Proprietățile fizice și chimice ale niobiului. Utilizarea niobiului și proprietățile sale Care a fost numele original al niobiului metalic

Universitatea de Stat de Mine din Ural

Pe tema: Proprietățile niobiului

Grupa: M-13-3

Student: Mokhnashin Nikita

1. Informații generale despre element

Proprietățile fizice ale niobiului

Proprietățile chimice ale niobiului

Niobiul în stare liberă

Oxizii de niobiu și sărurile lor

Compușii niobiului

Țări lider în producția de niobiu

1. Informații generale despre element

Elementul care ocupă a 41-a celulă din tabelul periodic este cunoscut omenirii de multă vreme. Vârsta numelui său actual - niobiu - este cu aproape jumătate de secol mai mică. S-a întâmplat ca elementul #41 să fie deschis de două ori. Prima dată - în 1801, omul de știință englez Charles Hatchet a examinat o mostră din mineralul potrivit trimis Muzeului Britanic din America. Din acest mineral, a izolat oxidul unui element necunoscut anterior. Hatchet a numit noul element columbia, marcând astfel originea sa transatlantică. Iar mineralul negru se numește columbit. Un an mai târziu, chimistul suedez Ekeberg a izolat oxidul unui alt element nou din columbit, numit tantal. Asemănarea compușilor din Columbia și tantalul a fost atât de mare încât timp de 40 de ani majoritatea chimiștilor au crezut că tantalul și columbiul sunt unul și același element.

În 1844, chimistul german Heinrich Rose a examinat mostre de columbit găsite în Bavaria. El a descoperit din nou oxizii a două metale. Unul dintre ei a fost un oxid al tantalului deja cunoscut. Oxizii erau asemănători, iar subliniind asemănarea lor, Rosé a numit elementul care formează al doilea oxid de niobiu, după numele lui Niobe, fiica martirului mitologic Tantalus. Cu toate acestea, Rose, la fel ca Hatchet, nu a reușit să obțină acest element în stare liberă. Niobiul metalic a fost obținut pentru prima dată abia în 1866 de către omul de știință suedez Blomstrand în timpul reducerii clorurii de niobiu cu hidrogen. La sfârşitul secolului al XIX-lea. au mai fost găsite două modalităţi de obţinere a acestui element. Moissan l-a obținut mai întâi într-un cuptor electric, reducând oxidul de niobiu cu carbon, iar apoi Goldschmidt a reușit să reducă același element cu aluminiu. Și au continuat să numească elementul nr. 41 diferit în diferite țări: în Anglia și SUA - Columbia, în alte țări - niobiu. Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) a pus capăt acestei discordii în 1950. S-a decis să se legalizeze peste tot numele elementului „niobiu”, iar numele „columbit” a fost atribuit principalului mineral de niobiu. Formula sa este (Fe, Mn) (Nb, Ta)2 O 6.

Nu este o coincidență că niobiul este considerat un element rar: într-adevăr nu apare des și în cantități mici și întotdeauna sub formă de minerale și niciodată în stare nativă. Un detaliu curios: în diferite publicații de referință, clarke (conținutul din scoarța terestră) de niobiu este diferit. Acest lucru se datorează în principal faptului că în ultimii ani au fost găsite noi zăcăminte de minerale care conțin niobiu în țările africane. În „Manualul unui chimist”, vol. 1 (M., „Chimie”, 1963), sunt date următoarele cifre: 3,2 10-5% (1939), 1 10-3% (1949) și 2, 4 10-3% (1954). Dar chiar și ultimele cifre sunt subestimate: zăcămintele africane descoperite în ultimii ani nu sunt incluse aici. Cu toate acestea, se estimează că aproximativ 1,5 milioane de tone de niobiu metalic pot fi topite din mineralele zăcămintelor deja cunoscute.

Proprietățile fizice ale niobiului

Niobiul este un metal strălucitor, gri-argintiu.

Niobiul elementar este un metal extrem de refractar (2468°C) și cu punct de fierbere ridicat (4927°C), foarte rezistent în multe medii agresive. Toți acizii, cu excepția fluorhidricului, nu acționează asupra acestuia. Acizii oxidanți „pasivează” niobiul, acoperindu-l cu o peliculă de oxid protector (nr. 205). Dar la temperaturi ridicate, activitatea chimică a niobiului crește. Dacă la 150...200°C se oxidează doar un mic strat de suprafață al metalului, atunci la 900...1200°C grosimea peliculei de oxid crește semnificativ.

Rețeaua cristalină a niobiului este cubică centrată pe corp cu parametrul a = 3,294Å.

Metalul pur este ductil și poate fi rulat într-o foaie subțire (până la o grosime de 0,01 mm) în stare rece fără recoacere intermediară.

Este posibil să se constate astfel de proprietăți ale niobiului ca punct de topire și fierbere ridicat, o funcție de lucru mai scăzută a electronilor în comparație cu alte metale refractare - wolfram și molibden. Ultima proprietate caracterizează capacitatea de a emisia de electroni (emisia de electroni), care este utilizată pentru utilizarea niobiului în tehnologia electrovacuum. Niobiul are, de asemenea, o temperatură de tranziție supraconductivă ridicată.

Densitate 8,57 g/cm 3(20 °С); t pl 2500 °С; t kip 4927 °С; presiunea vaporilor (în mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 N/m 2) 1 10 -5(2194 °С), 1 10 -4(2355 °С), 6 10 -4(la or pl ), 1 10-3 (2539 °C).

La temperaturi obișnuite, niobiul este stabil în aer. Debutul oxidării (film de nuanță) se observă atunci când metalul este încălzit la 200 - 300°C. Peste 500°, are loc oxidarea rapidă cu formarea de oxid de Nb2 O 5.

Conductivitate termică în W / (m K) la 0 ° C și, respectiv, 600 ° C, 51,4 și 56,2, aceeași în cal / (cm s ° C) 0,125 și 0,156. Rezistență electrică de volum specific la 0°C 15,22 10 -8ohm m (15,22 10 -6ohm cm). Temperatura de tranziție la starea supraconductoare este de 9,25 K. Niobiul este paramagnetic. Funcția de lucru a electronilor este de 4,01 eV.

Niobiul pur este ușor de prelucrat prin presiune rece și păstrează proprietăți mecanice satisfăcătoare la temperaturi ridicate. Rezistența sa finală la 20 și 800°C este de 342 și, respectiv, 312 MN/m. 2, la fel în kgf/mm 234,2 și 31,2; alungire relativă la 20, respectiv 800°C, 19,2 și respectiv 20,7%. Duritatea niobiului pur conform Brinell 450, tehnic 750-1800 MN/m 2. Impuritățile unor elemente, în special hidrogenul, azotul, carbonul și oxigenul, afectează foarte mult plasticitatea și cresc duritatea niobiului.

3. Proprietățile chimice ale niobiului

Niobiul este apreciat în special pentru rezistența sa la acțiunea substanțelor anorganice și organice.

Există o diferență în comportamentul chimic al metalului sub formă de pulbere și a nodulilor. Acesta din urmă este mai stabil. Metalele nu acționează asupra ei, chiar dacă sunt încălzite la temperaturi ridicate. Metalele alcaline lichide și aliajele lor, bismut, plumb, mercur, staniu pot fi în contact cu niobiul pentru o lungă perioadă de timp, fără a-i modifica proprietățile. Chiar și agenți oxidanți puternici precum acidul percloric, „vodca regală”, ca să nu mai vorbim de nitric, sulfuric, clorhidric și toți ceilalți nu pot face nimic cu el. Soluțiile alcaline nu au nici un efect asupra niobiului.

Există, totuși, trei reactivi care pot transforma niobiul metal în compuși chimici. Una dintre ele este o topire a hidroxidului unui metal alcalin:

Nb + 4NaOH + 5O2 \u003d 4NaNbO3 + 2H2O

Celelalte două sunt acidul fluorhidric (HF) sau amestecul acestuia cu acid azotic (HF+HNO). În acest caz, se formează complexe de fluorură, a căror compoziție depinde în mare măsură de condițiile de reacție. În orice caz, elementul face parte dintr-un anion de tip 2 sau 2.

