Ուրալի պետական ​​լեռնահանքային համալսարան

Թեմայի շուրջ՝ Նիոբիումի հատկությունները

Խումբ՝ Մ-13-3

Ուսանող՝ Մոխնաշին Նիկիտա

1. Ընդհանուր տեղեկություններ տարրի մասին

Նիոբիումի ֆիզիկական հատկությունները

Նիոբիումի քիմիական հատկությունները

Անվճար նիոբիում

Նիոբիումի օքսիդները և դրանց աղերը

Նիոբիումի միացություններ

Նիոբիումի արտադրության առաջատար երկրներ

1. Ընդհանուր տեղեկություններ տարրի մասին

Մենդելեևյան աղյուսակի 41-րդ բջիջը զբաղեցնող տարրը մարդկությանը ծանոթ է վաղուց։ Նրա ներկայիս անվան՝ նիոբիումի տարիքը գրեթե կես դարով ավելի երիտասարդ է: Այնպես եղավ, որ թիվ 41 կետը երկու անգամ բացվեց։ Առաջին անգամ՝ 1801 թվականին, անգլիացի գիտնական Չարլզ Հեթչեթը ուսումնասիրեց Ամերիկայից Բրիտանական թանգարան ուղարկված հավատարիմ հանքանյութի նմուշը: Այս հանքանյութից նա մեկուսացրեց նախկինում անհայտ տարրի օքսիդը: Հեթչեթը նոր տարրին անվանեց Կոլումբիա՝ դրանով իսկ նշելով նրա արտասահմանյան ծագումը։ Իսկ սեւ միներալը կոչվել է կոլումբիտ։ Մեկ տարի անց շվեդ քիմիկոս Էկեբերգը կոլումբիթից մեկուսացրեց մեկ այլ նոր տարրի օքսիդը, որը կոչվում է տանտալ: Կոլումբիայի և տանտալի միացությունների նմանությունն այնքան մեծ էր, որ 40 տարի շարունակ քիմիկոսների մեծ մասը կարծում էր, որ տանտալն ու կոլումբիան նույն տարրն են:

1844 թվականին գերմանացի քիմիկոս Հենրիխ Ռոուզը ուսումնասիրեց Բավարիայում հայտնաբերված կոլումբիտի նմուշները: Նա նորից հայտնաբերեց երկու մետաղների օքսիդները։ Դրանցից մեկը արդեն հայտնի տանտալի օքսիդն էր։ Օքսիդները նման էին, և նրանց նմանությունն ընդգծելու համար Ռոուզը անվանեց այն տարրը, որը կազմում է երկրորդ օքսիդ նիոբիումը՝ առասպելական նահատակ Տանտալոսի դստեր Նիոբեի անունով: Այնուամենայնիվ, Ռոուզը, ինչպես Հեթչեթը, չկարողացավ ձեռք բերել այս տարրը ազատ վիճակում: Մետաղական նիոբիումը առաջին անգամ ստացվել է միայն 1866 թվականին շվեդ գիտնական Բլոմստրանդի կողմից՝ նիոբիումի քլորիդի ջրածնով վերացման ժամանակ։ XIX դարի վերջին։ Այս տարրը ստանալու ևս երկու եղանակ է հայտնաբերվել: Սկզբում Moissan-ը ստացավ այն էլեկտրական վառարանում՝ նվազեցնելով նիոբիումի օքսիդը ածխածնի հետ, իսկ հետո Գոլդշմիդտը կարողացավ նույն տարրը վերականգնել ալյումինով։ Եվ անվանել թիվ 41 տարրը դյույմ տարբեր երկրներշարունակվել է տարբեր ձևերով՝ Անգլիայում և ԱՄՆ-ում՝ կոլումբիումով, այլ երկրներում՝ նիոբիումով։ Այս տարաձայնությանը վերջ դրեց Մաքուր և կիրառական քիմիայի միջազգային միությունը (IUPAC) 1950 թվականին։ Որոշվեց ամենուր օրինականացնել «նիոբիում» տարրի անվանումը, և «կոլումբիտ» անվանումը վերագրվեց հիմնական հանքանյութին։ նիոբիում. Դրա բանաձևն է (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 Օ 6.

Պատահական չէ, որ նիոբիումը համարվում է հազվագյուտ տարր. այն իսկապես հազվադեպ է և փոքր քանակությամբ, միշտ օգտակար հանածոների տեսքով և երբեք իր հարազատ վիճակում: Հետաքրքիր մանրամասն. տարբեր տեղեկատու հրապարակումներում տարբեր է նիոբիումի կլարքը (պարունակությունը երկրի ընդերքում): Սա հիմնականում պայմանավորված է նրանով, որ ներս վերջին տարիներըԱֆրիկյան երկրներում նիոբիում պարունակող օգտակար հանածոների նոր հանքավայրեր են հայտնաբերվել։ «Քիմիկոս ձեռնարկում», հատոր 1 (Մ., «Քիմիա», 1963) բերված են թվերը՝ 3,2 · 10-5% (1939), 1 · 10-3% (1949) և 2, 4 10-. 3% (1954)։ Բայց նույնիսկ վերջին թվերը թերագնահատված են. այստեղ ներառված չեն եղել վերջին տարիներին հայտնաբերված աֆրիկյան հանքավայրերը: Այնուամենայնիվ, գնահատվում է, որ մոտ 1,5 միլիոն տոննա մետաղական նիոբիում կարելի է ձուլել արդեն հայտնի հանքավայրերի օգտակար հանածոներից:

Նիոբիումի ֆիզիկական հատկությունները

Նիոբիումը փայլուն արծաթագույն-մոխրագույն մետաղ է:

Elemental niobium-ը չափազանց հրակայուն (2468 ° C) և բարձր եռացող (4927 ° C) մետաղ է, որը շատ քայքայիչ միջավայրերում բարձր դիմացկուն է: Բոլոր թթուները, բացառությամբ հիդրոֆլորաթթվի, չեն գործում դրա վրա: Օքսիդացնող թթուները «պասիվացնում են» նիոբիումը, ծածկելով այն պաշտպանիչ օքսիդ թաղանթով (թիվ 205)։ Բայց բարձր ջերմաստիճանի դեպքում նիոբիումի ռեակտիվությունը մեծանում է։ Եթե ​​150 ... 200 ° C ջերմաստիճանում օքսիդացված է միայն մետաղի փոքր մակերեսային շերտը, ապա 900 ... 1200 ° C ջերմաստիճանում օքսիդի թաղանթի հաստությունը զգալիորեն մեծանում է:

Նիոբիումի բյուրեղային ցանցը մարմնի կենտրոնացած խորանարդ է a = 3,294 Å պարամետրով:

Մաքուր մետաղը ճկուն է և սառը վիճակում կարող է գլորվել բարակ թերթիկի (մինչև 0,01 մմ հաստությամբ)՝ առանց միջանկյալ եռացման։

Կարելի է նշել նիոբիումի այնպիսի հատկություններ, ինչպիսիք են հալման և եռման բարձր ջերմաստիճանը, էլեկտրոնների ավելի ցածր աշխատանքային ֆունկցիան՝ համեմատած այլ հրակայուն մետաղների՝ վոլֆրամի և մոլիբդենի հետ։ Վերջին հատկությունը բնութագրում է էլեկտրոնների արտանետման ունակությունը (էլեկտրոնների արտանետում), որն օգտագործվում է վակուումային տեխնոլոգիայում նիոբիումի օգտագործման համար։ Նիոբիումը ունի նաև բարձր գերհաղորդիչ անցումային ջերմաստիճան։

Խտությունը 8,57 գ / սմ 3(20 ° C); տ pl 2500 ° C; տ բալ 4927 ° C; գոլորշու ճնշում (մմ ս.ս.-ով; 1 մմ ս.ս. = 133.3 Ն/մ 2) 1 10 -5(2194 ° C), 1 10 -4(2355 ° C), 6 10 -4(տ pl ), 1 10-3 (2539 ° C):

Շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանում նիոբիումը կայուն է օդում: Օքսիդացման սկիզբը (փակող թաղանթներ) նկատվում է, երբ մետաղը տաքացվում է մինչև 200 - 300 ° C: 500 °-ից բարձր, արագ օքսիդացում է տեղի ունենում Nb2 օքսիդի ձևավորմամբ Օ 5.

Ջերմային հաղորդունակությունը W / (m · K) 0 ° C և 600 ° C, համապատասխանաբար 51,4 և 56,2, նույնը կալ / (սմ · վ · ° C) 0,125 և 0,156: Հատուկ ծավալային էլեկտրական դիմադրություն 0 ° C-ում 15.22 10 -8օմ մ (15.22 10 -6օմ սմ): Գերհաղորդիչ անցումային ջերմաստիճանը 9,25 Կ է: Նիոբիումը պարամագնիսական է: Էլեկտրոնների աշխատանքային ֆունկցիան 4,01 էՎ է։

Մաքուր նիոբիումը հեշտությամբ սեղմվում է ցրտին և պահպանում է բավարար մեխանիկական հատկություններ բարձր ջերմաստիճաններում: Նրա վերջնական ուժը 20 և 800 ° C ջերմաստիճանում համապատասխանաբար 342 և 312 MN / մ է: 2, նույնը կգ/մմ 234.2 & 31.2; երկարացում 20 և 800 ° C համապատասխանաբար 19,2 և 20,7%: Մաքուր նիոբիումի բրինելի կարծրություն 450, տեխնիկական 750-1800 մն/մ 2... Որոշ տարրերի, հատկապես ջրածնի, ազոտի, ածխածնի և թթվածնի կեղտերը մեծապես խաթարում են ճկունությունը և մեծացնում նիոբիումի կարծրությունը։

3. Նիոբիումի քիմիական հատկությունները

Նիոբիումը հատկապես գնահատվում է անօրգանական և օրգանական նյութերի նկատմամբ իր դիմադրությամբ:

Տարբերություն կա փոշիացված և գնդիկավոր մետաղի քիմիական վարքագծի մեջ: Վերջինս ավելի կայուն է։ Մետաղները դրա վրա չեն գործում, նույնիսկ եթե տաքացվում են բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում: Հեղուկ ալկալիական մետաղները և դրանց համաձուլվածքները, բիսմութը, կապարը, սնդիկը, անագը կարող են երկար ժամանակ շփվել նիոբիումի հետ՝ չփոխելով դրա հատկությունները։ Նույնիսկ այնպիսի ուժեղ օքսիդանտները, ինչպիսիք են պերքլորաթթունը, «aqua regia»-ն, էլ չեմ խոսում ազոտի, ծծմբի, հիդրոքլորի և մնացած բոլորի մասին, ոչինչ չեն կարող անել դրա հետ: Ալկալային լուծույթները նույնպես ազդեցություն չունեն նիոբիումի վրա։

Այնուամենայնիվ, կան երեք ռեակտիվներ, որոնք կարող են նիոբիումի մետաղը վերածել քիմիական միացությունների: Դրանցից մեկը ալկալային մետաղի հալված հիդրօքսիդ է.

Nb + 4NaOH + 5О2 = 4NaNbO3 + 2H2О

Մյուս երկուսը ֆտորֆտորաթթուն են (HF) կամ դրա խառնուրդը ազոտաթթվի հետ (HF + HNO): Այս դեպքում առաջանում են ֆտորիդային համալիրներ, որոնց բաղադրությունը մեծապես կախված է ռեակցիայի պայմաններից։ Տարրը ամեն դեպքում ներառված է 2- կամ 2- տիպի անիոնի մեջ։

Եթե ​​վերցնենք փոշիացված նիոբիում, ապա այն որոշ չափով ավելի ակտիվ է։ Օրինակ՝ հալած նատրիումի նիտրատի մեջ այն նույնիսկ բռնկվում է՝ վերածվելով օքսիդի։ Կոմպակտ նիոբիումը սկսում է օքսիդանալ, երբ տաքացվում է 200 ° C-ից բարձր, և փոշին ծածկվում է օքսիդ թաղանթով արդեն 150 ° C ջերմաստիճանում: Միաժամանակ դրսևորվում է այս մետաղի հրաշալի հատկություններից մեկը՝ այն պահպանում է պլաստիկությունը։

Թեփի տեսքով, երբ տաքացվում է 900 ° C-ից բարձր, այն ամբողջությամբ այրվում է մինչև Nb2O5: Ուժեղ այրվում է քլորի հոսքի մեջ.

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Տաքացնելիս արձագանքում է ծծմբի հետ։ Դժվար է համաձուլվել մետաղների մեծ մասի հետ: Գոյություն ունեն, թերևս, միայն երկու բացառություն՝ երկաթ, որով առաջանում են տարբեր հարաբերակցությամբ պինդ լուծույթներ, և ալյումինը, որն ունի նիոբիումի հետ Al2Nb միացություն։

Նիոբիումի ո՞ր հատկություններն են օգնում նրան դիմակայել ամենաուժեղ թթու օքսիդացնող նյութերի ազդեցությանը: Պարզվում է, որ խոսքը վերաբերում է ոչ թե մետաղի հատկություններին, այլ նրա օքսիդների հատկանիշներին։ Օքսիդացնող նյութերի հետ շփվելիս մետաղի մակերեսին հայտնվում է օքսիդների շատ բարակ (և հետևաբար անտեսանելի), բայց շատ խիտ շերտ: Այս շերտը դառնում է անհաղթահարելի խոչընդոտ օքսիդացնող նյութի ճանապարհին դեպի մաքուր մետաղական մակերես: Դրա միջով կարող են թափանցել միայն որոշ քիմիական ռեակտիվներ, մասնավորապես՝ ֆտոր անիոն։ Հետևաբար, ըստ էության, մետաղը օքսիդացված է, բայց գործնականում ոչ մի օքսիդացման արդյունք չի նկատվում բարակ պաշտպանիչ թաղանթի առկայության պատճառով: Պասիվությունը նոսր ծծմբաթթվի նկատմամբ օգտագործվում է փոփոխական հոսանքի ուղղիչ ստեղծելու համար: Այն դասավորված է պարզ՝ պլատինե և նիոբիումի թիթեղները ընկղմված են 0,05 մ ծծմբաթթվի լուծույթի մեջ։ Նիոբիումը պասիվացված վիճակում կարող է հոսանք անցկացնել, եթե այն բացասական էլեկտրոդ է՝ կաթոդ, այսինքն՝ էլեկտրոնները կարող են օքսիդի շերտով անցնել միայն մետաղական կողմից: Լուծումից էլեկտրոնների ճանապարհը փակ է։ Հետեւաբար, երբ նման սարքի միջով անցնում է փոփոխական հոսանք, ապա անցնում է միայն մեկ փուլ, որի համար պլատինը անոդն է, իսկ նիոբիումը` կաթոդը:

նիոբիում մետաղական հալոգեն

4. Նիոբիումը ազատ վիճակում

Այն այնքան գեղեցիկ է, որ ժամանակին փորձել են դրանից զարդեր պատրաստել. իր բաց մոխրագույն գույնով նիոբիումը պլատինի է հիշեցնում։ Չնայած իր բարձր հալման (2500 ° C) և եռման (4840 ° C), ցանկացած ապրանք հեշտությամբ կարելի է պատրաստել դրանից: Մետաղն այնքան ճկուն է, որ այն կարելի է մշակել սառը պայմաններում։ Շատ կարևոր է, որ նիոբիումը պահպանի իր մեխանիկական հատկությունները բարձր ջերմաստիճաններում: Ճիշտ է, ինչպես վանադիումի դեպքում, ջրածնի, ազոտի, ածխածնի և թթվածնի նույնիսկ փոքր կեղտերը զգալիորեն նվազեցնում են պլաստիկությունը և մեծացնում կարծրությունը։ Նիոբիումը դառնում է փխրուն -100-ից -200 °C ջերմաստիճանում:

Գերմաքուր և կոմպակտ ձևով նիոբիումի ձեռքբերումը հնարավոր է դարձել վերջին տարիներին տեխնոլոգիայի ներգրավմամբ: Ամբողջ տեխնոլոգիական գործընթացը բարդ է և ժամանակատար։ Հիմնականում այն ​​բաժանված է 4 փուլի.

1.խտանյութի ստացում` ֆերոնիոբիում կամ ֆերոտանտալոնիոբիում;

.խտանյութի բացում - նիոբիումի (և տանտալի) փոխանցում ցանկացած չլուծվող միացությունների մեջ՝ այն խտանյութի մեծ մասից առանձնացնելու համար.

.նիոբիումի և տանտալի տարանջատում և դրանց առանձին միացությունների ստացում.

