촉시켜 환원시키는 단계를 포함하고,reducing the niobium oxide or niobium complex oxide by contacting it with magnesium vapor;

상기 환원시키는 단계는,The reducing step is

제1 온도에서 제2 온도로 승온시키면서 환원시키는 제1 단계; 및A first step of reducing while raising the temperature from the first temperature to the second temperature; and

상기 제2 온도에서 환원시키는 제2 단계;를 포함하며,a second step of reducing at the second temperature;

상기 제1 온도는 700℃ 내지 875℃이고, 상기 제2 온도는 900℃ 내지 975℃인, 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법이 제공된다.The first temperature is 700°C to 875°C, and the second temperature is 900°C to 975°C, a method for producing niobium metal or a niobium alloy using magnesium vapor is provided.

상기 제1 단계는 상기 제1 온도에서 상기 제2 온도로 15시간 내지 30시간 동안 승온시키면서 환원시킬 수 있다.The first step may be reduced while raising the temperature from the first temperature to the second temperature for 15 to 30 hours.

상기 제1 단계는 상기 제1 온도에서 상기 제2 온도로 1℃/h 내지 10℃/h의 승온 속도로 승온시키면서 환원시킬 수 있다.The first step may be reduced while raising the temperature from the first temperature to the second temperature at a temperature increase rate of 1 ℃ / h to 10 ℃ / h.

상기 제1 온도는 825℃ 내지 875℃의 온도일 수 있다.The first temperature may be a temperature of 825 °C to 875 °C.

상기 제2 온도에서 환원시키는 단계는 1 내지 10시간 동안 수행될 수 있다.The reducing at the second temperature may be performed for 1 to 10 hours.

상기 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법은,The method for producing the niobium metal or niobium alloy,

상기 환원시키는 단계로 얻어진 생성물로부터 산화마그네슘(MgO)을 포함하는 불순물을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.It may further include; removing impurities including magnesium oxide (MgO) from the product obtained by the reducing step.

상기 불순물은 산처리 공정으로 제거될 수 있다.The impurities may be removed by an acid treatment process.

또한, 상기 니오븀 복합 산화물은 니켈(Ni), 철(Fe), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 바나듐(V), 하프늄(Hf), 스칸듐(Sc) 및 이트륨(Y)으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 더 포함될 수 있다.In addition, the niobium composite oxide is nickel (Ni), iron (Fe), tantalum (Ta), niobium (Nb), titanium (Ti), zirconium (Zr), vanadium (V), hafnium (Hf), scandium (Sc) ) and one or more metals selected from yttrium (Y) may be further included.

상기 니오븀 복합 산화물은 니오븀 산화물 및 니오븀을 제외한 금속 산화물을 혼합 및 소결하여 제조될 수 있다.The niobium composite oxide may be prepared by mixing and sintering niobium oxide and a metal oxide other than niobium.

상기 소결은 1000℃ 내지 1500℃의 온도에서 수행될 수 있다.The sintering may be performed at a temperature of 1000°C to 1500°C.

일 측면에서 제공되는 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법은 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물이 마그네슘 증기에 의해 환원될 때 온도를 점진적으로 승온시킴으로써, 환원 반응 중 마그네슘 증기가 반응 용기의 내벽 등에 응축되거나 또는 반응 용기 외부로 배출되는 문제를 해결할 수 있다.In the method for producing niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor provided in one aspect, the temperature is gradually increased when niobium oxide or niobium complex oxide is reduced by magnesium vapor, whereby magnesium vapor during the reduction reaction is generated on the inner wall of a reaction vessel, etc. Condensation or discharge to the outside of the reaction vessel can be solved.

이에 마그네슘의 손실을 줄일 수 있어 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물의 환원율을 높여 니오븀 금속의 회수율을 증가시킬 수 있고, 보다 짧은 시간에 환원 반응을 완료할 수 있어 생산 효율을 향상시킬 수 있다. Accordingly, the loss of magnesium can be reduced, and the reduction rate of niobium oxide or niobium composite oxide can be increased to increase the recovery rate of niobium metal, and the reduction reaction can be completed in a shorter time, thereby improving production efficiency.

또한, 반응 용기의 내벽에 응축된 마그네슘이 상온의 공기와 접촉시 급격히 반응하는 폭발의 위험을 방지할 수 있다. In addition, it is possible to prevent the risk of explosion in which magnesium condensed on the inner wall of the reaction vessel reacts rapidly when it comes into contact with air at room temperature.

또한, 종래의 알루미늄(Al) 환원제를 사용한 방법 대비 저온 및 저가로 제조할 수 있고, 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, it can be manufactured at a low temperature and low cost compared to the conventional method using an aluminum (Al) reducing agent, and the manufacturing efficiency of niobium metal or niobium alloy can be improved.

도 1은 일 측면에 따른 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법의 환원 단계에서의 시간-온도 그래프를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 예시적인 환원장치를 이용하여 일 측면에 따른 니오븀의 제조방법을 수행한 결과를 나타낸 모식도이고,
도 3은 종래의 마그네슘 증기를 이용한 환원 공정의 문제점을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 실시 예 1에 따른 니오븀 합금의 제조 단계 중, 환원 단계에서의 시간-온도 그래프를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 5는 실시 예 2에 따른 니오븀 합금의 제조 단계 중, 환원 단계에서의 시간-온도 그래프를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 6은 실시 예 3에 따른 니오븀 합금의 제조 단계 중, 환원 단계에서의 시간-온도 그래프를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 7은 비교 예 1에 따른 니오븀 합금의 제조 단계 중, 환원 단계에서의 시간-온도 그래프를 개략적으로 나타낸 도면이다.
1 is a diagram schematically showing a time-temperature graph in the reduction step of a method for manufacturing niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor according to one aspect;
Figure 2 is a schematic diagram showing the result of performing a method for producing niobium according to an aspect using an exemplary reducing device,
3 is a diagram schematically illustrating the problem of the reduction process using the conventional magnesium vapor,
4 is a view schematically showing a time-temperature graph in the reduction step during the manufacturing step of the niobium alloy according to Example 1,
5 is a view schematically showing a time-temperature graph in the reduction step during the manufacturing step of the niobium alloy according to Example 2;
6 is a view schematically showing a time-temperature graph in the reduction step during the manufacturing step of the niobium alloy according to Example 3;
7 is a diagram schematically illustrating a time-temperature graph in a reduction step during a manufacturing step of a niobium alloy according to Comparative Example 1. Referring to FIG.

