Uurali Riiklik Kaevandusülikool

Teemal: nioobiumi omadused

Rühm: M-13-3

Õpilane: Mokhnashin Nikita

1. Üldine teave elemendi kohta

Nioobiumi füüsikalised omadused

Nioobiumi keemilised omadused

Vaba nioobium

Nioobiumoksiidid ja nende soolad

Nioobiumiühendid

Juhtivad riigid nioobiumi tootmises

1. Üldine teave elemendi kohta

Mendelejevi tabelis 41. lahtris asuv element on inimkonnale juba ammu tuttav. Selle praeguse nime – nioobium – vanus on ligi pool sajandit noorem. Juhtus nii, et kaup nr 41 avati kaks korda. Esimest korda - 1801. aastal uuris inglise teadlane Charles Hatchet Ameerikast Briti muuseumi saadetud ustava mineraali proovi. Sellest mineraalist eraldas ta varem tundmatu elemendi oksiidi. Hatchet andis uuele elemendile nimeks Colombia, tähistades sellega selle ülemere päritolu. Ja must mineraal sai nimeks kolumbiit. Aasta hiljem eraldas Rootsi keemik Ekeberg kolumbiidist teise uue elemendi, mida nimetatakse tantaaliks, oksiidi. Ühendite kolumbiumi ja tantaal sarnasus oli nii suur, et 40 aastat uskus enamik keemikuid, et tantaal ja kolumbium on üks ja sama element.

1844. aastal uuris Saksa keemik Heinrich Rose Baierist leitud kolumbiidi proove. Ta avastas uuesti kahe metalli oksiidid. Üks neist oli juba tuntud tantaali oksiid. Oksiidid olid sarnased ja nende sarnasuse rõhutamiseks nimetas Rose elemendi, mis moodustab teise oksiidi nioobiumi, Niobe, mütoloogilise märtri Tantaluse tütre järgi. Kuid Rose, nagu ka Hatchet, ei suutnud seda elementi vabas olekus hankida. Metallilist nioobiumit sai esmakordselt alles 1866. aastal Rootsi teadlane Blomstrand nioobiumkloriidi redutseerimisel vesinikuga. XIX sajandi lõpus. selle elemendi saamiseks on leitud veel kaks meetodit. Kõigepealt sai Moissan selle elektriahjus, redutseerides nioobiumoksiidi süsinikuga, ja seejärel suutis Goldschmidt sama elemendi alumiiniumiga taastada. Ja kutsuda element nr 41 in erinevad riigid jätkus erineval viisil: Inglismaal ja USA-s - kolumbiumiga, teistes riikides - nioobiumiga. Sellele lahkhelile tegi lõpu Rahvusvaheline Puhta ja Rakenduskeemia Liit (IUPAC) 1950. aastal. Otsustati seadustada elemendi nimetus "nioobium" kõikjal ja nimi "kolumbiit" määrati peamisele mineraalile. nioobium. Selle valem on (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6.

Pole juhus, et nioobiumi peetakse haruldaseks elemendiks: see on tõepoolest haruldane ja väikestes kogustes, alati mineraalide kujul ja mitte kunagi oma olekus. Huvitav detail: erinevates teatmeväljaannetes on nioobiumi klarke (sisaldus maakoores) erinev. See on peamiselt tingitud asjaolust, et in viimased aastad Aafrika riikidest on leitud uusi nioobiumi sisaldavate mineraalide leiukohti. "Keemiku käsiraamatus" 1. köites (M., "Keemia", 1963) on toodud arvud: 3,2 · 10-5% (1939), 1 · 10-3% (1949) ja 2, 4 10- 3% (1954). Kuid isegi viimased arvud on alahinnatud: viimastel aastatel avastatud Aafrika maardlaid siia ei arvestatud. Sellest hoolimata on hinnanguliselt võimalik juba teadaolevate maardlate mineraalidest sulatada ligikaudu 1,5 miljonit tonni metallilist nioobiumi.

Nioobiumi füüsikalised omadused

Nioobium on läikiv hõbehall metall.

Elementaarne nioobium on äärmiselt tulekindel (2468 °C) ja kõrge keemistemperatuuriga (4927 °C) metall, mis on väga vastupidav paljudes söövitavates keskkondades. Kõik happed, välja arvatud vesinikfluoriidhape, ei mõjuta seda. Oksüdeerivad happed "passiveerivad" nioobiumi, kattes selle kaitsva oksiidkilega (nr 205). Kuid kõrgel temperatuuril nioobiumi reaktsioonivõime suureneb. Kui temperatuuril 150 ... 200 ° C oksüdeerub ainult väike metalli pinnakiht, siis 900 ... 1200 ° C juures suureneb oksiidkile paksus oluliselt.

Nioobiumi kristallvõre on kehakeskne kuup, parameetriga a = 3,294 Å.

Puhas metall on plastiline ja seda saab külmas olekus ilma vahepealse lõõmutamiseta valtsida õhukeseks (paksusega kuni 0,01 mm) leheks.

Võimalik on märkida selliseid nioobiumi omadusi nagu kõrge sulamis- ja keemistemperatuur, elektronide madalam tööfunktsioon võrreldes teiste tulekindlate metallide - volframi ja molübdeeniga. Viimane omadus iseloomustab elektronide emissiooni (elektronide emissiooni) võimet, mida kasutatakse nioobiumi kasutamisel vaakumtehnoloogias. Nioobiumil on ka kõrge ülijuhtivuse üleminekutemperatuur.

Tihedus 8,57 g / cm 3(20 °C); t pl 2500 °C; t pall 4927 °C; aururõhk (mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 N / m 2) 1 10 -5(2194 °C), 110 -4(2355 °C), 610 -4(aadressil t pl ), 1 10-3 (2539 °C).

Toatemperatuuril on nioobium õhus stabiilne. Metalli kuumutamisel temperatuurini 200–300 ° C täheldatakse oksüdatsiooni (tumenevate kilede) algust. Üle 500 ° toimub kiire oksüdeerumine koos oksiidi Nb2 moodustumisega O 5.

Soojusjuhtivus W / (m · K) temperatuuril 0 ° C ja 600 ° C vastavalt 51,4 ja 56,2, sama cal / (cm · sek · ° C) 0,125 ja 0,156. Elektriline eritakistus 0 °C juures 15,22 10 -8oomi m (15,22 10 -6ohm cm). Ülijuhtiva ülemineku temperatuur on 9,25 K. Nioobium on paramagnetiline. Elektronide tööfunktsioon on 4,01 eV.

Puhas nioobium on külmas kergesti survestatud ja säilitab kõrgel temperatuuril rahuldavad mehaanilised omadused. Selle maksimaalne tugevus temperatuuril 20 ja 800 ° C on vastavalt 342 ja 312 MN / m. 2, sama kgf / mm 234,2 ja 31,2; pikenemine 20 ja 800 ° C juures vastavalt 19,2 ja 20,7%. Puhta nioobiumi Brinelli kõvadus 450, tehniline 750-1800 Mn/m 2... Mõnede elementide, eriti vesiniku, lämmastiku, süsiniku ja hapniku lisandid kahjustavad oluliselt nioobiumi elastsust ja suurendavad selle kõvadust.

3. Nioobiumi keemilised omadused

Nioobium on eriti hinnatud selle vastupidavuse tõttu anorgaanilistele ja orgaanilistele ainetele.

Pulbrilise ja tükilise metalli keemilises käitumises on erinevusi. Viimane on stabiilsem. Metallid ei mõjuta seda isegi kõrge temperatuurini kuumutamisel. Vedelad leelismetallid ja nende sulamid, vismut, plii, elavhõbe, tina võivad nioobiumiga pikka aega kokku puutuda, muutmata selle omadusi. Isegi sellised tugevad oksüdeerijad nagu perkloorhape, "aqua regia", lämmastik-, väävel-, vesinikkloriid- ja kõigist teistest rääkimata, ei saa sellega midagi peale hakata. Ka leeliselised lahused ei mõjuta nioobiumit.

Siiski on kolm reaktiivi, mis võivad nioobiumi metalli keemilisteks ühenditeks muuta. Üks neist on leelismetalli sulahüdroksiid:

Nb + 4NaOH + 5О2 = 4NaNbO3 + 2H2О

Ülejäänud kaks on vesinikfluoriidhape (HF) või selle segu lämmastikhappega (HF + HNO). Sel juhul tekivad fluoriidikompleksid, mille koostis sõltub suuresti reaktsioonitingimustest. Element kuulub igal juhul 2- või 2-tüüpi aniooni hulka.

Kui me võtame nioobiumipulbrit, siis on see mõnevõrra aktiivsem. Näiteks sulas naatriumnitraadis see isegi süttib, muutudes oksiidiks. Kompaktne nioobium hakkab oksüdeeruma, kui seda kuumutatakse üle 200 ° C, ja pulber kaetakse oksiidkilega juba 150 ° C juures. Samal ajal avaldub selle metalli üks imelisi omadusi - see säilitab plastilisuse.

Saepuru kujul põleb see üle 900 ° C kuumutamisel täielikult Nb2O5-ks. Põleb tugevalt kloorijoas:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Reageerib kuumutamisel väävliga. Enamiku metallidega on raske legeerida. Võib-olla on ainult kaks erandit: raud, millega moodustuvad erineva vahekorra tahked lahused, ja alumiinium, milles on nioobiumiga ühend Al2Nb.

Millised nioobiumi omadused aitavad tal vastu seista kõige tugevamate hapet oksüdeerivate ainete toimele? Selgub, et see ei viita mitte metalli omadustele, vaid selle oksiidide omadustele. Kokkupuutel oksüdeerivate ainetega tekib metalli pinnale väga õhuke (ja seetõttu nähtamatu), kuid väga tihe oksiidikiht. See kiht muutub ületamatuks takistuseks oksüdeeriva aine teel puhtale metallpinnale. Ainult mõned keemilised reaktiivid, eriti fluori anioon, võivad sellest läbi tungida. Seetõttu metall sisuliselt oksüdeerub, kuid õhukese kaitsekile olemasolu tõttu pole oksüdatsioonitulemusi praktiliselt märgata. Vahelduvvoolualaldi loomiseks kasutatakse passiivsust lahjendatud väävelhappe suhtes. See on paigutatud lihtsalt: plaatina- ja nioobiumplaadid kastetakse 0,05 m väävelhappe lahusesse. Passiveeritud olekus nioobium suudab juhtida voolu, kui tegemist on negatiivse elektroodiga – katoodiga ehk elektronid pääsevad läbi oksiidikihi ainult metalli poolelt. Elektronide tee lahusest on suletud. Seega, kui sellist seadet läbib vahelduvvool, siis läbib ainult üks faas, mille anood on plaatina ja katood nioobium.

nioobiummetalli halogeen

4. Nioobium vabas olekus

See on nii ilus, et omal ajal prooviti sellest ehteid teha: oma helehalli värviga meenutab nioobium plaatinat. Vaatamata kõrgele sulamistemperatuurile (2500 ° C) ja keemistemperatuurile (4840 ° C) saab sellest kergesti valmistada mis tahes toodet. Metall on nii plastiline, et seda saab külmas töödelda. On väga oluline, et nioobium säilitaks kõrgetel temperatuuridel oma mehaanilised omadused. Tõsi, nagu vanaadiumi puhul, vähendavad isegi väikesed vesiniku, lämmastiku, süsiniku ja hapniku lisandid plastilisust ja suurendavad kõvadust. Nioobium muutub hapraks temperatuurivahemikus -100 kuni -200 °C.

Viimastel aastatel on tehnoloogia kaasamisega võimalik nioobiumi saamine ülipuhtal ja kompaktsel kujul. Kogu tehnoloogiline protsess on keeruline ja aeganõudev. Põhimõtteliselt on see jagatud 4 etappi:

1.kontsentraadi saamine: ferronioobium või ferrotantalonioobium;

.kontsentraadi avamine - nioobiumi (ja tantaali) ülekandmine mis tahes lahustumatuteks ühenditeks, et eraldada see põhiosast kontsentraadist;

.nioobiumi ja tantaali eraldamine ja nende üksikute ühendite saamine;

.metallide saamine ja rafineerimine.

Esimesed kaks sammu on üsna lihtsad ja tavalised, ehkki aeganõudvad. Nioobiumi ja tantaali eraldusastme määrab kolmas etapp. Soov saada võimalikult palju nioobiumi ja eriti tantaali sundis otsima uusimaid eraldusmeetodeid: selektiivne ekstraheerimine, ioonivahetus, nende elementide ühendite rektifikatsioon halogeenidega. Selle tulemusena saadakse kas oksiid või tantaal- ja nioobiumpentakloriidid eraldi. Viimases etapis kasutatakse vesinikuvoolus 1800 °C juures redutseerimist kivisöega (tahmaga), seejärel tõstetakse temperatuuri 1900 °C-ni ja rõhku alandatakse. Söega interaktsioonil saadud karbiid reageerib Nb2O5-ga:

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

ja ilmub nioobiumipulber. Kui nioobiumi tantaalist eraldamise tulemusena ei saada oksiidi, vaid soola, töödeldakse seda 1000 ° C juures metallilise naatriumiga ja saadakse ka nioobiumi pulbrit. Seetõttu toimub pulbri edasisel muutmisel kompaktseks monoliidiks ümbersulatamine kaarahjus ning ülipuhta nioobiumi üksikkristallide saamiseks kasutatakse elektronkiirte ja tsoonide sulatamist.

Nioobiumoksiidid ja nende soolad

Hapnikuga ühendeid nioobiumis on vähe, palju vähem kui vanaadiumis. Seda seletatakse asjaoluga, et oksüdatsiooniastmele +4, +3 ja +2 vastavates ühendites on nioobium äärmiselt ebastabiilne. Kui selle elemendi aatom hakkas elektrone loovutama, kipub see stabiilse elektroonilise konfiguratsiooni paljastamiseks loovutama kõik viis.