.մետաղների ստացում և զտում.

Առաջին երկու քայլերը բավականին պարզ են և ընդհանուր, թեև ժամանակատար: Նիոբիումի և տանտալի տարանջատման աստիճանը որոշվում է երրորդ փուլով։ Հնարավորինս շատ նիոբիում և հատկապես տանտալ ձեռք բերելու ցանկությունը ստիպեց փնտրել տարանջատման վերջին մեթոդները՝ ընտրովի արդյունահանում, իոնափոխանակություն, այս տարրերի միացությունների ուղղում հալոգեններով: Արդյունքում առանձին-առանձին ստացվում են կա՛մ օքսիդ, կա՛մ տանտալ և նիոբիումի պենտաքլորիդներ։ Վերջին փուլում ածուխով (մուր) կրճատումը օգտագործվում է ջրածնի հոսքի մեջ 1800 ° C ջերմաստիճանում, այնուհետև ջերմաստիճանը բարձրացվում է մինչև 1900 ° C և ճնշումը իջեցվում է: Ածխի հետ փոխազդեցությամբ ստացված կարբիդը փոխազդում է Nb2O5-ի հետ.

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

և հայտնվում է նիոբիումի փոշի: Եթե ​​նիոբիումի տանտալից առանձնացնելու արդյունքում ստացվում է ոչ թե օքսիդ, այլ աղ, ապա այն մշակում են մետաղական նատրիումով 1000 ° C ջերմաստիճանում և ստացվում է նաև փոշիացված նիոբիում։ Հետևաբար, փոշու հետագա վերածվելուց հետո կոմպակտ մոնոլիտի վերածվելով, վերաձուլումն իրականացվում է աղեղային վառարանում, իսկ էլեկտրոնային ճառագայթների և գոտու հալումն օգտագործվում է բարձր մաքուր նիոբիումի միաբյուրեղներ ստանալու համար:

Նիոբիումի օքսիդները և դրանց աղերը

Նիոբիումում թթվածնով միացությունների թիվը փոքր է, շատ ավելի քիչ, քան վանադիումինը։ Դա բացատրվում է նրանով, որ +4, +3 և +2 օքսիդացման վիճակին համապատասխանող միացություններում նիոբիումը չափազանց անկայուն է։ Եթե ​​այս տարրի ատոմը սկսել է նվիրաբերել էլեկտրոններ, ապա այն հակված է նվիրաբերելու բոլոր հինգը՝ կայուն էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան բացահայտելու համար:

Եթե ​​համեմատենք խմբի երկու հարեւանների՝ վանադիումի և նիոբիումի նույն օքսիդացման աստիճանի իոնները, ապա հայտնաբերվում է մետաղների նկատմամբ հատկությունների աճ։ Nb2O5 օքսիդի թթվային բնույթը նկատելիորեն ավելի թույլ է, քան վանադիումի (V) օքսիդինը։ Այն լուծարվելիս թթու չի առաջացնում։ Միայն ալկալիների կամ կարբոնատների հետ միաձուլման ժամանակ հայտնվում են դրա թթվային հատկությունները.

O5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3NbO4 + ЗС02

Այս աղը` նատրիումի օրթոնիոբատը, նման է օրթոֆոսֆորական և օրթովանադիկ թթուների նույն աղերին: Այնուամենայնիվ, ֆոսֆորի և մկնդեղի մեջ օրթոֆորմը ամենակայունն է, և օրթոնիոբատը մաքուր ձևով ստանալու փորձը ձախողվում է: Համաձուլվածքը ջրով մշակելիս արտազատվում է ոչ թե Na3NbO4 աղը, այլ NaNbO3 մետանիոբատը։ Այն անգույն նուրբ բյուրեղային փոշի է, որը հազիվ լուծվում է սառը ջրում: Հետևաբար, ամենաբարձր օքսիդացման վիճակում գտնվող նիոբիում միացությունների ոչ թե օրթո-, այլ մետա ձևն է ավելի կայուն:

Հիմնական օքսիդներով նիոբիումի (V) օքսիդի այլ միացություններից հայտնի են դիիոբատներ K4Nb2O7, որոնք հիշեցնում են պիրո թթուները, և պոլինիոբատները (որպես պոլիֆոսֆորային և պոլիվանադիումի թթուների ստվեր)՝ K7Nb5O16.nH2O և K8NmH2O1 մոտավոր բանաձևերով։ Նշված աղերը, որոնք համապատասխանում են ավելի բարձր նիոբիումի օքսիդին, պարունակում են այս տարրը անիոնում։ Այս աղերի ձևը թույլ է տալիս դրանք համարել նիոբիումի ածանցյալներ։ թթուներ. Այս թթուները չեն կարող ստացվել իրենց մաքուր տեսքով, քանի որ դրանք ավելի շուտ կարելի է համարել որպես օքսիդներ, որոնք կապ ունեն ջրի մոլեկուլների հետ: Օրինակ, մետա-ձևը Nb2O5 է: H2O, իսկ օրգոյի ձևը Nb2O5 է: 3H2O. Նման միացությունների հետ մեկտեղ նիոբիումը ունի նաև ուրիշներ, որտեղ այն արդեն ներառված է կատիոնում։ Նիոբիումը չի առաջացնում պարզ աղեր, ինչպիսիք են սուլֆատները, նիտրատները և այլն: Նատրիումի հիդրոսուլֆատի NaHSO4 կամ ազոտի օքսիդի N2O4-ի հետ փոխազդեցության ժամանակ առաջանում են բարդ կատիոն ունեցող նյութեր՝ Nb2O2 (SO4) 3. Այս աղերի կատիոնները նման են վանադիումի կատիոնին միայն այն տարբերությամբ, որ այստեղ իոնը հինգ լիցքավորված է, իսկ վանադիումում վանադիլ իոնում օքսիդացման աստիճանը չորս է։ Նույն NbO3 + կատիոնը ներառված է որոշ բարդ աղերի բաղադրության մեջ։ Nb2O5 օքսիդը բավականին հեշտությամբ լուծվում է ջրային ֆտորաթթվի մեջ։ Նման լուծումներից կարելի է առանձնացնել բարդ աղ K2: H2O.

Դիտարկված ռեակցիաների հիման վրա կարելի է եզրակացնել, որ նիոբիումը իր ամենաբարձր օքսիդացման վիճակում կարող է ներառվել ինչպես անիոնների, այնպես էլ կատիոնի բաղադրության մեջ։ Սա նշանակում է, որ հնգավալենտ նիոբիումը ամֆոտեր է, բայց դեռևս թթվային հատկությունների զգալի գերակշռությամբ:

Nb2O5 ստանալու մի քանի եղանակ կա: Նախ, նիոբիումի փոխազդեցությունը թթվածնի հետ, երբ տաքացվում է: Երկրորդ, օդում նիոբիումի աղերի կալցինացիա՝ սուլֆիդ, նիտրիդ կամ կարբիդ: Երրորդ, ամենատարածված մեթոդը հիդրատային ջրազրկումն է: Հիդրատացված Nb2O5 օքսիդը նստվածք է ստանում խտացված թթուներով աղերի ջրային լուծույթներից։ xH2O. Այնուհետեւ, երբ լուծույթները նոսրացվում են, առաջանում է սպիտակ օքսիդի նստվածք։ Nb2O5 xH2O տիղմի ջրազրկումն ուղեկցվում է ջերմության արտազատմամբ։ Ամբողջ զանգվածը տաքանում է։ Դա պայմանավորված է ամորֆ օքսիդի բյուրեղային ձևի փոխակերպմամբ: Նիոբիումի օքսիդը գալիս է երկու գույներով: Նորմալ պայմաններում այն ​​սպիտակ է, բայց տաքացնելիս դառնում է դեղին։ Այնուամենայնիվ, հենց որ օքսիդը սառչում է, գույնը անհետանում է: Օքսիդը հրակայուն է (հալման կետ = 1460 ° C) և ոչ ցնդող:

Նիոբիումի ցածր օքսիդացման աստիճանները համապատասխանում են NbО2-ին և NbO-ին: Այս երկուսից առաջինը սև փոշի է՝ կապույտ փայլով։ NbO2-ը ստացվում է Nb2O5-ից՝ թթվածինը մագնեզիումի կամ ջրածնի հետ վերցնելով մոտ հազար աստիճան ջերմաստիճանում.

O5 + H2 = 2NbO2 + H2O

Օդում այս միացությունը հեշտությամբ վերածվում է ավելի բարձր օքսիդի Nb2O5: Նրա բնավորությունը բավականին գաղտնի է, քանի որ օքսիդը չի լուծվում ոչ ջրում, ոչ էլ թթուներում։ Այնուամենայնիվ, նրան վերագրվում է թթվային բնույթ՝ տաք ջրային ալկալիների հետ փոխազդեցության հիման վրա. այս դեպքում, սակայն, օքսիդացում է տեղի ունենում հինգ լիցքավորված իոնի վրա:

Թվում է, թե մեկ էլեկտրոնի տարբերությունն այնքան էլ մեծ չէ, բայց ի տարբերություն Nb2O5-ի, NbO2 օքսիդը էլեկտրական հոսանք է փոխանցում։ Ակնհայտ է, որ այս միացության մեջ կա մետաղ-մետաղ կապ: Եթե ​​դուք օգտվում եք այս հատկությունից, ապա ուժեղ փոփոխական հոսանքով տաքացնելիս կարող եք ստիպել NbO2-ին հրաժարվել թթվածնից:

Թթվածնի կորստով NbO2-ը վերածվում է NbO օքսիդի, այնուհետև ամբողջ թթվածինը բավականին արագ բաժանվում է: Քիչ է հայտնի նիոբիումի ստորին օքսիդ NbO-ի մասին։ Այն ունի մետաղական փայլ և արտաքինով նման է մետաղին։ Կատարյալ փոխանցում է էլեկտրական հոսանքը: Մի խոսքով, իրեն այնպես է պահում, կարծես իր բաղադրության մեջ ընդհանրապես թթվածին չկա։ Նույնիսկ, ինչպես տիպիկ մետաղը, այն բուռն արձագանքում է քլորին, երբ տաքանում է և վերածվում թթվածնի.

2NbO + 3Cl2 = 2NbOCl3

Այն ջրածինը տեղահանում է աղաթթվից (կարծես դա ընդհանրապես օքսիդ չէ, այլ ցինկի նման մետաղ).

NbO + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2

NbO-ն կարելի է մաքուր ձևով ստանալ՝ K2-ի արդեն նշված բարդ աղը մետաղական նատրիումով կալցինացնելով.

К2 + 3Na = NbO + 2KF + 3NaF

NbO օքսիդն ունի նիոբիումի բոլոր օքսիդներից ամենաբարձր հալման կետը՝ 1935 ° C: Նիոբիումը թթվածնից մաքրելու համար ջերմաստիճանը բարձրացվում է մինչև 2300 - 2350 ° C, այնուհետև գոլորշիացմանը զուգահեռ NbO-ն քայքայվում է թթվածնի և մետաղի: Կատարվում է մետաղի զտում (մաքրում):

Նիոբիումի միացություններ

Տարրի մասին պատմությունն ամբողջական չէր լինի՝ առանց հալոգենների, կարբիդների և նիտրիդների միացությունների հիշատակման։ Սա կարևոր է երկու պատճառով. Նախ, ֆտորիդային բարդույթների շնորհիվ հնարավոր է առանձնացնել նիոբիումը իր հավերժական ուղեկից տանտալից։ Երկրորդ, այս միացությունները մեզ բացահայտում են նիոբիումի որակները որպես մետաղ։

Հալոգենների փոխազդեցությունը մետաղական նիոբիումի հետ.

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5 կարելի է ստանալ, բոլոր հնարավոր նիոբիումի պենտալիդները։

Պենտաֆտորիդ NbF5 (հալման կետ = 76 ° C) հեղուկ վիճակում և գոլորշիներում անգույն է: Ինչպես վանադիումի պենտաֆտորիդը, այն հեղուկ վիճակում պոլիմերային է։ Նիոբիումի ատոմները միմյանց հետ կապված են ֆտորի ատոմների միջոցով։ Պինդ վիճակում այն ​​ունի չորս մոլեկուլներից բաղկացած կառուցվածք (նկ. 2):

Բրինձ. 2. NbF5-ի և TaF5-ի պինդ կառուցվածքը բաղկացած է չորս մոլեկուլներից։

H2F2 հիդրոֆտորաթթվի լուծույթները պարունակում են տարբեր բարդ իոններ.

H2F2 = H2, + H2O = H2

Կալիումի աղ K2. H2O-ը կարևոր է նիոբիումի տանտալից առանձնացնելու համար, քանի որ, ի տարբերություն տանտալի աղի, այն շատ լուծելի է:

Նիոբիումի պենտալիդների մնացած մասը վառ գույն ունի՝ NbCl5 դեղին, NbBr5 մանուշակագույն-կարմիր, NbI2 շագանակագույն։ Նրանք բոլորն էլ վեհանում են առանց քայքայվելու համապատասխան հալոգենի մթնոլորտում. զույգերով դրանք մոնոմերներ են։ Նրանց հալման և եռման կետերը մեծանում են քլորից բրոմի և յոդի անցնելով: Պենտալիդներ ստանալու որոշ ուղիները հետևյալն են.

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

2NbCl5 + 5F22NbF5 + 5Cl2

Պենտալիդները հեշտությամբ լուծվում են օրգանական լուծիչներում՝ եթեր, քլորոֆորմ, սպիրտ: Այնուամենայնիվ, նրանք ամբողջովին քայքայվում են ջրով - հիդրոլիզացված են: Հիդրոլիզի արդյունքում ստացվում է երկու թթու՝ հիդրոհալոգեն և նիոբիկ։ Օրինակ,

4H2O = 5HCl + H3NbO4

Երբ հիդրոլիզը անցանկալի է, ապա ներմուծվում է որոշ ուժեղ թթու և վերը նկարագրված գործընթացի հավասարակշռությունը տեղափոխվում է դեպի NbCl5: Այս դեպքում պենտահալիդը լուծվում է առանց հիդրոլիզի,

Նիոբիումի կարբիդը արժանի է հատուկ երախտագիտության մետալուրգների կողմից: Ցանկացած պողպատում կա ածխածին; նիոբիումը, կապելով այն կարբիդի մեջ, բարելավում է լեգիրված պողպատի որակը: Սովորաբար չժանգոտվող պողպատի եռակցման ժամանակ կարը ավելի ցածր ամրություն ունի: Նիոբիումի մեկ տոննայի համար 200 գ-ի ներմուծումն օգնում է շտկել այս պակասը։ Երբ տաքացվում է, նիոբիումը կազմում է միացություն ածխածնի-կարբիդի հետ, մյուս բոլոր պողպատե մետաղներից առաջ: Այս միացությունը բավականին պլաստիկ է և միևնույն ժամանակ կարող է դիմակայել մինչև 3500 ° C ջերմաստիճանի: Մետաղները և, ամենակարևորը, գրաֆիտը կոռոզիայից պաշտպանելու համար բավական է միայն կես միլիմետր հաստությամբ կարբիդի շերտը։ Կարբիդ կարելի է ստանալ մետաղի կամ նիոբիումի (V) օքսիդի տաքացման միջոցով ածխածնի կամ ածխածին պարունակող գազերով (CH4, CO):

Նիոբիումի նիտրիդը միացություն է, որի վրա չեն ազդում թթուները և նույնիսկ «aqua regia»-ն, երբ եփում են. դիմացկուն ջրի նկատմամբ. Միակ բանը, որի հետ կարելի է ստիպել փոխազդել, եռացող ալկալին է։ Այս դեպքում այն ​​քայքայվում է ամոնիակի արտազատմամբ։

NbN նիտրիդը բաց մոխրագույն է՝ դեղնավուն երանգով։ Այն հրակայուն է (ջերմ. 2300 ° C), ունի ուշագրավ հատկություն՝ բացարձակ զրոյին մոտ ջերմաստիճանում (15,6 Կ, կամ -267,4 ° C), ունի գերհաղորդականություն։

Ավելի ցածր օքսիդացման վիճակում գտնվող նիոբիում պարունակող միացություններից առավել հայտնի են հալոգենիդները։ Բոլոր ստորին հալոգենիդները մուգ բյուրեղային պինդ նյութեր են (մուգ կարմիրից մինչև սև): Նրանց կայունությունը նվազում է, քանի որ մետաղի օքսիդացման վիճակը նվազում է:

Նիոբիումի կիրառումը տարբեր ոլորտներում

Նիոբիումի օգտագործումը մետաղների լեգիրման համար

Նիոբիումի համաձուլվածքի պողպատն ունի լավ կոռոզիոն դիմադրություն: Քրոմը նաև մեծացնում է պողպատի կոռոզիոն դիմադրությունը և շատ ավելի էժան է, քան նիոբիումը: Այս ընթերցողը ճիշտ է և սխալ միաժամանակ: Սխալ է, քանի որ ես մոռացել եմ մի բան.