이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

이하의 실시 예는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니며 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있다. The following examples are only provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art, and the scope of the present invention is not limited to the examples described below, but various modifications can be

나아가, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Furthermore, "including" a certain element throughout the specification means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.

일 측면에서는in one aspect

니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 마그네슘 증기로 환원시켜 니오븀 금속 또는 니오븀 합금을 제조하는 방법에 있어서,A method for producing niobium metal or a niobium alloy by reducing niobium oxide or niobium complex oxide with magnesium vapor, the method comprising:

니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 마그네슘 증기와 접촉시켜 환원시키는 단계를 포함하고,reducing the niobium oxide or niobium complex oxide by contacting it with magnesium vapor;

상기 환원시키는 단계는,The reducing step is

제1 온도에서 제2 온도로 승온시키면서 환원시키는 제1 단계; 및A first step of reducing while raising the temperature from the first temperature to the second temperature; and

상기 제2 온도에서 환원시키는 제2 단계;를 포함하며,a second step of reducing at the second temperature;

상기 제1 온도는 700℃ 내지 875℃이고, 상기 제2 온도는 900℃ 내지 975℃인, 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법이 제공된다.The first temperature is 700°C to 875°C, and the second temperature is 900°C to 975°C, a method for producing niobium metal or a niobium alloy using magnesium vapor is provided.

이하, 일 측면에 따라 제공되는 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법을 도면을 참조하여 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a niobium metal or a niobium alloy using magnesium vapor provided according to an aspect will be described in detail for each step with reference to the drawings.

도 1은 일 측면에 따라 제공되는 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법의 환원 반응에서의 시간-온도 그래프를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 상기 방법이 수행될 수 있는 예시적인 제조장치를 나타낸 모식도이다.1 is a diagram schematically showing a time-temperature graph in a reduction reaction of a method for producing niobium metal or a niobium alloy using magnesium vapor provided according to an aspect, and FIG. 2 is an exemplary production in which the method can be performed. It is a schematic diagram showing the device.

상기 니오븀 산화물은 상기 마그네슘 증기와 접촉됨으로써 니오븀으로 환원될 수 있고, 상기 니오븀 복합 산화물은 상기 마그네슘 증기와 접촉됨으로써 니오븀 합금(Nb-Metal)으로 환원될 수 있다.The niobium oxide may be reduced to niobium by being contacted with the magnesium vapor, and the niobium composite oxide may be reduced to a niobium alloy (Nb-Metal) by being contacted with the magnesium vapor.

일 측면에 따라 제공되는 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법은 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 마그네슘 증기로 환원시켜 니오븀 금속 또는 니오븀 합금을 제조하는 방법으로서, 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 마그네슘 증기와 접촉시켜 환원시키는 단계를 포함한다.The method for producing niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor provided according to an aspect is a method for preparing niobium metal or niobium alloy by reducing niobium oxide or niobium complex oxide with magnesium vapor, wherein niobium oxide or niobium complex oxide and reducing by contact with steam.

이때 사용되는 상기 니오븀 산화물은 NbO, Nb2O3, NbO2 또는 Nb2O5 등의 다양한 산소 수를 갖는 산화물 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 가장 안정한 상태인 Nb2O5일 수 있다. 일례로, 아래의 반응식 1에서와 같이, 마그네슘(Mg) 증기를 이용하여 상기 Nb2O5을 환원시켜 니오븀을 제조할 수 있다.In this case, the niobium oxide used is NbO, Nb 2 O 3 , NbO 2 or Nb 2 O 5 It may include one or more of oxides having various oxygen numbers such as, and preferably, Nb 2 O 5 in the most stable state. For example, as shown in Scheme 1 below, niobium may be prepared by reducing the Nb 2 O 5 using magnesium (Mg) vapor.

<반응식 1><Scheme 1>

Nb2O5 + 5Mg = 2Nb + 5MgONb 2 O 5 + 5Mg = 2Nb + 5MgO

또한, 상기 니오븀 복합 산화물은 니오븀 및 니오븀을 제외한 금속을 포함할 수 있고, 상기 니오븀을 제외한 금속으로, 니켈(Ni), 철(Fe), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 바나듐(V), 하프늄(Hf), 스칸듐(Sc) 및 이트륨(Y)으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 합금을 제조한느 방법으로, 상기 복합 금속 산화물은 니오븀 및 니오븀을 제외한 금속을 포함하며, 상기 니오븀을 제외한 금속은 니켈(Ni), 철(Fe), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 바나듐(V), 하프늄(Hf), 스칸듐(Sc) 및 이트륨(Y)으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.In addition, the niobium composite oxide may include niobium and a metal other than niobium, and as a metal other than niobium, nickel (Ni), iron (Fe), tantalum (Ta), niobium (Nb), titanium (Ti) , zirconium (Zr), vanadium (V), hafnium (Hf), scandium (Sc) and yttrium (Y) a method of manufacturing an alloy comprising at least one metal selected from the group consisting of niobium and Includes a metal other than niobium, and the metal other than niobium is nickel (Ni), iron (Fe), tantalum (Ta), niobium (Nb), titanium (Ti), zirconium (Zr), vanadium (V), hafnium It may include at least one metal selected from (Hf), scandium (Sc), and yttrium (Y).

상기 니오븀 복합 산화물은 니오븀 산화물 및 니오븀을 제외한 금속 산화물을 혼합 및 소결하여 제조될 수 있다.The niobium composite oxide may be prepared by mixing and sintering niobium oxide and a metal oxide other than niobium.

상기 니오븀 산화물 및 상기 니오븀을 제외한 금속 산화물은 분말형태일 수 있다.The niobium oxide and the metal oxide other than the niobium may be in a powder form.

상기 혼합은 막자 사발 등을 이용하여 혼합될 수 있고, 기계적 밀링의 방법으로 혼합될 수 있으나 이에 제한된 것은 아니며 분말을 혼합하는 다양하나 방법으로 수행될 수 있다.The mixing may be mixed using a mortar or the like, and may be mixed by a method of mechanical milling, but is not limited thereto, and may be performed by various methods of mixing the powder.

또한, 상기 소결은 대기 분위기에서 수행될 수 있고, 800℃ 내지 1500℃의 온도에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 1000℃ 내지 1400℃의 온도에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 8시간 내지 12시간 동안 수행하여 상기 니오븀 산화물 및 상기 니오븀을 제외한 금속 산화물의 입자 상호간 확산을 유도할 수 있다.In addition, the sintering may be performed in an atmospheric atmosphere, may be performed at a temperature of 800 °C to 1500 °C, preferably at a temperature of 1000 °C to 1400 °C, preferably 8 hours to 12 hours It is possible to induce inter-particle diffusion of the niobium oxide and the metal oxide other than the niobium.