Kui võrrelda rühma kahe naabri - vanaadiumi ja nioobiumi - sama oksüdatsiooniastmega ioone, siis leitakse omaduste suurenemine metallide suhtes. Nb2O5 oksiidi happelisus on märgatavalt nõrgem kui vanaadium(V) oksiidil. See ei moodusta lahustumisel hapet. Ainult leeliste või karbonaatidega liitumisel ilmnevad selle happelised omadused:

O5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3NbO4 + ЗС02

See sool – naatriumortoniobaat – sarnaneb samade ortofosfor- ja ortovanaadhapete sooladega. Fosforis ja arseenis on ortovorm aga kõige stabiilsem ja katse saada ortoniobaati puhtal kujul ebaõnnestub. Sulami töötlemisel veega ei eraldu mitte Na3NbO4 sool, vaid NaNbO3 metaniobaat. See on värvitu peen kristalne pulber, mis ei lahustu külmas vees. Järelikult on kõrgeimas oksüdatsiooniastmes nioobiumis stabiilsem mitte ühendite orto-, vaid metavorm.

Teistest nioobium(V)oksiidi ühenditest aluseliste oksiididega on tuntud pürohappeid meenutavad diniobaadid K4Nb2O7 ja polüniobaadid (polüfosfor- ja polüvanaadiumhapete varjuna) ligikaudsete valemitega K7Nb5O16.nH2O ja K8NbH2O1. Nimetatud soolad, mis vastavad kõrgemale nioobiumoksiidile, sisaldavad seda elementi anioonis. Nende soolade vorm võimaldab meil pidada neid nioobiumi derivaatideks. happed. Neid happeid ei saa puhtal kujul saada, kuna neid võib pigem pidada oksiidideks, millel on side veemolekulidega. Näiteks metavorm on Nb2O5. H2O ja orgo vorm on Nb2O5. 3H2O. Koos selliste ühenditega on nioobiumil ka teisi, kus see on juba katioonis. Nioobium ei moodusta lihtsaid sooli nagu sulfaadid, nitraadid jne. Suheldes naatriumhüdrosulfaadiga NaHSO4 või lämmastikoksiidiga N2O4, ilmnevad keerulise katiooniga ained: Nb2O2 (SO4) 3. Nendes soolades olevad katioonid sarnanevad vanaadiumi katiooniga selle ainsa erinevusega, et siin on ioon viie laenguga, samas kui vanaadiumis on vanadüüliooni oksüdatsiooniaste neli. Sama katioon NbO3 + sisaldub mõne komplekssoola koostises. Nb2O5 oksiid lahustub vesinikfluoriidhappe vesilahuses üsna kergesti. Sellistest lahustest saab eraldada komplekssoola K2. H2O.

Vaadeldud reaktsioonide põhjal võib järeldada, et nioobium oma kõrgeimas oksüdatsiooniastmes võib sisalduda nii anioonide koostises kui ka katiooni koostises. See tähendab, et viietavalentne nioobium on amfoteerne, kuid siiski olulise ülekaaluga happelised omadused.

Nb2O5 saamiseks on mitu võimalust. Esiteks nioobiumi koostoime hapnikuga kuumutamisel. Teiseks nioobiumisoolade kaltsineerimine õhus: sulfiid, nitriid või karbiid. Kolmandaks on kõige levinum meetod hüdraadi dehüdratsioon. Hüdreeritud oksiid Nb2O5 sadestatakse kontsentreeritud hapetega soolade vesilahustest. xH2O. Seejärel, kui lahused on lahjendatud, moodustub valge oksiidi sade. Nb2O5 xH2O muda dehüdratsiooniga kaasneb soojuse eraldumine. Kogu mass kuumeneb. See on tingitud amorfse oksiidi muutumisest kristalliliseks vormiks. Nioobiumoksiid on saadaval kahes värvitoonis. Tavatingimustes on see valge, kuid kuumutamisel muutub kollaseks. Kuid niipea, kui oksiid jahutatakse, kaob värvus. Oksiid on tulekindel (sulamistemperatuur = 1460 °C) ja mittelenduv.

Niobiumi madalamad oksüdatsiooniastmed vastavad NbО2 ja NbО. Esimene neist kahest on sinise läikega must pulber. NbO2 saadakse Nb2O5-st hapniku võtmisel magneesiumi või vesinikuga temperatuuril umbes tuhat kraadi:

O5 + H2 = 2NbO2 + H2O

Õhus muutub see ühend kergesti tagasi kõrgemaks oksiidiks Nb2O5. Selle iseloom on üsna salajane, kuna oksiid ei lahustu ei vees ega hapetes. Ometi omistatakse talle happelist iseloomu, mis tuleneb koostoimest kuuma vesilahusega; sel juhul aga toimub oksüdeerumine viie laenguga iooniks.

Näib, et ühe elektroni erinevus pole nii suur, kuid erinevalt Nb2O5-st juhib NbO2 oksiid elektrivoolu. Ilmselgelt on selles ühendis metall-metall side. Kui kasutate seda omadust ära, võite tugeva vahelduvvooluga kuumutamisel panna NbO2 hapnikust loobuma.

Hapniku kadumisel muutub NbO2 oksiidiks NbO ja seejärel eraldub kogu hapnik üsna kiiresti. Madalama nioobiumoksiidi NbO kohta on vähe teada. Sellel on metallist läige ja see on välimuselt sarnane metalliga. Juhib suurepäraselt elektrivoolu. Ühesõnaga käitub nii, nagu poleks tema koostises üldse hapnikku. Isegi nagu tavaline metall, reageerib see kuumutamisel ägedalt klooriga ja muutub oksükloriidiks:

2NbO + 3Cl2 = 2NbOCl3

See tõrjub vesinikkloriidhappest välja vesiniku (nagu see polekski oksiid, vaid metall nagu tsink):

NbO + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2

NbO saab puhtal kujul, kui kaltsineerida juba mainitud K2 komplekssoola metallilise naatriumiga:

К2 + 3Na = NbO + 2KF + 3NaF

NbO oksiidil on kõigist nioobiumoksiididest kõrgeim sulamistemperatuur 1935 °C. Nioobiumi hapnikust puhastamiseks tõstetakse temperatuur 2300–2350 ° C-ni, seejärel laguneb NbO samaaegselt aurustamisega hapnikuks ja metalliks. Toimub metalli rafineerimine (puhastamine).

Nioobiumiühendid

Elemendi lugu poleks täielik, kui mainida selle ühendeid halogeenide, karbiidide ja nitriididega. See on oluline kahel põhjusel. Esiteks on tänu fluoriidikompleksidele võimalik eraldada nioobium selle igavesest kaaslasest tantaalist. Teiseks näitavad need ühendid meile nioobiumi kui metalli omadusi.

Halogeenide koostoime metallilise nioobiumiga:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5 on võimalik saada, kõik võimalikud nioobiumpentaliidid.

Pentafluoriid NbF5 (sulamistemperatuur = 76 °C) on vedelas olekus ja aurudes värvitu. Nagu vanaadiumpentafluoriid, on see vedelas olekus polümeerne. Nioobiumi aatomid on omavahel seotud fluori aatomite kaudu. Tahkel kujul on selle struktuur, mis koosneb neljast molekulist (joonis 2).

Riis. 2. NbF5 ja TaF5 tahke struktuur koosneb neljast molekulist.

Vesinikfluoriidhappe H2F2 lahused sisaldavad erinevaid kompleksioone:

H2F2 = H2 + H2O = H2

Kaaliumisool K2. H2O on oluline nioobiumi eraldamiseks tantaalist, kuna erinevalt tantaalisoolast on see hästi lahustuv.

Ülejäänud nioobiumpentaliidid on erksavärvilised: NbCl5 kollane, NbBr5 lillakaspunane, NbI2 pruun. Kõik nad ülevad ilma lagunemata vastava halogeeni atmosfääris; paaris on nad monomeerid. Nende sulamis- ja keemistemperatuur tõusevad kloorilt broomiks ja joodiks muutudes. Mõned viisid pentaliidide saamiseks on järgmised:

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

2NbCl5 + 5F22NbF5 + 5Cl2

Pentaliidid lahustuvad kergesti orgaanilistes lahustites: eetris, kloroformis, alkoholis. Need aga lagunevad veega täielikult – hüdrolüüsitakse. Hüdrolüüsi tulemusena saadakse kaks hapet - hüdrohalogeenne ja nioobne. Näiteks,

4H2O = 5HCl + H3NbO4

Kui hüdrolüüs on ebasoovitav, lisatakse veidi tugevat hapet ja ülalkirjeldatud protsessi tasakaal nihutatakse NbCl5 suunas. Sel juhul lahustub pentahaliid ilma hüdrolüüsita,

Erilist tänu metallurgidelt väärib nioobiumkarbiid. Igas terases on süsinikku; nioobium, sidudes selle karbiidiks, parandab legeerterase kvaliteeti. Tavaliselt on roostevaba terase keevitamisel õmblus väiksema tugevusega. 200 g nioobiumi lisamine tonni kohta aitab seda puudujääki parandada. Kuumutamisel moodustab nioobium ühendi süsinik-karbiidiga enne kõiki teisi terasmetalle. See ühend on üsna plastiline ja samal ajal talub temperatuuri kuni 3500 ° C. Metallide ja mis kõige tähtsam – grafiidi korrosiooni eest kaitsmiseks piisab vaid poole millimeetri paksusest karbiidikihist. Karbiidi võib saada metalli või nioobium(V)oksiidi kuumutamisel süsiniku või süsinikku sisaldavate gaasidega (CH4, CO).

Nioobiumnitriid on ühend, mida keetmisel ei mõjuta ükski happed ja isegi "aqua regia"; vastupidav veele. Ainus, millega seda saab sundida suhtlema, on keev leelis. Sel juhul laguneb see koos ammoniaagi vabanemisega.

NbN-nitriid on helehall kollaka varjundiga. See on tulekindel (temp. 2300 ° C), sellel on märkimisväärne omadus - absoluutse nulli lähedasel temperatuuril (15,6 K või -267,4 ° C) on ülijuhtivus.

Madalama oksüdatsiooniastmega nioobiumi sisaldavatest ühenditest on tuntumad halogeniidid. Kõik madalamad halogeniidid on tumedad kristalsed tahked ained (tumepunasest mustani). Nende stabiilsus väheneb, kui metalli oksüdatsiooniaste väheneb.

Nioobiumi kasutamine erinevates tööstusharudes

Nioobiumi kasutamine metallide legeerimiseks

Nioobiumi legeerterasel on hea korrosioonikindlus. Kroom suurendab ka terase korrosioonikindlust ja on palju odavam kui nioobium. Sellel lugejal on korraga õigus ja vale. Vale, sest ma unustasin ühe asja.

Kroom-nikkelterases, nagu igas teises terases, on alati süsinikku. Kuid süsinik ühineb kroomiga, moodustades karbiidi, mis muudab terase rabedamaks. Nioobiumil on suurem afiinsus süsiniku suhtes kui kroomil. Seetõttu tekib terasele nioobiumi lisamisel tingimata nioobiumkarbiid. Nioobiumiga legeeritud teras omandab kõrged korrosioonivastased omadused ja ei kaota oma elastsust. Soovitud efekt saavutatakse, kui tonnile terasele lisatakse ainult 200 g metallilist nioobiumi. Ja nioobium annab kroom-mangaiitterasele kõrge kulumiskindluse.

Paljud värvilised metallid on samuti legeeritud nioobiumiga. Niisiis, alumiinium, mis leelises kergesti lahustub, ei reageeri nendega, kui sellele lisatakse ainult 0,05% nioobiumi. Ja vask, mis on tuntud oma pehmuse ja paljude selle sulamite, nioobiumi poolest, näib kõvenevat. See suurendab metallide nagu titaan, molübdeen, tsirkoonium tugevust ja samal ajal suurendab nende kuumakindlust ja kuumakindlust.

Nüüd hindavad nioobiumi omadusi ja võimalusi oma tõelise väärtusega lennundus, masinaehitus, raadiotehnika, keemiatööstus ja tuumaenergia. Neist kõigist on saanud nioobiumi tarbijad.

Ainulaadne omadus - nioobiumi ja uraani märgatava interaktsiooni puudumine temperatuuril kuni 1100 ° C ja lisaks hea soojusjuhtivus, soojuslike neutronite väike efektiivne neeldumisristlõige muutis nioobiumi tõsiseks konkurendiks tuumas tunnustatud metallidele. tööstus – alumiinium, berüllium ja tsirkoonium. Lisaks on nioobiumi kunstlik (indutseeritud) radioaktiivsus madal. Seetõttu saab sellest valmistada konteinereid radioaktiivsete jäätmete hoidmiseks või rajatisi nende kasutamiseks.

Keemiatööstus tarbib nioobiumi suhteliselt vähe, kuid seda vaid selle nappuse tõttu. Kõrge puhtusastmega hapete tootmiseks mõeldud seadmed on mõnikord valmistatud nioobiumi sisaldavatest sulamitest ja harvem nioobiumi lehtedest. Nioobiumi võimet mõjutada mõnede keemiliste reaktsioonide kiirust kasutatakse näiteks alkoholi sünteesil butadieenist.

Elemendi nr 41 tarbijateks said ka raketi- ja kosmosetehnoloogia. Pole saladus, et osa selle elemendi koguseid pöörleb juba maalähedastel orbiitidel. Mõned rakettide osad ja maa tehissatelliitide pardaseadmed on valmistatud nioobiumi sisaldavatest sulamitest ja puhtast nioobiumist.

Nioobiumi kasutamine teistes tööstusharudes

Nioobiumilehti ja -vardaid kasutatakse "kuumade liitmike" (st kuumutatud osade) valmistamiseks - anoodid, võred, kaudsoojendusega katoodid ja muud elektroonikalampide osad, eriti võimsad generaatorlambid.