Dacă luăm niobiu sub formă de pudră, atunci este ceva mai activ. De exemplu, în nitratul de sodiu topit, chiar se aprinde, transformându-se într-un oxid. Niobiul compact începe să se oxideze când este încălzit peste 200°C, iar pulberea este acoperită cu o peliculă de oxid deja la 150°C. În acest caz, se manifestă una dintre proprietățile minunate ale acestui metal - își păstrează plasticitatea.

Sub formă de rumeguș, când este încălzit peste 900°C, arde complet până la Nb2O5. Arde puternic într-un jet de clor:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Când este încălzit, reacţionează cu sulful. Cu majoritatea metalelor, se aliajează cu dificultate. Există poate doar două excepții: fierul, cu care se formează soluții solide de diferite rapoarte și aluminiul, care are un compus Al2Nb cu niobiu.

Ce calități ale niobiului îl ajută să reziste la acțiunea celor mai puternici acizi oxidanți? Se pare că acest lucru nu se referă la proprietățile metalului, ci la caracteristicile oxizilor săi. La contactul cu agenții oxidanți, pe suprafața metalului apare un strat foarte subțire (și deci invizibil) dar foarte dens de oxizi. Acest strat devine o barieră de netrecut pe calea agentului de oxidare către o suprafață metalică curată. Doar unii reactivi chimici, în special anionul fluor, pot pătrunde prin ea. Prin urmare, în esență metalul este oxidat, dar practic rezultatele oxidării sunt imperceptibile datorită prezenței unei pelicule de protecție subțiri. Pasivitatea în raport cu acidul sulfuric diluat este folosită pentru a crea un redresor de curent alternativ. Este aranjat simplu: plăcile de platină și niobiu sunt scufundate într-o soluție de 0,05 m de acid sulfuric. Niobiul în stare pasivată poate conduce curentul dacă este un electrod negativ - un catod, adică electronii pot trece prin stratul de oxid numai din partea metalului. Din soluție, calea electronilor este închisă. Prin urmare, atunci când un curent alternativ este trecut printr-un astfel de dispozitiv, trece doar o fază, pentru care platina este anodul, iar niobiul este catodul.

halogen de niobiu metalic

4. Niobiul în stare liberă

Este atât de frumos încât, la un moment dat, au încercat să facă bijuterii din el: cu culoarea sa gri deschis, niobiul seamănă cu platina. În ciuda punctelor ridicate de topire (2500°C) și punctelor de fierbere (4840°C), orice produs poate fi ușor fabricat din acesta. Metalul este atât de ductil încât poate fi prelucrat la rece. Este foarte important ca niobiul să-și păstreze proprietățile mecanice la temperaturi ridicate. Adevărat, ca și în cazul vanadiului, chiar și impuritățile mici de hidrogen, azot, carbon și oxigen reduc foarte mult ductilitatea și cresc duritatea. Niobiul devine fragil la temperaturi cuprinse între -100 și -200°C.

Obținerea niobiului într-o formă ultrapură și compactă a devenit posibilă odată cu implicarea tehnologiei în ultimii ani. Întregul proces tehnologic este complex și necesită timp. Practic, este împărțit în 4 etape:

1.obţinerea unui concentrat: ferroniobium sau ferrotantaloniobium;

.deschiderea concentratului - transferul de niobiu (și tantal) în orice compuși insolubili pentru a-l separa de masa principală a concentratului;

.separarea niobiului și tantalului și obținerea compușilor lor individuali;

.obţinerea şi rafinarea metalelor.

Primele două etape sunt destul de simple și comune, deși necesită timp. Gradul de separare a niobiului și tantalului este determinat de a treia etapă. Dorința de a obține cât mai mult niobiu și mai ales tantal a făcut necesară găsirea celor mai noi metode de separare: extracția selectivă, schimbul de ioni și rectificarea compușilor acestor elemente cu halogeni. Ca rezultat, fie un oxid, fie pentacloruri de tantal și niobiu sunt obținute separat. În ultima etapă, se folosește reducerea cu carbon (funingine) într-un curent de hidrogen la 1800°C, apoi se ridică temperatura la 1900°C și se reduce presiunea. Carbura obținută prin interacțiunea cu cărbunele reacţionează cu Nb2O5:

2Nb2O5 + 5NbC = 9Nb + 5CO3,

iar pulberea de niobiu apare. Dacă, în urma separării niobiului de tantal, nu se obține un oxid, ci o sare, atunci se tratează cu sodiu metalic la 1000 ° C și se obține și niobiu sub formă de pulbere. Prin urmare, în timpul transformării ulterioare a pulberii într-un monolit compact, se realizează topirea într-un cuptor cu arc, iar topirea cu fascicul de electroni și zona este utilizată pentru a obține cristale simple de niobiu foarte pur.

Oxizii de niobiu și sărurile lor

Numărul de compuși cu oxigen în niobiu este mic, mult mai mic decât în ​​vanadiu. Acest lucru se explică prin faptul că în compușii corespunzători stării de oxidare +4, +3 și +2, niobiul este extrem de instabil. Dacă un atom al acestui element a început să doneze electroni, atunci tinde să renunțe la toți cei cinci pentru a expune o configurație electronică stabilă.

Dacă comparăm ionii din aceeași stare de oxidare a doi vecini din grup - vanadiu și niobiu, atunci se constată o creștere a proprietăților față de metale. Natura acidă a oxidului de Nb2O5 este vizibil mai slabă decât cea a oxidului de vanadiu (V). Nu formează acid când este dizolvat. Numai atunci când este fuzionat cu alcaline sau carbonați, apar proprietățile sale acide:

O5 + 3Na2CO3 = 2Na3NbO4 + 3C02

Această sare - ortoniobat de sodiu - este similară cu aceleași săruri ale acidului ortofosforic și ortovanadic. Cu toate acestea, fosforul și arsenul au cea mai stabilă formă orto, iar încercările de a obține ortoniobat pur eșuează. Când aliajul este tratat cu apă, nu se eliberează sare de Na3NbO4, ci metaniobat de NaNbO3. Este o pulbere incolora fin cristalina, greu solubila in apa rece. În consecință, în niobiu în cea mai mare stare de oxidare, nu orto-, ci forma meta a compușilor este mai stabilă.

Printre alți compuși ai oxidului de niobiu (V) cu oxizi bazici, sunt cunoscuți diniobații K4Nb2O7, care amintesc de piroacizi și poliniobații (ca umbră de acizi polifosforici și polivanadic) cu formulele aproximative K7Nb5O16.nH2O și K8Nb6O19. Sărurile menționate anterior corespunzătoare oxidului superior de niobiu conțin acest element în compoziția anionului. Forma acestor săruri ne permite să le considerăm derivate ale sărurilor de niobiu. acizi. Acești acizi nu pot fi obținuți în formă pură, deoarece pot fi considerați mai degrabă ca oxizi care au o legătură cu moleculele de apă. De exemplu, forma meta este Nb2O5. H2O, în timp ce forma orgo este Nb2O5. 3H2O. Alături de acest tip de compuși, niobiul are și alții, unde este deja parte a cationului. Niobiul nu formează săruri simple precum sulfații, nitrații etc. La interacțiunea cu hidrosulfatul de sodiu NaHSO4 sau cu oxidul de azot N2O4 apar substanțe cu un cation complex: Nb2O2 (SO4) 3. Cationii din aceste săruri seamănă cu cationul vanadiu, singura diferență fiind că aici ionul are cinci încărcări, în timp ce în vanadiu starea de oxidare a ionului vanadil este de patru. Același cation NbO3+ este inclus în unele săruri complexe. Oxidul Nb2O5 este destul de ușor solubil în acid fluorhidric apos. Sarea complexă K2 poate fi izolată din astfel de soluții. H2O.

Pe baza reacțiilor luate în considerare, se poate concluziona că niobiul în starea sa cea mai ridicată de oxidare poate fi inclus atât în ​​compoziția anionicilor, cât și în compoziția cationului. Aceasta înseamnă că niobiul pentavalent este amfoter, dar totuși cu o predominanță semnificativă a proprietăților acide.