일 측면에 따라 제공되는 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법 중 상기 환원시키는 단계는 도 2에 도시된 환원장치를 이용하여 수행될 수 있다.The reducing step of the method for manufacturing niobium metal or niobium alloy provided according to an aspect may be performed using the reducing device shown in FIG. 2 .

도 2를 참조하면, 상기 환원장치는 반응용기; 상기 반응용기 내부에 구비되어 니오븀 산화물이 장입되는 니오븀 산화물 원료 도가니; 상기 니오븀 산화물 원료 도가니와 이격 배치되며 마그네슘 원료가 장입되는 마그네슘 용융 도가니; 및 상기 방응용기 상부 일면에 구비되는 불활성 기체 공급부; 상기 반응용기 상부 일면에 구비되는 진공 조성부를 포함할 수 있다.Referring to Figure 2, the reduction device is a reaction vessel; a niobium oxide raw material crucible provided inside the reaction vessel and loaded with niobium oxide; a magnesium melting crucible spaced apart from the niobium oxide raw material crucible and charged with a magnesium raw material; and an inert gas supply unit provided on an upper surface of the room application container; It may include a vacuum composition unit provided on the upper surface of the reaction vessel.

상기 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 마그네슘(Mg) 증기와 접촉시켜 환원시키는 단계는 도 2의 환원장치의 반응용기 내부의 온도를 상기 마그네슘의 융점(650℃) 이상으로 가열하여 고상 또는 액상의 마그네슘 원료로부터 마그네슘 증기를 발생시키는 방법으로 수행될 수 있으나 이에 제한된 것은 아니며, 마그네슘 증기 자체가 사용될 수 있다.In the step of reducing the niobium oxide or niobium complex oxide by contacting it with magnesium (Mg) vapor, the temperature inside the reaction vessel of the reduction device of FIG. It may be carried out as a method of generating magnesium vapor from, but is not limited thereto, and magnesium vapor itself may be used.

상기 니오븀 산화물은 상기 마그네슘 증기와 접촉됨으로써 니오븀(Nb)로 환원될 수 있고, 상기 니오븀 복합 산화물은 상기 마그네슘 증기와 접촉됨으로써 니오븀 합금으로 환원될 수 있다.The niobium oxide may be reduced to niobium (Nb) by being contacted with the magnesium vapor, and the niobium complex oxide may be reduced to a niobium alloy by being contacted with the magnesium vapor.

상기 마그네슘 증기에 의한 상기 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물의 환원이 완전히 이루어지도록 하기 위해, 상기 반응 용기 내부에 장입되는 상기 마그네슘의 양은 상기 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 100% 환원시킬 수 있는 양으로 장입되는 것이 바람직하다. In order to completely reduce the niobium oxide or niobium complex oxide by the magnesium vapor, the amount of magnesium charged into the reaction vessel is an amount capable of reducing 100% of the niobium oxide or niobium complex oxide. it is preferable

일례로, 니오븀 산화물로 오산화 니오븀(Nb2O5)을 사용하여 니오븀 금속을 제조할 경우, 상기 마그네슘은 상기 오산화 니오븀(Nb2O5)을 100% 환원시키기에 충분한 양인 상기 오산화 니오븀(Nb2O5) 1몰당 5몰 이상의 양이 장입될 수 있고, 5몰 내지 20몰이 장입될 수 있고, 10 내지 20몰이 장입될 수 있고, 12몰 내지 18몰이 장입될 수 있다.For example, when niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ) is used as niobium oxide to prepare niobium metal, the magnesium is the niobium pentoxide (Nb 2 ) in an amount sufficient to reduce the niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ) by 100% . O 5 ) An amount of 5 moles or more per 1 mole may be charged, 5 moles to 20 moles may be charged, 10 to 20 moles may be charged, and 12 moles to 18 moles may be charged.

또한, 53%Nb-47%Ni 합금을 제조하기 위해 사용된 오산화 니오븀(Nb2O5) 100g 및 산화니켈(NiO) 79g을 혼합하여 제조된 복합 금속 산화물을 100% 환원시키기 위해 70g 이상의 마그네슘이 사용되는 것이 바람직할 수 있다. In addition, in order to reduce 100% of the composite metal oxide prepared by mixing 100 g of niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ) and 79 g of nickel oxide (NiO) used to prepare a 53% Nb-47% Ni alloy, 70 g or more of magnesium is It may be desirable to use

한편, 상기 반응 용기 내부를 가열하기 전, 상기 반응 용기 내부를 감압시키고 이후, 불활성 기체를 주입하는 단계를 더 수행할 수 있다. 이는 상기 반응 용기 내부의 산소를 제거하여 가열 후 생성된 마그네슘 증기가 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물의 환원에 보다 잘 활용되도록 하기 위한 것일 수 있다. Meanwhile, before heating the inside of the reaction vessel, a step of depressurizing the inside of the reaction vessel and then injecting an inert gas may be further performed. This may be to remove oxygen in the reaction vessel so that magnesium vapor generated after heating is better utilized for reduction of niobium oxide or niobium complex oxide.

상기 감압은 상기 반응 용기 상부의 일면에 구비된 진공펌프와 같은 진공 처리 수단을 포함하는 진공 조성부를 통해 수행될 수 있고, 상기 불활성 기체는 상기 반응용기에 연결된 불활성 기체 공급부를 통해 주입될 수 있다. 또한, 상기 감압 및 불활성 기체의 주입은 동일한 구성을 통해 수행될 수 있다.The decompression may be performed through a vacuum composition unit including a vacuum processing means such as a vacuum pump provided on one surface of the upper portion of the reaction vessel, and the inert gas may be injected through an inert gas supply unit connected to the reaction vessel. In addition, the reduced pressure and the injection of the inert gas may be performed through the same configuration.

일례로, 상기 불활성 기체 공급부로 진공펌프를 연결하여 반응용기 내부의 공기를 제거한 후, 상기 불활성 기체 공급부를 통해 불활성 기체를 주입할 수 있다. 그러나 상기 불활성 기체 공급부와 진공 조성부의 구성이 이에 제한되는 것은 아니며, 환원장치의 제조여건에 따라 이들의 구성형태는 적절히 변경될 수 있다.For example, after removing air in the reaction vessel by connecting a vacuum pump to the inert gas supply unit, the inert gas may be injected through the inert gas supply unit. However, the configuration of the inert gas supply unit and the vacuum composition unit is not limited thereto, and their configuration may be appropriately changed according to the manufacturing conditions of the reducing device.