Lisaks puhtale metallile kasutatakse samadel eesmärkidel ka tantaali-nioobiumi sulameid.

Nioobiumit kasutati elektrolüütkondensaatorite ja voolualaldi valmistamiseks. Siin kasutasime nioobiumi võimet moodustada anoodse oksüdatsiooni ajal stabiilne oksiidkile. Oksiidkile on happelistes elektrolüütides stabiilne ja läbib voolu ainult elektrolüüdist metalli suunas. Tahke elektrolüüdiga nioobiumkondensaatoreid iseloomustab väikeste mõõtmetega suur mahtuvus, kõrge isolatsioonitakistus.

Nioobiumkondensaatori elemendid on valmistatud õhukesest fooliumist või metallipulbritest pressitud poorsetest plaatidest.

Niobiumi korrosioonikindlus hapetes ja muudes keskkondades koos kõrge soojusjuhtivuse ja plastilisusega muudab selle väärtuslikuks konstruktsioonimaterjaliks keemia- ja metallurgiatööstuse seadmete jaoks. Nioobiumil on kombinatsioon omadustest, mis vastavad tuumaenergiatööstuse konstruktsioonimaterjalide nõuetele.

Kuni 900 ° C juures interakteerub nioobium nõrgalt uraaniga ja sobib elektrireaktorite uraani kütuseelementide kaitsekestade valmistamiseks. Sel juhul on võimalik kasutada vedelaid metallist soojuskandjaid: naatriumi või naatriumi ja kaaliumi sulamit, millega nioobium ei interakteeru temperatuuril kuni 600 ° C. Uraani kütuseelementide vastupidavuse suurendamiseks legeeritakse uraan nioobiumiga (~ 7% nioobiumi). Niobiumilisand stabiliseerib uraani kaitsva oksiidkile, mis suurendab selle vastupidavust veeaurule.

Nioobiumi leidub mitmesugustes reaktiivmootorite gaasiturbiinide supersulamites. Molübdeeni, titaani, tsirkooniumi, alumiiniumi ja vase nioobiumiga legeerimine parandab oluliselt nende metallide ja ka nende sulamite omadusi. Reaktiivmootorite ja rakettide osade konstruktsioonimaterjalina (turbiinilabade, tiibade esiservade, lennukite ja rakettide ninaotste ning raketi naha valmistamisel) on nioobiumil põhinevaid kõrgtemperatuurilisi sulameid. Nioobiumi ja sellel põhinevaid sulameid saab kasutada töötemperatuuridel 1000–1200 ° C.

Nioobiumkarbiidi leidub mõnes terase lõikamiseks kasutatavas volframkarbiidi klassis.

Nioobiumi kasutatakse laialdaselt terase legeeriva lisandina. Terase süsinikusisaldusest 6–10 korda suuremas koguses nioobiumi lisamine välistab roostevaba terase teradevahelise korrosiooni ja kaitseb keevisõmblusi hävimise eest.

Nioobiumi kasutatakse ka erinevates kõrgtemperatuursetes terastes (näiteks gaasiturbiinides), samuti tööriista- ja magnetterastes.

Nioobium sisestatakse terasesse sulamis rauaga (ferronioobium), mis sisaldab kuni 60% Nb. Lisaks kasutatakse ferrotantalonioobiumi ferrosulamis erineva tantaali ja nioobiumi vahekorraga.

Orgaanilises sünteesis kasutatakse katalüsaatoritena mõningaid nioobiumiühendeid (fluoriidikompleksi soolad, oksiidid).

Nioobiumi kasutamine ja tootmine kasvab kiiresti, mis on tingitud selle omaduste kombinatsioonist, nagu tulekindlus, väike ristlõige termiliste neutronite püüdmiseks, võime moodustada kuumakindlaid, ülijuhtivaid ja muid sulameid, korrosioonikindlus, getter omadused, elektronide madal tööfunktsioon, hea töödeldavus külma survega ja keevitatavus. Peamised nioobiumi kasutusvaldkonnad: raketitehnika, lennundus- ja kosmosetehnoloogia, raadiotehnika, elektroonika, keemiaaparaaditehnika, tuumaenergeetika.

Metallilise nioobiumi pealekandmine

Lennuki osad on valmistatud puhtast nioobiumist või selle sulamitest; uraani ja plutooniumi kütuseelementide korpused; mahutid ja torud; vedelate metallide jaoks; elektrolüütkondensaatorite osad; "Kuumad" liitmikud elektroonilistele (radariseadmetele) ja võimsatele generaatorlampidele (anoodid, katoodid, võrgud jne); korrosioonikindlad seadmed keemiatööstuses.

Nioobium on legeeritud teiste värviliste metallidega, sealhulgas uraaniga.

Nioobiumi kasutatakse krüotronites – arvutite ülijuhtivates elementides. Nioobium on tuntud ka selle poolest, et seda kasutatakse suure hadronipõrguti kiirendavates struktuurides.

Intermetallilised nioobiumi ühendid ja sulamid

Ülijuhtivate solenoidide valmistamiseks kasutatakse Nb3Sn stanniidi ja nioobium-titaan-tsirkooniumi sulameid.

Nioobium ja tantaaliga sulamid asendavad paljudel juhtudel tantaali, mis annab suure majandusliku efekti (nioobium on tantalist odavam ja peaaegu kaks korda kergem).

Ferroniobiumi lisatakse roostevabasse kroom-nikkelterasesse, et vältida nende teradevahelist korrosiooni ja hävimist, ning muudesse terasetüüpidesse nende omaduste parandamiseks.

Nioobiumi kasutatakse kogumismüntide vermimiseks. Nii väidab Läti Pank, et nioobiumi kasutatakse koos hõbedaga meenemüntide 1-latilistes müntides.

Niobiumühendite O5 katalüsaatori kasutamine keemiatööstuses;

tulekindlate materjalide, metallkeraamika, eritoodete valmistamisel. klaas, nitriid, karbiid, niobaadid.

Tsirkooniumkarbiidi ja uraan-235 karbiidiga sulamis olev nioobiumkarbiid (mp 3480 °C) on tahkefaasiliste tuumareaktiivmootorite kütuseelementide kõige olulisem konstruktsioonimaterjal.

Nioobiumnitriidi NbN kasutatakse õhukeste ja üliõhukeste ülijuhtivate kilede tootmiseks, mille kriitiline temperatuur on 5–10 K kitsa üleminekuga suurusjärgus 0,1 K

Nioobium meditsiinis

Niobiumi kõrge korrosioonikindlus on võimaldanud seda kasutada meditsiinis. Nioobiumniidid ei ärrita eluskudesid ja on sellega hästi ühendatud. Taastav kirurgia on selliseid niite edukalt kasutanud rebenenud kõõluste, veresoonte ja isegi närvide õmblemiseks.

Kasutamine ehetes

Nioobiumil pole mitte ainult tehnika jaoks vajalikke omadusi, vaid see näeb ka üsna ilus välja. Juveliirid püüdsid seda valget läikivat metalli kasutada käekellade korpuste valmistamiseks. Nioobiumi sulamid volframi või reeniumiga asendavad mõnikord väärismetalle: kulda, plaatinat, iriidiumi. Viimane on eriti oluline, kuna nioobiumi ja reeniumi sulam ei näe mitte ainult välja nagu metalliline iriidium, vaid on peaaegu sama kulumiskindel. See võimaldas mõnel riigil täitesulepeade jootmise tootmisel kallist iriidiumist loobuda.

Nioobiumi kaevandamine Venemaal

Viimastel aastatel on maailma nioobiumitoodang olnud 24-29 tuhande tonni tasemel.. Tuleb märkida, et maailma nioobiumiturgu on oluliselt monopoliseerinud Brasiilia ettevõte CBMM, mis moodustab umbes 85% maailma nioobiumi toodangust. nioobium.

Jaapan on nioobiumi sisaldavate toodete peamine tarbija (selle hulka kuulub eelkõige ferronioobium). See riik impordib Brasiiliast igal aastal üle 4 tuhande tonni ferronioobiumi. Seetõttu võib nioobiumi sisaldavate toodete Jaapani impordihindu suure kindlusega pidada maailma keskmise lähedaseks. Viimastel aastatel on ferronioobiumi hinnad tõusnud. See on tingitud selle kasvavast rakendusest peamiselt nafta- ja gaasijuhtmete jaoks mõeldud madala legeeritud terase tootmiseks. Üldiselt tuleb märkida, et viimase 15 aasta jooksul on nioobiumi tarbimine maailmas kasvanud keskmiselt 4-5% aastas.

Kahetsusega tuleb tunnistada, et Venemaa on nioobiumiturul "kõrvale". 90ndate alguses toodeti ja tarbiti endises NSV Liidus Giredmeti ekspertide hinnangul nioobiumi (nioobiumoksiidi osas) umbes 2 tuhat tonni. Praegu ei ületa Venemaa tööstuse nioobiumitoodete tarbimine vaid 100-200 tonni.. Tuleb märkida, et endises NSV Liidus loodi märkimisväärsed nioobiumi tootmisvõimsused, mis on hajutatud erinevatesse vabariikidesse - Venemaa, Eesti, Kasahstan. See NSV Liidu tööstuse arengu traditsiooniline iseärasus on pannud Venemaa nüüdseks väga raskesse olukorda paljude toorainete ja metallide osas. Nioobiumiturg saab alguse nioobiumi sisaldava tooraine tootmisest. Selle peamine tüüp Venemaal oli ja jääb Lovozersky GOK-s (nüüd JSC Sevredmet, Murmanski piirkond) saadud lopariidi kontsentraat. Enne NSV Liidu lagunemist tootis ettevõte umbes 23 tuhat tonni lopariidi kontsentraati (nioobiumoksiidi sisaldus selles on umbes 8,5%). Seejärel vähenes jõusööda tootmine aastatel 1996-1998 pidevalt. Ettevõte peatati mitu korda müügi puudumise tõttu. Praegu on ettevõttes hinnanguliselt lopariidi kontsentraadi toodang 700-800 tonni kuus.

Tuleb märkida, et ettevõte on üsna jäigalt seotud oma ainsa tarbijaga - Solikamski magneesiumitehasega. Fakt on see, et lopariidi kontsentraat on üsna spetsiifiline toode, mida saadakse ainult Venemaal. Selle töötlemistehnoloogia on selles sisalduva haruldaste metallide kompleksi (nioobium, tantaal, titaan) tõttu üsna keeruline. Lisaks on kontsentraat radioaktiivne, mistõttu lõppesid suuresti kõik katsed selle tootega maailmaturule pääseda asjata. Samuti tuleb märkida, et ferronioobiumit ei saa lopariidi kontsentraadist. 2000. aastal käivitas ettevõte Roredmet Sevredmeti tehases katseüksuse lopariidikontsentraadi töötlemiseks, et saada muude metallide hulgas ka turustatavaid nioobiumi sisaldavaid tooteid (nioobiumoksiid).

SMZ nioobiumitoodete peamised turud on mitte-SRÜ riigid: tarned tehakse USA-sse, Jaapanisse ja Euroopa riikidesse. Ekspordi osatähtsus kogu tootmismahust on üle 90%. Märkimisväärsed võimsused nioobiumi tootmiseks NSV Liidus koondati Eestisse - Sillamäe Keemia- ja Metallurgiatootmise Ühingusse (Sillamäe). Nüüd kannab Eesti firma nime Silmet. Nõukogude ajal töötles ettevõte Lovoozersky GOK lopariidi kontsentraati, alates 1992. aastast on selle saatmine peatatud. Silmet töötleb praegu Solikamski magneesiumitehases vaid väikest kogust nioobiumhüdroksiidi. Enamiku nioobiumi sisaldavatest toorainetest saab ettevõte praegu Brasiiliast ja Nigeeriast. Ettevõtte juhtkond ei välista lopariidikontsentraadi tarnimist, küll aga püüab Sevredmet ajada selle kohapealse töötlemise poliitikat, kuna tooraine eksport on vähem tulusam kui valmistoodang.

Õpetamine

Kas vajate abi teema uurimisel?

Meie eksperdid nõustavad või pakuvad juhendamisteenust teile huvipakkuvatel teemadel.
Saada päring teema tähistusega kohe, et saada teada konsultatsiooni saamise võimalusest.

Tantaali ja nioobiumi saadakse redutseerimisel kõrge puhtusastmega ühenditest: oksiididest, kompleksfluoriidisooladest, kloriididest. Tööstuslikud metallide tootmise meetodid võib jagada nelja rühma:

Naatriumi termiline redutseerimine kompleksfluoriididest;

Oksiididest redutseerimine süsinikuga (karbotermiline meetod);

Redutseerimine alumiiniumoksiididest (aluminotermiline meetod);

Kloriididest taastamine vesinikuga;

Sula keskkonna elektrolüüs.

Tantaali (~ 3000 C) ja nioobiumi (~ 2500 C) kõrge sulamistemperatuuri tõttu saadakse need redutseerimise tulemusena kõigil loetletud meetoditel, välja arvatud kolmas, pulbrite või paagutatud käsna kujul. . Kompaktse tempermalmist tantaali ja nioobiumi saamise ülesande teeb keeruliseks asjaolu, et need metallid neelavad aktiivselt gaase (vesinik, lämmastik, hapnik), mille lisandid muudavad need hapraks. Seetõttu on vaja pulbritest pressitud toorikuid paagutada või kõrgvaakumis sulatada.