Քրոմ-նիկելային պողպատում, ինչպես ցանկացած այլ պողպատում, միշտ կա ածխածին: Բայց ածխածինը միանում է քրոմին՝ առաջացնելով կարբիդ, որն ավելի փխրուն է դարձնում պողպատը: Նիոբիումը ածխածնի նկատմամբ ավելի մեծ կապ ունի, քան քրոմը: Հետևաբար, երբ նիոբիումը ավելացվում է պողպատին, նիոբիումի կարբիդը պարտադիր ձևավորվում է: Նիոբիումով համաձուլված պողպատը ձեռք է բերում բարձր հակակոռոզիոն հատկություն և չի կորցնում իր ճկունությունը։ Ցանկալի էֆեկտը ձեռք է բերվում, երբ մեկ տոննա պողպատին ավելացվում է միայն 200 գ մետաղական նիոբիում: Իսկ նիոբիումը տալիս է քրոմ-մանգաիտ պողպատի բարձր մաշվածության դիմադրություն:

Շատ գունավոր մետաղներ նույնպես համաձուլված են նիոբիումով։ Այսպիսով, ալյումինը, որը հեշտությամբ լուծվում է ալկալիների մեջ, չի արձագանքում դրանց հետ, եթե դրան ավելացվում է միայն 0,05% նիոբիում։ Իսկ պղինձը, որը հայտնի է իր փափկությամբ և դրա համաձուլվածքներից շատերով, նիոբիումը կարծես կարծրանում է: Այն մեծացնում է մետաղների ամրությունը, ինչպիսիք են տիտանը, մոլիբդենը, ցիրկոնիումը, և միևնույն ժամանակ մեծացնում է դրանց ջերմակայունությունը և ջերմակայունությունը:

Այժմ նիոբիումի հատկություններն ու հնարավորությունները գնահատվում են իրենց իրական արժեքով ավիացիայի, մեքենաշինության, ռադիոտեխնիկայի, քիմիական արդյունաբերության և միջուկային էներգիայի կողմից: Նրանք բոլորը դարձել են նիոբիումի սպառողներ։

Եզակի հատկություն՝ մինչև 1100 ° C ջերմաստիճանում նիոբիումի և ուրանի նկատելի փոխազդեցության բացակայությունը և, ի լրումն, լավ ջերմային հաղորդունակությունը, ջերմային նեյտրոնների փոքր արդյունավետ կլանման խաչմերուկը նիոբիումը դարձրեց լուրջ մրցակից միջուկում ճանաչված մետաղների համար: արդյունաբերություն - ալյումին, բերիլիում և ցիրկոնիում: Ավելին, նիոբիումի արհեստական ​​(առաջացած) ռադիոակտիվությունը ցածր է։ Հետևաբար, այն կարող է օգտագործվել ռադիոակտիվ թափոնների պահպանման համար տարաներ կամ դրանց օգտագործման համար նախատեսված կայանքներ պատրաստելու համար:

Քիմիական արդյունաբերությունը համեմատաբար քիչ նիոբիում է սպառում, բայց դա միայն նրա սակավության պատճառով է: Բարձր մաքրության թթուների արտադրության սարքավորումները երբեմն պատրաստվում են նիոբիում պարունակող համաձուլվածքներից, իսկ ավելի հազվադեպ՝ թիթեղային նիոբիումից։ Որոշ քիմիական ռեակցիաների արագության վրա ազդելու նիոբիումի կարողությունը օգտագործվում է, օրինակ, բութադիենից ալկոհոլի սինթեզում։

Թիվ 41 տարրի սպառող դարձան նաեւ հրթիռային եւ տիեզերական տեխնոլոգիաները։ Գաղտնիք չէ, որ այս տարրի որոշ քանակություններ արդեն պտտվում են մերձերկրային ուղեծրերում։ Հրթիռների որոշ մասեր և արհեստական ​​երկրային արբանյակների ինքնաթիռային սարքավորումները պատրաստված են նիոբիում պարունակող համաձուլվածքներից և մաքուր նիոբիումից:

Նիոբիումի օգտագործումը այլ ոլորտներում

Նիոբիումի թիթեղները և ձողերը օգտագործվում են «տաք կցամասեր» (այսինքն՝ ջեռուցվող մասեր) պատրաստելու համար՝ անոդներ, ցանցեր, անուղղակի տաքացվող կաթոդներ և էլեկտրոնային լամպերի այլ մասեր, հատկապես հզոր գեներատորային լամպեր։

Բացի մաքուր մետաղից, նույն նպատակների համար օգտագործվում են տանտալ-նիոբիումի համաձուլվածքներ։

Նիոբիումը օգտագործվել է էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորներ և ընթացիկ ուղղիչներ պատրաստելու համար։ Այստեղ մենք օգտագործեցինք նիոբիումի ունակությունը՝ անոդային օքսիդացման ժամանակ կայուն օքսիդ թաղանթ ձևավորելու համար: Օքսիդային թաղանթը կայուն է թթվային էլեկտրոլիտներում և հոսանք է փոխանցում միայն էլեկտրոլիտից մետաղի ուղղությամբ: Նիոբիումի կոնդենսատորները պինդ էլեկտրոլիտով բնութագրվում են փոքր չափսերով բարձր հզորությամբ, մեկուսացման բարձր դիմադրությամբ:

Նիոբիումի կոնդենսատորի տարրերը պատրաստված են բարակ փայլաթիթեղից կամ մետաղական փոշիներից սեղմված ծակոտկեն թիթեղներից:

Նիոբիումի կոռոզիոն դիմադրությունը թթուներում և այլ միջավայրերում, զուգորդված բարձր ջերմային հաղորդունակության և պլաստիկության հետ, այն դարձնում է արժեքավոր կառուցվածքային նյութ քիմիական և մետալուրգիական արդյունաբերության սարքավորումների համար: Նիոբիումը ունի մի շարք հատկություններ, որոնք բավարարում են ատոմային էներգիայի արդյունաբերության կառուցվածքային նյութերի պահանջները:

Մինչև 900 ° C, նիոբիումը թույլ է փոխազդում ուրանի հետ և հարմար է ուժային ռեակտորների ուրանի վառելիքի տարրերի համար պաշտպանիչ պատյանների արտադրության համար: Այս դեպքում հնարավոր է օգտագործել հեղուկ մետաղական ջերմային կրիչներ՝ նատրիում կամ կալիումի հետ նատրիումի համաձուլվածք, որի հետ նիոբիումը չի փոխազդում մինչև 600 ° C: Ուրանի վառելիքի տարրերի կենսունակությունը մեծացնելու համար ուրանը լցնում են նիոբիումով (~ 7% նիոբիում): Նիոբիումի հավելումը կայունացնում է ուրանի վրա պաշտպանիչ օքսիդ թաղանթը, ինչը մեծացնում է դրա դիմադրությունը ջրային գոլորշու նկատմամբ:

Նիոբիումը հայտնաբերված է ռեակտիվ շարժիչների գազային տուրբինների համար նախատեսված տարբեր գերհամաձուլվածքներում: Մոլիբդենի, տիտանի, ցիրկոնիումի, ալյումինի և պղնձի նիոբիումի համաձուլումը կտրուկ բարելավում է այս մետաղների, ինչպես նաև դրանց համաձուլվածքների հատկությունները: Կան բարձր ջերմաստիճանի համաձուլվածքներ, որոնք հիմնված են նիոբիումի վրա՝ որպես ռեակտիվ շարժիչների և հրթիռների մասերի կառուցվածքային նյութ (տուրբինների շեղբերների, թևերի առջևի եզրերի, ինքնաթիռների և հրթիռների քթի ծայրերի և հրթիռների կաշվի արտադրություն): Նիոբիումը և դրա վրա հիմնված համաձուլվածքները կարող են օգտագործվել 1000 - 1200 ° C աշխատանքային ջերմաստիճանում:

Նիոբիումի կարբիդը հայտնաբերվել է վոլֆրամի կարբիդի կարբիդի որոշ դասերում, որոնք օգտագործվում են պողպատները կտրելու համար:

Նիոբիումը լայնորեն օգտագործվում է որպես լեգիրող հավելում պողպատներում: Նիոբիումի ավելացումը պողպատում ածխածնի պարունակությունից 6-ից 10 անգամ ավելի մեծ քանակությամբ վերացնում է չժանգոտվող պողպատի միջհատիկավոր կոռոզիան և պաշտպանում եռակցումները ոչնչացումից:

Նիոբիումը օգտագործվում է նաև տարբեր բարձր ջերմաստիճանի պողպատներում (օրինակ՝ գազատուրբինների համար), ինչպես նաև գործիքային և մագնիսական պողպատներում։

Նիոբիումը պողպատի մեջ ներմուծվում է մինչև 60% Nb պարունակող երկաթով (ֆեռոնիոբիում) համաձուլվածքով: Բացի այդ, ֆերոտանտալոնիոբիումը օգտագործվում է տանտալի և նիոբիումի միջև տարբեր հարաբերակցությամբ ֆերոհամաձուլվածքում:

Օրգանական սինթեզում նիոբիումի որոշ միացություններ (ֆտորային բարդ աղեր, օքսիդներ) օգտագործվում են որպես կատալիզատոր։

Նիոբիումի օգտագործումը և արտադրությունը արագորեն աճում է, ինչը պայմանավորված է նրա հատկությունների համակցությամբ, ինչպիսիք են հրակայունությունը, ջերմային նեյտրոնների գրավման համար փոքր խաչմերուկը, ջերմակայուն, գերհաղորդիչ և այլ համաձուլվածքներ ձևավորելու ունակությունը, կոռոզիոն դիմադրությունը, ստացողը: հատկություններ, էլեկտրոնների ցածր աշխատանքային ֆունկցիա, լավ աշխատունակություն ցրտին ճնշման միջոցով և եռակցվածություն: Նիոբիումի կիրառման հիմնական ոլորտները՝ հրթիռային տեխնիկա, ավիացիոն և տիեզերական տեխնոլոգիաներ, ռադիոտեխնիկա, էլեկտրոնիկա, քիմիական ապարատների ճարտարագիտություն, միջուկային էներգիա։

Մետաղական նիոբիումի կիրառում

Օդանավերի մասերը պատրաստված են մաքուր նիոբիումից կամ դրա համաձուլվածքներից. ուրանի և պլուտոնիումի վառելիքի տարրերի պատյաններ; բեռնարկղեր և խողովակներ; հեղուկ մետաղների համար; էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորների մասեր; «Տաք» կցամասեր էլեկտրոնային (ռադարային տեղակայման համար) և հզոր գեներատորային լամպերի (անոդներ, կաթոդներ, ցանցեր և այլն); կոռոզիակայուն սարքավորումներ քիմիական արդյունաբերության մեջ:

Նիոբիումը համաձուլվում է այլ գունավոր մետաղների, այդ թվում՝ ուրանի հետ։

Նիոբիումը օգտագործվում է կրիոտրոններում՝ համակարգիչների գերհաղորդիչ տարրերում: Նիոբիումը հայտնի է նաև նրանով, որ օգտագործվում է մեծ հադրոնային կոլայդերում արագացնող կառույցներում:

Նիոբիումի միջմետաղային միացություններ և համաձուլվածքներ

Nb3Sn ստանիդի և նիոբիում-տիտան-ցիրկոնիումի համաձուլվածքները օգտագործվում են գերհաղորդիչ սոլենոիդներ պատրաստելու համար։

Նիոբիումը և տանտալով համաձուլվածքները շատ դեպքերում փոխարինում են տանտալին, ինչը տալիս է մեծ տնտեսական ազդեցություն (նիոբիումն ավելի էժան է և գրեթե երկու անգամ ավելի թեթև, քան տանտալը):

Ֆերոնիոբիումը ներմուծվում է չժանգոտվող քրոմ-նիկելային պողպատների մեջ՝ կանխելու դրանց միջհատիկավոր կոռոզիան և ոչնչացումը, և պողպատի այլ տեսակներ՝ դրանց հատկությունները բարելավելու համար:

Նիոբիումը օգտագործվում է կոլեկցիոն մետաղադրամներ հատելու համար։ Այսպիսով, Լատվիայի բանկը պնդում է, որ նիոբիումը արծաթի հետ միասին օգտագործվում է կոլեկցիոն 1 լատ մետաղադրամներում։

Նիոբիումի միացությունների O5 կատալիզատորի կիրառումը քիմիական արդյունաբերության մեջ;

հրակայուն նյութերի, կերամիկայի, հատուկ. ապակի, նիտրիդ, կարբիդ, նիոբատներ:

Նիոբիումի կարբիդը (mp 3480 ° C) ցիրկոնիումի կարբիդով և ուրանի-235 կարբիդով համաձուլվածքում ամենակարևոր կառուցվածքային նյութն է պինդ փուլ միջուկային ռեակտիվ շարժիչների վառելիքի տարրերի համար:

Նիոբիումի նիտրիդ NbN-ն օգտագործվում է 5-ից 10 Կ կրիտիկական ջերմաստիճան ունեցող բարակ և գերբարակ գերհաղորդիչ թաղանթների արտադրության համար՝ 0,1 Կ կարգի նեղ անցումով:

Նիոբիումը բժշկության մեջ

Նիոբիումի բարձր կոռոզիոն դիմադրությունը հնարավորություն է տվել այն օգտագործել բժշկության մեջ։ Նիոբիումի թելերը չեն գրգռում կենդանի հյուսվածքը և լավ զուգված են դրա հետ: Վերականգնողական վիրաբուժությունը հաջողությամբ օգտագործել է նման թելեր՝ պատռված ջլերը, արյունատար անոթները և նույնիսկ նյարդերը կարելու համար։

Կիրառում ոսկերչության մեջ

Նիոբիումը ոչ միայն ունի տեխնիկայի համար անհրաժեշտ մի շարք հատկություններ, այլև բավականին գեղեցիկ տեսք ունի: Ոսկերիչները փորձել են օգտագործել այս սպիտակ փայլուն մետաղը ձեռքի ժամացույցների պատյանների արտադրության համար: Նիոբիումի համաձուլվածքները վոլֆրամով կամ ռենիումով երբեմն փոխարինում են ազնիվ մետաղներին՝ ոսկի, պլատին, իրիդիում։ Վերջինս հատկապես կարևոր է, քանի որ ռենիումի հետ նիոբիումի համաձուլվածքը ոչ միայն մետաղական իրիդիումի տեսք ունի, այլև գրեթե նույնքան դիմացկուն է մաշվածության նկատմամբ: Սա թույլ տվեց որոշ երկրների հրաժարվել թանկարժեք իրիդիումից շատրվանային գրիչների համար զոդման արտադրության մեջ:

Նիոբիումի արդյունահանում Ռուսաստանում

Վերջին տարիներին նիոբիումի համաշխարհային արտադրությունը գտնվում է 24-29 հազար տոննայի մակարդակում։Հարկ է նշել, որ նիոբիումի համաշխարհային շուկան զգալիորեն մենաշնորհված է բրազիլական CBMM ընկերության կողմից, որին բաժին է ընկնում համաշխարհային արտադրության մոտ 85%-ը։ նիոբիում.