상기 감압은 10-1 내지 10-3 torr의 압력으로 형성하도록 수행될 수 있고, 상기 불활성 기체는 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He) 및 이들의 혼합 기체로부터 선택되는 1종이 사용될 수 있으며, 상기 반응 용기 내부의 압력이 1 내지 2기압의 범위 내에서 적절하게 유입될 수 있으나 이에 제한된 것은 아니며, 사용 조건에 따라 압력 정도 및 사용되는 불활성 기체가 달라질 수 있다. The reduced pressure may be performed to form a pressure of 10 -1 to 10 -3 torr, and the inert gas is one selected from argon (Ar), nitrogen (N 2 ), helium (He), and a mixture thereof. may be used, and the pressure inside the reaction vessel may be appropriately introduced within the range of 1 to 2 atmospheres, but is not limited thereto, and the pressure level and the inert gas used may vary depending on the conditions of use.

이때, 상기 불활성 기체의 압력이 1기압을 초과하는 것은, 추후 금속산화물의 환원을 위한 가열 중 온도 증가에 의해 압력이 상승함에 따라 외부 공기가 유입되는 것을 차단하기 위함이다. 이를 통해, 환원반응 중 공기가 반응 용기 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 상기 반응 용기 내부의 불활성 기체를 수차례 방출(vent) 시킴으로서 가열로 내부의 압력을 적정 기압으로 유지시킬 수 있다.At this time, the reason that the pressure of the inert gas exceeds 1 atm is to block the inflow of external air as the pressure rises due to an increase in temperature during heating for the reduction of the metal oxide later. Through this, it is possible to prevent air from flowing into the reaction vessel during the reduction reaction. In addition, the pressure inside the heating furnace can be maintained at an appropriate atmospheric pressure by venting the inert gas inside the reaction vessel several times.

도 1을 참조하면, 상기 환원시키는 단계는 제1 온도에서 제2 온도로 승온시키면서 환원시키는 제1 단계;를 포함한다.Referring to Figure 1, the reducing step includes a first step of reducing while raising the temperature from a first temperature to a second temperature.

이때, 상기 제1 온도는 상기 마그네슘 증기에 의해 상기 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물의 환원반응이 개시되는 온도로서, 650℃ 이상일 수 있고, 바람직하게는 마그네슘 증기가 효과적으로 발생되는 온도인 700℃ 내지 875℃일 수 있고, 775℃ 내지 875℃일 수 있고, 800℃ 내지 875℃일 수 있고, 825℃ 내지 875℃일 수 있고, 700℃ 내지 850℃일 수 있고, 775℃ 내지 850℃일 수 있고, 800℃ 내지 850℃일 수 있고, 825℃ 내지 850℃일 수 있다. In this case, the first temperature is a temperature at which the reduction reaction of the niobium oxide or the niobium complex oxide is initiated by the magnesium vapor, and may be 650° C. or higher, and preferably 700° C. to 875° C., which is a temperature at which magnesium vapor is effectively generated. It can be from 775°C to 875°C, from 800°C to 875°C, from 825°C to 875°C, from 700°C to 850°C, from 775°C to 850°C, 800 It may be from ℃ to 850 ℃, it may be from 825 ℃ to 850 ℃.

만약, 상기 제1 온도가 700℃ 미만인 경우, 마그네슘 증기 발생이 미비하여 환원 반응에 소모되는 시간이 다소 오려걸리는 문제가 발생될 수 있고, 상기 제1 온도가 875℃ 이상인 경우, 마그네슘의 기화 활동성의 증가되어 환원반응에 참여하지 못하는 마그네슘 증기의 양이 증가될 수 있다.If the first temperature is less than 700 ℃, the generation of magnesium vapor is insufficient, there may be a problem that the time consumed for the reduction reaction is somewhat cut off. The amount of magnesium vapor that does not participate in the reduction reaction may be increased.

상기 제1 단계는 환원 반응 중 마그네슘 증기가 반응 용기의 내벽 등에 응축되거나 또는 반응 용기 외부로 배출되어 손실되는 문제를 해결하기 위한 단계일 수 있다.The first step may be a step for solving a problem in which magnesium vapor is condensed on the inner wall of the reaction vessel during the reduction reaction or is lost by being discharged to the outside of the reaction vessel.

도 3은 종래의 마그네슘 증기를 이용한 환원 공정의 문제점을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면으로, 종래의 경우 도 3에 도시된 바와 같이, 환원 반응 중 마그네슘 증기가 반응 용기의 내벽에 부분적으로 응축될 수 있고, 이와 같이 반응 용기 내벽에 응축된 마그네슘은 상온에서도 공기와 급격히 반응하여 폭발의 위험이 있어 반응 용기를 개방하기 전 내벽에 응축되어 있는 마그네슘을 부분적으로 산화시켜 안정화시켜야 하는 문제가 있다. 3 is a schematic view to explain the problems of the reduction process using the conventional magnesium vapor. As shown in FIG. 3 in the conventional case, the magnesium vapor during the reduction reaction is partially condensed on the inner wall of the reaction vessel. In this way, magnesium condensed on the inner wall of the reaction vessel reacts rapidly with air even at room temperature, and there is a risk of explosion, so there is a problem that the magnesium condensed on the inner wall of the reaction vessel needs to be partially oxidized and stabilized before opening the reaction vessel.

반면, 일 측면에 따라 제공되는 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법은 제1 온도에서 제2 온도로 승온시키면서 환원시키는 제1 단계를 수행함으로써 마그네슘이 반응 용기의 내벽에 응축되거나 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있어, 마그네슘 증기가 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물의 환원에 참여하지 못하고 손실되는 문제를 해결할 수 있고 내벽에 응축된 마그네슘은 상온에서도 공기와 급격히 반응하여 폭발의 위험을 방지할 수 있다.On the other hand, in the method for producing niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor, which is provided according to an aspect, by performing a first step of reducing while raising the temperature from the first temperature to the second temperature, magnesium is condensed on the inner wall of the reaction vessel or to the outside. It can be prevented from being discharged, so it is possible to solve the problem of loss of magnesium vapor without participating in the reduction of niobium oxide or niobium complex oxide. have.

만약, 상기 제1 단계를 수행하지 않는 경우, 환원을 위한 목표 온도까지 승온될 때 반응 용기 내부의 마그네슘 증기가 상기 반응 용기의 내벽에 응축되거나 반응 용기 외부로 빠져나가 손실될 수 있다. 이에, 궁극적으로 상기 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물의 환원율을 저하시킬 수 있다. If the first step is not performed, when the temperature is raised to the target temperature for reduction, magnesium vapor in the reaction vessel may be condensed on the inner wall of the reaction vessel or may be lost by escaping to the outside of the reaction vessel. Accordingly, it is possible to ultimately reduce the reduction rate of the niobium oxide or the niobium composite oxide.