Există mai multe moduri de a obține Nb2O5. În primul rând, interacțiunea niobiului cu oxigenul în timpul încălzirii. În al doilea rând, calcinarea în aer a sărurilor de niobiu: sulfură, nitrură sau carbură. În al treilea rând, cea mai comună metodă este deshidratarea hidraților. Oxidul hidratat Nb2O5 precipită din soluții apoase de săruri cu acizi concentrați. xH2O. Apoi, când soluțiile sunt diluate, apare un precipitat de oxid alb. Deshidratarea precipitatului de Nb2O5 xH2O este însoțită de degajare de căldură. Toată masa se încălzește. Acest lucru se întâmplă din cauza transformării unui oxid amorf într-o formă cristalină. Oxidul de niobiu poate fi de două culori. În condiții normale, este alb, dar când este încălzit, devine galben. Odată ce oxidul este răcit, însă, culoarea dispare. Oxidul este refractar (topit=1460°C) și nevolatil.

Stările inferioare de oxidare ale niobiului corespund NbO2 și NbO. Prima dintre acestea două este o pulbere neagră cu o tentă albastră. NbO2 se obține din Nb2O5 prin îndepărtarea oxigenului cu magneziu sau hidrogen la o temperatură de aproximativ o mie de grade:

O5 + H2 = 2NbO2 + H2O

În aer, acest compus se transformă cu ușurință înapoi în oxidul superior Nb2O5. Caracterul său este destul de secret, deoarece oxidul este insolubil în apă sau acizi. Cu toate acestea, el este creditat cu un caracter acid pe baza interacțiunii cu alcalii apos fierbinți; în acest caz, însă, are loc oxidarea la un ion cu cinci încărcări.

S-ar părea că diferența unui electron nu este atât de mare, dar spre deosebire de Nb2O5, oxidul de NbO2 conduce un curent electric. Evident, în acest compus există o legătură metal-metal. Dacă profitați de această calitate, atunci când este încălzit cu un curent alternativ puternic, puteți determina NbO2 să renunțe la oxigenul său.

Odată cu pierderea de oxigen, NbO2 trece în oxid de NbO și apoi tot oxigenul este eliminat destul de repede. Se știu puține despre oxidul de niobiu inferior NbO. Are un luciu metalic și arată asemănător cu metalul. Excelent conductor de electricitate. Într-un cuvânt, se comportă ca și cum nu ar exista deloc oxigen în compoziția sa. Chiar și, ca un metal tipic, reacționează violent cu clorul atunci când este încălzit și se transformă în oxiclorură:

2NbO + 3Cl2=2NbOCl3

Înlocuiește hidrogenul din acidul clorhidric (de parcă nu ar fi deloc un oxid, ci un metal precum zincul):

NbO + 6HCI = 2NbOCl3 + 3H2

NbO pur poate fi obținut prin calcinarea sării complexe deja menționate K2 cu sodiu metalic:

K2 + 3Na = NbO + 2KF + 3NaF

Oxidul de NbO are cel mai înalt punct de topire dintre toți oxizii de niobiu la 1935°C. Pentru a purifica niobiul din oxigen, temperatura este ridicată la 2300 - 2350 ° C, apoi, simultan cu evaporarea, NbO se descompune în oxigen și metal. Există o rafinare (curățare) a metalului.

Compușii niobiului

Povestea despre element nu ar fi completă fără a menționa compușii săi cu halogeni, carburi și nitruri. Acest lucru este important din două motive. În primul rând, datorită complexelor de fluorură, este posibil să se separe niobiul de eternul său companion tantal. În al doilea rând, acești compuși ne dezvăluie calitățile niobiului ca metal.

Interacțiunea halogenilor cu niobiul metalic:

Se pot obține Nb + 5Cl2 = 2NbCl5, toate posibilele pentahalogenuri de niobiu.

Pentafluorura NbF5 (topitură = 76 °C) în stare lichidă și în vapori este incoloră. La fel ca pentafluorura de vanadiu, este polimerică în stare lichidă. Atomii de niobiu sunt legați între ei prin atomi de fluor. În formă solidă, are o structură formată din patru molecule (Fig. 2).

Orez. 2. Structura NbF5 și TaF5 în formă solidă este formată din patru molecule.

Soluțiile în acid fluorhidric H2F2 conțin diverși ioni complecși:

H2F2 \u003d H2; + H2O \u003d H2

sare de potasiu K2. H2O este important pentru separarea niobiului de tantal deoarece, spre deosebire de sarea de tantal, este foarte solubilă.

Pentahalogenurile de niobiu rămase sunt viu colorate: NbCl5 galben, NbBr5 violet-roșu, NbI2 maro. Toate sublime fără descompunere într-o atmosferă a halogenului corespunzător; atunci când sunt pereche, sunt monomeri. Punctele de topire și de fierbere ale acestora cresc odată cu trecerea de la clor la brom și iod. Unele dintre modalitățile de a obține pentahalogenuri sunt următoarele:

2Nb+5I2 2NbI5;O5+5C+5Cl22NbCl5+5CO;.

2NbCl5+5F22NbF5+5Cl2

Pentahalogenurile se dizolvă bine în solvenți organici: eter, cloroform, alcool. Apa, însă, este complet descompusă - hidrolizată. Ca urmare a hidrolizei, se obțin doi acizi - hidrohalic și niobic. De exemplu,

4H2O = 5HCI + H3NbO4

Când hidroliza este nedorită, atunci se introduce un acid puternic și echilibrul procesului descris mai sus este deplasat către NbCl5. În acest caz, pentahalogenura se dizolvă fără a suferi hidroliză,

Carbura de niobiu a meritat o apreciere specială din partea metalurgiștilor. În orice oțel, există carbon; niobiul, legându-l în carbură, îmbunătățește calitatea oțelului aliat. De obicei, atunci când sudați oțel inoxidabil, sudura are o rezistență mai mică. Introducerea niobiului în cantitate de 200 g pe tonă ajută la corectarea acestei deficiențe. Când este încălzit, niobiul, înaintea tuturor celorlalte metale din oțel, formează un compus cu carbon - carbură. Acest compus este destul de plastic și în același timp capabil să reziste la temperaturi de până la 3500°C. Un strat de carbură de numai o jumătate de milimetru gros este suficient pentru a proteja metalele și, cel mai important, grafitul de coroziune. Carbura poate fi obținută prin încălzirea oxidului de metal sau de niobiu (V) cu carbon sau gaze care conțin carbon (CH4, CO).

Nitrura de niobiu este un compus care nu este afectat de niciun acizi și chiar de „vodcă regală” atunci când este fiert; rezistent la apa. Singurul lucru cu care poate fi forțat să interacționeze este alcalii la fierbere. În acest caz, se descompune odată cu eliberarea de amoniac.

Nitrura de NbN este gri deschis cu o nuanță gălbuie. Este refractar (temp. pl. 2300 ° C), are o caracteristică remarcabilă - la o temperatură apropiată de zero absolut (15,6 K, sau -267,4 ° C), are supraconductivitate.

Dintre compușii care conțin niobiu într-o stare de oxidare inferioară, halogenurile sunt cele mai cunoscute. Toate halogenurile inferioare sunt solide cristaline închise (de la roșu închis la negru). Stabilitatea lor scade pe măsură ce scade gradul de oxidare al metalului.

Utilizarea niobiului în diverse industrii

Utilizarea niobiului pentru alierea metalelor

Oțelul aliat cu niobiu are o rezistență bună la coroziune. De asemenea, cromul crește rezistența la coroziune a oțelului și este mult mai ieftin decât niobiul. Acest cititor are dreptate și greșit în același timp. Greșit pentru că am uitat de un lucru.

În oțelul crom-nichel, ca și în oricare altul, există întotdeauna carbon. Dar carbonul se combină cu cromul pentru a forma carbură, ceea ce face oțelul mai fragil. Niobiul are o afinitate mai mare pentru carbon decât crom. Prin urmare, atunci când niobiul este adăugat la oțel, se formează în mod necesar carbura de niobiu. Oțelul aliat cu niobiu capătă proprietăți anticorozive ridicate și nu își pierde ductilitatea. Efectul dorit se obține atunci când la o tonă de oțel se adaugă doar 200 g de niobiu metalic. Și niobiul din oțel crom-mangaic oferă rezistență ridicată la uzură.