Նիոբիում պարունակող արտադրանքի հիմնական սպառողը Ճապոնիան է (նրան հիմնականում պատկանում է ֆերոնիոբիումը)։ Այս երկիրը Բրազիլիայից տարեկան ներմուծում է ավելի քան 4 հազար տոննա ֆերոնիոբիում։ Հետևաբար, նիոբիում պարունակող ապրանքների ներմուծման ճապոնական գները կարելի է մեծ վստահությամբ ընդունել՝ մոտ համաշխարհային միջինին: Վերջին տարիներին ֆերոնիոբիումի գների աճի միտում է նկատվում։ Դա պայմանավորված է նրա աճող կիրառմամբ ցածր լեգիրված պողպատների արտադրության համար, որոնք նախատեսված են հիմնականում նավթի և գազատարների համար: Ընդհանուր առմամբ, հարկ է նշել, որ վերջին 15 տարիների ընթացքում նիոբիումի համաշխարհային սպառումը տարեկան աճում է միջինը 4-5%-ով։

Ցավով պետք է խոստովանել, որ Ռուսաստանը գտնվում է նիոբիումի շուկայի «կողմում»։ 90-ականների սկզբին, ըստ Գիրեդմետի փորձագետների, նախկին ԽՍՀՄ-ում արտադրվել և սպառվել է մոտ 2 հազար տոննա նիոբիում (նիոբիումի օքսիդի առումով)։ Ներկայումս ռուսական արդյունաբերության կողմից նիոբիումի արտադրանքի սպառումը չի գերազանցում ընդամենը 100-200 տոննան, հարկ է նշել, որ նախկին ԽՍՀՄ-ում ստեղծվել են նիոբիումի արտադրության զգալի հզորություններ՝ սփռված տարբեր հանրապետություններում՝ Ռուսաստան, Էստոնիա, Ղազախստան: ԽՍՀՄ-ում արդյունաբերության զարգացման այս ավանդական առանձնահատկությունն այժմ Ռուսաստանին շատ բարդ դրության մեջ է դրել հումքի ու մետաղների բազմաթիվ տեսակների մեջ։ Նիոբիումի շուկան սկսվում է նիոբիում պարունակող հումքի արտադրությամբ։ Ռուսաստանում դրա հիմնական տեսակը եղել և մնում է Լովոզերսկի ԳՕԿ-ում (այժմ՝ Մուրմանսկի մարզ, Սևրեդմետ ԲԲԸ) ստացված լոպարիտի խտանյութը: Մինչ ԽՍՀՄ փլուզումը ձեռնարկությունն արտադրել է մոտ 23 հազար տոննա լոպարիտի խտանյութ (նրա մեջ նիոբիումի օքսիդի պարունակությունը կազմում է մոտ 8,5%)։ Հետագայում խտանյութի արտադրությունը անշեղորեն նվազել է 1996-1998 թթ. ձեռնարկությունը մի քանի անգամ դադարեցվել է վաճառքի բացակայության պատճառով։ Ներկայումս, ըստ հաշվարկների, ձեռնարկությունում լոպարիտի խտանյութի արտադրությունը կազմում է ամսական 700-800 տոննա:

Հարկ է նշել, որ ձեռնարկությունը բավականին կոշտ կապված է իր միակ սպառողի՝ Սոլիկամսկի մագնեզիումի գործարանի հետ։ Փաստն այն է, որ լոպարիտի խտանյութը բավականին սպեցիֆիկ արտադրանք է, որը ձեռք է բերվում միայն Ռուսաստանում։ Նրա մշակման տեխնոլոգիան բավականին բարդ է, քանի որ այն պարունակում է հազվագյուտ մետաղների համալիր (նիոբիում, տանտալ, տիտան): Բացի այդ, խտանյութը ռադիոակտիվ է, ինչի պատճառով էլ այս արտադրանքով համաշխարհային շուկա դուրս գալու բոլոր փորձերն ավարտվեցին ապարդյուն։ Հարկ է նաև նշել, որ ֆերոնիոբիումը հնարավոր չէ ստանալ լոպարիտի խտանյութից: 2000թ.-ին Սևրեդմետ գործարանում Roredmet ընկերությունը գործարկեց լոպարիտի խտանյութի մշակման փորձնական միավոր՝ ի թիվս այլ մետաղների, նիոբիում պարունակող ապրանքներ (նիոբիումի օքսիդ) ձեռք բերելու համար:

SMZ նիոբիումի արտադրանքի հիմնական շուկաները ոչ ԱՊՀ երկրներն են. առաքումները կատարվում են ԱՄՆ, Ճապոնիա և եվրոպական երկրներ: Արտահանման մասնաբաժինը արտադրության ընդհանուր ծավալում կազմում է ավելի քան 90%: ԽՍՀՄ-ում նիոբիումի արտադրության զգալի հզորությունները կենտրոնացած էին Էստոնիայում՝ Սիլլամեեի քիմիական և մետալուրգիական արտադրության ասոցիացիայում (Sillamäe): Այժմ էստոնական ընկերությունը կոչվում է Silmet։ Խորհրդային տարիներին ձեռնարկությունը Lovoozersky GOK-ից լոպարիտի խտանյութ էր մշակում, 1992 թվականից դրա առաքումը դադարեցվել է: Սիլմեթը ներկայումս մշակում է նիոբիումի հիդրօքսիդի միայն փոքր ծավալը Սոլիկամսկի մագնեզիումի գործարանում: Նիոբիում պարունակող հումքի մեծ մասը ներկայումս ընկերությունը ստանում է Բրազիլիայից և Նիգերիայից։ Ընկերության ղեկավարությունը չի բացառում լոպարիտի խտանյութի մատակարարումը, սակայն «Սևրեդմետը» փորձում է այն տեղում վերամշակելու քաղաքականություն վարել, քանի որ հումքի արտահանումն ավելի քիչ եկամտաբեր է, քան պատրաստի արտադրանքը։

կրկնուսուցում

Օգնության կարիք ունե՞ք թեման ուսումնասիրելու համար:

Մեր փորձագետները խորհուրդ կտան կամ կտրամադրեն կրկնուսուցման ծառայություններ ձեզ հետաքրքրող թեմաներով:
Ուղարկեք հարցումթեմայի նշումով հենց հիմա պարզել խորհրդատվություն ստանալու հնարավորության մասին։

Տանտալը և նիոբիումը ստացվում են բարձր մաքրության միացություններից՝ օքսիդներից, բարդ ֆտորային աղերից, քլորիդներից վերականգնմամբ։ Մետաղների արտադրության արդյունաբերական մեթոդները կարելի է բաժանել չորս խմբի.

Նատրիումի-ջերմային նվազեցում բարդ ֆտորիդներից;

Օքսիդներից նվազեցում ածխածնի հետ (ածխաջերմային մեթոդ);

Ալյումինի օքսիդներից նվազեցում (ալյումինոթերմային մեթոդ);

Քլորիդներից վերականգնում ջրածնով;

Հալած միջավայրերի էլեկտրոլիզ.

Տանտալի (~ 3000 C) և նիոբիումի (~ 2500 C) բարձր հալման կետի պատճառով դրանք ստացվում են թվարկված բոլոր մեթոդներով, բացառությամբ երրորդի, փոշու կամ սինթրած սպունգի տեսքով կրճատման արդյունքում։ . Կոմպակտ ճկուն տանտալ և նիոբիում ստանալու խնդիրը բարդանում է նրանով, որ այդ մետաղները ակտիվորեն կլանում են գազերը (ջրածին, ազոտ, թթվածին), որոնց կեղտերը դրանք դարձնում են փխրուն։ Ուստի անհրաժեշտ է փոշուց սեղմված աշխատանքային կտորները եռացնել կամ հալեցնել բարձր վակուումում։

Նատրիոթերմալ մեթոդ տանտալի և նիոբիումի փոշիների արտադրության համար

K2TaF7 և K2NbF7 բարդ ֆտորիդների նատրիոթերմային նվազեցում` առաջինը արդյունաբերական ճանապարհտանտալի և նիոբիումի ստացում. Այն կիրառվում է մինչ օրս։ Նատրիումը, կալցիումը և մագնեզիումը, որոնք ունեն բարձր հարաբերակցություն ֆտորին, հարմար են տանտալի և նիոբիումի ֆտորիդային միացությունների նվազեցման համար, ինչպես երևում է ստորև բերված արժեքներից.

Էլ<^ент Nb Та Na Mg Са

AG298, կՋ / գ-ատոմ Ֆ. ... ... -339 -358 -543 -527 -582

Նվազեցման համար օգտագործվում է նատրիում, քանի որ նատրիումի ֆտորիդը լուծելի է ջրում և կարելի է առանձնացնել տանտալի և նիոբիումի փոշիներից լվանալով, մինչդեռ մագնեզիումի և կալցիումի ֆտորիդները վատ են լուծվում ջրում և թթուներում։

Դիտարկենք գործընթացը տանտալ ստանալու օրինակով։ K2TaF7-ի կրճատումը նատրիումով ընթանում է ջերմության մեծ արտազատմամբ (նույնիսկ մինչև 5 կգ լիցքավորման ծանրաբեռնվածությամբ), որը բավարար է գործընթացի ինքնաբուխ հոսքի համար: Լիցքը մեկ տեղում մինչև 450-500 C տաքացնելուց հետո ռեակցիան արագորեն տարածվում է լիցքի ողջ զանգվածով, և ջերմաստիճանը հասնում է 800-900 C: Քանի որ նատրիումը հալվում է 97 C-ում և եռում 883-ում, ակնհայտ է, որ հեղուկը. և գոլորշի նատրիումը ներգրավված է նվազեցման մեջ.

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

Ռեակցիաների (2.18) և (2.19) հատուկ ջերմային ազդեցությունները համապատասխանաբար կազմում են 1980 և 3120 կՋ / կգ լիցք:

Կրճատումն իրականացվում է պողպատե կարասի մեջ, որտեղ կալիումի ֆտորտանտալատը և նատրիումի կտորները (ստոյխիոմետրիկորեն պահանջվող քանակի 120%-ը) բեռնված են շերտերով, որոնք կտրված են հատուկ մկրատով։ Լիցքի վերին մասը ծածկված է նատրիումի քլորիդի շերտով, որը ցածր հալեցման խառնուրդ է կազմում KF-ի և NaF-ի հետ: Աղի հալոցքը պաշտպանում է մասնիկները օքսիդացումից
տանտալի ցող. Գործընթացի ամենապարզ տարբերակում, ռեակցիա սկսելու համար, ներքևի մասում գտնվող խառնարանի պատը տաքացվում է այրիչի կրակով, մինչև կարմիր բիծ հայտնվի: Զանգվածի ողջ ընթացքում ռեակցիան արագ է ընթանում և ավարտվում 1-2 րոպեում։ Գործընթացի այս իրականացմամբ արտադրանքի առավելագույն ջերմաստիճանում (800-900 C) կարճաժամկետ ազդեցության շնորհիվ ստացվում են նուրբ տանտալ փոշիներ, որոնք աղերը լվանալուց հետո պարունակում են մինչև 2% թթվածին։

Ավելի կոպիտ հատիկավոր փոշի՝ ավելի ցածր թթվածնի պարունակությամբ, ստացվում է ռեակցիոն կարասը առանցքային էլեկտրական վառարանում դնելով և ռեակցիայի ավարտից հետո 1000°C ջերմաստիճանում պահելով վառարանում։

Ստացված տանտալի վերականգնումը մանր մասնիկների տեսքով ներծծվում է նատրիումի ավելցուկ պարունակող ֆտոր-քլորիդ խարամի մեջ: Սառչելուց հետո խառնարանի պարունակությունը նոկաուտ է արվում, մանրացվում է ծնոտի ջարդիչի մեջ և փոքր մասերում բեռնվում ջրով ռեակտորում, որտեղ նատրիումը «հանգցնում» է, և աղերի մեծ մասը լուծվում է: Այնուհետև փոշին հաջորդաբար լվանում են նոսրացված նեյով (աղերի ավելի ամբողջական լվացման, երկաթի և մասամբ տիտանի կեղտերի լուծարման համար): Տանտալի օքսիդների պարունակությունը նվազեցնելու համար փոշին երբեմն լրացուցիչ լվանում են սառը նոսր հիդրոֆլորաթթվով: Այնուհետ փոշին լվանում են թորած ջրով, ֆիլտրում և չորացնում 110-120 C ջերմաստիճանում։

Օգտագործելով վերը նկարագրված մեթոդը, մոտավորապես նույն պայմանները դիտարկելով, նիոբիումի փոշիները ստացվում են k2NbF7-ի նատրիումով վերականգնմամբ: Չորացրած նիոբիումի փոշիները ունեն բաղադրություն,%՝ Ti, Si, Fe 0,02-0,06; Մոտ 0,5; N մինչև 0,1; C 0,1-0,15.

Օքսիդներից նիոբիումի և տանտալի ստացման ածխաջերմային մեթոդ

Այս գործընթացը ի սկզբանե մշակվել է Nb2o5-ից նիոբիումի արտադրության համար:

Նիոբիումը կարող է կրճատվել Nb2os-ից ածխածնի հետ 1800-1900 ° C ջերմաստիճանում վակուումային վառարանում.

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

Nb205 + 5C լիցքը պարունակում է քիչ նիոբիում և նույնիսկ բրիկետավորված վիճակում ունի ցածր խտություն (~ 1,8 գ/սմ3): Միաժամանակ 1 կգ լիցքավորմանը հատկացվում է կո–ի մեծ ծավալ (~ 0,34 մ3)։ Այս հանգամանքները դարձնում են անբարենպաստ գործընթացի իրականացումը ըստ ռեակցիայի (2.20), քանի որ վակուումային վառարանի արտադրողականությունը այս դեպքում ցածր է: Այսպիսով, գործընթացը իրականացվում է երկու փուլով.

I փուլ՝ նիոբիումի կարբիդի ստացում

Nb203 + 1C = 2NbC + 5CO; (2.2լ)

Փուլ P - վակուումային վառարաններում նիոբիումի ստացում

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

її փուլի բրիկետավորված լիցքը պարունակում է 84,2% (ըստ կշռի) նիոբիում, բրիկետների խտությունը ~ 3 գ/սմ3 է, ծավալը կազմում է 0,14 մ3 1 կգ լիցքի դիմաց (~ 2,5 անգամ պակաս, քան լիցքի դեպքում։ լիցքավորել Nb2o5 + sc ): Սա ապահովում է վակուումային վառարանի ավելի բարձր արտադրողականություն:

Երկաստիճան գործընթացի էական առավելությունն այն է նաև, որ առաջին փուլը կարող է իրականացվել մթնոլորտային ճնշման տակ գրաֆիտ-խողովակների դիմադրողական վառարաններում (նկ. 29):

Նիոբիումի կարբիդ ստանալու համար (գործընթացի I փուլ) Nb2o5-ի խառնուրդը մուրի հետ բրիկետավորվում է, և բրիկետները ջեռուցվում են գրաֆիտ խողովակով վառարանում ջրածնի կամ արգոնի մթնոլորտում 1800-1900 ° C ջերմաստիճանում (բրիկետները շարունակաբար շարժվում են երկայնքով։ հնոց

Բրինձ. 29. Գրաֆիտ-խողովակային դիմադրության վառարանի սխեման.

1 - պատյան; 2 - գրաֆիտի ջեռուցման խողովակ; 3 - պաշտպանիչ գրաֆիտային խողովակ; 4- մուր ջերմամեկուսիչ լցոնում; 5 - սառնարան; 6 - կոնտակտային գրաֆիտի կոններ; 7 - սառեցված կոնտակտային գլուխ; 8 - լյուկ; 9 - հոսանք մատակարարող ավտոբուսներ

Տաք գոտում 1-1,5 ժամ մնալու հիման վրա): Մանրացված նիոբիումի կարբիդը խառնվում է գնդիկավոր ջրաղացին Nb2o5-ի հետ, որը վերցված է մի փոքր ավելցուկով (3-5%), ընդդեմ ռեակցիայի պահանջվողի (2.22):

Լիցքը 100 ՄՊա ճնշման տակ սեղմվում է բլիթների մեջ, որոնք ջեռուցվում են գրաֆիտային ջեռուցիչներով վակուումային վառարաններում (կամ գրաֆիտի խողովակով վակուումային ինդուկցիոն վառարաններում) 1800-1900 C ջերմաստիճանում: Լուսավորությունն ավարտվում է, երբ մնացորդային ճնշումը 1,3-0,13 Պա է: հասել է.

Ռեակցիաները (2.21) և (2.22) կուտակային են: Դրանք անցնում են ստորին օքսիդների (Nt>o2 և NbO), ինչպես նաև Nb2c կարբիդի ձևավորման միջանկյալ փուլերով։ I փուլի հիմնական ռեակցիաները.

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

NbO2 + C = NbO + CO; (2.24)

2NbO + 3C = Nb2C + 2CO; (2.25)

Nb2C + C = 2NbC: (2.26)

n փուլի ռեակցիաներ.