일 측면에서 제공되는 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법은 제2 온도(또는 목표 온도)에서 환원반응을 수행하기 전, 상기 제2 온도보다 50℃ 내지 300℃, 바람직하게는 100℃ 내지 250℃, 바람직하게는 100℃ 내지 150℃ 낮은 제1 온도에서부터 상기 제2 온도(또는 목표 온도)까지 승온시키면서 환원시킴으로써, 상기 마그네슘 증기의 환원 반응 참여도를 높여 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물의 환원율을 증가시킬 수 있고, 제조되는 니오븀 금속의 회수율을 높이는 방법일 수 있다.Before performing the reduction reaction at the second temperature (or target temperature), the method for producing niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor provided in one aspect is 50° C. to 300° C., preferably 100° C. than the second temperature to 250 ° C., preferably 100 ° C. to 150 ° C. By reducing while increasing the temperature from the lower first temperature to the second temperature (or target temperature), the reduction rate of niobium oxide or niobium complex oxide by increasing the participation in the reduction reaction of the magnesium vapor may be increased, and may be a method of increasing the recovery rate of the produced niobium metal.

이때 상기 제2 온도는 상기 마그네슘에 의한 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물의 환원반응이 보다 빠르게 진행되는 온도로서, 바람직하게는 900℃ 내지 975℃일 수 있고 보다 바람직하게는 900℃ 내지 950℃일 수 있다.In this case, the second temperature is a temperature at which the reduction reaction of the niobium oxide or the niobium composite oxide by the magnesium proceeds more rapidly, and may preferably be 900°C to 975°C, and more preferably 900°C to 950°C. .

만약, 상기 제2 온도가 900℃ 미만인 경우, 상기 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물의 환원이 제대로 이루어지지 않거나 상기 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물의 환원을 위한 시간이 너무 많이 소요되는 문제가 발생될 수 있고, 상기 제2 온도가 975℃를 초과하는 경우, 상기 마그네슘 증기의 발생 속도 및 기화 활동성이 크게 증가해 마그네슘 증기 및 니오븀 산화물과의 접촉률이 저하되어 정상적인 환원반응 진행이 어려운 문제가 발생될 수 있다.If the second temperature is less than 900° C., the reduction of the niobium oxide or the niobium composite oxide may not be properly performed, or a problem may occur that it takes too much time for the reduction of the niobium oxide or the niobium composite oxide, When the second temperature exceeds 975° C., the generation rate and vaporization activity of the magnesium vapor are greatly increased, so that the contact rate with the magnesium vapor and niobium oxide is lowered, thereby making it difficult to proceed with the normal reduction reaction.

상기 제1 단계는 상기 제1 온도에서 제2 온도로 15시간 내지 30시간 동안 승온시키면서 환원시킬 수 있고, 20시간 내지 25시간 동안 승온시키면서 환원시킬 수 있다.The first step may be reduced while raising the temperature from the first temperature to the second temperature for 15 hours to 30 hours, and may be reduced while raising the temperature for 20 hours to 25 hours.

만약, 상기 제1 단계가 15시간 미만의 시간 동안 수행될 경우, 상기 니오븀 산화물이 완전히 환원되지 못하는 문제가 발생될 수 있고, 상기 제1 단계가 30시간을 초과하는 시간 동안 수행되는 경우, 상기 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물의 환원을 위한 시간이 너무 많이 소요되는 문제가 발생될 수 있다.If the first step is performed for less than 15 hours, a problem in that the niobium oxide cannot be completely reduced may occur, and when the first step is performed for a time exceeding 30 hours, the niobium oxide There may be a problem in that it takes too much time for the reduction of the oxide or the niobium complex oxide.

또한, 상기 제1 단계는 상기 제1 온도에서 상기 제2 온도로 1℃/h 내지 10℃/h 의 승온 속도로 승온시키면서 환원시킬 수 있고, 2℃/h 내지 8℃/h 의 승온 속도로, 바람직하게는 2℃/h 내지 5℃/h 의 승온 속도로 승온시키면서 환원시킬 수 있다.In addition, the first step may be reduced while raising the temperature from the first temperature to the second temperature at a temperature increase rate of 1 °C/h to 10 °C/h, and at a temperature increase rate of 2 °C/h to 8 °C/h , It can be reduced while heating, preferably at a temperature increase rate of 2 °C / h to 5 °C / h.

만약, 상기 제1 단계가 1℃/h 미만의 승온 속도로 수행될 경우, 상기 니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물의 환원을 위한 시간이 너무 많이 소요되는 문제가 발생될 수 있고, 상기 제1 단계가 10℃/h을 초과하는 승온 속도로 수행되는 경우, 상기 니오븀 산화물이 완전히 환원되지 못하는 문제가 발생될 수 있다.If the first step is performed at a temperature increase rate of less than 1°C/h, there may be a problem that it takes too much time for the reduction of the niobium oxide or the niobium composite oxide, and the first step is 10 If it is carried out at a temperature increase rate exceeding ℃/h, there may be a problem that the niobium oxide cannot be completely reduced.

일 측면에 따라 제공되는 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법에서, 상기 환원시키는 단계는 상기 제2 온도에서 환원시키는 제2 단계를 더 포함한다.In the method for manufacturing niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor provided according to an aspect, the reducing step further includes a second step of reducing at the second temperature.

상기 제2 단계는 1 내지 10시간 동안 수행될 수 있고, 2 내지 8시간 동안 수행될 수 있다. 3 내지 7시간 동안 수행될 수 있다.The second step may be performed for 1 to 10 hours, and may be performed for 2 to 8 hours. It can be carried out for 3 to 7 hours.

일 측면에 따라 제공되는 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법은 상기 환원시키는 단계를 15시간 내지 30시간 동안 수행할 수 있고 바람직하게는 20 내지 27시간 동안 수행할 수 있고, 22 내지 25시간 동안 수행할 수 있다. In the method for producing niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor provided according to an aspect, the reducing step may be performed for 15 hours to 30 hours, and preferably for 20 to 27 hours, 22 to 25 can be done over time.