Multe metale neferoase sunt, de asemenea, aliate cu niobiu. Deci, aluminiul, care este ușor solubil în alcalii, nu reacționează cu ele dacă i se adaugă doar 0,05% niobiu. Și cuprul, cunoscut pentru moliciunea sa și multe dintre aliajele sale, niobiul pare să se întărească. Mărește rezistența metalelor precum titanul, molibdenul, zirconiul și, în același timp, le crește rezistența la căldură și rezistența la căldură.

Acum proprietățile și capacitățile niobiului sunt apreciate de aviație, inginerie mecanică, inginerie radio, industria chimică și energia nucleară. Toți au devenit consumatori de niobiu.

Proprietatea unică - absența unei interacțiuni vizibile a niobiului cu uraniul la temperaturi de până la 1100 ° C și, în plus, o bună conductivitate termică, o mică secțiune transversală de absorbție eficientă a neutronilor termici, a făcut din niobiu un concurent serios pentru metalele recunoscute în industria nucleară - aluminiu, beriliu și zirconiu. În plus, radioactivitatea artificială (indusă) a niobiului este scăzută. Prin urmare, poate fi folosit pentru realizarea de containere pentru depozitarea deșeurilor radioactive sau instalații pentru utilizarea acestora.

Industria chimică consumă relativ puțin niobiu, dar acest lucru poate fi explicat doar prin deficitul său. Din aliaje care conțin niobiu și mai rar din niobiu în foaie, se realizează uneori echipamente pentru producerea de acizi de înaltă puritate. Capacitatea niobiului de a influența viteza unor reacții chimice este utilizată, de exemplu, în sinteza alcoolului din butadienă.

Consumatorii elementului nr. 41 au fost, de asemenea, rachetele și tehnologia spațială. Nu este un secret pentru nimeni că unele cantități din acest element se rotesc deja pe orbite apropiate de Pământ. Din aliaje care conțin niobiu și niobiu pur, sunt fabricate unele părți ale rachetelor și echipamentelor de la bord ale sateliților artificiali de pe Pământ.

Utilizări ale niobiului în alte industrii

Din foi și tije de niobiu, sunt realizate „fittinguri fierbinți” (adică, părți încălzite) - anozi, grile, catozi încălziți indirect și alte părți ale lămpilor electronice, în special lămpile generatoare puternice.

Pe lângă metalul pur, aliajele tantaloniu-obiu sunt folosite în aceleași scopuri.

Niobiul a fost folosit pentru a face condensatoare și redresoare electrolitice. Aici, se folosește capacitatea niobiului de a forma o peliculă stabilă de oxid în timpul oxidării anodice. Filmul de oxid este stabil în electroliții acizi și trece curentul numai în direcția de la electrolit la metal. Condensatoarele de niobiu cu un electrolit solid se caracterizează prin capacitate mare la dimensiuni mici, rezistență ridicată de izolație.

Elementele condensatorului cu niobiu sunt realizate din folie subțire sau plăci poroase presate din pulberi metalice.

Rezistența la coroziune a niobiului în acizi și alte medii, combinată cu conductivitate termică ridicată și plasticitate, îl fac un material structural valoros pentru echipamentele din industriile chimice și metalurgice. Niobiul are o combinație de proprietăți care îndeplinesc cerințele energiei nucleare pentru materialele structurale.

Până la 900°C, niobiul interacționează slab cu uraniul și este potrivit pentru fabricarea de carcase de protecție pentru elementele de combustibil cu uraniu ale reactoarelor de putere. În acest caz, este posibil să se utilizeze lichide de răcire metalice: sodiu sau un aliaj de sodiu cu potasiu, cu care niobiul nu interacționează până la 600°C. Pentru a crește capacitatea de supraviețuire a elementelor combustibile cu uraniu, uraniul este aliat cu niobiu (~ 7% niobiu). Aditivul de niobiu stabilizează pelicula protectoare de oxid de pe uraniu, ceea ce îi mărește rezistența la vaporii de apă.

Niobiul este o componentă a diferitelor aliaje rezistente la căldură pentru turbinele cu gaz ale motoarelor cu reacție. Aliarea molibdenului, titanului, zirconiului, aluminiului și cuprului cu niobiu îmbunătățește semnificativ proprietățile acestor metale, precum și aliajele lor. Există aliaje rezistente la căldură pe bază de niobiu ca material structural pentru piesele motoarelor cu reacție și rachete (fabricarea palelor de turbine, marginile anterioare ale aripilor, capetele de vârf ale avioanelor și rachetelor, învelișuri de rachetă). Niobiul si aliajele pe baza acestuia pot fi folosite la temperaturi de functionare de 1000 - 1200°C.

Carbura de niobiu este un ingredient în unele tipuri de carburi pe bază de carbură de tungsten utilizate pentru tăierea oțelurilor.

Niobiul este utilizat pe scară largă ca adiție de aliere în oțeluri. Adăugarea de niobiu într-o cantitate de 6 până la 10 ori conținutul de carbon al oțelului elimină coroziunea intergranulară a oțelului inoxidabil și protejează sudurile de distrugere.

Niobiul este, de asemenea, introdus în compoziția diferitelor oțeluri rezistente la căldură (de exemplu, pentru turbinele cu gaz), precum și în compoziția oțelurilor de scule și magnetice.

Niobiul este introdus în oțel într-un aliaj cu fier (feroniobiu) care conține până la 60% Nb. În plus, ferotantaloniobiul este utilizat cu un raport diferit între tantal și niobiu în feroaliaj.

În sinteza organică, unii compuși ai niobiului (săruri complexe de fluor, oxizi) sunt utilizați ca catalizatori.

Utilizarea și producția de niobiu crește rapid, ceea ce se datorează unei combinații a proprietăților sale, cum ar fi refractaritatea, o secțiune transversală mică de captare a neutronilor termici, capacitatea de a forma aliaje rezistente la căldură, supraconductoare și alte aliaje, rezistență la coroziune, proprietăți getter, Funcție scăzută de lucru cu electroni, bună lucrabilitate la rece și sudabilitate. Principalele domenii de aplicare ale niobiului: știința rachetelor, aviația și tehnologia spațială, inginerie radio, electronică, construcție de aparate chimice, inginerie nucleară.

Aplicații ale niobiului metalic

Piesele de aeronave sunt fabricate din niobiu pur sau din aliajele acestuia; carcase pentru elemente de combustibil cu uraniu și plutoniu; containere și țevi; pentru metale lichide; detalii despre condensatoare electrolitice; fitinguri „la cald” de electronice (pentru instalații radar) și lămpi generatoare puternice (anozi, catozi, grile etc.); echipamente rezistente la coroziune în industria chimică.

Niobiul este aliat cu alte metale neferoase, inclusiv cu uraniu.

Niobiul este folosit în criotroni - elemente supraconductoare ale computerelor. Niobiul este, de asemenea, cunoscut pentru utilizarea sa în structurile acceleratoare ale Large Hadron Collider.

Compuși intermetalici și aliaje de niobiu

Stanniura Nb3Sn și aliajele de niobiu cu titan și zirconiu sunt utilizate pentru fabricarea solenoizilor supraconductori.

Niobiul și aliajele cu tantal înlocuiesc în multe cazuri tantul, ceea ce dă un mare efect economic (niobiul este mai ieftin și aproape de două ori mai ușor decât tantalul).

Ferroniobiul este introdus în oțelurile inoxidabile crom-nichel pentru a preveni coroziunea și distrugerea lor intergranulară și în alte tipuri de oțel pentru a le îmbunătăți proprietățile.

Niobiul este folosit la baterea monedelor de colecție. Astfel, Banca Letoniei susține că niobiul este folosit în monedele de colecție de 1 lat împreună cu argintul.

Utilizarea compușilor de niobiu catalizator O5 în industria chimică;

in productia de refractare, cermet, speciale sticlă, nitrură, carbură, niobați.

Carbura de niobiu (p.t. 3480 °C) într-un aliaj cu carbură de zirconiu și carbură de uraniu-235 este cel mai important material structural pentru barele de combustibil ale motoarelor nucleare cu reacție în fază solidă.