Natriotermiline meetod tantaali- ja nioobiumipulbrite tootmiseks

Kompleksfluoriidide K2TaF7 ja K2NbF7 naatriumtermiline redutseerimine on esimene tööstuslik meetod tantaali ja nioobiumi tootmiseks. Seda kasutatakse siiani. Naatrium, kaltsium ja magneesium, millel on kõrge afiinsus fluori suhtes, sobivad tantaali ja nioobiumi fluoriidühendite redutseerimiseks, nagu on näha allolevatest väärtustest:

E-post<^ент Nb Та Na Mg Са

AG298, kJ/g-aatom F. ... ... -339 -358 -543 -527 -582

Redutseerimiseks kasutatakse naatriumi, kuna naatriumfluoriid lahustub vees ja seda saab eraldada pesemisega tantaali- ja nioobiumipulbrist, samas kui magneesium- ja kaltsiumfluoriidid lahustuvad vees ja hapetes halvasti.

Vaatleme protsessi tantaali saamise näitel. K2TaF7 redutseerimine naatriumiga toimub suure soojuse vabanemisega (isegi kuni 5 kg laadimiskoormusega), mis on piisav protsessi spontaanseks voolamiseks. Pärast laengu kuumutamist ühes kohas temperatuurini 450-500 C levib reaktsioon kiiresti üle kogu laengu massi ja temperatuur jõuab 800-900 C. Kuna naatrium sulab 97 C juures ja keeb 883 C juures, on ilmne, et vedelik ja naatriumi aur osalevad redutseerimises:

K2TaF7 + 5NaW = Ta + 5NaF + 2KF; K2TaF7 + 5Na (ra3) = Ta + 5NaF + 2KF.

Reaktsioonide (2,18) ja (2,19) erisoojusmõjud on vastavalt 1980 ja 3120 kJ / kg laengu kohta.

Redutseerimine toimub terastiiglis, kuhu laetakse kihtidena kaaliumfluorotantalaadi ja naatriumi tükid (~ 120% stöhhiomeetriliselt vajalikust kogusest), mis lõigatakse spetsiaalsete kääridega. Laeng on kaetud naatriumkloriidi kihiga, mis moodustab madala sulamistemperatuuriga segu KF ja NaF-ga. Soolasula kaitseb osakesi oksüdeerumise eest
tantaali kaste. Protsessi kõige lihtsamas versioonis kuumutatakse reaktsiooni käivitamiseks tiigli seina allosas põleti leegiga, kuni ilmub punane laik. Reaktsioon kulgeb kiiresti kogu massi ulatuses ja lõpeb 1-2 minutiga. Selle protsessi rakendamisega saadakse toodete lühiajalise kokkupuute tõttu maksimaalsel temperatuuril (800-900 C) peened tantaalipulbrid, mis pärast soolade pesemist sisaldavad kuni 2% hapnikku.

Väiksema hapnikusisaldusega jämedamateraline pulber saadakse reaktsioonitiigli asetamisel šahtelektriahju ja hoidmisel ahjus pärast reaktsiooni lõppu 1000 °C juures.

Saadud tantaali redutseerimine immutatakse peenosakeste kujul fluoriidkloriidi räbu, mis sisaldab liigset naatriumi. Pärast jahutamist koputatakse tiigli sisu välja, purustatakse lõualuupurustis ja laaditakse väikeste portsjonitena veega reaktorisse, kus naatrium "kustutatakse" ja suurem osa sooladest lahustatakse. Seejärel pestakse pulbrit järjestikku lahjendatud N-ga (soolade täielikumaks pesemiseks, raua ja osaliselt titaani lisandite lahustamiseks). Tantaaloksiidide sisalduse vähendamiseks pestakse pulbrit mõnikord täiendavalt külma lahjendatud vesinikfluoriidhappega. Seejärel pestakse pulber destilleeritud veega, filtreeritakse ja kuivatatakse 110-120 C juures.

Kasutades ülalkirjeldatud meetodit ja järgides ligikaudu samu tingimusi, saadakse nioobiumipulbrid k2NbF7 redutseerimisel naatriumiga. Kuivatatud nioobiumipulbrid on koostisega,%: Ti, Si, Fe 0,02-0,06; Umbes 0,5; N kuni 0,1; C 0,1-0,15.

Karbotermiline meetod nioobiumi ja tantaali tootmiseks oksiididest

See protsess töötati algselt välja nioobiumi tootmiseks Nb2o5-st.

Nioobiumi saab redutseerida Nb2os-st süsinikuga temperatuuril 1800–1900 ° C vaakumahjus:

Nb2Os + 5C = 2Nb + SCO. (2.20)

Laeng Nb205 + 5C sisaldab vähe nioobiumi ja isegi briketeeritud olekus on madala tihedusega (~ 1,8 g / cm3). Samal ajal eraldatakse 1 kg laadimise kohta suur kogus co (~ 0,34 m3). Need asjaolud muudavad reaktsiooni (2.20) kohase protsessi läbiviimise ebasoodsaks, kuna vaakumahju tootlikkus on sel juhul madal. Seetõttu toimub protsess kahes etapis:

I etapp - nioobiumkarbiidi saamine

Nb203 + 1C = 2NbC + 5CO; (2,2 l)

P etapp - nioobiumi saamine vaakumahjudes

Nb2Os + 5NbC = 7Nb + 5CO. (2.22)

її astme briketeeritud laeng sisaldab 84,2% (massi järgi) nioobiumi, briketi tihedus on ~ 3 g / cm3, ruumala moodustab 0,14 m3 1 kg laengu kohta (~ 2,5 korda vähem kui laengu puhul). laadige Nb2o5 + sc ). See tagab vaakumahju suurema tootlikkuse.

Kaheetapilise protsessi oluline eelis on ka see, et esimest etappi saab läbi viia atmosfäärirõhul grafiittoru takistusahjudes (joonis 29).

Nioobiumkarbiidi saamiseks (protsessi I etapp) brikettitakse Nb2o5 ja tahma segu ning brikette kuumutatakse grafiittoru ahjus vesiniku või argooni atmosfääris 1800-1900 °C juures (brikett liigub pidevalt mööda kolle

Riis. 29. Grafiittoru takistusahju skeem:

1 - korpus; 2 - grafiidist küttetoru; 3 - varjestusgrafiittoru; 4- tahma soojust isoleeriv tagasitäide; 5 - külmik; 6 - kontaktgrafiidi koonused; 7 - jahutatud kontaktpea; 8 - luuk; 9 - voolu toidavad siinid

Lähtudes nende viibimisest kuumas tsoonis 1-1,5 tundi). Purustatud nioobiumkarbiid segatakse kuulveskis Nb2o5-ga, mis on võetud reaktsiooni (2.22) suhtes vajaliku vähese liiaga (3–5%).

Laeng pressitakse 100 MPa rõhu all kangideks, mida kuumutatakse grafiitkuumutitega vaakumpahjudes (või grafiittoruga vaakum-induktsioonahjudes) temperatuuril 1800-1900 C. Ekspositsioon lõpeb, kui jääkrõhk on 1,3-0,13 Pa on jõutud.

Reaktsioonid (2.21) ja (2.22) on kumulatiivsed. Need läbivad madalamate oksiidide (Nt> o2 ja NbO), aga ka Nb2c karbiidi moodustumise vahepealsed etapid. I etapi peamised reaktsioonid:

Nb2Os + C = 2NbO2 + CO; (2.23)

NbO2 + C = NbO + CO; (2.24)

2NbO + 3C = Nb2C + 2CO; (2,25)

Nb2C + C = 2NbC. (2.26)

N etapi reaktsioonid:

Nb2Os + 2NbC = 2NbO2 + Nb2C + CO; (2,27)

NbO2 + 2NbC = NbO + Nb2C + CO; (2.28)

NbO + Nb2C = 3Nb + CO. (2.29)

Metalliline nioobium saadakse protsessi II etapi (2.29) lõppreaktsioonil. Reaktsiooni (2.29) tasakaalurõhk ω temperatuuril 1800 °C on > 1,3 Pa. Seetõttu on vaja protsess läbi viia jääkrõhul, mis on madalam selle reaktsiooni tasakaalurõhust (0,5-0,13 Pa).

Saadud nioobiumi paagutatud poorsed briketid sisaldavad,%: Koos 0,1-0,15; Umbes 0,15-0,30; N 0,04-0,5. Kompaktse tempermalmist metalli saamiseks sulatatakse brikett elektronkiire ahjus. Teine võimalus on saada briketist pulber (hüdrogeenimine 450 C juures, jahvatamine ja sellele järgnev dehüdrogeenimine vaakumis), lattide pressimine ja nende paagutamine vaakumis temperatuuril 2300-2350 C. Vaakumsulatamise ja vaakumis paagutamise protsessides hapnik ja süsinik eemaldatakse koostises co ja liigne hapnik koostises lenduvad madalamad oksiidid.

Karbotermilise meetodi peamised eelised on kõrge otsene metallisaagis (mitte vähem kui 96%) ja odava redutseerija kasutamine. Selle meetodi puuduseks on kõrgtemperatuursete vaakumpahjude projekteerimise keerukus.

Tantaali ja nioobium-tantaali sulameid on võimalik saada ka karbotermilisel meetodil.

Aluminotermiline meetod nioobiumi ja tantaali tootmiseks kõrgematest oksiididest

Viimastel aastatel välja töötatud aluminomeetriline meetod nioobiumi tootmiseks nioobiumpentoksiidi redutseerimisel alumiiniumiga omab tehnilisi ja majanduslikke eeliseid teiste nioobiumi tootmismeetodite ees tänu madalale etapile ja riistvara disaini lihtsusele.

Meetod põhineb eksotermilisel reaktsioonil:

3Nb2Os + 10A1 = 6Nb + 5A1203; (2.30)

Dow = -925,3 + 0,1362t, kJ / mol Nb2o5.

Reaktsiooni kõrge erisoojusefekt (2640 kJ / stöhhiomeetrilise laengu kg kohta) võimaldab protsessi läbi viia ilma välise kuumutamiseta nioobiumi-alumiiniumi sulami valuploki sulatamisega. Edukas ahjuväline alumotermiline redutseerimine on võimalik, kui protsessi temperatuur on kõrgem kui sulamistemperatuur A12о3 = 2030 ° С) ja metallifaas (Nb + 10% ai sulam sulab temperatuuril 2050 ° С). Kui alumiiniumi liig laengus on 30-40% üle stöhhiomeetrilise koguse, saavutab protsessi temperatuur ~ 2150-2200 C. Tänu kiirele redutseerimisele tõuseb temperatuur võrreldes sulamistemperatuuridega umbes 100-150 C võrra. räbu ja metalli faasidest piisab, et tagada nende eraldamine. Ülalmainitud alumiiniumi liiaga laengus saadakse 8-10% alumiiniumi sisaldav nioobiumisulam nioobiumi tegeliku ekstraheerimisega 98-98,5%.

Aluminotermiline redutseerimine viiakse läbi terastiiglis, mille vooder on kaltsineeritud magneesium- või alumiiniumoksiididest. Sulamisproduktide mahalaadimise hõlbustamiseks tehakse tiigel eemaldatavaks. Kontaktid sisestatakse läbi seinte, et anda kaitsmele elektrivool (20 V, 15 A) laengusse asetatud nikroomtraadi kujul. Teine võimalik variant on viia protsess läbi massiivses lõhestatud vasest tiiglisse, mille seintele moodustub garnisaazi kaitsekiht.

Tiiglisse laaditakse põhjalikult kuivatatud Nb2o5 ja alumiiniumipulbri segu osakeste suurusega ~ 100 mikronit. Soovitav on asetada tiigel argooniga täidetud kambrisse, et vältida kokkupuudet õhuga.

Pärast süüte sisselülitamist kulgeb reaktsioon kiiresti kogu laengu massi ulatuses. Saadud sulamist valuplokk purustatakse tükkideks ja töödeldakse vaakumtermiliselt temperatuuril 1800-2000 C grafiitkuumutiga ahjus jääkrõhul ~ 0,13 Pa, et eemaldada suurem osa alumiiniumist (selle sisalduseni 0,2%). ). Seejärel viiakse rafineerimissulatus läbi elektronkiirahjus, saades kõrge puhtusastmega nioobiumi valuplokid lisandisisaldusega,%: A1< 0,002; С 0,005; Си < 0,0025; Fe < 0,0025; Mg, Mn, Ni, Sn < 0,001; N 0,005; О < 0,010; Si < 0,0025; Ті < < 0,005; V < 0,0025.

Põhimõtteliselt on tantaali aluminotermiline tootmine võimalik, kuid protsess on mõnevõrra keerulisem. Redutseerimisreaktsiooni erisoojusefekt on 895 kJ / kg laengu kohta. Tantaali ja selle alumiiniumiga sulamite kõrge sulamistemperatuuri tõttu sisestatakse valuploki sulatamiseks laengusse raudoksiid (7-7,5% rauda ja 1,5% alumiiniumi sisaldava sulami tootmisel), samuti kuumutatakse. lisand - kaaliumkloraat (Berthollet' sool) ... Tiigel koos laenguga asetatakse ahju. 925 ° C juures algab spontaanne reaktsioon. Tantaali ekstraheerimine sulamisse on umbes 90%.

Pärast vaakumtermilist töötlemist ja elektronkiirega sulatamist on tantaali valuplokkidel kõrge puhtusaste, mis on võrreldav ülaltoodud nioobiumi puhtusega.

Tantaali ja nioobiumi saamine nende kloriidide redutseerimisel vesinikuga

Tantaali ja nioobiumi redutseerimiseks nende kloriididest on välja töötatud erinevaid meetodeid: redutseerimine magneesiumi, naatriumi ja vesinikuga. Mõned vesinikuga redutseerimise variandid on kõige paljutõotavamad, eriti allpool käsitletav meetod kloriidi aurude redutseerimiseks kuumutatud substraatidel, et saada kompaktne metallvarras.