Nb2Os + 2NbC = 2NbO2 + Nb2C + CO; (2.27)

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

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

Մետաղական նիոբիումը ստացվում է գործընթացի II փուլի վերջնական ռեակցիայով (2.29): ω հավասարակշռության ճնշումը ռեակցիայի համար (2.29) 1800 ° C ջերմաստիճանում> 1.3 Պա է: Հետևաբար, անհրաժեշտ է գործընթացն իրականացնել այս ռեակցիայի համար հավասարակշռության ճնշումից ցածր մնացորդային ճնշումով (0,5-0,13 Պա):

Ստացված նիոբիումի սինթրած ծակոտկեն բրիկետները պարունակում են %՝ 0,1-0,15; Մոտ 0,15-0,30; N 0,04-0,5. Կոմպակտ ճկուն մետաղ ստանալու համար բրիկետները հալեցնում են էլեկտրոնային ճառագայթով վառարանում: Մեկ այլ եղանակ է բրիկետներից փոշի ստանալը (450 C ջերմաստիճանում հիդրոգենացման միջոցով, վակուումում մանրացնելով և հաջորդաբար ջրազրկելով), ձողերը սեղմելով և 2300-2350 C ջերմաստիճանում վակուումում դրանք եռացնելով։ իսկ ածխածինը հեռացվում է բաղադրության մեջ, իսկ ավելցուկային թթվածինը` ցնդող ստորին օքսիդների բաղադրության մեջ:

Ածխաջերմային մեթոդի հիմնական առավելություններն են մետաղի բարձր ուղղակի բերքատվությունը (96%-ից ոչ պակաս) և էժան նվազեցնող նյութի օգտագործումը։ Այս մեթոդի թերությունը բարձր ջերմաստիճանի վակուումային վառարանների նախագծման բարդությունն է:

Տանտալ և նիոբիում-տանտալ համաձուլվածքներ կարելի է ստանալ նաև կարբոջերմային մեթոդով։

Բարձրագույն օքսիդներից նիոբիումի և տանտալի ստացման ալյումինաջերմային մեթոդ

Վերջին տարիներին մշակված նիոբիումի արտադրության ալյումինոմետրիկ մեթոդը նիոբիումի պենտօքսիդի ալյումինով վերացման միջոցով ունի տեխնիկական և տնտեսական առավելություններ նիոբիումի արտադրության այլ մեթոդների համեմատ՝ ցածր աստիճանի և ապարատային դիզայնի պարզության պատճառով:

Մեթոդը հիմնված է էկզոտերմիկ ռեակցիայի վրա.

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

Dow = -925,3 + 0,1362t, կՋ / մոլ Nb2o5:

Ռեակցիայի բարձր սպեցիֆիկ ջերմային ազդեցությունը (2640 կՋ/կգ ստոյխիոմետրիկ լիցք) հնարավորություն է տալիս գործընթացը իրականացնել առանց արտաքին տաքացման՝ նիոբիում-ալյումինի համաձուլվածքի ձուլակտորի հալման միջոցով: Հնարանից դուրս ալյումոթերմային հաջող կրճատումը հնարավոր է, եթե գործընթացի ջերմաստիճանը ավելի բարձր է, քան հալման կետը А12о3 = 2030 ° С) և մետաղական փուլը (Nb + 10% ai խառնուրդը հալվում է 2050 ° С ջերմաստիճանում): Ստոյխիոմետրիկ քանակից 30-40%-ով բարձր լիցքում ալյումինի ավելցուկով, պրոցեսի ջերմաստիճանը հասնում է ~ 2150-2200 C: Կրճատման արագ ընթացքի շնորհիվ ջերմաստիճանը բարձրանում է մոտ 100-150 C-ով հալման ջերմաստիճանների համեմատ: խարամի և մետաղի փուլերը բավարար են դրանց տարանջատումն ապահովելու համար: Լիցքավորման մեջ ալյումինի վերը նշված ավելցուկով ստացվում է նիոբիումի համաձուլվածք 8-10% ալյումինով 98-98,5% նիոբիումի իրական արդյունահանմամբ։

Ալյումինաջերմային վերականգնումն իրականացվում է պողպատե կարասի մեջ՝ կալցինացված մագնեզիումի կամ ալյումինի օքսիդների երեսպատմամբ: Հալման արտադրանքը բեռնաթափելու հարմարության համար խառնարանը պատրաստվում է անջատելի: Կոնտակտները մտցվում են պատերի միջով էլեկտրական հոսանք (20 Վ, 15 Ա) ապահովիչին լիցքավորման մեջ տեղադրված նիկրոմի լարերի տեսքով մատակարարելու համար: Մեկ այլ հնարավոր տարբերակ է գործընթացը իրականացնել զանգվածային պղնձե կարասի մեջ, որի պատերին ձևավորվում է գարնիսաժի պաշտպանիչ շերտ:

Մանրակրկիտ չորացրած Nb2o5-ի և ալյումինի փոշու խառնուրդը՝ ~ 100 մկմ մասնիկի չափով, լցվում է կարասի մեջ: Ցանկալի է խառնարանը տեղադրել արգոնով լցված խցիկում՝ օդի հետ շփումից խուսափելու համար:

Բոցավառումը միացնելուց հետո ռեակցիան արագորեն ընթանում է լիցքի ողջ զանգվածով: Ստացված խառնուրդի ձուլակտորը մանրացվում է կտորների և ենթարկվում վակուումային-ջերմային մշակման 1800-2000 C ջերմաստիճանում գրաֆիտային տաքացուցիչով վառարանում ~ 0,13 Պա մնացորդային ճնշման տակ, որպեսզի հեռացվի ալյումինի մեծ մասը (0,2% պարունակությամբ): ): Այնուհետև մաքրման հալեցումն իրականացվում է էլեկտրոնային ճառագայթով վառարանում՝ ստանալով բարձր մաքրության նիոբիումի ձուլակտորներ՝ անմաքրության պարունակությամբ,%՝ 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.

Սկզբունքորեն, տանտալի ալյումինաջերմային արտադրությունը հնարավոր է, բայց գործընթացը որոշ չափով ավելի բարդ է: Կրճատման ռեակցիայի հատուկ ջերմային ազդեցությունը 895 կՋ / կգ լիցք է: Տանտալի և նրա համաձուլվածքների ալյումինի հալման բարձր ջերմաստիճանի պատճառով երկաթի օքսիդը լիցքավորվում է ձուլակտորը հալեցնելու համար (7-7,5% երկաթով և 1,5% ալյումինով համաձուլվածքի արտադրության հիման վրա), ինչպես նաև ջեռուցում։ հավելում - կալիումի քլորատ (Բերթոլեի աղ) ... Լիցքի հետ խառնարանը տեղադրվում է վառարանում: 925 ° C-ում սկսվում է ինքնաբուխ ռեակցիա: Տանտալի արդյունահանումը համաձուլվածքի մեջ կազմում է մոտ 90%:

Վակուումային-ջերմային մշակումից և էլեկտրոնային ճառագայթներով հալվելուց հետո տանտալի ձուլակտորներն ունեն բարձր մաքրություն, որը համեմատելի է վերը նշված նիոբիումի հետ:

Տանտալի և նիոբիումի ստացում դրանց քլորիդների ջրածնով վերականգնմամբ

Տարբեր մեթոդներ են մշակվել դրանց քլորիդներից տանտալի և նիոբիումի վերացման համար՝ մագնեզիումով, նատրիումով և ջրածնով վերականգնում։ Ջրածնի հետ կրճատման որոշ տարբերակներ առավել խոստումնալից են, մասնավորապես, ստորև դիտարկված մեթոդը ջեռուցվող ենթաշերտերի վրա քլորիդային գոլորշիների կրճատման համար կոմպակտ մետաղական ձող ստանալու համար:

Նկ. 30-ը ցույց է տալիս տանտալ արտադրելու տեղակայման գծապատկերը՝ TaC15 գոլորշիները ջրածնով նվազեցնելու միջոցով տանտալի շերտի վրա, որը տաքացվում է մինչև 1200-1400 ° C: Ջրածնի հետ խառնված TaCI5 գոլորշիները գոլորշիչից սնվում են ռեակտոր, որի կենտրոնում կա տանտալի ժապավեն, որը տաքացվում է էլեկտրական հոսանքի ուղիղ անցմամբ մինչև կանխորոշված ​​ջերմաստիճան: Գոտու երկարությամբ գոլորշի-գազի խառնուրդի միատեսակ բաշխման և դրա մակերեսին ուղղահայաց հոսք ապահովելու համար գոտու շուրջ տեղադրվում է անցքերով չժանգոտվող պողպատից էկրան։ Տաքացած մակերեսի վրա տեղի է ունենում ռեակցիա.

TaC15 + 2,5 H2 = Ta + 5 HCl; AG ° m k = -512 կՋ: (2.31)

Բրինձ. 30. Ջրածնով տանտալի պենտաքլորիդի վերացման տեղակայման սխեման. 1 - ռեակտորի եզր; 2 - մեկուսացված էլեկտրամատակարարում; 3 - կռվան կոնտակտներ; 4 - կոնդենսատոր չպատասխանված քլորիդի համար; 5 - տանտալ ժապավեն; 6 - անցքերով էկրաններ, - 7 - ռեակտորային անոթ; 8 - ռեակտորի ջեռուցիչ; 9 - ջեռուցվող ռոտաչափ; 10 - ասեղ փական; 11 - գոլորշիչի էլեկտրական վառարան; 12 - տանտալ պենտաքլորիդի գոլորշիացնող սարք; 13 - պտտաչափ ջրածնի համար

Տանտալի նստեցման օպտիմալ պայմաններ. ժապավենի ջերմաստիճանը 1200-1300 ° C, TaCl5-ի կոնցենտրացիան գազային խառնուրդում ~ 0,2 մոլ/մոլ խառնուրդ: Այս պայմաններում նստեցման արագությունը կազմում է 2,5-3,6 գ/(սմ2 ժ) (կամ 1,5-2,1 մմ/ժ), Այսպիսով, 24 ժամում ստացվում է մաքուր տանտալի ձող՝ 24-25 մմ միջին տրամագծով, որը կարող է. գլորվել թերթիկի մեջ, որն օգտագործվում է էլեկտրոնային ճառագայթով հնոցում հալվելու համար կամ վերածվում է բարձր մաքրության փոշիների (փոշի ջրածինացման, մանրացման և ջրազրկման միջոցով): Քլորիդի փոխակերպումը (ուղղակի արդյունահանումը ծածկույթի) կազմում է 20-30%: Չպատասխանված քլորիդը խտացվում և նորից օգտագործվում է: Էլեկտրաէներգիայի սպառումը հավասար է 7-15 կՎտժ-ի 1 կգ տանտալի դիմաց՝ կախված ընդունված ռեժիմից։

HCI-ի գոլորշիների տարանջատումից հետո ջրում կլանման միջոցով ջրածինը կարող է վերադարձվել գործընթաց:

Նիոբիումի ձողերը կարելի է ձեռք բերել նաև նկարագրված մեթոդով։ Նիոբիումի նստեցման օպտիմալ պայմաններ՝ ժապավենի ջերմաստիճան 1000-1300 C, պենտաքլորիդի կոնցենտրացիան 0,1-0,2 մոլ/մոլ գազային խառնուրդ: Մետաղի նստեցման արագությունը 0,7-1,5 գ / (սմ2-ժ) է, քլորիդի մետաղի փոխակերպման աստիճանը կազմում է 15-30%, էներգիայի սպառումը 17-22 կՎտ * ժ / կգ մետաղ է: Նիոբիումի գործընթացին նպաստում է այն փաստը, որ NbCl5-ի մի մասը կրճատվում է ռեակտորի ծավալով տաքացվող ժապավենից որոշակի հեռավորության վրա մինչև ոչ անկայուն NbCl3, որը նստում է ռեակտորի պատերին:

Էլեկտրոլիտիկ մեթոդ տանտալի արտադրության համար

Տանտալը և նիոբիումը չեն կարող մեկուսացվել ջրային լուծույթներից էլեկտրոլիզի միջոցով: Բոլոր մշակված գործընթացները հիմնված են հալած միջավայրի էլեկտրոլիզի վրա:

Արդյունաբերական պրակտիկայում մեթոդը օգտագործվում է տանտալ ստանալու համար։ Այսպիսով, մի քանի տարի տանտալի էլեկտրոլիտիկ մեթոդն օգտագործվում է Fenstil ընկերության կողմից (ԱՄՆ), Ճապոնիայում արտադրվող տանտալի մի մասը ներկայումս ստացվում է էլեկտրոլիզով։ ԽՍՀՄ-ում մեթոդի լայնածավալ հետազոտական ​​և արդյունաբերական փորձարկումներ են իրականացվել։

Տանտալի էլեկտրոլիտիկ արտադրության մեթոդը նման է ալյումինի արտադրության մեթոդին:

Էլեկտրոլիտը հիմնված է հալած աղի վրա՝ K2TaF7 - KF - - KC1, որի մեջ լուծված է տանտալի օքսիդ Ta205: Միայն մեկ աղ՝ K2TaF7 պարունակող էլեկտրոլիտի օգտագործումը գործնականում անհնար է գրաֆիտային անոդ օգտագործելիս շարունակական անոդի ազդեցության պատճառով: Էլեկտրոլիզը հնարավոր է K2TaF7, KC1 և NaCl պարունակող լոգարանում: Այս էլեկտրոլիտի թերությունը էլեկտրոլիզի ընթացքում նրա մեջ ֆտորիդային աղերի կուտակումն է, ինչը հանգեցնում է կրիտիկական հոսանքի խտության նվազմանը և պահանջում է լոգանքի կազմի ճշգրտում։ Այս թերությունը վերացվում է էլեկտրոլիտի մեջ Ta205 ներմուծելով: Այս դեպքում էլեկտրոլիզի արդյունքը տանտալի օքսիդի էլեկտրոլիտիկ տարրալուծումն է՝ կաթոդում տանտալի արտազատմամբ, իսկ թթվածնի անոդում, որը փոխազդում է անոդի գրաֆիտի հետ՝ առաջացնելով CO2 և CO2։ Բացի այդ, հալած աղի մեջ Ta205-ի ներմուծումը բարելավում է գրաֆիտի անոդի թրջումը հալվածքով և մեծացնում է կրիտիկական հոսանքի խտությունը:

Էլեկտրոլիտային բաղադրության ընտրությունը հիմնված է K2TaF7-KCl-KF եռակի համակարգի ուսումնասիրությունների տվյալների վրա (նկ. 31): Այս համակարգը պարունակում է երկու կրկնակի աղեր՝ K2TaF7 KF (կամ KjTaFg) և K2TaF7 KC1 (կամ K3TaF7Cl), երկու եռական էվեկտիկա՝ Ei և E2, որոնք հալվում են համապատասխանաբար 580 և 710 C ջերմաստիճանում, և պերիտեկտիկական կետ P՝ 678°C ջերմաստիճանում: Երբ Ta205-ը ներմուծվում է հալոցքի մեջ, այն փոխազդում է ֆտորտանտալատների հետ՝ առաջացնելով օքսոֆտորոտանտալատ.

3K3TaF8 + Ta2Os + 6KF = 5K3TaOF6: (2.32)

K3TaF7Cl-ի հետ ռեակցիան ընթանում է նույն կերպ։ Տանտալի օքսոֆտորիդային համալիրների առաջացումը որոշում է Ta205-ի լուծելիությունը էլեկտրոլիտում: Սահմանափակող լուծելիությունը կախված է հալոցքում K3TaF8-ի պարունակությունից և համապատասխանում է ռեակցիայի ստոյքիոմետրիկությանը (2.32):

Ելնելով էլեկտրոլիտի բաղադրության էլեկտրոլիզի պարամետրերի վրա (կրիտիկական հոսանքի խտություն, հոսանքի արդյունավետություն, արդյունահանում, տանտալի փոշու որակ) ազդեցության վերաբերյալ տվյալների հիման վրա խորհրդային հետազոտողները առաջարկել են էլեկտրոլիտի հետևյալ օպտիմալ բաղադրությունը՝ 12,5% (ըստ քաշի) K2TaF7, մնացածը KC1 և KF 2:1-ի նկատմամբ (ըստ քաշի): Ներդրված Ta2Os-ի կոնցենտրացիան կազմում է 2,5-3,5% (ըստ կշռի): Այս էլեկտրոլիտում 700-800 ° C ջերմաստիճանում, երբ օգտագործվում է գրաֆիտային անոդ, օքսոֆտորիդային համալիրի տարրալուծման լարումը կազմում է 1,4 Վ, մինչդեռ KF-ի և KC1-ի համար տարրալուծման լարումները համապատասխանաբար ~ 3,4 Վ և ~ 4,6 Վ են:

КС I K2TaF, -KCl KJaFf

Բրինձ. 31. K2TaF7-KF-KCl համակարգի հալման դիագրամ

Էլեկտրոլիզի ժամանակ կաթոդում տեղի է ունենում Ta5 + կատիոնների աստիճանական արտանետում.