Nitrura de niobiu NbN este utilizată pentru producerea de filme supraconductoare subțiri și ultrasubțiri cu o temperatură critică de 5 până la 10 K cu o tranziție îngustă, de ordinul a 0,1 K

Niobiul în medicină

Rezistența ridicată la coroziune a niobiului a făcut posibilă utilizarea acestuia în medicină. Filamentele de niobiu nu irită țesutul viu și se îmbină bine cu acesta. Chirurgia reconstructivă a folosit cu succes astfel de suturi pentru a repara tendoanele rupte, vasele de sânge și chiar nervii.

Aplicare în bijuterii

Niobiul nu numai că are un set de proprietăți cerute de tehnică, dar arată și destul de frumos. Bijutierii au încercat să folosească acest metal alb strălucitor pentru a face cutii de ceasuri. Aliajele de niobiu cu wolfram sau reniu înlocuiesc uneori metalele nobile: aur, platină, iridiu. Acesta din urmă este deosebit de important, deoarece aliajul de niobiu cu reniu nu numai că arată ca iridiu metalic, dar este aproape la fel de rezistent la uzură. Acest lucru a permis unor țări să se descurce fără iridiu scump în producția de lipire pentru vârfurile de fântână.

Exploatarea niobiului în Rusia

În ultimii ani, producția mondială de niobiu a fost la nivelul de 24-29 mii de tone.De remarcat că piața mondială de niobiu este monopolizată în mod semnificativ de compania braziliană CBMM, care reprezintă aproximativ 85% din producția mondială. de niobiu.

Japonia este principalul consumator de produse care conțin niobiu (în principal ferroniobiu). Această țară importă anual peste 4.000 de tone de feroniob din Brazilia. Prin urmare, prețurile de import japoneze pentru produsele care conțin niobiu pot fi considerate cu mare încredere la fel de aproape de media mondială. În ultimii ani, a existat o tendință de creștere a prețurilor la ferroniobiu. Acest lucru se datorează utilizării sale în creștere pentru producția de oțeluri slab aliate destinate în principal conductelor de petrol și gaze. În general, trebuie menționat că în ultimii 15 ani, consumul mondial de niobiu a crescut în medie cu 4-5% anual.

Trebuie recunoscut cu regret că Rusia se află pe marginea pieței niobiului. La începutul anilor 1990, conform experților Giredmet, fosta URSS producea și consuma aproximativ 2.000 de tone de niobiu (în termeni de oxid de niobiu). În prezent, consumul de produse cu niobiu de către industria rusă nu depășește doar 100 - 200 de tone.De remarcat că în fosta URSS au fost create capacități semnificative pentru producerea niobiului, împrăștiate în diferite republici - Rusia, Estonia, Kazahstan. . Această caracteristică tradițională a dezvoltării industriei în URSS a plasat Rusia într-o poziție foarte dificilă în ceea ce privește multe tipuri de materii prime și metale. Piața niobiului începe cu producția de materii prime care conțin niobiu. Tipul său principal în Rusia a fost și rămâne concentratul de loparit, obținut la Lovozersky GOK (acum - Sevredmet JSC, regiunea Murmansk). Înainte de prăbușirea URSS, întreprinderea a produs aproximativ 23 de mii de tone de concentrat de loparit (conținutul de oxid de niobiu din acesta este de aproximativ 8,5%). Ulterior, producția de concentrat a fost în continuă scădere, în perioada 1996-1998. compania a fost oprită în mod repetat din cauza lipsei de vânzări. În prezent, conform estimărilor, producția de concentrat de loparit la întreprindere este la nivelul de 700 - 800 de tone pe lună.

Trebuie remarcat faptul că întreprinderea este destul de strict legată de singurul său consumator - fabrica de magneziu Solikamsk. Faptul este că concentratul de loparit este un produs destul de specific care se obține numai în Rusia. Tehnologia sa de procesare este destul de complicată din cauza complexului de metale rare (niobiu, tantal, titan) conținut în ea. În plus, concentratul este radioactiv, motiv pentru care toate încercările de a intra pe piața mondială cu acest produs s-au încheiat în zadar. De asemenea, trebuie menționat că este imposibil să se obțină ferioniobiu din concentratul de loparit. În anul 2000, la uzina de la Sevredmet, compania Rosredmet a lansat o fabrică experimentală de prelucrare a concentratului de loparit cu producția de produse comerciale care conțin niobiu (oxid de niobiu) printre alte metale.

Principalele piețe pentru produsele cu niobiu ale SMZ sunt țările din afara CSI: livrările se fac în SUA, Japonia și țările europene. Ponderea exporturilor în producția totală este de peste 90%. Capacități semnificative pentru producția de niobiu în URSS au fost concentrate în Estonia - la Asociația de producție chimică și metalurgică Sillamäe (Sillamäe). Acum, întreprinderea estonă se numește „Silmet”. În perioada sovietică, întreprinderea procesa concentrat de loparit de la Lovoozersky GOK, din 1992, livrarea sa a fost oprită. Acum Silmet procesează doar o cantitate mică de hidroxid de niobiu din uzina de magneziu Solikamsk. Majoritatea materiilor prime care conțin niobiu provin în prezent din Brazilia și Nigeria. Conducerea companiei nu exclude furnizarea de concentrat de loparit, cu toate acestea, „Sevredmet” încearcă să urmeze o politică de prelucrare la fața locului, deoarece exportul de materii prime este mai puțin profitabil decât produsele finite.

Îndrumare

Ai nevoie de ajutor pentru a învăța un subiect?

Experții noștri vă vor consilia sau vă vor oferi servicii de îndrumare pe subiecte care vă interesează.
Trimiteți o cerere indicând subiectul chiar acum pentru a afla despre posibilitatea de a obține o consultație.

Producția de niobiu împreună cu tantalul, precum și aliajele de tantaloniobiu, are o importanță economică deosebită din punctul de vedere al utilizării integrate a ambelor metale valoroase.
În multe cazuri, în loc de tantal cu același efect, se poate folosi niobiul apropiat în proprietăți sau aliaje de tantal cu niobiu, deoarece aceste metale formează o serie continuă de soluții solide ale căror proprietăți sunt apropiate de cele ale metalelor de bază.
Un aliaj de tantal cu niobiu poate fi obținut prin amestecarea pulberilor de tantal și niobiu obținute separat, urmată de presarea amestecului și sinterizarea în vid, precum și prin reducerea simultană a unui amestec de compuși de tantal și niobiu, de exemplu, un amestec de complecși. fluoruri K2TaF7 și K2NbF7, un amestec de cloruri, un amestec de oxizi etc.. P.
De obicei, în metoda acidului fluorhidric de separare a tantalului și niobiului, acesta din urmă este separat sub formă de fluoroxiniobat K2NbOF5*H2O.
Această sare nu este potrivită pentru reducerea sodiului din două motive:
a) apa de cristalizare, care face parte din această sare, reacționând cu sodiul, poate duce la o explozie,
b) oxigenul, care face parte din sare și asociat cu niobiul, nu este redus de sodiu și rămâne sub forma unei impurități de oxid în produsul de reducere.
Prin urmare, fluoroxiniobatul de potasiu trebuie recristalizat printr-o soluție de acid fluorhidric cu o concentrație de HF peste 10%, rezultând formarea unei sări K2NbF7 potrivită pentru reducerea sodiului.
Niobiul poate fi produs și prin electroliză în condiții similare celor descrise pentru producerea tantalului. Există o eficiență a curentului mai scăzută decât în ​​producția electrolitică de tantal, precum și dificultăți asociate cu o solubilitate vizibilă în electrolitul compușilor de niobiu de diferite valențe.
Este posibilă, de asemenea, electroliza dintr-o baie mixtă care conține un amestec de Ta2O5 + Nb2O5 ca componente de descompunere și K2TaF7 ca solvent. În acest caz, se obține un aliaj de niobiu și tantal.
Pentru a obține niobiu, a fost propusă o metodă de reducere a carbonului a pentoxidului de niobiu în vid.