Joonisel fig. 30 on skeem tantaali tootmiseks TaC15 aurude redutseerimisel vesinikuga tantaaliribal, mis on kuumutatud temperatuurini 1200–1400 °C. Vesinikuga segatud TaCI5 aurud juhitakse aurustist reaktorisse, mille keskel on tantaallint, mida kuumutatakse elektrivoolu otsesel läbimisel etteantud temperatuurini. Auru-gaasisegu ühtlaseks jaotumiseks piki lindi pikkust ja voolu tagamiseks selle pinnaga risti paigaldatakse lindi ümber aukudega roostevabast terasest ekraan. Kuumutatud pinnal toimub reaktsioon:

TaC15 + 2,5 H2 = Ta + 5 HCI; AG ° m k = -512 kJ. (2.31)

Riis. 30. Tantaalpentakloriidi vesinikuga redutseerimise paigaldise skeem: 1 - reaktori äärik; 2 - isoleeritud elektrivarustus; 3 - kinnituskontaktid; 4 - kondensaator reageerimata kloriidi jaoks; 5 - tantaallint; 6 - aukudega ekraanid, - 7 - reaktorianum; 8 - reaktori kütteseade; 9 - soojendusega rotameeter; 10 - nõelventiil; 11 - aurusti elektriahi; 12 - tantaalpentakloriidi aurusti; 13 - vesiniku rotameeter

Optimaalsed tingimused tantaali sadestamiseks: lindi temperatuur 1200-1300 ° C, TaCl5 kontsentratsioon gaasisegus ~ 0,2 mol / mol segust. Sadestumise kiirus nendes tingimustes on 2,5-3,6 g / (cm2 h) (või 1,5-2,1 mm / h) Seega saadakse 24 tunniga puhas tantaalipulk keskmise läbimõõduga 24-25 mm. mida saab rullitakse leheks, kasutatakse ümbersulatamiseks elektronkiire ahjus või muudetakse kõrge puhtusastmega pulbriteks (pulbri hüdrogeenimise, jahvatamise ja dehüdrogeenimise teel). Kloriidi konversioon (otsene ekstraheerimine katmiseks) on 20-30%. Reageerimata kloriid kondenseeritakse ja kasutatakse uuesti. Elektritarbimine on olenevalt vastuvõetud režiimist 7-15 kWh 1 kg tantaali kohta.

Pärast HCl aurude eraldamist vees absorptsiooni teel saab vesiniku protsessi tagasi suunata.

Kirjeldatud meetodil on võimalik saada ka nioobiumvardaid. Optimaalsed tingimused nioobiumi sadestamiseks: lindi temperatuur 1000-1300 C, pentakloriidi kontsentratsioon 0,1-0,2 mol / mol gaasisegus. Metalli sadestamiskiirus on 0,7-1,5 g / (cm2-h), kloriidi metalliks muutumise aste on 15-30%, energiatarve on 17-22 kW * h / kg metalli. Nioobiumi protsessi hõlbustab asjaolu, et osa NbCl5-st väheneb reaktori ruumala teatud kaugusel kuumutatud ribast mittelenduvaks NbCl3-ks, mis sadestub reaktori seintele.

Elektrolüütiline meetod tantaali tootmiseks

Tantaali ja nioobiumi ei saa vesilahustest elektrolüüsiga eraldada. Kõik väljatöötatud protsessid põhinevad sulakeskkonna elektrolüüsil.

Tööstuspraktikas kasutatakse meetodit tantaali saamiseks. Nii on firma Fenstil (USA) juba mitu aastat kasutanud tantaali elektrolüütilist meetodit, praegu saadakse osa Jaapanis toodetavast tantaalist elektrolüüsi teel. NSV Liidus viidi läbi meetodi ulatuslikud uuringud ja tööstuslikud katsetused.

Tantaali elektrolüütilise tootmise meetod on sarnane alumiiniumi tootmise meetodiga.

Elektrolüüdi aluseks on sulasool K2TaF7 - KF - - KC1, milles on lahustunud tantaaloksiid Ta205. Ainult ühte soola K2TaF7 sisaldava elektrolüüdi kasutamine on grafiitanoodi kasutamisel pideva anoodiefekti tõttu praktiliselt võimatu. Elektrolüüs on võimalik K2TaF7, KC1 ja NaCl sisaldavas vannis. Selle elektrolüüdi puuduseks on fluoriidisoolade kogunemine selles elektrolüüsi ajal, mis viib kriitilise voolutiheduse vähenemiseni ja nõuab vanni koostise kohandamist. See puudus kõrvaldatakse, lisades elektrolüüti Ta205. Elektrolüüsi tulemuseks on sel juhul tantaaloksiidi elektrolüütiline lagunemine koos tantaali vabanemisega katoodil ja hapnikuanoodil, mis reageerib anoodi grafiidiga, moodustades CO2 ja CO. Lisaks parandab Ta205 lisamine sulasoola grafiidianoodi märgumist sulatise toimel ja suurendab kriitilist voolutihedust.

Elektrolüüdi koostise valik põhineb K2TaF7-KCl-KF ternaarsüsteemi uuringute andmetel (joonis 31). See süsteem sisaldab kahte topeltsoola K2TaF7 KF (või KjTaFg) ja K2TaF7 KC1 (või K3TaF7Cl), kahte kolmekomponentset eutektikumi Ei ja E2, mis sulavad vastavalt 580 ja 710 C juures, ning peritektilist punkti P 678 °C juures. Kui Ta205 sisestatakse sulatisse, interakteerub see fluorotantalaatidega, moodustades oksofluorotantalaadi:

3K3TaF8 + Ta2Os + 6KF = 5K3TaOF6. (2,32)

Reaktsioon K3TaF7Cl-ga kulgeb sarnaselt. Tantaali oksofluoriidkomplekside moodustumine määrab Ta205 lahustuvuse elektrolüüdis. Piiratav lahustuvus sõltub K3TaF8 sisaldusest sulatis ja vastab reaktsiooni stöhhiomeetriale (2.32).

Tuginedes andmetele elektrolüüdi koostise mõju kohta elektrolüüsi parameetritele (kriitiline voolutihedus, voolu efektiivsus, ekstraheerimine, tantaalipulbri kvaliteet), pakkusid Nõukogude teadlased välja järgmise optimaalse elektrolüüdi koostise: 12,5% (massi järgi) K2TaF7, ülejäänud KC1 ja KF suhtega 2 : 1 (massi järgi). Sisseviidud Ta2O-de kontsentratsioon on 2,5-3,5% (massi järgi). Selles elektrolüüdis on grafiitanoodi kasutamisel temperatuuril 700–800 ° C oksofluoriidikompleksi lagunemispinge 1,4 V, KF ja KC1 korral on lagunemispinged vastavalt ~ 3,4 V ja ~ 4,6 V.

КС I K2TaF, -KCl KJaFf

Riis. 31. Süsteemi K2TaF7-KF-KCl sulamisskeem

Elektrolüüsi ajal toimub katoodil Ta5 + katioonide astmeline tühjenemine:

Ta5 + + 2e> Ta3 + + olema * Ta0.

Anoodil toimuvaid protsesse saab esitada reaktsioonidega: TaOF63 "- Ze = TaFs + F" + 0; 20 + C = CO2; CO2 + C = 2CO; TaFj + 3F ~ = TaF | ~. TaF | ~ ioonid, reageerides sulatisse viidud Ta2O-ga, moodustavad taas TaOF | ~ ioone. Elektrolüüsi temperatuuridel 700-750 ° C sisaldab gaaside koostis -95% CO2, 5-7% CO2; 0,2-

NSV Liidus testitud elektrolüütiliste elementide konstruktsioonidest saadi parimad tulemused nendes, kus katoodiks on niklitiigel (või niklist kroomiga sulam) keskel.

Joonis 32. Elektrolüütiline element tantaali tootmiseks:

1 - punker koos Ta205 sööturiga; 2 - sööturi elektromagnetiline vibraator; 3 - anoodi kinnitusega kronstein; 4 - seina aukudega õõnes grafiidianood; 5 - nikroomist valmistatud tiigel-katood; 6 - kate; 7 - soojusisolatsiooniklaas; 8 - rool auto tõstmiseks; 9 - vardaga pistik voolu andmiseks

Mis on õõnes grafiidianood, mille seintes on augud (joonis 32). Tantaaloksiidi juhitakse perioodiliselt automaatse vibreeriva sööturi abil õõnsale anoodile. Selle söötmismeetodiga on välistatud katoodisademe mehaaniline saastumine lahustumata tantaalpentoksiidiga. Gaasid eemaldatakse pardal oleva imemise kaudu. Elektrolüüsi temperatuuril 700–720 C, Ta205 vanni pideva toite (st minimaalse arvu anoodiefektidega), katoodi voolutihedusega 30–50 A / dm2 ja suhtega DjDk = 2 * 4, tantaali otsene ekstraheerimine on 87-93%, saagis on praegu 80%.

Elektrolüüsi viiakse läbi, kuni 2/3 tiigli kasulikust mahust on täidetud katoodsete setetega. Elektrolüüsi lõpus tõstetakse anood üles ja elektrolüüt koos katoodisademega jahutatakse. Elektrolüüdi eraldamiseks tantaalipulbri osakestest on katoodtoote töötlemiseks kaks meetodit: jahvatamine õhueraldamisega ja vaakumtermiline puhastus.

NSV Liidus välja töötatud vaakumtermiline meetod seisneb tantaali soolade põhiosa eraldamises argooni atmosfääris sulatamise (sulatamise) teel, millele järgneb jäägi eemaldamine vaakumis aurustamisega 900 C juures. Sulanud ja kondenseerunud elektrolüüt pöördus tagasi elektrolüüsi juurde.

Seda jahvatades õhueraldusega 30-70 mikronit ja vaakumkuumtöötlusel - 100-120 mikronit.

Oksüfluoriidkloriidist elektrolüütidest, nagu tantaalist, nioobiumi tootmine ei andnud positiivseid tulemusi, kuna tühjenemise ajal tekivad katoodil madalamad oksiidid, mis saastavad metalli. Praegune väljund on madal.

Nioobiumi (nagu ka tantaali) jaoks on paljulubavad hapnikuvabad elektrolüüdid. Nioobium- ja tantaalpentakloriidid lahustuvad sulatatud leelismetallikloriidides, moodustades komplekssoolad A / eNbCl6 ja MeTaCl6. Nende komplekside elektrolüütilise lagunemise käigus moodustuvad katoodil nioobiumi ja tantaali jämekristallilised ladestused ning grafiidianoodil kloor.

Sotsiaal-majanduslikud ja humanitaarteadused

UDC 553,98 "=."

NIOOBIUMI KAEVANDAMINE VENEMAL

G.Yu. Boyarko *, V. Yu. Khatkov**

, * Tomski Polütehniline Ülikool

** Vene Föderatsiooni valitsuse büroo. ""

E-post: [e-postiga kaitstud]

Nioobiumi kaevandatakse Venemaal Lovozerskoe maardlas (Murmanski oblastis) lopariidikontsentraadina ja Tatari maardlas ( Krasnojarski piirkond) pürokloriidhappe kontsentraadi kujul ja töötlemine ~ Solikamski magneesiumi (Permi piirkond) ja Kljutševskoi ferrosulami tehastes (Sverdlovski oblast) Tomtori nioobiumimaardlas (Sahha-Jakuutia Vabariik) ja tootmisvõimsuse varasema taseme taastamine kl. Etykinsky tantaali-nioobiumimaardla (Tšita piirkond) Brasiilia nioobiumitootjate loodusliku monopoli olemasolu tõttu peaksid Venemaa nioobiumikaevandusettevõtted keskenduma eelkõige Venemaa, Ukraina, Kasahstani ja Hiina metallurgiaturule.

Nioobium on raske tulekindel metall, millel on kõrge elastsus, korrosioonikindlus, hea keevitatavus ja väike termilise neutronite püüdmise ristlõige. See on kuumakindlate ja ülijuhtivate sulamite osa ning nioobiumiga legeeritud terastel on kõrge tugevus ja märkimisväärne plastilisus, külmumis- ja korrosioonikindlus. Põhiline nioobiumi tarbimine langeb madala legeeritud (0,07 ... 0,08% N)) terasest magistraaltorustike suure läbimõõduga torude tootmisele. Madallegeeritud nioobiumteraseid kasutatakse ehituskonstruktsioonide valmistamisel, sildade ehitamisel, teede- ja kaevandustehnikas, lennuki- ja autotööstuses, nafta süvapuurimise seadmete, keemia- ja naftakeemiatööstuse seadmete valmistamisel jne. Tina, titaani ja tsirkooniumiga nioobiumi sulameid kasutatakse laialdaselt ülijuhtivate solenoidide valmistamisel võimsate elektromagnetite jaoks, mida kasutatakse magnetseparaatorites, laetud osakeste kiirendites ja MHD generaatorites. Liitiumi ja plii niobaatide sünteetilisi monokristalle kasutatakse optilistes aknaluukides ja akustoelektroonilistes seadmetes. Maailma nioobiumi tarbimise maht on 25 ... 26 tuhat tonni aastas ja selle selget kasvu täheldatakse 2 ... 2,5% aastas. Nioobiumi tarbimise liidrid on Jaapan (30% maailma nõudlusest), USA (umbes 25%) ja Euroopa Liidu riigid. Nioobiumtoodete hinnad on toodud tabelis. G

Nioobiumi ekstraheeritakse hüdrometallurgiliste ja pürometallurgiliste meetoditega nioobiumi mineraalide kontsentraatidest - pürokloor (NaCaNb206F) (kuni 90% maailma varudest), kolumbiit-tantaliit ((Fe, Mn) (Nb, Ta) 206) (kuni 5%) ) ja lopariit (( Ca, TR) (Ti, Ta, Nb) 02) (ainult Venemaal). Nende töötlemisel ekstraheeritakse samaaegselt tantaali (suhtes Ta / Nb = 1/10) ning lopariidist ekstraheeritakse ka haruldasi muldmetalle ja titaani.