일례로, 상기 제1 단계를 25시간 수행하고 상기 제2 단계를 5시간 수행하여 총 30시간 동안 수행할 수 있고, 상기 제1 단계를 20시간 수행하고 상기 제2 단계를 5시간 수행하여 25시간 동안 수행할 수 있다. For example, the first step may be performed for 25 hours and the second step may be performed for 5 hours for a total of 30 hours, the first step may be performed for 20 hours and the second step may be performed for 5 hours for 25 hours can be done while

일 측면에 따라 제공되는 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법은 상기 환원시키는 단계로 얻어진 생성물로부터 산화마그네슘(MgO)을 포함하는 불순물을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method for producing niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor provided according to an aspect may further include removing impurities including magnesium oxide (MgO) from the product obtained by the reducing step.

상기 불순물은 마그네슘(Mg)을 더 포함할 수 있고, 상기 불순물은 산처리 공정으로 제거될 수 있다.The impurities may further include magnesium (Mg), and the impurities may be removed by an acid treatment process.

상기 산처리 공정은 상기 환원시키는 단계로 얻어진 생성물을 산용액에 침지시키는 방법으로 수행될 수 있다.The acid treatment process may be performed by immersing the product obtained in the reducing step in an acid solution.

일례로, 상기 환원시키는 단계로 얻어진 생성물을 1 내지 10% 염산수용액에 침지시켜 산화마그네슘(MgO)을 포함하는 불순물을 제거할 수 있다.For example, impurities including magnesium oxide (MgO) may be removed by immersing the product obtained in the reducing step in 1 to 10% hydrochloric acid aqueous solution.

일 측면에 따라 제공되는 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법은 상기 산처리로 상기 불순물을 제거한 후 세척 및 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for manufacturing niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor provided according to an aspect may further include washing and drying after removing the impurities by the acid treatment.

상기 세척은 에탄올을 이용하여 수행할 수 있고, 상기 건조는 진공 건조의 방법으로 수행될 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니며, 그외 산용액을 세척 및 건조시키는 데 사용되는 종래의 방법이 수행될 수 있다.The washing may be performed using ethanol, and the drying may be performed by a vacuum drying method, but is not limited thereto, and other conventional methods used for washing and drying an acid solution may be performed.

이하, 실시 예 및 실험 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through Examples and Experimental Examples.

단, 하기 실시 예 및 실험 예는 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following examples and experimental examples are merely illustrative, and the present invention is not limited by the following examples.

<실시 예 1> Nb-Ni 합금 제조<Example 1> Preparation of Nb-Ni alloy

단계 1: 니오븀 오산화물(Nb2O5) 100g에 니켈 산화물(NiO) 79g을 터뷸러믹서에서 균일하게 혼합한 후 대기 중 1300℃에서 10시간 동안 소결하여 복합 금속 산화물을 형성하였다.Step 1: After uniformly mixing 79 g of nickel oxide (NiO) with 100 g of niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ) in a turbula mixer, it was sintered at 1300° C. in the air for 10 hours to form a composite metal oxide.

단계 2: 상기 제조한 복합 금속 산화물을 도 2와 같이 반응 챔버 중앙 용기에 장입하고 환원제로 마그네슘(Mg) 분말을 상기 복합 금속 산화물과 분리되도록 상기 반응 용기 중앙 용기에 장입하였다. Step 2: The prepared composite metal oxide was charged into the central vessel of the reaction chamber as shown in FIG. 2, and magnesium (Mg) powder as a reducing agent was charged into the central vessel of the reaction vessel so as to be separated from the composite metal oxide.

이때, 상기 마그네슘(Mg) 분말은 상기 복합 금속 산화물을 100% 환원시키는 이론 중량인 70g의 3배 가량인 200g 정도로 과잉 장입하였다.At this time, the magnesium (Mg) powder was excessively charged to about 200 g, which is about three times the theoretical weight of 70 g for 100% reduction of the composite metal oxide.

단계 3: 상기 반응 용기 내부를 10-2 torr의 진공으로 형성한 후 아르곤(Ar) 기체를 1기압 충진한 후, 도 4에 도시한 바와 같이 800℃까지 10℃/min의 속도로 승온하고, 800℃ 내지 950℃의 온도 범위에서 25시간 동안 승온시키면서 환원시키고, 950℃에서 5시간 동안 환원시킨 후 노냉하여, 53%Nb-47%Ni 합금을 제조하였다.Step 3: After forming the inside of the reaction vessel in a vacuum of 10 -2 torr, and filling argon (Ar) gas at 1 atm pressure, as shown in FIG. 4 , the temperature was raised to 800° C. at a rate of 10° C./min, Reducing while raising the temperature for 25 hours in a temperature range of 800 °C to 950 °C, and furnace cooling after reducing at 950 °C for 5 hours to prepare a 53%Nb-47%Ni alloy.

<실시 예 2><Example 2>

상기 실시 예 1의 단계 3을 이하의 방법으로 수행하는 것을 제외하고 실시 예 1과 동일한 방법을 수행하였다.The same method as in Example 1 was performed except that step 3 of Example 1 was performed in the following manner.

단계 3: 상기 반응 용기 내부를 10-2 torr의 진공으로 형성한 후 아르곤(Ar) 기체를 1기압 충진한 후, 도 5에 도시한 바와 같이, 850℃까지 10℃/min의 속도로 승온하고, 850℃ 내지 950℃의 온도 범위에서 25시간 동안 승온시키면서 환원시키고, 950℃에서 5시간 동안 환원시킨 후 노냉하여, 53%Nb-47%Ni 합금을 제조하였다.Step 3: After forming the inside of the reaction vessel in a vacuum of 10 -2 torr, and filling argon (Ar) gas at 1 atmosphere, as shown in FIG. 5 , the temperature was raised to 850° C. at a rate of 10° C./min. , was reduced while raising the temperature for 25 hours in a temperature range of 850 ° C. to 950 ° C., followed by reduction at 950 ° C. for 5 hours, followed by furnace cooling, to prepare a 53%Nb-47%Ni alloy.

<실시 예 3><Example 3>

상기 실시 예 1의 단계 3을 이하의 방법으로 수행하는 것을 제외하고 실시 예 1과 동일한 방법을 수행하였다.The same method as in Example 1 was performed except that step 3 of Example 1 was performed in the following manner.

단계 3: 상기 반응 용기 내부를 10-2 torr의 진공으로 형성한 후 아르곤(Ar) 기체를 1기압 충진한 후, 도 6에 도시한 바와 같이, 850℃까지 10℃/min의 속도로 승온하고, 850℃ 내지 950℃의 온도 범위에서 20시간 동안 승온시키면서 환원시키고, 950℃에서 5시간 동안 환원시킨 후 노냉하여, 53%Nb-47%Ni 합금을 제조하였다.Step 3: After forming the inside of the reaction vessel in a vacuum of 10 -2 torr, and filling argon (Ar) gas at 1 atmosphere, as shown in FIG. 6 , the temperature is raised to 850° C. at a rate of 10° C./min. , was reduced while raising the temperature for 20 hours in a temperature range of 850 ° C. to 950 ° C., and then furnace cooled after reducing at 950 ° C. for 5 hours to prepare a 53%Nb-47%Ni alloy.