Reducerea pentoxidului de niobiu cu carbon

Pentru a obține niobiu, K. Bolke a dezvoltat o metodă de reducere a pentoxidului de niobiu cu carbură de niobiu în vid conform reacției:

În esență, acest proces se reduce la reducerea pentoxidului de niobiu cu carbon.
Datorită rezistenței chimice ridicate a pentoxidului de niobiu, reducerea carbonului la presiunea atmosferică necesită o temperatură ridicată (aproximativ 1800-1900 °), care poate fi obținută într-un cuptor cu tuburi de grafit.Niobiul are o mare afinitate pentru carbon (energie liberă de formare a carbură de niobiu -ΔF ° = 38,2 kcal), prin urmare, în prezența gazelor carbonice în cuptor și la o rată mare de difuzie în faza solidă care se dezvoltă la o temperatură atât de ridicată, niobiul se dovedește a fi contaminat cu carbură de niobiu, chiar și în cazul loturilor pe baza reacţiei

În vid, reacția de reducere cu carbon are loc la o temperatură mai scăzută (1600-1700°),
Brichetele sunt preparate dintr-un amestec de pentoxid de niobiu și funingine, luate în rapoarte stoichiometrice în funcție de reacție.

Laminarea se realizează la 1800-1900° într-un cuptor cu tuburi de grafit în atmosferă protectoare (hidrogen, argon) sau în vid la o temperatură de 1600° până la încetarea emisiei de CO. Produsul rezultat este brichete ușor sinterizate constând din particule de carbură de culoare gri. Carbura este pulverizată într-o moară cu bile și amestecată cu pentoxid în proporții corespunzătoare reacției (1). Brichetele amestecului de Nb2O5 + NbC se calcinează din nou în vid la o temperatură de aproximativ 1600°.
Pentru a asigura eliminarea transpirației a carbonului sub formă de CO, un mic exces de pentoxid de niobiu trebuie introdus în compoziția încărcăturii Nb2O5 + NbC. În operația ulterioară de sinterizare (sudare) la temperatură înaltă a tijelor presate din niobiu metalic pulbere, excesul de pentoxid de niobiu este îndepărtat, deoarece oxizii de niobiu (precum și tantalul) se evaporă în vid la o temperatură sub punctul de topire al metalului.
Datorită timpului inevitabil petrecut cu crearea unui vid și răcirea produsului în acesta, productivitatea unui cuptor cu vid în fabricarea carburei de niobiu inițială este mult mai mică decât productivitatea unui cuptor cu tuburi de grafit care funcționează la presiunea atmosferică, în care un cuptor continuu. procesul poate fi realizat prin avansarea cartuşelor cu brichete dintr-un amestec de Nb2O5 + C. Prin urmare, este mai oportun să se obţină NbC continuu într-un cuptor cu tuburi de grafit la presiune atmosferică, deşi la temperaturi de 1800-1900 °.
Ar fi posibil să se obțină niobiu metalic într-un cuptor cu vid direct prin reacția pentoxidului cu funingine conform reacției (2) cu un ușor exces de Nb2O5 în încărcătură. Cu toate acestea, la încărcarea amestecului Nb2O5 + 5NbC într-un cuptor cu vid, productivitatea acestuia crește semnificativ în comparație cu încărcarea amestecului Nb2O5 + 5C, deoarece amestecul Nb2O5 + SNbC conține de 1,5 ori mai mult niobiu (82,4%) decât amestecul Nb2O5 + 57C (2). %) În plus, primul amestec are o greutate specifică aditivului de 1,7 ori mai mare decât al doilea amestec (6,25 g/cm3 și, respectiv, 3,7 g/cm3).
În plus, ar trebui să se țină seama de faptul că carbura de niobiu, care constituie partea predominantă a amestecului de Nb2O5 + 5NbC, are granulație mai grosieră decât pulberile de Nb2O5 dispersate și negrul de fum, ceea ce este un motiv suplimentar pentru greutatea în vrac mai mare a Nb2O5. + amestec 5NbC decât amestecul Nb2O5 + 5C.
Ca urmare a tuturor acestora, în volumul unitar al cartuşului se poate încadra de 2,5-3 ori mai mult material (pe baza conţinutului de niobiu) sub formă de brichete din amestecul Nb2O5 + 5NbC decât brichetele din amestecul Nb2O5 + 5C.
În munca lui Bolke, nu există dovezi suficient de puternice ale necesității de a adera strict la compoziția amestecului Nb2O5 + 5NbC recomandat de acesta, încărcat într-un cuptor cu vid.
Prin calcinarea unui amestec de Nb2O5 + 5C într-un cuptor cu tub de carbon la presiune atmosferică, este posibil să se obțină un produs cu productivitate ridicată (într-un proces continuu) care este apropiat ca compoziție de niobiul metalic cu un mic amestec de carbon. Această pulbere bogată în niobiu cu greutate specifică mare și densitate în vrac poate fi apoi amestecată cu o cantitate adecvată de Nb2O5 (cu un ușor exces de Nb2O5 în raport cu conținutul echivalent de impurități de carbon al niobiului) și amestecul brichetat calcinat într-un cuptor cu vid pentru a elimina carbon sub formă de CO.
Cu această opțiune, capacitatea și, în consecință, productivitatea cuptorului cu vid vor fi cele mai mari. Micul exces rămas de Nb2O5 se va evapora în timpul sinterizării ulterioare la temperatură înaltă a niobiului, iar acesta din urmă se va transforma într-un metal compact maleabil.
Când se utilizează niobiu cu conținut scăzut de carbon în loc de carbură de niobiu pentru interacțiunea cu pentoxidul, pot apărea unele complicații tehnologice. Faptul este că atunci când niobiul cu emisii scăzute de carbon este obținut la presiunea atmosferică în spațiul de reacție al unui cuptor cu tub de grafit, prezența unui amestec de azot din aer care poate intra în cuptor este întotdeauna posibilă. Niobiul, având o mare afinitate pentru azot, îl absoarbe activ. La obținerea carburei de niobiu, posibilitatea de contaminare a produsului cu azot este mult mai mică datorită afinității mai mari a niobiului pentru carbon decât pentru azot.
Prin urmare, producția de niobiu metalic folosind niobiu cu emisii scăzute de carbon ca materie primă este complicată de necesitatea de a crea condiții care să excludă posibilitatea pătrunderii azotului în spațiul de reacție, ceea ce este dificil de realizat într-un cuptor cu tuburi de grafit conectat liber la atmosfera. Pentru a elimina azotul din cuptor, este necesar să umpleți cu atenție cuptorul cu hidrogen pur sau argon, să observați etanșeitatea carcasei, să evitați aspirarea aerului în tubul de reacție atunci când încărcați cartușe cu un amestec de Nb2O5 + 5C în el și când descărcați niobiul. , etc.
Prin urmare, chestiunea avantajelor variantei de producere preliminară a carburii de niobiu sau a niobiului cu conținut scăzut de carbon la presiune atmosferică (cu calcinarea ulterioară a acestor produse în amestec cu Nb2O5 în vid) poate fi rezolvată prin posibilități practice în fiecare caz individual.
Avantajele procesului de reducere a carbonului a niobiului conform uneia dintre opțiunile descrise sunt: ​​utilizarea unui agent reducător ieftin sub formă de funingine și o recuperare mare directă a niobiului în metalul finit.
Asemănarea proprietăților tantalului și oxizilor de niobiu face posibilă utilizarea metodei descrise pentru producerea tantalului maleabil.

15.08.2019

Armătură - metal de construcție, al cărui profil poate fi neted (clasa A1) sau periodic. Întărirea este folosită pentru a întări și a crește rezistența...

15.08.2019

Metoda de tăiere cu plasmă a fost descoperită relativ recent, dar este folosită foarte activ în industrie, deoarece a fost bine studiată....

15.08.2019

Dezvoltarea tehnologiei permite îmbunătățirea sculelor pneumatice. Acestea sunt alimentate cu aer comprimat. Un astfel de instrument este utilizat activ în industrie, pe ...

15.08.2019

Începutul anului școlar este un test serios pentru bebeluș, deoarece modul obișnuit de viață al acestuia se destramă. Părinții ar trebui să-l ajute să supraviețuiască acestei schimbări. Foarte important...

14.08.2019

Armarea este un complex de elemente care conferă rezistență suplimentară diferitelor structuri din beton armat. De obicei este folosit cu beton. În interiorul materialului, ea...

14.08.2019

Toți șoferii se pot confrunta cu situații neprevăzute în timpul călătoriei. Puteți intra într-un accident de circulație, sistemele și componentele mașinii pot în mod neașteptat...

14.08.2019

Tabla profilată este o tablă rigidă ondulată metalică cu un strat de zinc sau polimer. Acest tip de material pentru acoperiș este foarte comun și solicitat.