Maailma nioobiumitoodang on 25,7 tuhat tonni (2002), millest 22 tuhat tonni moodustab Brasiilia ettevõte Companhia Brasileira de Metalurgia e Minera ^ So Cia Brasileira de Metalurgia Minera? Ao (CBMM), mis on pürokloorikontsentraatide tootmisel loomulik monopol. , ferronioobium (kuni 18 tuhat tonni aastas), nioobium

Tabel. Nioobiumi (ja sellega seotud tantaali) toodete hinnad

Kaubatoodete hinnad, USA dollarit kg kohta

Pürokloriidi kontsentraat (N ^ 05) 6,0 ... 6,5

Columbite kontsentraat (N1 ^ 05) 6,5 ... 7,0

Tantaliidi kontsentraat (Ta205 osas) 65 .. / 75

Lopariidi kontsentraat 1,1-

Ferronoobium 14,5 ... 15,5

Metallnioobium 14,0 .. L 4,5

Tantaali pulber ■ 200 ... 230

Metalliline tantaal 200...210

talli ja tantaal. See kaevandab Arasha karbonatiidi massiivi (Amazonase osariik) ilmastikumõjude maakoort, mille keskmine Nb205 sisaldus on 2,5% (4,3 miljardit tonni maaki) ja Pitanga tinamaagi maardlast, mis sisaldab 4,3% Nb205 (30 miljonit tonni maaki). Osa CBMM-i kontsentraatidest töötleb konsolideeritud ettevõte Catalao de Goäis (Mineralo Cataloa), mis toodab kuni 3,5 tuhat tonni ferronioobiumi aastas. Reservina Brasiilias sees rahvuspark Pico da Neblina on Seis Lagose maardla, mille varud on 2,9 miljardit tonni maagi, mille keskmine Nb205 klass on 2,8%. Kanadas kaevandatakse nioobiumimaaki Saint Honore'i maardlas (Niobeci kaevandus, Quebec), mille keskmine Nb205 klass on 0,6%. Maakide kaevandamise ja kontsentraatide töötlemisega tegeleb kaks ettevõtet – Teck Corp. ja Cambior Inc., mis tarnis 2002. aastal maailmaturule 3,2 tuhat tonni ferronioobiumi. Äärmiselt väikestes kogustes toodetakse erinevaid nioobiumitooteid (peamiselt pürokloorikontsentraate) Austraalias (Green Bushes), Nigeerias (Joe Plateau), Mosambiigis (Mbeya), Sambias (Luesh) ja Kongos (Manono Kitololo).

Plaanimajanduse ajastul kaevandas ja tootis NSV Liit kuni 2000 tonni nioobiumtooteid (nioobiumoksiidi poolest), olles toodangu poolest kolmas (Brasiilia ja Kanada järel) ning tarbimise poolest neljas (Jaapani järel). Ameerika Ühendriigid ja Saksamaa). Pärast ühise majandusruumi kokkuvarisemist SRÜ rahvuslikeks enklaavideks katkes haruldase metallitööstuse tehnoloogiline ahel, mille osad muutusid kahjumlikuks. Selle tulemusena olid Venemaa tarbijad sunnitud rahuldama oma nioobiumivajadust, eksportides aastas 100 ... 200 tonni nioobiumisulameid (peamiselt Brasiiliast).

Ainus säilinud tegutsev kaevandusettevõte Venemaal on Murmanski oblastis Revdinski rajoonis Lovozero külas asuv OJSC Severnye Rare Metals (endine Lovozersky GOK) ja selle kaevandusoperaator OJSC Lovozero Mining Company Karnasurti ja Umbozero kaevandustes. Siin, Lovozero haruldaste muldmetallide-nioobium-tantaali leiukohas, mis on unikaalne varude poolest (vaene Nb205 sisaldus - ainult 0,24%), kaevandati lopariiti sisaldavatest nefeliinsüeniitidest kuni 25 tuhat tonni lopariidi kontsentraati aastas, mis sisaldab 6 ... 8% Nb, 0, 5% Ta, 36 ... 38% TR ja 38 ... 42% Ti. Kuni 10 tuhat tonni lopariidi kontsentraati töödeldakse OJSC-s Solikamsk Magnesium Plant (peamine omanik on Venemaa Kasvufond JV), kus kloorimise teel saadakse nioobiumhüdroksiid, mis on metallilise nioobiumi tootmise keskpärane toode. Irtõši keemia- ja metallurgiatehas Ust-Kamenogorskis Kasahstanis). Praegu toodab Solikamski magneesiumitehas aastas 700 ... 750 tonni nioobiumoksiide ja 70 ... 80 tonni tantaaloksiidi, mis on täielikult eks-

sadamasse. Ülejäänud 10 ... 12 tuhat. Tlopariidi kontsentraati töödeldi eelnevalt A5> 8Pte1 (Sillamäe, Eesti) väävelhappe skeemi järgi metalliliseks nioobiumiks ja ferronioobiumiks. Praegu on 5Pte1 loobunud lopariidi tooraine ostmisest ning läinud üle Brasiiliast ja Nigeeriast pärit tehnoloogiliselt arenenumatele pürokloorikontsentraatidele. Sellest tulenevalt langes ka Sev-redmeti lopariidikontsentraadi tootmine (8 ... 10 tuhande tonnini), mis viis selle ettevõtte pankroti äärele. Katse korraldada 2000. aastal vajalike investeeringute puudumisel (100 miljonit USA dollarit) oma hüdrometallurgilist tootmist koos ferronioobiumi tootmisega ei krooninud edu. Praegu on AO Sevredmeti omanik firma CJSC Company FTK (Finance, Technology, Consulting) (Moskva), Solikamski magneesiumitehase kaasomanik (14% aktsiatest), kuid praegusest olukorrast pole reaalset väljapääsu. piiratud nõudlus lopariidi tooraine järele. Ka Irtõši keemia- ja metallurgiatehas oli pankroti äärel ja 1996. aastaks nioobiumitoodete tootmise lõpetanud, kuid 2000. aastal eraldati sellest KazNiobiy IHMZ LLP võimekas allüksus, mis hakkas tootma kuni 60 ... 80 tonni metallinioobiumi aastas, kasutades toorainena Solikamski nioobiumhüdroksiidi. Tantaalitööstustoodete töötlemine SRÜ riikides toimub OJSC Ulba metallurgiatehases NAK Kazatomprom (Ust-Kamenogorsk, Kasahstani Vabariik), kus toodetakse nioobiumtooteid - pulber, valuplokid, valtstooted.

Teised Venemaa ettevõtted, kes olid varem töötanud rikkamate maakide kallal, olid need XX sajandi 90ndateks välja arendanud ja turumajandusele ülemineku ajal oma kahjumlikud tööstusharud sulgenud. Need on Višnevogorski maagivalitsus (Tšeljabinski oblast), mis arendas välja samanimelise maardla Malõševskoe RU (Sverdlovski oblast), haruldaste metallide pegmatiitide täielikult ammendatud maardla Linden Meadow, Orlovski GOK (Tšita piirkond), mis töötas välja Orlovskoje maardla ja Zabaikalsky GOK (Tšita piirkond), mis peatas Zavitkovskoje ja Etykinskoje väljad. Nende ettevõtete pürokloori ja kolumbiit-tantaliidi kontsentraate töödeldi Klyuchevskoy ferrosulamitehases (Dvurechenski asula, Sysertsky rajoon, Sverdlovski oblast), kus toodeti neist ferronioobiumi ja nioobiumi põhisulameid.

Venemaa haruldase metallitööstuse täiustamine toimus nioobiumitarbijate - OAO Severstali Tšerepovetsi metallurgide (Tšerepovets, Vologda oblast) initsiatiivil. Et kõrvaldada ekspordisõltuvus nioobiumist, asutas see valdus JSC Stalmag (Krasnojarsk) tütarettevõtte pürokloorikontsentraatide ekstraheerimiseks samanimelisel karbonatiidimassiivil asuva tatari vermikuliidi-niobaadi-fosforimaardla ilmastikumõjust maakoorest.

pandi Krasnojarski territooriumil Motõginski rajoonis | 9 |. 2000t lõpus. sellel maardlal käivitati esmatöötlemistehas võimsusega kuni 90 tuhat tonni maaki aastas. Saadud kontsentraadist, mis tarnitakse Klyuchevsky Ferrosulamitehasele, toodetakse aastas 150: .. 200 tonni ferronioobiumi. Teise etapi kasutuselevõtuga kahekordistub kaevanduse tootlikkus,

2001. aastal alustas Zabaikalsky GOK (Pervomaiski asula, Shilkinsky rajoon, Chita piirkond), mis on viimastel aastatel kaevandanud fluoriiti ja kulda, Etykinsky tantaalnioobium-tina maardla kaevandamist Etykinsky massiivi haruldaste metallide graniitides. Tantaali keskmine sisaldus maakides on 0,031%, nioobiumi 0,1% ja tina 0,2%. 2001. aastal kaevandas ^ (metalli osas) 40 tonni tantaali, 60 tonni nioobiumi, 100 tonni tina. 2005. aastaks on kavas tootmisvõimsust suurendada viis korda. Pervomaysky külas on Zabaikalsky GOK baasil käimas hüdrometallurgiatsehhi ehitamine kaaliumfluorotantalaadi ja nioobiumpentoksiidi tootmiseks. Alates: Etykinskiy maagid saab kaevandada ka "ja liitiumikontsentraate, mille keskmine hinne N20 maakides - 0,11%. Riikliku programmi raames" Liitiumi, berülliumi, tantaali, tina, nioobiumi (LIBTON) kaevandamine, tootmine ja tarbimine "Samuti on kavas jätkata Zabaikalsky GOK kaevandamist Zavitinsky spodumeeni pegmatiitide liitium-nioobiumimaardlas.

head tooted keskmise Ta205 sisaldusega maakides -0,0139% ja N> 205 -0,02%.

Ettevõte ZAO Alrosa (Mirny, Sahha-Jakuutia Vabariik) valmistab teemandiäri mitmekesistamise programmi raames ette kaevandamisprojekti Burny ala, Tomtori haruldaste muldmetallide leiukoha arendamiseks, mis on ainulaadne varude ja varude poolest. maagi kvaliteet Sahha-Jakuutia Olenekski uluses. See maardla fragment on Tomtori karbonatiidimassiivi mureneva maakoore pesemise tõttu tekkinud triivilähedane järvistu. Keskmine Lb205 sisaldus on siin 6,71%, Y - 0,59%, ST11 - 9,53%. Burny ala arendusprojektiga kavandatakse kivimmassi töötlemise esialgseks aastaseks mahuks 13,73 tuh m3 ning 583 t Lb205 sisaldava pürokloori kontsentraadi ja 690 t haruldaste muldmetallide oksiide (V203, CeO2) sisaldava haruldaste muldmetallide kontsentraadi kaevandamist. , La203, Pr6Ou, Ssh203, nr 203, Eu203, 8s203). Tulevikus on plaanis suurendada tootmisvõimsust 30 tuh m3 maagini ja toota kuni 2000 tonni pürokloori kontsentraati nr 205 osas.

Tulunsky piirkonnas Beloziminski nioobiumfosfaadi leiukoha uurimise ajal (1984-1986) oli väike katsetootmisrajatis. Irkutski piirkond... Maagimoodustised esindavad piirkondlikku murenevat maakoort üle karbonaatide (sisaldab 0,24% Ni> 205), mille rikastes plokkides Maini ja Jagodnõi piirkonnas on ML205 keskmine sisaldus vastavalt 1,06 ja 1,39%. Küll aga läbiv

Joonistamine. Nioobiumi paigutus. maardlad ja ettevõtted, mis kaevandavad ja töötlevad nioobiumi.

1) nioobiumimaardlad ■ 2) nioobiumikaevandusettevõtete osalused; 3 ~ 5) kaevandused: 3) töötavad, 4) on tootmisesse laskmisel, 5) suletud või seiskunud; 6) töötlemisettevõtted

Nb205 ekstraheerimine nendes katsetes ei ületanud 30%. Belosimiini maakidest saab kõrvalsaadusena fosfaadi (apatiit + frankoliit) kontsentraati, mille Р205 esialgne sisaldus maakides on 11,25%.

2000. aastal likvideeritud Orlovski GOK baasil moodustati uus ettevõte OJSC Novo-Orlovsky GOK (Novoorlovski asula, Aginski rajoon, Tšita piirkond), katsekasutustehas nr. taastati. kompleks) Orlovski GOK volframitoodangust, mis sisaldas 5190 tonni W, 550 tonni Nb ja 440 tonni Ta. Tantaali ja nioobiumi hinnanguline toodang on kuni 10 ... 20 tonni aastas.

Tantaali ja nioobiumi ekstraheerimiseks Klyuchevskoy ferrosulamitehases töödeldakse tinasulatusräbu perioodiliselt Novosibirski tinatehases OJSC. Aastakäibe arvestuses ei ületanud Novosibirski tinatehase toorainest nioobiumi ja tantaali toodang esimesi tonne.

Märkida tuleks teisi nioobiumi ja tantaali-nioobiumi maardlaid Venemaal:

Bolšetagninskoe fosfor-nioobiumimaardla, mis asub Belo-Ziminski maardlast (Irkutski oblast) 12 km läänes ja piirdub samanimelise karbonatiidimassiivi kaltsiit-mikrokliinkarbonaatidega. Keskmine Nb205 sisaldus maakides on 1,02%.

Sredneziminskoe kahju-nioobium-fosforimaardla, mis asub Belo-Ziminski maardlast (Irkutski oblast) 18 km lõuna pool ja on piiratud kaltsiit-mikrokliinkarbonatiitidega. Keskmine Nb205 sisaldus maakides on 0,10 ... 0,18%, uraanis kuni 0,02%, fosforis - 2,5 ... 3,5%. Maardla on problemaatiline eelkõige kasulike komponentide madala kontsentratsiooni ja maakide kõrge radioaktiivsuse tõttu.