Ta5 + + 2e> Ta3 + + be * Ta0:

Անոդում պրոցեսները կարող են ներկայացվել ռեակցիաներով՝ TaOF63 "- Ze = TaFs + F" + 0; 20 + C = CO2; CO2 + C = 2CO; TaFj + 3F ~ = TaF | ~. TaF | ~ իոնները, արձագանքելով հալվածքի մեջ մտցված Ta2Os-ի հետ, կրկին ձևավորում են TaOF | ~ իոններ: 700-750 ° C էլեկտրոլիզի ջերմաստիճանում գազերի բաղադրությունը պարունակում է -95% CO2, 5-7% CO2; 0.2-

ԽՍՀՄ-ում փորձարկված էլեկտրոլիտիկ բջիջների նմուշներից լավագույն արդյունքները ձեռք են բերվել նրանցում, որտեղ կաթոդը գտնվում է կենտրոնում գտնվող նիկելի խառնարանով (կամ նիկելի համաձուլվածքով քրոմով):

Նկար 32։ Էլեկտրոլիտիկ բջիջ տանտալի արտադրության համար.

1 - բունկեր Ta205 կերակրման սնուցմամբ; 2 - սնուցող էլեկտրամագնիսական վիբրատոր; 3 - ամրացում անոդի համար ամրացմամբ; 4 - սնամեջ գրաֆիտային անոդ պատի մեջ անցքերով; 5 - խառնարան-կաթոդ պատրաստված նիկրոմից; 6 - ծածկույթ; 7 - ջերմամեկուսիչ ապակի; 8 - ղեկ մեքենան բարձրացնելու համար; 9 - հոսանքի մատակարարման համար գավազանով խրոց

Որը խոռոչ գրաֆիտային անոդ է՝ պատերին անցքերով (նկ. 32): Տանտալի օքսիդը պարբերաբար սնվում է ավտոմատ թրթռացող սնուցողով դեպի խոռոչ անոդ: Սնուցման այս եղանակով բացառվում է կաթոդի հանքավայրի մեխանիկական աղտոտումը չլուծված տանտալ պենտօքսիդով: Գազերը հեռացվում են օդանավի ներծծման միջոցով: 700-720 C էլեկտրոլիզի ջերմաստիճանի դեպքում, Ta205 բաղնիքի շարունակական մատակարարումը (այսինքն, անոդային էֆեկտների նվազագույն քանակով), կաթոդի հոսանքի խտությունը 30-50 Ա / դմ2 և DjDk = 2 * 4 հարաբերակցությունը, տանտալի ուղղակի արդյունահանումը կազմում է 87-93%, բերքատվությունը ներկայիս 80% է:

Էլեկտրոլիզը կատարվում է այնքան ժամանակ, մինչև կարասի օգտակար ծավալի 2/3-ը լցվի կաթոդային նստվածքով։ Էլեկտրոլիզի վերջում անոդը բարձրացվում է, և էլեկտրոլիտը կաթոդի նստվածքի հետ միասին սառչում է: Կաթոդի արտադրանքի մշակման երկու եղանակ կա՝ էլեկտրոլիտը տանտալի փոշու մասնիկներից առանձնացնելու համար՝ մանրացնել օդի բաժանմամբ և վակուումային-ջերմային մաքրում։

Վակուում-ջերմային մեթոդը, որը մշակվել է ԽՍՀՄ-ում, բաղկացած է աղերի հիմնական մասը տանտալից առանձնացնելուց՝ հալեցնելով (հալելով) արգոն մթնոլորտում, որին հաջորդում է մնացորդը գոլորշիացնելով վակուումում 900 C ջերմաստիճանում: Հալված և խտացված էլեկտրոլիտը վերադարձել է էլեկտրոլիզի:

Այն մանրացնելով 30-70 մկմ օդային տարանջատմամբ, իսկ վակուումային ջերմամշակման ժամանակ՝ 100-120 մկմ։

Նիոբիումի արտադրությունը օքսիֆտորիդ-քլորիդ էլեկտրոլիտներից, ինչպես տանտալը, դրական արդյունք չի տվել այն պատճառով, որ կաթոդում արտանետման ժամանակ առաջանում են ստորին օքսիդներ՝ աղտոտելով մետաղը։ Ընթացիկ արտադրանքը ցածր է:

Նիոբիումի (ինչպես նաև տանտալի) համար խոստումնալից են թթվածնազուրկ էլեկտրոլիտները։ Նիոբիումի և տանտալի պենտաքլորիդները լուծվում են հալված ալկալի մետաղների քլորիդներում՝ առաջացնելով բարդ աղեր A/eNbCl6 և MeTaCl6: Այս բարդույթների էլեկտրոլիտիկ տարրալուծման ժամանակ կաթոդում առաջանում են նիոբիումի և տանտալի կոպիտ բյուրեղային նստվածքներ, իսկ գրաֆիտի անոդում՝ քլորը։

Սոցիալ-տնտեսական և հումանիտար գիտություններ

UDC 553.98 «=»:

ՆԻՈԲԻՈՒՄԻ ՄԱՅՆԻՆԳ ՌՈՒՍԱՍՏԱՆՈՒՄ

Գ.Յու. Բոյարկո *, Վ. Յու. Խատկով **

, * Տոմսկի պոլիտեխնիկական համալսարան

** Ռուսաստանի Դաշնության Կառավարության գրասենյակ. ""

Էլ. [էլփոստը պաշտպանված է]

Նիոբիումը Ռուսաստանում արդյունահանվում է Լովոզերոյի հանքավայրում (Մուրմանսկի մարզ) լոպարիտային խտանյութի և թաթարական հանքավայրում (Կրասնոյարսկի մարզ) պիրոքլորի խտանյութի տեսքով և վերամշակվում է Սոլիկամսկի մագնեզիումում (Պերմի մարզ) և Կլյուչևսկոյ ֆերոհամաձուլվածքը ( Սվերդլովսկի մարզ) գործարաններ: Նիոբիումի ռուս սպառողների՝ հանքարդյունաբերական ձեռնարկությունների հետ ուղղահայաց ինտեգրման արդյունքում նիոբիումի արտադրանքի ներմուծումից կախվածությունը վերացվել է: Հնարավոր է ներգրավվել հազվագյուտ հողերի նիոբիումի նոր հանքավայրի՝ Tomtor (Հանրապետություն) արտադրության մեջ: Սախա-Յակուտիայի) և վերականգնել արտադրության նախկին մակարդակը Էտիկինսկի տանտալ-նիոբիումի հանքավայրում (Չիտայի շրջան): Որպես բրազիլական նիոբիում արտադրողների բնական մենաշնորհ, նիոբիումի արդյունահանման ռուսական ձեռնարկությունները պետք է կենտրոնանան հիմնականում Ռուսաստանի, Ուկրաինայի մետալուրգիական շուկայի վրա, Ղազախստան և Չինաստան.

Նիոբիումը ծանր հրակայուն մետաղ է՝ բարձր ճկունությամբ, կոռոզիոն դիմադրությամբ, լավ եռակցությամբ և փոքր ջերմային նեյտրոնային խաչմերուկով: Այն ջերմակայուն և գերհաղորդիչ համաձուլվածքների մի մասն է, իսկ նիոբիումով համաձուլված պողպատներն ունեն բարձր ամրություն և զգալի ճկունություն, ցրտահարության և կոռոզիայից դիմադրություն։ Նիոբիումի հիմնական սպառումը բաժին է ընկնում ցածր լեգիրված (0,07 ... 0,08% N)) պողպատներից հիմնական խողովակաշարերի մեծ տրամագծով խողովակների արտադրությանը: Ցածր լեգիրված նիոբիումային պողպատներն օգտագործվում են շինարարական կառույցների, կամուրջների, ճանապարհների և հանքարդյունաբերության, օդանավերի և ավտոմոբիլների արտադրության, խորը նավթի հորատման սարքավորումների, քիմիական և նավթաքիմիական արդյունաբերության սարքավորումների արտադրության մեջ և այլն: Նիոբիումի համաձուլվածքները անագի, տիտանի և ցիրկոնիումի հետ լայնորեն օգտագործվում են գերհաղորդիչ էլեկտրամագնիսների արտադրության մեջ հզոր էլեկտրամագնիսների համար, որոնք օգտագործվում են մագնիսական բաժանարարներում, լիցքավորված մասնիկների արագացուցիչներում և MHD գեներատորներում: Լիթիումի և կապարի նիոբատների սինթետիկ միաբյուրեղները օգտագործվում են օպտիկական փեղկերում և ակուստոէլեկտրոնային սարքերում: Նիոբիումի համաշխարհային սպառման ծավալը կազմում է տարեկան 25 ... 26 հազար տոննա, իսկ դրա հստակ աճը նկատվում է տարեկան 2 ... 2,5%-ով։ Նիոբիումի սպառման առաջատարներն են Ճապոնիան (համաշխարհային պահանջարկի 30%-ը), ԱՄՆ-ը (մոտ 25%) և Եվրամիության երկրները։ Նիոբիումի արտադրանքի գները ներկայացված են աղյուսակում: Գ

Նիոբիումը արդյունահանվում է հիդրոմետալուրգիական և պիրոմետալուրգիական մեթոդներով նիոբիումի միներալների խտանյութերից՝ պիրոքլորից (NaCaNb206F) (համաշխարհային պաշարի մինչև 90%), կոլումբիտ-տանտալիտից ((Fe, Mn) (Nb, Ta) 206) (մինչև 5%): ) և լոպարիտ (( Ca, TR) (Ti, Ta, Nb) 02) (միայն Ռուսաստանում): Դրանց մշակման ընթացքում տանտալը միաժամանակ արդյունահանվում է (Ta/Nb = 1/10 հարաբերակցությամբ), իսկ լոպարիտից արդյունահանվում են նաև հազվագյուտ հողային մետաղներ և տիտան։

Նիոբիումի համաշխարհային արտադրությունը կազմում է 25,7 հազար տոննա (2002 թ.), ընդ որում 22 հազար տոննան բաժին է ընկնում բրազիլական Companhia Brasileira de Metalurgia e Minera ^ So Cia Brasileira de Metalurgia Minera? Ao (CBMM), որը բնական մենաշնորհ է պիրոքլորային խտանյութերի արտադրության մեջ: , ֆերոնիոբիում (տարեկան մինչև 18 հզ. տոննա), նիոբիում

Աղյուսակ. Նիոբիումի (և հարակից տանտալի) արտադրանքի գները

Ապրանքային ապրանքների գները, ԱՄՆ դոլար մեկ կգ-ի համար

Պիրոքլորային խտանյութ (N ^ 05-ով) 6.0 ... 6.5

Կոլումբիտի խտանյութ (N1 ^ 05-ով) 6.5 ... 7.0

Տանտալիտի խտանյութ (Ta205-ի առումով) 65 .. / 75

Լոպարիտի խտանյութ 1,1-

Ֆերոնիոբիում 14.5 ... 15.5

Նիոբիում մետաղ 14.0 .. L 4.5

Տանտալի փոշի ■ 200 ... 230

Մետաղական տանտալ 200 ... 210

թալիկ և տանտալ: Այն արդյունահանում է Արաշա կարբոնատիտե լեռնազանգվածի (Ամազոնասի նահանգ) տարածքային եղանակային ընդերքը՝ 2,5% Nb205 (4,3 մլրդ տոննա հանքաքար) միջին պարունակությամբ և Պիտանգայի անագ հանքաքարի հանքավայրը, որը պարունակում է 4,3% Nb205 (30 մլն տոննա հանքաքար): CBMM խտանյութերի մի մասը վերամշակվում է Catalao de Goäis (Mineralo Cataloa) համախմբված ընկերության կողմից, որն արտադրում է տարեկան մինչև 3,5 հազար տոննա ֆերոնիոբիում: Որպես պահեստային Բրազիլիայում ներսում ազգային պարկՊիկո դա Նեբլինան Սեյս Լագոսի հանքավայրն է՝ 2,9 մլրդ տոննա հանքաքարի պաշարներով, միջին Nb205 2,8% պարունակությամբ։ Կանադայում նիոբիումի հանքաքարը արդյունահանվում է Սենտ Օնորե հանքավայրում (Նիոբեկի հանքավայր, Քվեբեկ)՝ 0,6% Nb205 միջին պարունակությամբ։ Հանքաքարերի արդյունահանմամբ և խտանյութերի վերամշակմամբ զբաղվում են երկու ընկերություններ՝ Teck Corp. եւ Cambior Inc.-ը, որը 2002 թվականին համաշխարհային շուկա է մատակարարել 3,2 հազար տոննա ֆեռոնիոբիում։ Չափազանց փոքր քանակությամբ նիոբիումի տարբեր արտադրանքներ (հիմնականում պիրոքլորի խտանյութեր) արտադրվում են Ավստրալիայում (Կանաչ թփեր), Նիգերիայում (Ջո սարահարթ), Մոզամբիկում (Մբեյա), Զամբիայում (Լյուեշ) և Կոնգոյում (Մանոնո Կիտոլոլո):

Պլանավորված տնտեսության դարաշրջանում ԽՍՀՄ-ը արդյունահանել և արտադրել է մինչև 2000 տոննա նիոբիումի արտադրանք (նիոբիումի օքսիդով)՝ զբաղեցնելով երրորդ տեղը՝ արտադրության առումով (Բրազիլիայից և Կանադայից հետո) և չորրորդը՝ սպառման առումով (Ճապոնիայից հետո, Միացյալ Նահանգները և Գերմանիան): Ընդհանուր տնտեսական տարածքի փլուզումից հետո ԱՊՀ-ի ազգային անկլավների մեջ հազվագյուտ մետաղների արդյունաբերության տեխնոլոգիական շղթան կոտրվեց, և դրա որոշ բեկորներ դարձան ոչ եկամտաբեր: Արդյունքում, ռուս սպառողները ստիպված եղան բավարարել նիոբիումի իրենց կարիքները՝ արտահանելով տարեկան 100 ... 200 տոննա նիոբիումի համաձուլվածքներ (հիմնականում Բրազիլիայից)։

Ռուսաստանում միակ գոյատևած հանքարդյունաբերական ձեռնարկությունը Severnye Rare Metals ԲԲԸ-ն է (նախկինում՝ Lovozersky GOK) Մուրմանսկի շրջանի Ռևդինսկի շրջանի Լովոզերո գյուղում և նրա հանքարդյունաբերության օպերատորը՝ OJSC Lovozero Mining Company, Կարնասուրտ և Ումբոզերո հանքերում: Այստեղ, Lovozero հազվագյուտ հողային-նիոբիում-տանտալի հանքավայրում, որը եզակի է պաշարներով (Nb205-ի պարունակությամբ աղքատ՝ ընդամենը 0,24%), տարեկան արդյունահանվել է մինչև 25 հազար տոննա լոպարիտ խտանյութ լոպարիտ պարունակող նեֆելինային սիենիտներից, որոնք պարունակում են. 6 ... 8% Nb, 0, 5% Ta, 36 ... 38% TR և 38 ... 42% Ti: Մինչև 10 հազար տոննա լոպարիտի խտանյութ վերամշակվում է Սոլիկամսկի մագնեզիումի գործարան ԲԲԸ-ում (հիմնական սեփականատերը «Ռուսաստանի աճի հիմնադրամ» ՀՁ-ն է), որտեղ քլորացման միջոցով ստացվում է նիոբիումի հիդրօքսիդ, որը միջին արտադրանք է մետաղական նիոբիումի արտադրության համար (բ. Իրտիշ քիմիական և մետալուրգիական գործարան Ուստ-Կամենոգորսկում, Ղազախստան): Ներկայումս Սոլիկամսկի մագնեզիումի գործարանը տարեկան արտադրում է 700 ... 750 տոննա նիոբիումի օքսիդ և 70 ... 80 տոննա տանտալի օքսիդ, որոնք լիովին նախկինում են:

նավահանգիստ. Մնացած 10 ... 12 հազ. Տլոպարիտի խտանյութը նախկինում մշակվել է A5> 8Pte1-ում (Sillamae, Էստոնիա)՝ համաձայն ծծմբաթթվի սխեմայի՝ վերածվելով մետաղական նիոբիումի և ֆերոնիոբիումի: Ներկայումս 5Pte1-ը հրաժարվել է լոպարիտի հումք գնելուց և անցել է ավելի տեխնոլոգիապես առաջադեմ պիրոքլորի խտանյութերի Բրազիլիայից և Նիգերիայից: Ըստ այդմ, «Սև-Ռեդմետ»-ի կողմից լոպարիտի խտանյութի արտադրությունը նույնպես ընկավ (մինչև 8 ... 10 հազար տոննա), ինչը այս ձեռնարկությունը հասցրեց սնանկության եզրին։ Պահանջվող ներդրումների բացակայության պատճառով (100 մլն ԱՄՆ դոլար) 2000 թվականին սեփական հիդրոմետալուրգիական արտադրությունը ֆեռոնիոբիումի արտադրությամբ կազմակերպելու փորձը հաջողությամբ չպսակվեց։ Ներկայումս AO Sevredmet-ի սեփականատերը Սոլիկամսկի մագնեզիումի գործարանի համասեփականատեր FTK (Ֆինանսներ, Տեխնոլոգիա, Խորհրդատվություն) (Մոսկվա) ՓԲԸ ընկերությունն է (բաժնետոմսերի 14%), սակայն ստեղծված իրավիճակից իրական ելք չկա: լոպարիտ հումքի սահմանափակ պահանջարկը: Իրտիշի քիմիական և մետալուրգիական գործարանը նույնպես սնանկության եզրին էր և մինչև 1996 թվականը դադարեցրեց նիոբիումի արտադրանքի արտադրությունը, բայց 2000 թվականին նրանից առանձնացվեց KazNiobiy IHMZ LLP-ի կարող ստորաբաժանումը, որը սկսեց արտադրել մինչև 60 ... 80: տոննա մետաղական նիոբիում տարեկան, օգտագործելով Solikamsk նիոբիումի հիդրօքսիդը օգտագործվում է որպես հումք: ԱՊՀ-ում տանտալի արդյունաբերական արտադրանքի վերամշակումն իրականացվում է ԲԲԸ Ուլբա մետալուրգիական գործարան ՆԱԿ Կազատոմպրոմում (Ուստ-Կամենոգորսկ, Ղազախստանի Հանրապետություն), որտեղ արտադրվում են նիոբիումի արտադրանքներ՝ փոշի, ձուլակտորներ, գլանվածք:

Ռուսական այլ ձեռնարկություններ, որոնք նախկինում աշխատում էին ավելի հարուստ հանքաքարերի վրա, դրանք մշակեցին մինչև 20-րդ դարի 90-ական թվականները և շուկայական տնտեսության անցնելու ժամանակ փակեցին իրենց ոչ եկամտաբեր արդյունաբերությունը։ Սրանք Վիշնևոգորսկի հանքարդյունաբերության վարչությունն են (Չելյաբինսկի մարզ), որը մշակել է համանուն հանքավայրը, Մալիշևսկոե ՌՀ (Սվերդլովսկի մարզ), հազվագյուտ մետաղների պեգմատիտների լինդենի մարգագետնում, Օրլովսկի ԳՕԿ (Չիտայի շրջան) հանքավայրը, որը մշակել է. Օրլովսկոյե հանքավայրը և Զաբայկալսկի հանքարդյունաբերական ձեռնարկությունը (Չիտայի շրջան), որը կանգնեցրեց Զավիտկովսկոյե և Էտիկինսկոյե հանքավայրերը: Այս ձեռնարկությունների պիրոքլորի և կոլումբիտ-տանտալիտի խտանյութերը վերամշակվել են Կլյուչևսկոյ ֆերոլալաձուլման գործարանում (Դվուրեչենսկի բնակավայր, Սիսերսկի շրջան, Սվերդլովսկի մարզ), որը նրանցից արտադրել է ֆերոնիոբիում և նիոբիումի հիմնական համաձուլվածքներ։

Ռուսաստանում հազվագյուտ մետաղների արդյունաբերության բարելավումը տեղի է ունեցել նիոբիումի սպառողների՝ OAO Severstal-ի Չերեպովեցյան մետալուրգների նախաձեռնությամբ (Չերեպովեց, Վոլոգդայի մարզ): Նիոբիումից արտահանման կախվածությունը վերացնելու նպատակով այս հոլդինգը կազմակերպել է Stalmag (Կրասնոյարսկ) ԲԲԸ դուստր ձեռնարկությունը՝ պիրոքլորային խտանյութերի արդյունահանման համար թաթարական վերմիկուլիտ-նիոբատ-ֆոսֆորային հանքավայրի կեղևից պիրոքլորային խտանյութեր արդյունահանելու համանուն կարբոնատիտ զանգվածի վրա,

դրված է Մոտիգինսկի թաղամասում Կրասնոյարսկի երկրամաս|9 |. 2000 թ. վերջում. Այս հանքավայրում գործարկվել է տարեկան մինչև 90 հազար տոննա հանքաքար հզորությամբ առաջնային վերամշակման գործարան։ Ստացված խտանյութից, որը մատակարարվում է Կլյուչևսկու Ֆեռոհամաձուլվածքի գործարանին, տարեկան արտադրվում է 150: .. 200 տոննա ֆերոնիոբիում: Երկրորդ փուլի ներդրմամբ հանքի արտադրողականությունը կկրկնապատկվի.

2001 թվականին Զաբայկալսկի ԳՕԿ-ը (Պերվոմայսկի բնակավայր, Շիլկինսկի շրջան, Չիտայի շրջան), որը վերջին տարիներին արդյունահանում էր ֆտորիտ և ոսկի, վերսկսեց Էտիկինսկի տանտալ-նիոբիում-անագի հանքավայրի արդյունահանումը Էտիկինսկի զանգվածի հազվագյուտ մետաղական գրանիտներում: Հանքաքարերում տանտալի միջին պարունակությունը կազմում է 0,031%, նիոբիումը՝ 0,1%, անագինը 0,2% է։ 2001-ին արդյունահանվել է (մետաղական առումով) 40 տոննա տանտալ, 60 տոննա նիոբիում, 100 տոննա անագ։ Մինչեւ 2005 թվականը նախատեսվում է հինգ անգամ ավելացնել արտադրական հզորությունները։ Պերվոմայսկի գյուղում Zabaikalsky GOK-ի հիման վրա ընթանում է կալիումի ֆտորանտտալատի և նիոբիումի պենտօքսիդի արտադրության հիդրոմետալուրգիական խանութի կառուցումը։ Էտիկինսկի հանքաքարերը կարող են արդյունահանվել նաև «իսկ հանքաքարերում N20 միջին խտությամբ լիթիումի խտանյութեր՝ 0,11%։ Պետական ​​ծրագրի շրջանակներում» Լիթիումի, բերիլիումի, տանտալի, անագի, նիոբիումի արդյունահանում, արտադրություն և սպառում (LIBTON) «Նախատեսվում է նաև վերսկսել Zabaikalsky GOK-ի արդյունահանումը սպոդումեն պեգմատիտների Զավիտինսկի լիթիում-նիոբիումային հանքավայրում։

լավ արտադրանք հանքաքարերում Ta205 միջին պարունակությամբ -0,0139% և N> 205 -0,02%:

ZAO Alrosa ընկերությունը (Միրնի, Սախա-Յակուտիայի Հանրապետություն) իր ադամանդի բիզնեսը դիվերսիֆիկացնելու ծրագրով պատրաստում է հանքարդյունաբերական նախագիծ Բերնի տեղանքի՝ Tomtor նիոբիումի հազվագյուտ հողերի հանքավայրի զարգացման համար, որը եզակի է պաշարների առումով: և հանքաքարի որակը, Սախա-Յակուտիայի Հանրապետության Օլենեկսկի ուլուսում։ Հանքավայրի այս բեկորը գրեթե շեղվող լճափնյա շերտ է, որը ձևավորվել է Թոմտոր կարբոնատիտե զանգվածի եղանակային կեղևի լվացման արդյունքում: Lb205-ի միջին պարունակությունն այստեղ կազմում է 6,71%, Y՝ 0,59%, ST11՝ 9,53%։ Բերնի տեղանքի զարգացման նախագիծը նախատեսում է ապարների զանգվածի վերամշակման սկզբնական տարեկան ծավալ՝ 13,73 հազար մ3, և պիրոքլորի խտանյութի արդյունահանում, որը պարունակում է 583 տ Lb205, և հազվագյուտ հողային խտանյութ, որը պարունակում է 690 տ հազվագյուտ հողային մետաղների օքսիդներ (V203, CeO2): , La203, Pr6Ou, Ssh203, No 203, Eu203, 8s203): Հետագայում նախատեսվում է արտադրական հզորությունները հասցնել 30 հազար մ3 հանքաքարի և արտադրել մինչև 2000 տոննա պիրոքլորի խտանյութ՝ թիվ 205-ի առումով։

Տուլունսկի մարզում Բելոզիմինսկի նիոբիում-ֆոսֆատի հանքավայրի հետախուզման ժամանակ (1984-1986 թթ.) գոյություն է ունեցել փորձնական փոքր արտադրամաս: Իրկուտսկի մարզ... Հանքային գոյացությունները ներկայացնում են կարբոնատիտների վրա (պարունակում է 0,24% Ni>205) տարածքային եղանակային ընդերքը, որոնց հարուստ բլոկներում հիմնական և Յագոդնի տարածքներում ML205-ի միջին պարունակությունը համապատասխանաբար կազմում է 1,06 և 1,39%: Այնուամենայնիվ, խաչմերուկը

Նկարչություն. Նիոբիումի դասավորությունը. հանքավայրեր և ընկերություններ, որոնք արդյունահանում և վերամշակում են նիոբիում:

1) նիոբիումի հանքավայրեր ■ 2) նիոբիումի արդյունահանող ընկերությունների պաշարներ. 3 ~ 5) հանքեր. 6) վերամշակող ձեռնարկություններ

Nb205-ի արդյունահանումն այս փորձերում չի գերազանցել 30%-ը։ Ֆոսֆատ (ապատիտ + ֆրանկոլիտ) խտանյութը կարող է ստացվել որպես կողմնակի արտադրանք Բելոզիմինի հանքաքարերից, հանքաքարերում Р205 նախնական պարունակությունը կազմում է 11,25%:

2000 թվականին լուծարված Օրլովսկի ԳՕԿ-ի հիման վրա ստեղծվել է նոր ձեռնարկություն՝ ԲԲԸ Նովո-Օրլովսկի ԳՕԿ (Նովոորլովսկի բնակավայր, Ագինսկի շրջան, Չիտայի շրջան), թիվ 1 փորձնական հարդարման գործարան և թիվ 1 հարդարման գործարանի տանտալի բաժին։ Վերականգնվել է 2. համալիր) Օրլովսկի ԳՕԿ-ի վոլֆրամի արտադրության՝ 5190 տոննա W, 550 տոննա Nb և 440 տոննա Ta. Տանտալի և նիոբիումի գնահատված արտադրանքը տարեկան կազմում է մինչև 10 ... 20 տոննա:

Կլյուչևսկոյի ֆերոլալաձուլման գործարանում տանտալ և նիոբիում արդյունահանելու համար Նովոսիբիրսկի անագ գործարան ԲԲԸ-ում պարբերաբար վերամշակվում են անագի ձուլման խարամներ: Տարեկան վաճառքի առումով Նովոսիբիրսկի անագի գործարանի հումքից նիոբիումի և տանտալի արտադրանքը չի գերազանցել առաջին տոննան։

Պետք է նշել Ռուսաստանում նիոբիումի և տանտալ-նիոբիումի այլ հանքավայրեր.

Բոլշետագնինսկոե ֆոսֆոր-նիոբիումի հանքավայրը, որը գտնվում է Բելո-Զիմինսկի հանքավայրից 12 կմ դեպի արևմուտք (Իրկուտսկի մարզ) և սահմանափակված է համանուն կարբոնատիտե զանգվածի կալցիտա-միկրոկլինային կարբոնատիտներով։ Nb205-ի միջին պարունակությունը հանքաքարերում կազմում է 1,02%։

Սրեդնեզիմինսկոյի վնասը-նիոբիում-ֆոսֆորի հանքավայրը գտնվում է Բելո-Զիմինսկի հանքավայրից 18 կմ հարավ (Իրկուտսկի մարզ) և սահմանափակված է կալցիտա-միկրոկլինային կարբոնատիտներով: Nb205-ի միջին պարունակությունը հանքաքարերում կազմում է 0,10 ... 0,18%, ուրանի մինչև 0,02%, ֆոսֆորի 2,5 ... 3,5%: Հանքավայրը խնդրահարույց է առաջին հերթին օգտակար բաղադրիչների ցածր կոնցենտրացիաների և հանքաքարերի բարձր ռադիոակտիվության պատճառով։

Վուորիյարվինսկի նիոբիումի հանքավայրի Նեսկե-Վառա տեղանքը գտնվում է Մուրմանսկի շրջանի Կանդալակշինսկի շրջանում: Այն մեծ է

Ապատիտ-մագնետիտ բաղադրության հանքաքար՝ բադելեյիտի և պիրոքլորի ներծծմամբ: Nb2Os-ի միջին պարունակությունը տեղանքի հանքաքարերում կազմում է 0,53%, Ta205՝ 0,017%։ Հանքավայրը գտնվում է «Կովդորսկի ԳՕԿ» ԲԲԸ-ի մոտակայքում, որը արդյունահանում է երկաթի հանքաքարեր՝ կապված ապատիտի և բադցելեյտի (Zr- և TR պարունակող) խտանյութերի արտադրությամբ: Հանքավայրը մակերեսային է՝ ընդամենը 6,2 հազար տոննա Nb205 և 200 տոննա Ta205, բայց այդ հանքաքարերը տեղավորվում են Կովդորս ԳՕԿ-ի տեխնոլոգիական շղթայի մեջ, և այս օբյեկտը հեշտությամբ կարելի է շահագործման հանձնել:

Ուլուգ-Տանզոկսկի նիոբիումի հազվագյուտ հողային հանքավայրը (Տիվայի Հանրապետություն) հանքային (պիրոքլոր, կոլումբիտ-տանտալիտ, ցիրկոն, լիթիում, բերիլիում և հազվագյուտ հողային միներալներ) քվարց-ալբիտ-միկրոկլինային մետասոմատիտների հանքայնացված գոտի է։ Հանքավայրը գնահատվել է 20-րդ դարի 90-ականներին և մնացել է թերուսումնասիրված։ Բովանդակություն No 205 -0.2%, Ta205 - 0.0155%, BTI - 0.063% (yt-triium տարրերի համամասնությունը 30 ... 40%), 1l20 - 0.086.1xOr - 0.4%: Հանքաքարի հարստացման տեխնոլոգիական սխեման նախատեսում է No.>, Ta, bg, Shch.

TI (Y), և, և, YL.

Կատուգինսկոե իտրիում-նիոբիում-ցիրկոնիումի հանքաքարը կրող մերձխզվածքային ալկալային (քվարց-ալբիտ-միկրոկլին) մետասոմատիտների հանքավայրը գտնվում է Չիտայի շրջանի հյուսիսում, Բայկալ-Ամուր մայր գծի Նովայա Չարա կայանից 140 կմ հեռավորության վրա: Ni> 205-ի միջին պարունակությունը հանքաքարերում 0,31 է, Ta205-ը՝ 0,019%, 8ТYa-ն՝ 0,25% (իտրիումի տարրերի համամասնությունը՝ 40 ... 50%), g02՝ 1,38%։ Այս ոլորտի զարգացման ներդրումային նախագիծը մշակվում է Զաբայկալսկի ԳՕԿ-ի կողմից:

Գորնոզերսկոե նիոբիումի հանքավայրը գտնվում է Սախա-Յակուտիայի Հանրապետության Ուստ-Մայսկի ուլուսում և սահմանափակվում է համանուն ածխածնային-տիտիտի զանգվածով: Հանքավայրն ուսումնասիրվել է միայն մակերեսից, դրա գնահատականը շատ վատ է։ Պիրոքլորի հանքայնացումը սահմանափակվում է մագնեզիական կարբոնատիտների գծային գոտիներով: #> 205-ի միջին պարունակությունը սահմանափակ թվով նմուշների համար կազմում է 0,25%: Ավանդում հայտնաբերվել է նաև պիրոքլորային լճափնյա շերտ, որը մնացել է չգնահատված: Թոմտորի ավանդի անալոգիայով այն կարող է բավականին հարուստ լինել։

Վիշնյակովսկոե տանտալի հանքավայրը գտնվում է Իրկուտսկի մարզում, Տայշետ կայարանից 110 կմ հեռավորության վրա և կապված է նրա հետ ճանապարհով։ Մինչև 40 մ հաստությամբ հազվագյուտ մետաղական պեգմատիտների երակային մարմինները պարունակում են տանտալիտ, բերիլիում և լիպեդոլիտ (լիթիում) հանքայնացում։ Ta205-ի միջին պարունակությունը կազմում է 0,0198%, իսկ Ռյաբինովի տարածքի առանձին երակների համար՝ 0,023 ... 0,03%: Լիթիումի հնարավոր արդյունահանումը 1լ20-0,086% միջին պարունակությամբ, ինչպես նաև բերիլիում: №> 205-ի պարունակությունը բարձր չէ՝ 0,02%, սակայն տանտալի հումքի արդյունահանման ժամանակ նիոբիումը կարդյունահանվի արդեն որպես կողմնակի արտադրանք։ Ավանդը պահանջում է լրացուցիչ հետախուզում:

Ընդհանուր առմամբ, նիոբիումի հումքի արդյունահանման գործառնական հզորություններն արդեն բավարարում են ռուս մետալուրգների կարիքները նիոբիումի համաձուլվածքի հավելումներով (տարեկան 200 ... 250 տոննա), և նույնիսկ հաշվի առնելով հիմնական խողովակաշարերի պահանջարկի աճը: խողովակաշարերը, միայն Ստալմագի և Զաբայկալսկի ԳՕԿ-ի կարողությունների պլանավորված զարգացումը կարող է գերազանցել.