Există un număr destul de mare de elemente care, în combinație cu alte substanțe, formează aliaje cu proprietăți de performanță deosebite. Un exemplu este niobiul - un element care a fost numit mai întâi „columbium” (după numele râului unde a fost găsit pentru prima dată), dar ulterior a fost redenumit. Niobiul este un metal cu proprietăți destul de neobișnuite, despre care vom discuta mai detaliat mai târziu.

Obținerea unui element

Când luăm în considerare proprietățile niobiului, trebuie remarcat faptul că conținutul acestui metal pe tonă de rocă este relativ mic, de aproximativ 18 grame. De aceea, după descoperirea sa, s-au făcut destul de multe încercări de a obține metalul în mod artificial. Datorită compoziției chimice similare, această substanță este adesea extrasă împreună cu tantalul.

Depozitele de niobiu sunt localizate aproape peste tot în lume. Un exemplu sunt minele din Congo, Rwanda, Brazilia și multe alte țări. Cu toate acestea, acest element nu poate fi numit comun; în multe regiuni practic nu se găsește nici măcar în concentrații scăzute.

Concentrația relativ scăzută a unei substanțe în roca pământului este agravată de dificultățile care apar atunci când este obținută dintr-un concentrat. Trebuie avut în vedere că niobiul NBSh poate fi obținut numai din roci saturate cu tantal. Caracteristicile procesului de producție sunt următoarele puncte:

1. Pentru început, minereul concentrat este furnizat uzinei, care trece prin mai multe etape de purificare. În producția de niobiu, minereul rezultat este separat în elemente pure, inclusiv tantal.
2. Procesul final de prelucrare este rafinarea metalelor.

În ciuda dificultăților întâmpinate în extracția și prelucrarea minereului în cauză, în fiecare an volumul de producție al aliajului în cauză crește semnificativ. Acest lucru se datorează faptului că metalul are performanțe excepționale și este utilizat pe scară largă în diverse industrii.

oxizi de niobiu

Elementul chimic considerat poate deveni baza diverșilor compuși. Cel mai comun este pentoxidul de niobiu. Printre caracteristicile acestei conexiuni, pot fi remarcate următoarele puncte:

1. Oxidul de niobiu este o pulbere cristalină albă care are o nuanță cremoasă.
2. Substanța este insolubilă în apă.
3. Substanța rezultată își păstrează structura atunci când este amestecată cu majoritatea acizilor.

Următoarele proprietăți pot fi, de asemenea, atribuite caracteristicilor pentoxidului de niobiu:

1. Forță crescută.
2. Duritate ridicată. Substanța este capabilă să reziste la temperaturi de până la 1490 de grade Celsius.
3. Când este încălzită, suprafața se oxidează.
4. Răspunde la clor, poate fi redus cu hidrogen.

Hidroxidul de niobiu este folosit în cele mai multe cazuri pentru a obține grade de oțeluri înalt aliate, care au caracteristici de performanță destul de atractive.

Proprietati fizice si chimice

Niobiul are proprietăți chimice similare cu cele ale tantalului. Având în vedere principalele caracteristici ale niobiului, trebuie să acordați atenție următoarelor puncte:

1. Rezistent la diferite tipuri de coroziune. Aliajele obținute prin introducerea acestui element în compoziție au calități ridicate de rezistență la coroziune.
2. Elementul chimic considerat demonstrează un punct de topire ridicat. După cum arată practica, majoritatea aliajelor au un punct de topire de peste 1.400 de grade Celsius. acest lucru complică procesul de prelucrare, dar face ca metalele indispensabile în diverse domenii de activitate.
3. Principalele proprietăți fizice sunt caracterizate și de ușurința de sudare a aliajelor obținute.
4. La temperaturi negative, structura elementului rămâne practic neschimbată, ceea ce face posibilă păstrarea proprietăților operaționale ale metalului.
5. Structura specială a atomului de niobiu determină calitățile supraconductoare ale materialului.
6. Masa atomică este de 92,9, valența depinde de caracteristicile compoziției.

Principalul avantaj al substanței este considerat a fi refractaritatea. De aceea a fost folosit în diverse industrii. Topirea substanței are loc la o temperatură de aproximativ 2.500 de grade Celsius. Unele aliaje chiar se topesc la o temperatură record de 4.500 de grade Celsius. Densitatea substanței este destul de mare, este de 8,57 grame pe centimetru cub. Trebuie avut în vedere faptul că metalul este caracterizat de paramagnetism.

Următorii acizi nu afectează rețeaua cristalină:

1. sulfuric;
2. sare;
3. fosforic;
4. clorură.

Nu afectează metalele și soluțiile apoase de clor. Cu un anumit impact asupra metalului, pe suprafața acestuia se formează o peliculă de oxid dielectric. De aceea, metalul a început să fie folosit în producția de condensatoare miniaturale de mare capacitate, care sunt, de asemenea, fabricate din tantal mai scump.

Aplicarea niobiului

Se fabrică o mare varietate de produse cu niobiu, dintre care majoritatea sunt asociate cu producția de echipamente de aviație. Un exemplu este utilizarea niobiului la fabricarea pieselor care sunt instalate la asamblarea rachetelor sau aeronavelor. În plus, se poate distinge următoarea utilizare a acestui element:

1. Producția de elemente din care se realizează instalațiile radar.
2. După cum sa menționat anterior, aliajul în cauză poate fi utilizat pentru a obține condensatoare electrice capacitive mai ieftine.
3. Catozii și anozii din folie sunt, de asemenea, fabricați folosind elementul în cauză, care este asociat cu o rezistență ridicată la căldură.
4. Puteți găsi adesea modele de lămpi puternice generatoare care au o grilă în interior. Pentru ca aceasta grila sa reziste la temperaturi ridicate, este realizata din aliajul in cauza.

Calitățile fizice și chimice ridicate determină utilizarea niobiului în producția de țevi pentru transportul metalelor lichide. În plus, aliajele sunt folosite pentru a produce containere în diverse scopuri.

Aliaje cu niobiu

Având în vedere astfel de aliaje, trebuie luat în considerare faptul că acest element este adesea folosit pentru producerea ferioniobiului. Acest material a fost utilizat pe scară largă în industriile de turnătorie, precum și în fabricarea de acoperiri electronice. Compoziția include:

1. fier;
2. niobiu cu tantal;
3. siliciu;
4. aluminiu;
5. carbon;
6. sulf;
7. fosfor;
8. titan.

Concentrația elementelor principale poate varia într-un interval destul de larg, de care depinde performanța materialului.

Niobiul 5VMT poate fi numit un aliaj alternativ de ferioniobiu. Când se obține, wolfram, zirconiu și molibden sunt folosite ca elemente de aliere. În cele mai multe cazuri, această icre este utilizată pentru producția de produse semifabricate.

În concluzie, observăm că niobiul este folosit în unele țări în producția de monede. Acest lucru se datorează costului destul de ridicat al materialului. Odată cu producția în masă a aliajelor care au ca element principal niobiul, sunt create lingouri originale.

Merită să începem cu faptul că niobiul este indisolubil legat de o substanță precum tantalul. Asta în ciuda faptului că aceste materiale nu au fost descoperite în același timp.

Ce este niobiul

Ce se știe astăzi despre o astfel de substanță precum niobiul? Este un element chimic care se află în grupa a 5-a a tabelului periodic, având un număr atomic de 41, precum și o masă atomică de 92,9. La fel ca multe alte metale, această substanță se caracterizează printr-un luciu gri-oțel.

Unul dintre cei mai importanți parametri fizici ai acestuia este refractaritatea. Datorită acestei caracteristici, utilizarea niobiului a devenit larg răspândită în multe industrii. Punctul de topire al acestei substanțe este de 2468 de grade Celsius, iar punctul de fierbere este de 4927 de grade Celsius.

Proprietățile chimice ale acestei substanțe sunt, de asemenea, la un nivel ridicat. Se caracterizează printr-un nivel ridicat de rezistență la temperaturi negative, precum și la efectele celor mai agresive medii.

Productie

Merită spus că prezența minereului care conține elementul Nb (niobiu) este mult mai mare decât cea a tantalului, dar problema constă în deficitul de conținut al elementului în sine în acest minereu.