Vuorijarvinski nioobiumimaardla Neske-Vara leiukoht asub Murmanski oblastis Kandalakšinski rajoonis. See on suur

Apatiit-magnetiidi koostisest maakivi koos baddeleyiidi ja pürokloori immutusega. Keskmine Nb2O sisaldus leiukoha maakides on 0,53%, Ta205 - 0,017%. Maardla asub tegutseva ettevõtte OJSC Kovdorsky GOK vahetus läheduses, mis kaevandab rauamaake ning toodab apatiidi ja badtseleiidi (Zr-i ja TR-i sisaldavaid) kontsentraate. Maardla on madal - ainult 6,2 tuhat tonni Nb205 ja 200 tonni Ta205, kuid need maagid sobivad Kovdorsi GOK tehnoloogilise ahelaga ja selle objekti saab hõlpsasti kasutusele võtta.

Ulug-Tanzoksky nioobiumi-haruldaste muldmetallide maardla (Tyva Vabariik) on maagi (pürokloor, kolumbiit-tantaliit, tsirkoon, liitium, berüllium ja haruldased muldmetallid) kvarts-albiidi-mikrokliini metasomatiitide mineraliseerunud vöönd. Maardla hinnati XX sajandi 90ndatel ja jäi alauurimata. Sisu nr 205 -0,2%, Ta205 - 0,0155%, STI - 0,063% (yt-triiumi elementide osakaal on 30 ... 40%), 1l20 - 0,086,1xOr - 0,4%. Maagi rikastamise tehnoloogiline skeem näeb ette No.>, Ta, bg, Shch tootmise

TI (Y), ja, ja, YL.

Katuginskoe ütrium-nioobium-tsirkooniumimaardla maake sisaldavate leeliseliste (kvarts-albiit-mikrokliin) metasomatiitide leiukoht asub Chita piirkonna põhjaosas, Baikal-Amuuri magistraalliini Novaja Chara jaamast 140 km kaugusel. Ni> 205 keskmine sisaldus maakides on 0,31, Ta205 on 0,019%, 8ТYa on 0,25% (ütriumielementide osakaal 40 ... 50%), g02 on 1,38%. Selle valdkonna arendamise investeerimisprojekti töötab välja Zabaikalsky Korea valitsus.

Gornoozerskoje nioobiumimaardla asub Sahha-Jakuutia Vabariigi Ust-Maisky uluses ja piirdub samanimelise süsiniktitiidi massiiviga. Maardlat on uuritud ainult pinnalt, selle hinnang on väga halb. Pürokloori mineraliseerumine piirdub magneesiumkarbonaatide lineaarsete tsoonidega. Piiratud arvu proovide keskmine sisaldus #> 205 on 0,25%. Ladestus paljastas ka pürokloorlakustriin-asendi, mis jäi hindamata. Analoogiliselt Tomtori hoiusega võib see olla üsna rikkalik.

Višnjakovskoje tantaalimaardla asub Irkutski oblastis 110 km kaugusel Taišeti jaamast ja on sellega ühendatud maanteega. Haruldaste metallide pegmatiitide kuni 40 m paksused veenikehad sisaldavad tantaliidi, berülliumi ja lipedoliidi (liitiumi) mineralisatsiooni. Keskmine Ta205 sisaldus on 0,0198% ja Ryabinovy ​​piirkonna üksikute veenide puhul - 0,023 ... 0,03%. Võimalik kaasnev liitiumi ekstraheerimine keskmise sisaldusega 1l20 -0,086%, samuti berüllium. №> 205 sisaldus ei ole kõrge - 0,02%, kuid tantaali tooraine ekstraheerimisel ekstraheeritakse nioobium juba kõrvalsaadusena. Maardla nõuab täiendavat uurimist.

Üldiselt vastavad nioobiumitoorme kaevandamise töömahud juba praegu Venemaa metallurgide vajadustele nioobiumisulamilisandite osas (200 ... 250 tonni aastas) ja isegi kui arvestada nõudluse kasvu peamiste torutoodete järele. torujuhtmete puhul võib ainult Stalmagi ja Zabaikalsky Korea valitsuse võimsuste kavandatud arendamine ületada

katta uusi nõudluse mahtusid kuni 2005. aastani (kuni 600 ... 800 tonni).

Sevredmeti ja Solikamski raua- ja terasetehaste probleemidega peavad tegelema nende omanikud (FTK Ettevõte ja Venemaa Kasvufond) osana ühtse tehnoloogia loomisest komplekssete nioobiumi-haruldaste muldmetallide tooraine töötlemiseks, et saada lõplikke turustatavaid tooteid (individuaalne). haruldased muldmetallid ja nende oksiidid, ferronioobium, metalliline nioobium ja tantaal) ning piisavate võimsuste loomine 22 ... 25 tuhande tonni lopariidikontsentraadi iga-aastaseks töötlemiseks. See ettevõte suudab aastas toota kuni 1000 tonni nioobiumi ja kuni 100 tonni tantaalitooteid. ... : ■.

Rekonstrueeritava Sevredmeti ja uue kaevandusettevõtte Ap-Rosy toodangu müük Tomtori väljal eeldab juba Venemaa turust kaugemale jõudmist. Maailmaturule sisenemist piirab nioobiumitoodete ülemaailmse monopoli - Brasiilia ettevõtte SVMM - poliitika. Omades madalaimaid nioobiumitooraine tootmis- ja töötlemiskulusid, suudab see kontrollida maailmahindade taset, vältides tõsiste konkurentide tekkimist. Venemaa üleliigsete nioobiumitoodete tootjad peavad keskenduma SRÜ riikide (Ukraina, Kasahstan) solidaarsele metallurgiaturule ja Hiina kasvavale metallurgia tarbimisturule. Lisaks metallurgiasektorile on vaja tõsiselt uurida maailma järgmise 20 aasta arengusuundi nioobiumisulamitel põhinevatel ülijuhtivatel jõuülekandesüsteemidel põhinevate energiasäästlike tehnoloogiate arengusuundadel, mille tootmiseks kulub kuni 5 tuhat tonni aastas. aastal.

Klyuchevskoy Ferrosulamitehase olemasolev tootmisvõimsus on müügiks piisav

BIBLIOGRAAFIA

1. Eljutin A.V., Tšistov LB, Epshtein E.M. Arenguprobleemid maavarade baas nioobium // Venemaa maavarad. Majandus ja juhtimine

"laiskus. - 1999. - nr 3. - S. 22-29.

2. Kudrin B.C., Kushparenko Yu..S., Petrova N.V. jt "Mineraalsed toorained. Nioobium ja tantaal. Käsiraamat.

M .: Geoinformark, 1998 .-- 63 lk.

3. Maailma maavarad 2001. aasta alguses. -M .: Aerogeoloogia, 2002 .-- T. 2.- 476 lk.

4. Maavarade kokkuvõtted "2003. - Pittsburgh, PA (USA): USGS, 2003. - 196 lk."!

5. Nioobium. Mineraalide aastaülevaade 2001. - Pittsburgh, PA (USA): USGS, 2002. - P. 21.1-28.14.

6. Metallihinnad Ameerika Ühendriikides kuni 1998. aastani. -Pittsburgh, PA (USA): USGS; 1998 .-- 179 lk.

8. Zheveljuk I. "Jahti" vallasasjadele // Nord-West-Courier. - nr 41 (54): - 21.-27.11.2002. t

aastas 1500 tonni ferronioobiumi, 1000 tonni N¿-N5 sulami ja 500 tonni Cr-N-M-master sulami tootmine. Seega saab see ettevõte vastu võtta Stalmagi, Zabaikalsky ja Novo-Orlovski Korea valitsuse poolt töötlemiseks pakutud pürokloortoodete kogused, samuti need, mida kavatsetakse tarnida Tomtori hoiusest. Kaubanduslike metalltoodete tootmiseks nioobiumist ja tantaalist Venemaa ettevõtted Kasahstani ettevõtetega KazNiobiy - Irtõši keemia- ja metallurgiatehas ning Ulba metallurgiatehas töötamiseks saate kasutada teemaksuskeeme. Ülijuhtivate materjalide konjunktuuri paranemise korral on reaalne ka võimalus korraldada nioobiumvaltstoodete tootmine Venemaa territooriumil. Selline tootmine eksisteeris varem GIREDMEDi eksperimentaalses keemia- ja metallurgiatehases (Podolsk, Moskva piirkond) ning tulekindlate metallide ja kõvasulamite katsetehases (Moskva).

Uute tööstusharude loomine nioobiumitoodete kaevandamiseks ja tootmiseks on võimalik ka nendega seotud kaevandamise raames teiste mineraalide - näiteks Katuginsky ütriumi-haruldaste muldmetallide tsirkooniumi, Vishnyakovsky tantaal, Zavitinsky liitiumi jne - maardlate arendamise käigus. nioobium, mis ei saa oma nõudluse tõttu turgu tõsiselt mõjutada.

Kaugema reservi (Ulug-Tanzeksky Tyva Vabariigis ja Gusinoozersky Sahha-Jakuutia Vabariigis) maardlate arendamine nioobiumi tooraine ülemäärase tarnimise tingimustes võimekamate ettevõtete poolt, mis tegutsevad rikkaliku ja hõlpsasti teenindavate ettevõtete poolt. maagid on vaevalt soovitatav.

9. Semenenko Y. Vene nioobium. Esimene pääsuke Siberist // Prirodo-resourcenye vedomosti. - 31. august 2001, http://gazeta.priroda.ru.

10. Saidid Yu.G., Kharitonov Yu.F., Shevchuk G.A. Chita piirkonna maavarade baas. Uurimis- ja arendusväljavaated: 2. osa // Venemaa maavarad. Majandus ja juhtimine. - 2002. -№ 5. - S. 8-20.

11. Temnov A.B. Tomtori maardla ülirikaste haruldaste metallide maakide kaevandamise geoloogilised ja tehnilised probleemid // Ilmastikukoorikute looduslikud ja tehnogeensed asetajad ja lasud aastatuhande vahetusel. Abstraktid. aruanne XII Int. konverents ". - M .: IGEM RAN, 2000. - S! 345-347.

12. Epshtein E.M., Usova T.Yu., Danilchenko N.A. jt Venemaa nioobium: seisund, maavarade baasi arendamise ja arendamise väljavaated // Mineraalsed toorained. Geoloogia- ja majandussari, nr 8. - M .: VIMS, 2000. - 103 lk.

13. Kudrin B.C., Rožanets A.B., Tšistov L.B. jt.Venemaa tantaal: seisund, maavarade baasi arendamise ja arendamise väljavaated // Mineraalsed toorained *. Geoloogia- ja majandussari, nr 4. - M .: VIMS, 1999.-90 lk.

Nioobiumi füüsikalised omadused

Nioobium on läikiv hõbehall metall.

Elementaarne nioobium on äärmiselt tulekindel (2468 °C) ja kõrge keemistemperatuuriga (4927 °C) metall, mis on väga vastupidav paljudes söövitavates keskkondades. Kõik happed, välja arvatud vesinikfluoriidhape, ei mõjuta seda. Oksüdeerivad happed "passiveerivad" nioobiumi, kattes selle kaitsva oksiidkilega (nr 205). Kuid kõrgel temperatuuril nioobiumi reaktsioonivõime suureneb. Kui temperatuuril 150 ... 200 ° C oksüdeerub ainult väike metalli pinnakiht, siis 900 ... 1200 ° C juures suureneb oksiidkile paksus oluliselt.

Nioobiumi kristallvõre on kehakeskne kuup, parameetriga a = 3,294A.

Puhas metall on plastiline ja seda saab külmas olekus ilma vahepealse lõõmutamiseta valtsida õhukeseks (paksusega kuni 0,01 mm) leheks.

Võimalik on märkida selliseid nioobiumi omadusi nagu kõrge sulamis- ja keemistemperatuur, elektronide madalam tööfunktsioon võrreldes teiste tulekindlate metallide - volframi ja molübdeeniga. Viimane omadus iseloomustab elektronide emissiooni (elektronide emissiooni) võimet, mida kasutatakse nioobiumi kasutamisel vaakumtehnoloogias. Nioobiumil on ka kõrge ülijuhtivuse üleminekutemperatuur.

Tihedus 8,57 g / cm3 (20 ° C); tm 2500 ° C; keema 4927 ° C; aururõhk (mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 N / m2) 1 10-5 (2194 ° C), 1 10-4 (2355 ° C), 6 10-4 (atm), 1 · 10-3 (2539 °C).

Toatemperatuuril on nioobium õhus stabiilne. Metalli kuumutamisel temperatuurini 200–300 ° C täheldatakse oksüdatsiooni (tumenevate kilede) algust. Üle 500 ° toimub kiire oksüdeerumine koos oksiidi Nb2O5 moodustumisega.

Soojusjuhtivus W / (m · K) temperatuuril 0 ° C ja 600 ° C vastavalt 51,4 ja 56,2, sama cal / (cm · sek · ° C) 0,125 ja 0,156. Erimahuline elektritakistus 0 ° C juures 15,22 · 10-8 oomi · m (15,22 · 10-6 oomi · cm). Ülijuhtiva ülemineku temperatuur on 9,25 K. Nioobium on paramagnetiline. Elektronide tööfunktsioon on 4,01 eV.

Puhas nioobium on külmas kergesti survestatud ja säilitab kõrgel temperatuuril rahuldavad mehaanilised omadused. Selle lõplik tugevus vastavalt 20 ja 800 ° C juures on 342 ja 312 MN / m2, sama on kgf / mm234,2 ja 31,2; pikenemine 20 ja 800 ° C juures vastavalt 19,2 ja 20,7%. Puhta nioobiumi Brinelli kõvadus on 450, tehniline kõvadus on 750-1800 Mn / m2. Mõnede elementide, eriti vesiniku, lämmastiku, süsiniku ja hapniku lisandid kahjustavad oluliselt nioobiumi elastsust ja suurendavad selle kõvadust.