<비교 예 1> Nb-Ni 제조<Comparative Example 1> Preparation of Nb-Ni

상기 실시 예 1의 단계 3을 이하의 방법으로 수행하는 것을 제외하고 실시 예 1과 동일한 방법을 수행하였다.The same method as in Example 1 was performed except that step 3 of Example 1 was performed in the following manner.

단계 3: 상기 반응 용기 내부를 10-2 torr의 진공으로 형성한 후 아르곤(Ar) 기체를 1기압 충진한 후, 도 7에서와 같이, 950℃까지 10℃/min의 속도로 승온한 후 950℃에서 30시간 동안 환원시킨 후 노냉시켜, 53%Nb-47%Ni 합금을 제조하였다.Step 3: After forming the inside of the reaction vessel in a vacuum of 10 −2 torr, argon (Ar) gas was filled at 1 atmosphere, and then, as in FIG. 7, the temperature was raised to 950° C. at a rate of 10° C./min. After reducing at ℃ for 30 hours and then furnace cooling, 53%Nb-47%Ni alloy was prepared.

<실험 예 1><Experimental Example 1>

일 측면에 따른 니오븀 합금의 제조방법에서, 마그네슘 증기가 환원반응에 양호하게 참여되었는지 여부를 확인하기 위하여 이하의 실험을 수행하였다.In the method of manufacturing a niobium alloy according to an aspect, the following experiment was performed to confirm whether the magnesium vapor satisfactorily participated in the reduction reaction.

원료로 사용된 복합 금속 산화물(니오븀 오산화물(Nb2O5) 100g 및 니켈 산화물(NiO) 79g이 혼합 소결된 복합 금속 산화물)을 100% 환원하기 위해 요구되는 마그네슘의 양은 70g으로, 상기 복합 금속 산화물이 100% 환원되었을 때 생성된 생성물(Nb-Ni합금+MgO)의 이론적 무게는 총 249g이며, 이는 원료로 사용된 복합 금속 산화물의 무게(179g) 대비 139% 증가된 값이다.The amount of magnesium required for 100% reduction of the composite metal oxide (composite metal oxide in which 100 g of niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ) and 79 g of nickel oxide (NiO) is mixed and sintered) used as a raw material is 70 g, and the composite metal The theoretical weight of the product (Nb-Ni alloy + MgO) produced when the oxide is 100% reduced is 249 g in total, which is a 139% increase compared to the weight (179 g) of the composite metal oxide used as a raw material.

반응 용기 내에 원료 금속산화물 분말 및 마그네슘을 상기 조건으로 장입하되, 환원시의 열처리 조건을 도 4 내지 7과 같이 달리한 실시 예 1 내지 실시 예 3, 및 비교 예 1에 대해, 환원 반응 후 생성물의 무게를 측정하여, 원료로 사용된 복합 금속 산화물의 무게 대비 생성물의 무게의 증가량을 하기 표 1에 나타내었으며, 이를 100% 환원되었을 때 달성되는 생성물의 이론적 무게 증가량(139%)과 비교하여 마그네슘 증기가 환원반응에 양호하게 참여되었는지 여부를 확인하는 데 사용하였다. In Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, in which raw metal oxide powder and magnesium were charged into the reaction vessel under the above conditions, and the heat treatment conditions during reduction were changed as shown in FIGS. 4 to 7, the product after the reduction reaction was By measuring the weight, the increase in the weight of the product relative to the weight of the composite metal oxide used as a raw material is shown in Table 1 below, and compared with the theoretical weight increase (139%) of the product achieved when it is reduced by 100%, magnesium vapor was used to check whether or not it participated well in the reduction reaction.

환원반응 후 무게증가량(%)Weight increase after reduction reaction (%) 실시 예 1Example 1 144.8144.8 실시 예 2Example 2 141.6141.6 실시 예 3Example 3 141.0141.0 비교 예 1Comparative Example 1 132132

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시 예 1은 950℃로 곧바로 승온하여 30시간 유지시킨 비교 예 1의 경우, 환원 후 무게 증가량이 132%로 이론값(139%) 대비 다소 부족함을 알 수 있다. 이는, 마그네슘 분말이 200g 사용되어 원료로 사용된 복합 금속 산화물을 100% 환원시키기 위해 요구되는 값(70g)보다 현저히 많은 양이 사용되었음에도 불구하고 상기 복합 금속 산화물을 모두 환원시키지 못한 것으로 볼 수 있으며, 이는 상기 마그네슘 분말이 기화되어 생성된 마그네슘 증기 중 일부가 상기 복합 금속 산화물에 사용되지 않고 손실되었기 때문인 것으로 예상해볼 수 있다.As shown in Table 1, in Example 1, in the case of Comparative Example 1, which was immediately heated to 950° C. and maintained for 30 hours, the weight increase after reduction was 132%, which is somewhat insufficient compared to the theoretical value (139%). It can be seen that, despite the fact that 200 g of magnesium powder was used and a significantly larger amount than the value (70 g) required for 100% reduction of the composite metal oxide used as a raw material was used, all of the composite metal oxide could not be reduced, It can be expected that this is because some of the magnesium vapor generated by the vaporization of the magnesium powder is not used in the composite metal oxide and is lost.

반면 실시 예 1의 경우, 800℃에서부터 950℃까지 25시간 저속 승온 가열하고, 950℃에서 5시간 유지시켜 총 환원시간을 비교 예 1과 같이 30시간으로 맞춘 형태로, 환원 후 무게 증가량이 약 145%로 이론 값(139%)보다 증가 되었으며, 이를 통해 상기 복합 금속 산화물은 모두 양호하게 환원되어 니오븀-니켈 합금을 형성한 것으로 예상해볼 수 있다. 또한, 측정 무게 증가량이 이론 무게 증가량보다 많은 것은 약간의 잉여 마그네슘(Mg)이 추가로 흡착되었기 때문인 것으로 예상해볼 수 있다. On the other hand, in the case of Example 1, the total reduction time was adjusted to 30 hours as in Comparative Example 1 by heating at a low rate of heating from 800°C to 950°C for 25 hours, and maintaining at 950°C for 5 hours, and the weight increase after reduction was about 145 % was increased from the theoretical value (139%), and through this, it can be expected that all of the composite metal oxides were well reduced to form a niobium-nickel alloy. In addition, it can be expected that the increase in measured weight is greater than the increase in theoretical weight because some excess magnesium (Mg) is additionally adsorbed.