Cel mai adesea, pentru a obține acest element, se efectuează un proces de reducere termică, în care este implicat aluminiul sau siliciul. În urma acestei operațiuni se obțin compuși de ferioniobiu și ferotantaloniobiu. Este de remarcat faptul că producția unei versiuni metalice a acestei substanțe se realizează din același minereu, dar se utilizează o tehnologie mai complexă. Crezetele de niobiu și alte materiale obținute se caracterizează prin caracteristici de performanță foarte înaltă.

Metode de obținere a niobiului

In prezent, una dintre cele mai dezvoltate domenii pentru obtinerea acestui material sunt aluminoterma, sodio-termica si carboterma. Diferența dintre aceste tipuri constă și în precursorii care sunt utilizați pentru a reduce niobiul. Să presupunem că K2NbF7 este folosit în metoda termică cu sodiu. Dar, de exemplu, cu metoda aluminotermă, se folosește pentoxidul de niobiu.

Dacă vorbim despre metoda carbotermală de obținere, atunci această tehnologie presupune amestecarea Nb cu funingine. Acest proces ar trebui să aibă loc într-un mediu cu temperatură ridicată și hidrogen. In urma acestei operatii se va obtine carbura de niobiu. A doua etapă este că mediul de hidrogen este înlocuit cu unul în vid, iar temperatura este menținută. În acest moment, oxidul său este adăugat la carbura de niobiu și se obține metalul în sine.

Este important de menționat că, printre formele de metal produse, niobiul în lingouri este destul de comun. Acest produs este destinat producției de aliaje pe bază de metal, precum și a diferitelor alte produse semifabricate.

Se poate produce și un stick din acest material, care se împarte în mai multe categorii în funcție de puritatea substanței. Cea mai mică cantitate de impurități este conținută în tija etichetată NBSh-00. Clasa NBSh-0 se caracterizează printr-o prezență mai mare a unor elemente precum fier, titan și siliciu tantal. Categoria care are cea mai mare rată de impurități este NBSh-1. Se poate adăuga că niobiul din lingouri nu are o astfel de clasificare.

Metode alternative de producție

Metodele alternative includ topirea zonei cu fascicul de electroni fără creuzet. Acest proces face posibilă obținerea de monocristale de Nb. Creusetele de niobiu sunt produse prin această metodă. Aparține metalurgiei pulberilor. Este folosit pentru a obține mai întâi un aliaj din acest material și apoi proba sa pură. Prezența acestei metode a făcut ca reclamele pentru achiziționarea de niobiu să fie destul de comune. Această metodă face posibilă utilizarea nu minereului în sine, care este destul de greu de extras, sau a unui concentrat din acesta, ci a materiilor prime secundare pentru a obține metal pur.

O altă metodă alternativă de producție este rularea niobiului. Este de remarcat faptul că cele mai multe dintre diferitele companii preferă să cumpere tije, sârmă sau tablă.

Rulate și folie

Folia din acest material este un semifabricat destul de comun. Este cea mai subțire foaie rulată din această substanță. Este folosit pentru producerea unor produse și piese. Folia de niobiu se obține din materii prime pure prin laminare la rece a lingourilor de Nb. Produsele rezultate sunt caracterizate de indicatori precum rezistența ridicată la coroziune, medii agresive și temperaturi ridicate. Laminarea niobiului și a lingourilor sale oferă, de asemenea, caracteristici precum rezistența la uzură a produsului, ductilitate ridicată și prelucrabilitate bună.

Produsele obținute în acest fel sunt cel mai des utilizate în domenii precum producția de aeronave, știința rachetelor, medicină (chirurgie), inginerie radio, inginerie electrică, inginerie nucleară, inginerie nucleară. Folia de niobiu este ambalată în bobine și depozitată într-un loc uscat, ferit de pătrunderea umezelii, precum și într-un loc protejat de impactul mecanic din exterior.

Aplicare în electrozi și aliaje

Utilizarea niobiului este foarte răspândită. Poate fi folosit, ca și cromul și nichelul, ca material care face parte din aliajul de fier folosit pentru fabricarea electrozilor. Datorită faptului că niobiul, ca și tantalul, este capabil să formeze o carbură superdură, este adesea folosit pentru a produce aliaje superdure. Se poate adauga ca in prezent se incearca cu ajutorul acestui material sa imbunatateasca proprietatile aliajelor obtinute pe baza de

Deoarece niobiul este o materie primă capabilă să creeze elemente de carbură, acesta, ca și tantalul, este utilizat ca amestec de aliere în producția de oțel. Trebuie remarcat faptul că pentru o lungă perioadă de timp utilizarea niobiului ca impuritate pentru tantal a fost considerată un efect negativ. Cu toate acestea, astăzi părerea s-a schimbat. S-a constatat că Nb poate acționa ca un substitut pentru tantal, și cu mare succes, deoarece, datorită masei atomice mai mici, se poate folosi o cantitate mai mică de substanță, păstrând în același timp toate caracteristicile și efectele vechi ale produsului.

Aplicație în inginerie electrică

Merită subliniat faptul că utilizarea niobiului, ca și fratele său tantal, este posibilă în redresoare, datorită faptului că au proprietatea de conductivitate unipolară, adică aceste substanțe trec curentul electric într-o singură direcție. Este posibil să utilizați acest metal pentru a crea dispozitive precum anozi, care sunt utilizați în generatoarele de mare putere și lămpile de amplificare.

Este foarte important de menționat că utilizarea niobiului a ajuns în industria nucleară. În această industrie, produsele fabricate din această substanță sunt folosite ca materiale structurale. Acest lucru este posibil deoarece prezența Nb în piese le face rezistente la căldură și, de asemenea, le conferă calități ridicate de rezistență chimică.

Caracteristicile fizice excelente ale acestui metal au dus la faptul că este utilizat pe scară largă în tehnologia rachetelor, în avioanele cu reacție și în turbinele cu gaz.

Producția de niobiu în Rusia

Dacă vorbim despre rezervele acestui minereu, atunci sunt aproximativ 16 milioane de tone în total. Cel mai mare depozit, ocupând aproximativ 70% din volumul total, este situat în Brazilia. Pe teritoriul Rusiei se află aproximativ 25% din rezervele acestui minereu. Acest indicator este considerat o parte semnificativă a tuturor rezervelor de niobiu. Cel mai mare depozit al acestei substanțe este situat în Siberia de Est, precum și în Orientul Îndepărtat. Astăzi, pe teritoriul Federației Ruse, compania Lovozersky GOK este angajată în extracția și producerea acestei substanțe. Se poate observa că compania Stalmag s-a angajat și în producția de niobiu în Rusia. A dezvoltat zăcământul tătar al acestui minereu, dar a fost închis în 2010.

Puteți adăuga, de asemenea, că este angajat în producția de oxid de niobiu. O obțin prin prelucrarea concentratului de loparit. Această întreprindere produce de la 400 la 450 de tone din această substanță, cea mai mare parte fiind exportată în țări precum Statele Unite și Germania. O parte din oxidul rămas merge la uzina mecanică Chepetsky, care produce atât niobiu pur, cât și aliajele sale. Acolo sunt amplasate capacități semnificative, permițând producerea a până la 100 de tone de material pe an.

Niobiul metal și costul acestuia

În ciuda faptului că domeniul de aplicare al acestei substanțe este destul de larg, scopul principal este industria spațială și nucleară. Din acest motiv, Nb este clasificat ca material strategic.

Principalii parametri care afectează costul niobiului:

• puritatea aliajului, o cantitate mare de impurități reduce prețul;
• forma de aprovizionare cu materiale;
• volumele de material furnizat;
• locația punctului de primire a minereului (diferitele regiuni au nevoie de cantități diferite de element, ceea ce înseamnă că prețul pentru acesta este diferit).

O listă aproximativă de prețuri pentru materiale în Moscova:

• marca de niobiu NB-2 este în intervalul 420-450 de ruble pe kg;
• așchii de niobiu costă între 500 și 510 de ruble pe kg;
• o tijă a mărcii NBSh-00 costă de la 490 la 500 de ruble pe kg.

Este de remarcat faptul că, în ciuda costului uriaș al acestui produs, cererea pentru acesta este doar în creștere.