Nioobiumi keemilised omadused

Nioobium on eriti hinnatud selle vastupidavuse tõttu anorgaanilistele ja orgaanilistele ainetele.

Pulbrilise ja tükilise metalli keemilises käitumises on erinevusi. Viimane on stabiilsem. Metallid ei mõjuta seda isegi kõrge temperatuurini kuumutamisel. Vedelad leelismetallid ja nende sulamid, vismut, plii, elavhõbe, tina võivad nioobiumiga pikka aega kokku puutuda, muutmata selle omadusi. Isegi sellised tugevad oksüdeerijad nagu perkloorhape, "aqua regia", lämmastik-, väävel-, vesinikkloriid- ja kõigist teistest rääkimata, ei saa sellega midagi peale hakata. Ka leeliselised lahused ei mõjuta nioobiumit.

Siiski on kolm reaktiivi, mis võivad nioobiumi metalli keemilisteks ühenditeks muuta. Üks neist on leelismetalli sulahüdroksiid:

4Nb + 4NaOH + 5О2 = 4NaNbO3 + 2H2О

Ülejäänud kaks on vesinikfluoriidhape (HF) või selle segu lämmastikhappega (HF + HNO). Sel juhul tekivad fluoriidikompleksid, mille koostis sõltub suuresti reaktsioonitingimustest. Element kuulub igal juhul 2- või 2-tüüpi aniooni hulka.

Kui me võtame nioobiumipulbrit, siis on see mõnevõrra aktiivsem. Näiteks sulas naatriumnitraadis see isegi süttib, muutudes oksiidiks. Kompaktne nioobium hakkab oksüdeeruma, kui seda kuumutatakse üle 200 ° C, ja pulber kaetakse oksiidkilega juba 150 ° C juures. Samal ajal avaldub selle metalli üks imelisi omadusi - see säilitab plastilisuse.

Saepuru kujul põleb see üle 900 ° C kuumutamisel täielikult Nb2O5-ks. Põleb tugevalt kloorijoas:

2Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Reageerib kuumutamisel väävliga. Enamiku metallidega on raske legeerida. Võib-olla on ainult kaks erandit: raud, millega moodustuvad erineva vahekorra tahked lahused, ja alumiinium, milles on nioobiumiga ühend Al2Nb.

Millised nioobiumi omadused aitavad tal vastu seista tugevaimate hapete – oksüdeerivate ainete – toimele? Selgub, et see ei viita mitte metalli omadustele, vaid selle oksiidide omadustele. Kokkupuutel oksüdeerivate ainetega tekib metalli pinnale väga õhuke (ja seetõttu nähtamatu), kuid väga tihe oksiidikiht. See kiht muutub ületamatuks takistuseks oksüdeeriva aine teel puhtale metallpinnale. Ainult mõned keemilised reaktiivid, eriti fluori anioon, võivad sellest läbi tungida. Seetõttu metall sisuliselt oksüdeerub, kuid õhukese kaitsekile olemasolu tõttu pole oksüdatsioonitulemusi praktiliselt märgata. Vahelduvvoolualaldi loomiseks kasutatakse passiivsust lahjendatud väävelhappe suhtes. See on paigutatud lihtsalt: plaatina- ja nioobiumplaadid kastetakse 0,05 m väävelhappe lahusesse. Passiveeritud olekus nioobium suudab juhtida voolu, kui tegemist on negatiivse elektroodiga – katoodiga ehk elektronid pääsevad läbi oksiidikihi ainult metalli poolelt. Elektronide tee lahusest on suletud. Seega, kui sellist seadet läbib vahelduvvool, siis läbib ainult üks faas, mille anood on plaatina ja katood nioobium.

nioobiummetalli halogeen

Keemiline element, mis sai nime iidse Niobe järgi – naine, kes julges jumalate üle naerda ja maksis selle eest oma laste surmaga. Nioobium kehastab inimkonna üleminekut tööstuslikult tootmiselt digitaalsele tootmisele; auruveduritest kanderakettideni; söeküttel töötavatest elektrijaamadest tuumaenergiani. Maailmas on nioobiumi grammi hind üsna kõrge, nagu ka nõudlus selle järele. Enamik teaduse uusimaid edusamme on tihedalt seotud selle metalli kasutamisega.

Nioobiumi hind grammi kohta

Kuna nioobiumi peamised kasutusalad on seotud tuuma- ja kosmoseprogrammidega, kuulub see strateegiliste materjalide hulka. Töötlemine on rahaliselt palju tulusam kui uute maakide väljatöötamine ja kaevandamine, mistõttu nioobium on metalli järelturul nõutud.

Selle hinna väärtuse määravad mitmed tegurid:

• Metalli puhtus. Mida rohkem võõrkehi, seda madalam on hind.
• Tarnevorm.
• Tarne ulatus. Otseselt võrdeline metalli hindadega.
• Vanametalli kogumispunkti asukoht. Igas piirkonnas on erinev nioobiumi vajadus ja vastavalt sellele ka hind.
• Haruldaste metallide olemasolu. Sulamid, mis sisaldavad selliseid elemente nagu tantaal, volfram, molübdeen, on kõrgema hinnaga.
• Maailma börside noteeringute väärtus. Just need väärtused on hinna määramisel põhilised.

Suunav ülevaade Moskva hindadest:

• nioobium NB-2. Hind varieerub vahemikus 420-450 rubla. kg kohta.
• Nioobiumi laastud. 500-510 RUB kg kohta.
• Niobiumi peakorter НБШ00. Erineb kõrgenenud hindades ebaolulise lisandite sisalduse tõttu. 490-500 rubla kg kohta.
• Nioobiumpea NBSh-0. 450-460 RUB kg kohta.
• Nioobium NB-1 varda kujul. Hind on 450-480 rubla. kg kohta.

Vaatamata kõrgele hinnale kasvab nõudlus nioobiumi järele maailmas jätkuvalt. Selle põhjuseks on selle tohutu kasutuspotentsiaal ja metallipuudus. 10 tonni mulla kohta on ainult 18 grammi nioobiumi.

Teadusringkond jätkab tööd sellise kalli materjali asendamise leidmise ja väljatöötamise nimel. Aga siiani konkreetne tulemus selles ei saanud. See tähendab, et nioobiumi hinnalangust lähiajal oodata ei ole.

Hinna reguleerimiseks ja käibe suurendamiseks on nioobiumtoodetele ette nähtud järgmised kategooriad:

• Nioobiumi valuplokid. Nende suurus ja kaal on standarditud GOST 16099-70 järgi. Sõltuvalt metalli puhtusest jaotatakse need 3 klassi: nioobium NB-1, nioobium NB-2 ja vastavalt nioobium NB-3.
• Nioobiumpulk. Erineb suurema lisandite protsendi poolest.
• Nioobiumfoolium. Valmistatud kuni 0,01 mm paksusega.
• Nioobiumibaar. Vastavalt TU 48-4-241-73 on see varustatud kaubamärkidega NBP1 ja NBP2.

Nioobiumi füüsikalised omadused

Metall on hall valge varjundiga. Viitab tulekindlate sulamite rühmale. Sulamistemperatuur on 2500 ºС. Keemistemperatuur on 4927 ºС. Erineb kuumakindluse suurenenud väärtusest. Ei kaota oma omadusi töötemperatuuril üle 900 ºС.

Mehaanilised omadused on samuti kõrgel tasemel. Tihedus on 8570 kg / m3 ja terase sarnane näitaja 7850 kg / m3. Vastupidav tööle nii dünaamiliste kui tsükliliste koormuste korral. Tõmbetugevus - 34,2 kg / mm2. Omab kõrget plastilisust. Suhtelise pikenemise koefitsient varieerub vahemikus 19-21%, mis võimaldab sellest saada kuni 0,1 mm paksust lehtmetalli nioobiumi.

Kõvadus on seotud metalli puhtusega kahjulikest lisanditest ja suureneb koos nende koostise suurenemisega. Puhtal nioobiumil on 450 Brinelli kõvadusühikut.

Nioobium sobib hästi töötamiseks rõhu all temperatuuril alla -30 ºС ja halvasti lõikamiseks.

Soojusjuhtivus suurte temperatuurikõikumiste korral oluliselt ei muutu. Näiteks 20 ºС juures on see 51,4 W / (m K) ja 620 С juures suureneb see vaid 4 ühiku võrra. Nioobium konkureerib elektrijuhtivuse pärast selliste elementidega nagu vask ja alumiinium. Elektritakistus - 153,2 nΩ m Kuulub ülijuhtivate materjalide kategooriasse. Temperatuur, mille juures sulam läheb ülijuhtivusrežiimi, on 9,171 K.

Äärmiselt happekindel. Sellised tavalised happed nagu väävel-, vesinikkloriid-, fosfor- ja lämmastikhape ei mõjuta kuidagi selle keemilist struktuuri.

Temperatuuril üle 250 ºС hakkab nioobium aktiivselt hapnikuga oksüdeeruma, samuti astub keemilistesse reaktsioonidesse vesiniku ja lämmastiku molekulidega. Need protsessid suurendavad metalli haprust, vähendades seeläbi selle tugevust.

• Ei kehti allergeensete materjalide kohta. Inimkehasse sisenedes ei põhjusta see organismi äratõukereaktsiooni.
• See on esimese keevitatavuse rühma metall. Keevisõmblused on tihedad ega vaja ettevalmistustoiminguid. Pragunemiskindel.

Sulamite sordid

Vastavalt mehaaniliste omaduste väärtusele kõrgel temperatuuril jaotatakse nioobiumisulamid järgmisteks osadeks:

1. Madal tugevus. Töötab temperatuuril 1100-1150 ºС. Neil on lihtne legeerivate elementide komplekt. See hõlmab peamiselt tsirkooniumi, titaani, tantaali, vanaadiumi ja hafniumit. Tugevus on 18-24 kg / mm2. Pärast kriitilise temperatuuriläve ületamist langeb see järsult ja muutub sarnaseks puhta nioobiumiga. Peamine eelis on kõrged plastilised omadused temperatuuril kuni 30 ºС ja hea survetöötlusvõime.
2. Keskmise tugevusega. Nende töötemperatuur on vahemikus 1200-1250 ºС. Lisaks ülaltoodud legeerivatele elementidele sisaldavad need volframi, molübdeeni, tantaali lisandeid. Nende lisandite põhieesmärk on säilitada mehaanilisi omadusi temperatuuri tõustes. Neil on mõõdukas plastilisus ja need töötavad hästi survega. Silmatorkav näide sulamist on nioobium 5VMT.
3. Kõrge tugevusega sulamid. Neid kasutatakse temperatuuril kuni 1300 ºС. Lühiajalise kokkupuutega kuni 1500 ºС. Need erinevad suurema keerukusega keemilise koostise poolest. Need koosnevad 25% ulatuses lisanditest, millest põhiosa moodustavad volfram ja molübdeen. Mõned nende sulamite tüübid eristuvad kõrge süsinikusisaldusega, millel on positiivne mõju nende kuumakindluse väärtusele. Kõrgtugeva nioobiumi peamiseks puuduseks on selle madal elastsus, mis raskendab tehnoloogilist töötlemist. Ja vastavalt ka pooltoodete tootmine.

Tuleb meeles pidada, et ülaltoodud kategooriad on tingimuslikud ja annavad ainult üldise ettekujutuse selle või selle sulami kasutamise meetodist.

Mainida tuleks ka selliseid ühendeid nagu ferronioobium ja nioobiumoksiid.

Ferroniobium on nioobiumi ühend rauaga, kus viimase sisaldus on 50%. Lisaks põhielementidele sisaldab see sajandikuid titaani, väävlit, fosforit, räni, süsinikku. Elementide täpne protsent on standarditud GOST 16773-2003 järgi.

Nioobiumpentaksiid on valge kristalne pulber. Ei lahustu happes ja vees. Seda toodetakse nioobiumi põletamisel hapniku atmosfääris. Täiesti amorfne. Sulamistemperatuur 1500 ºС.

Nioobiumirakendused

Kõik ülaltoodud omadused muudavad metalli erinevates tööstusharudes äärmiselt populaarseks. Selle paljude kasutusviiside hulgas eristatakse järgmisi positsioone:

• Kasutamine metallurgides legeeriva elemendina. Lisaks legeeritakse nioobiumiga nii raua- kui ka värviliste metallide sulamid. Näiteks ainult 0,02% selle lisamine roostevaba terase 12X18H10T koostisesse suurendab selle kulumiskindlust 50%. Nioobiumiga (0,04%) täiustatud alumiinium muutub leelise suhtes täiesti tundetuks. Nioobium toimib vasele terase karastusena, suurendades selle mehaanilisi omadusi suurusjärgu võrra. Pange tähele, et isegi uraan on nioobiumiga legeeritud.
• Nioobiumpentooksiid on väga tulekindla keraamika valmistamise põhikomponent. Ta leidis rakendust ka kaitsetööstuses: sõjavarustuse soomustatud klaasid, suure murdumisnurgaga optika jne.
• Ferroniobiumi kasutatakse teraste legeerimiseks. Selle peamine ülesanne on suurendada korrosioonikindlust.
• Elektrotehnikas kasutatakse neid kondensaatorite ja voolualaldi valmistamiseks. Selliseid kondensaatoreid iseloomustab suur mahtuvus ja isolatsioonitakistus, väikesed mõõtmed.
• Räni ja germaaniumi ühendeid nioobiumiga kasutatakse laialdaselt elektroonika valdkonnas. Nendest valmistatakse ülijuhtivad solenoidid ja voolugeneraatorite elemendid.