또한, 실시 예 2의 경우, 850℃에서부터 950℃까지 25시간 저속 승온 가열하고, 950℃에서 5시간 유지시켜 총 환원시간을 비교 예 1과 같이 30시간으로 맞춘 형태로, 환원 후 무게 증가량이 약 142%로 이론 값(139%)보다 증가 되었으며, 이를 통해 상기 복합 금속 산화물은 모두 양호하게 환원되어 니오븀-니켈 합금을 형성한 것으로 예상해볼 수 있다. In addition, in the case of Example 2, the temperature was raised at a low speed from 850 ° C. to 950 ° C. for 25 hours and maintained at 950 ° C. for 5 hours to adjust the total reduction time to 30 hours as in Comparative Example 1, and the weight increase after reduction was about It was increased to 142% from the theoretical value (139%), and through this, it can be expected that all of the composite metal oxides were well reduced to form a niobium-nickel alloy.

또한, 실시 예 3의 경우, 850℃에서부터 950℃까지 20시간 저속 승온 가열하고, 950℃에서 5시간 유지시켜 총 환원시간을 25시간으로 단축시킨 형태로, 환원 후 무게 증가량이 약 141%로 이론 값(139%)보다 증가 되었으며, 이를 통해 상기 복합 금속 산화물은 모두 양호하게 환원되어 니오븀-니켈 합금을 형성한 것으로 예상해볼 수 있다.In addition, in the case of Example 3, the total reduction time was shortened to 25 hours by heating at a low speed from 850°C to 950°C for 20 hours and maintaining it at 950°C for 5 hours. value (139%) was increased, and through this, it can be expected that all of the composite metal oxides were well reduced to form a niobium-nickel alloy.

이를 통해, 마그네슘 증기의 환원반응을 이용하여 니오븀 합금을 제조할 경우, 단일 온도에서 환원을 수행하는 것 대비 보다 낮은 온도에서 저속으로 승온시키며 환원시키는 단계를 더 포함함으로써 마그네슘 증기의 활동성을 조절하여 마그네슘 증기가 손실되지 않고, 충분히 환원반응에 사용되도록 할 수 있어, 이를 통해 니오븀 합금의 회수율을 높일 수 있음을 알 수 있다. Through this, when the niobium alloy is manufactured using the reduction reaction of the magnesium vapor, the activity of the magnesium vapor is controlled by further including the step of reducing the temperature by increasing the temperature at a low speed at a lower speed than performing the reduction at a single temperature. It can be seen that the recovery rate of the niobium alloy can be increased through not losing steam and can be sufficiently used for the reduction reaction.

Claims (10)

니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 마그네슘 증기로 환원시켜 니오븀 금속 또는 니오븀 합금을 제조하는 방법에 있어서,
니오븀 산화물 또는 니오븀 복합 산화물을 마그네슘 증기와 접촉시켜 환원시키는 단계를 포함하고,
상기 환원시키는 단계는,
제1 온도에서 제2 온도로 1℃/h 내지 10℃/h의 승온 속도로 승온시키면서 환원시키는 제1 단계; 및
상기 제2 온도에서 1 내지 10시간 동안 환원시키는 제2 단계;를 포함하며,
상기 제1 온도는 700℃ 내지 875℃이고, 상기 제2 온도는 900℃ 내지 975℃인, 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법.
A method for producing niobium metal or a niobium alloy by reducing niobium oxide or niobium complex oxide with magnesium vapor, the method comprising:
reducing the niobium oxide or niobium complex oxide by contacting it with magnesium vapor;
The reducing step is
A first step of reducing the temperature while raising the temperature from the first temperature to the second temperature at a temperature increase rate of 1 ℃ / h to 10 ℃ / h; and
a second step of reducing at the second temperature for 1 to 10 hours;
The first temperature is 700 ℃ to 875 ℃, the second temperature is 900 ℃ to 975 ℃, a method of producing a niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor.
제1항에 있어서,
상기 제1 단계는 상기 제1 온도에서 상기 제2 온도로 15시간 내지 30시간 동안 승온시키면서 환원시키는 것인, 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법.
According to claim 1,
The first step is to reduce the temperature while raising the temperature from the first temperature to the second temperature for 15 hours to 30 hours, a method of producing a niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 온도는 825℃ 내지 875℃의 온도인, 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법.
According to claim 1,
The first temperature is a temperature of 825 ℃ to 875 ℃, a method of manufacturing a niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법은,
상기 환원시키는 단계로 얻어진 생성물로부터 산화마그네슘(MgO)을 포함하는 불순물을 제거하는 단계;를 더 포함하는, 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing the niobium metal or niobium alloy,
Removing impurities including magnesium oxide (MgO) from the product obtained by the reducing step; further comprising, a method for producing a niobium metal or a niobium alloy using magnesium vapor.
제6항에 있어서,
상기 불순물은 산처리 공정으로 제거되는, 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법.
7. The method of claim 6,
The method for producing a niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor, wherein the impurities are removed by an acid treatment process.
제1항에 있어서,
상기 니오븀 복합 산화물은
니켈(Ni), 철(Fe), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 바나듐(V), 하프늄(Hf), 스칸듐(Sc) 및 이트륨(Y)으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는, 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법.
According to claim 1,
The niobium composite oxide is
from nickel (Ni), iron (Fe), tantalum (Ta), niobium (Nb), titanium (Ti), zirconium (Zr), vanadium (V), hafnium (Hf), scandium (Sc) and yttrium (Y). A method for producing a niobium metal or a niobium alloy using magnesium vapor, comprising at least one selected metal.
제1항에 있어서,
상기 니오븀 복합 산화물은
니오븀 산화물 및 니오븀을 제외한 금속 산화물을 혼합 및 소결하여 제조되는, 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법.
According to claim 1,
The niobium composite oxide is
A method for producing niobium metal or a niobium alloy using magnesium vapor, which is produced by mixing and sintering niobium oxide and a metal oxide other than niobium.
제9항에 있어서,
상기 소결은 1000℃ 내지 1500℃의 온도에서 수행되는, 마그네슘 증기를 이용한 니오븀 금속 또는 니오븀 합금의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The sintering is performed at a temperature of 1000 ° C to 1500 ° C, a method for producing a niobium metal or niobium alloy using magnesium vapor.
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