ծածկել պահանջարկի նոր ծավալներ մինչև 2005 թվականը (մինչև 600 ... 800 տոննա):

Sevredmet-ի և Solikamsk Iron and Steel Works-ի խնդիրները պետք է լուծվեն դրանց սեփականատերերի կողմից (FTK Company և Russia Growth Fund)՝ որպես նիոբիումի հազվագյուտ հողային բարդ հումքի մշակման միասնական տեխնոլոգիայի ստեղծման մաս՝ վերջնական շուկայական արտադրանք ստանալու համար (անհատ. հազվագյուտ հողային մետաղներ և դրանց օքսիդներ, ֆերոնիոբիում, մետաղական նիոբիում և տանտալ) և 22 ... 25 հազար տոննա լոպարիտի խտանյութի տարեկան վերամշակման համար բավարար հզորությունների ստեղծում: Այս հոլդինգը կարող է տարեկան արտադրել մինչև 1000 տոննա նիոբիում և մինչև 100 տոննա տանտալի արտադրանք։ ... ՝ ■.

Վերակառուցված Sevredmet-ի և նոր Ap-Rosy հանքարդյունաբերական ձեռնարկության արտադրանքի վաճառքը Tomtor հանքավայրում արդեն պահանջում է դուրս գալ ռուսական շուկայից: Համաշխարհային շուկա մուտք գործելը սահմանափակվում է նիոբիումի արտադրանքի համաշխարհային մենաշնորհի քաղաքականությամբ՝ բրազիլական SVMM ընկերության։ Ունենալով նիոբիումի հումքի արտադրության և վերամշակման ամենացածր ինքնարժեքը, այն կարող է վերահսկել համաշխարհային գների մակարդակը՝ կանխելով լուրջ մրցակիցների առաջացումը։ Նիոբիումի ավելցուկային արտադրանքի ռուս արտադրողները պետք է կենտրոնանան ԱՊՀ երկրների համերաշխ մետալուրգիայի շուկայի վրա (Ուկրաինա, Ղազախստան) և Չինաստանում մետալուրգիայի սպառման աճող շուկան: Բացի մետալուրգիայի ոլորտից, անհրաժեշտ է լրջորեն ուսումնասիրել առաջիկա 20 տարում համաշխարհային էներգախնայողության տեխնոլոգիաների զարգացման միտումները, որոնք հիմնված են նիոբիումի համաձուլվածքների վրա հիմնված գերհաղորդիչ էլեկտրահաղորդման համակարգերի վրա, որոնց արտադրության համար կպահանջվի մինչև 5 հազար տոննա մեկում։ տարին։

Կլյուչևսկոյ ֆերրոհամաձուլման գործարանի առկա արտադրական հզորությունը բավարար է վաճառելու համար

ՄԱՏԵՆԱԳՐՈՒԹՅՈՒՆ

1. Էլյուտին Ա.Վ., Չիստով Լ.Բ., Էպշտեյն Է.Մ. Զարգացման խնդիրներ հանքային ռեսուրսների բազանիոբիում // Ռուսաստանի հանքային պաշարներ. Տնտեսագիտություն և կառավարում

«ծուլություն. - 1999. - No 3. - S. 22-29.

2. Կուդրին Բ.Կ., Կուշպարենկո Յու..Ս., Պետրովա Ն.Վ. et al. «Հանքային հումք. Նիոբիում և տանտալ. Ձեռնարկ.

M .: Geoinformark, 1998 .-- 63 էջ.

3. Աշխարհի հանքային պաշարները 2001 թվականի սկզբին. -M .: Aerogeology, 2002 .-- T. 2.- 476 p.

4. Հանքային ապրանքների ամփոփագրեր «2003. - Pittsburgh, PA (ԱՄՆ). USGS, 2003. - 196 p.»!

5. Նիոբիում. Mineral տարեկան ակնարկ 2001. - Pittsburgh, PA (ԱՄՆ): USGS, 2002. - P. 21.1-28.14.

6. Մետաղների գները Միացյալ Նահանգներում մինչև 1998 թվականը: - Պիտսբուրգ, Պալիֆորնիա (ԱՄՆ). USGS; 1998 .-- 179 էջ.

8. Zhevelyuk I. «Որս» շարժական «գույքի համար // Nord-West-Courier. - No 41 (54): - Նոյեմբերի 21-27, 2002 թ.

տարեկան 1500 տոննա ֆերոնիոբիում, 1000 տոննա N¿-N5 համաձուլվածքի և 500 տոննա Cr-N-M-master համաձուլվածքի արտադրություն։ Այսպիսով, Stalmag, Zabaikalsky և Novo-Orlovsky GOK-ների կողմից վերամշակման համար առաջարկվող պիրոքլորային արտադրանքի ծավալները, ինչպես նաև Tomtor ավանդից առաքման համար նախատեսված ծավալները կարող են ընդունվել վերաբաշխման այս ձեռնարկության կողմից: Նիոբիումից և տանտալից առևտրային մետաղական արտադրանքի արտադրության համար Ռուսական ընկերություններԴուք կարող եք օգտագործել վճարման սխեմաներ ղազախական KazNiobiy - Իրտիշ քիմիական և մետալուրգիական գործարան և Ուլբայի մետալուրգիական գործարանի հետ աշխատելու համար: Գերհաղորդիչ նյութերի կոնյունկտուրայի բարելավման դեպքում իրատեսական է նաև Ռուսաստանի տարածքում նիոբիում գլանվածքի արտադրություն կազմակերպելու տարբերակը։ Նման արտադրություն ավելի վաղ եղել է GIREDMED-ի փորձարարական քիմիական և մետալուրգիական գործարանում (Պոդոլսկ, Մոսկվայի մարզ) և հրակայուն մետաղների և կոշտ համաձուլվածքների փորձարարական գործարանում (Մոսկվա):

Նիոբիումի արտադրանքի արդյունահանման և արտադրության նոր արդյունաբերությունների ստեղծումը հնարավոր է նաև դրանց հարակից արդյունահանման շրջանակներում այլ օգտակար հանածոների հանքավայրերի մշակման ժամանակ, օրինակ՝ Կատուգինսկի իտրիում-հազվագյուտ հող-ցիրկոնիում, Վիշնյակովսկի տանտալ, Զավիտինսկի լիթիում և այլն: նիոբիում, որը չի կարող լրջորեն ազդել շուկայի վրա իր պահանջարկի համար։

Հեռավոր պահուստի հանքավայրերի զարգացումը (Ուլուգ-Տանզեկսկի Տիվայի Հանրապետությունում և Գուսինոոզերսկի Սախա-Յակուտիայի Հանրապետությունում) նիոբիումի հումքի ավելցուկային մատակարարման պայմաններում հարուստ և հեշտ մշակվող ընկերությունների կողմից. հանքաքարը դժվար թե նպատակահարմար լինի:

9. Semenenko Y. Ռուսական նիոբիում. Առաջին ծիծեռնակը Սիբիրից // Prirodo-resourcenye vedomosti. - 31 օգոստոսի, 2001 թ., http://gazeta.priroda.ru։

10. Կայքեր Յու.Գ., Խարիտոնով Յու.Ֆ., Շևչուկ Գ.Ա. Չիտայի շրջանի հանքային ռեսուրսների բազա. Հետախուզման և զարգացման հեռանկարները. Մաս 2 // Ռուսաստանի հանքային պաշարներ. Տնտեսագիտություն և կառավարում. - 2002. -№ 5. - S. 8-20.

11. Տեմնով Ա.Բ. Տոմտորի հանքավայրի գերհարուստ հազվագյուտ մետաղական հանքաքարերի արդյունահանման երկրաբանական և տեխնիկական խնդիրները // Հազարամյակի վերջում եղանակային կեղևների բնական և տեխնածին տեղակայիչներ և հանքավայրեր. Ռեֆերատներ. հաշվետվություն XII միջ. կոնֆերանս «. - M .: IGEM RAN, 2000. - S! 345-347.

12. Epshtein E.M., Usova T.Yu., Danilchenko N.A. et al. Ռուսաստանի նիոբիում. վիճակ, հանքային ռեսուրսների բազայի զարգացման և զարգացման հեռանկարներ // Հանքային հումք. Երկրաբանական և տնտեսական շարք, թիվ 8. - M .: VIMS, 2000. - 103 p.

13. Kudrin B.C., Rozhanets A.B., Chistov L.B. և այլն: Ռուսաստանի տանտալ. վիճակ, հանքային ռեսուրսների բազայի զարգացման և զարգացման հեռանկարներ // Հանքային հումք *. Երկրաբանական և տնտեսական շարք, թիվ 4. - M .: VIMS, 1999.-90 p.

Նիոբիումի ֆիզիկական հատկությունները

Նիոբիումը փայլուն արծաթագույն-մոխրագույն մետաղ է:

Elemental niobium-ը չափազանց հրակայուն (2468 ° C) և բարձր եռացող (4927 ° C) մետաղ է, որը շատ քայքայիչ միջավայրերում բարձր դիմացկուն է: Բոլոր թթուները, բացառությամբ հիդրոֆլորաթթվի, չեն գործում դրա վրա: Օքսիդացնող թթուները «պասիվացնում են» նիոբիումը, ծածկելով այն պաշտպանիչ օքսիդ թաղանթով (թիվ 205)։ Բայց բարձր ջերմաստիճանի դեպքում նիոբիումի ռեակտիվությունը մեծանում է։ Եթե ​​150 ... 200 ° C ջերմաստիճանում օքսիդացված է միայն մետաղի փոքր մակերեսային շերտը, ապա 900 ... 1200 ° C ջերմաստիճանում օքսիդի թաղանթի հաստությունը զգալիորեն մեծանում է:

Նիոբիումի բյուրեղյա վանդակը մարմինակենտրոն խորանարդ է՝ a = 3,294A պարամետրով:

Մաքուր մետաղը ճկուն է և սառը վիճակում կարող է գլորվել բարակ թերթիկի (մինչև 0,01 մմ հաստությամբ)՝ առանց միջանկյալ եռացման։

Կարելի է նշել նիոբիումի այնպիսի հատկություններ, ինչպիսիք են հալման և եռման բարձր ջերմաստիճանը, էլեկտրոնների ավելի ցածր աշխատանքային ֆունկցիան՝ համեմատած այլ հրակայուն մետաղների՝ վոլֆրամի և մոլիբդենի հետ։ Վերջին հատկությունը բնութագրում է էլեկտրոնների արտանետման ունակությունը (էլեկտրոնների արտանետում), որն օգտագործվում է վակուումային տեխնոլոգիայում նիոբիումի օգտագործման համար։ Նիոբիումը ունի նաև բարձր գերհաղորդիչ անցումային ջերմաստիճան։

Խտությունը 8,57 գ / սմ3 (20 ° C); tm 2500 ° C; եռալ 4927 ° C; գոլորշու ճնշում (մմ ս.ս.-ով; 1 մմ ս.ս. = 133,3 Ն / մ2) 1 10-5 (2194 ° C), 1 10-4 (2355 ° C), 6 10- 4 (tm), 1 · 10-3 (2539 ° C):

Շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանում նիոբիումը կայուն է օդում: Օքսիդացման սկիզբը (փակող թաղանթներ) նկատվում է, երբ մետաղը տաքացվում է մինչև 200 - 300 ° C: 500 °-ից բարձր, արագ օքսիդացում է տեղի ունենում Nb2O5 օքսիդի ձևավորմամբ:

Ջերմային հաղորդունակությունը W / (m · K) 0 ° C և 600 ° C, համապատասխանաբար 51,4 և 56,2, նույնը կալ / (սմ · վ · ° C) 0,125 և 0,156: Հատուկ ծավալային էլեկտրական դիմադրություն 0 ° C 15,22 · 10-8 ohm · մ (15,22 · 10-6 ohm · սմ): Գերհաղորդիչ անցումային ջերմաստիճանը 9,25 Կ է: Նիոբիումը պարամագնիսական է: Էլեկտրոնների աշխատանքային ֆունկցիան 4,01 էՎ է։

Մաքուր նիոբիումը հեշտությամբ սեղմվում է ցրտին և պահպանում է բավարար մեխանիկական հատկություններ բարձր ջերմաստիճաններում: Նրա վերջնական ուժը համապատասխանաբար 20 և 800 ° C ջերմաստիճանում կազմում է 342 և 312 MN / մ 2, նույնը kgf / մմ234.2 և 31.2; երկարացում 20 և 800 ° C համապատասխանաբար 19,2 և 20,7%: Մաքուր նիոբիումի Բրինելի կարծրությունը 450 է, տեխնիկական կարծրությունը՝ 750-1800 Մն/մ2։ Որոշ տարրերի, հատկապես ջրածնի, ազոտի, ածխածնի և թթվածնի կեղտերը մեծապես խաթարում են ճկունությունը և մեծացնում նիոբիումի կարծրությունը։

Նիոբիումի քիմիական հատկությունները

Նիոբիումը հատկապես գնահատվում է անօրգանական և օրգանական նյութերի նկատմամբ իր դիմադրությամբ:

Տարբերություն կա փոշիացված և գնդիկավոր մետաղի քիմիական վարքագծի մեջ: Վերջինս ավելի կայուն է։ Մետաղները դրա վրա չեն գործում, նույնիսկ եթե տաքացվում են բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում: Հեղուկ ալկալիական մետաղները և դրանց համաձուլվածքները, բիսմութը, կապարը, սնդիկը, անագը կարող են երկար ժամանակ շփվել նիոբիումի հետ՝ չփոխելով դրա հատկությունները։ Նույնիսկ այնպիսի ուժեղ օքսիդանտները, ինչպիսիք են պերքլորաթթունը, «aqua regia»-ն, էլ չեմ խոսում ազոտի, ծծմբի, հիդրոքլորի և մնացած բոլորի մասին, ոչինչ չեն կարող անել դրա հետ: Ալկալային լուծույթները նույնպես ազդեցություն չունեն նիոբիումի վրա։

Այնուամենայնիվ, կան երեք ռեակտիվներ, որոնք կարող են նիոբիումի մետաղը վերածել քիմիական միացությունների: Դրանցից մեկը ալկալային մետաղի հալված հիդրօքսիդ է.

4Nb + 4NaOH + 5О2 = 4NaNbO3 + 2H2О

Մյուս երկուսը ֆտորֆտորաթթուն են (HF) կամ դրա խառնուրդը ազոտաթթվի հետ (HF + HNO): Այս դեպքում առաջանում են ֆտորիդային համալիրներ, որոնց բաղադրությունը մեծապես կախված է ռեակցիայի պայմաններից։ Տարրը ամեն դեպքում ներառված է 2- կամ 2- տիպի անիոնի մեջ։

Եթե ​​վերցնենք փոշիացված նիոբիում, ապա այն որոշ չափով ավելի ակտիվ է։ Օրինակ՝ հալած նատրիումի նիտրատի մեջ այն նույնիսկ բռնկվում է՝ վերածվելով օքսիդի։ Կոմպակտ նիոբիումը սկսում է օքսիդանալ, երբ տաքացվում է 200 ° C-ից բարձր, և փոշին ծածկվում է օքսիդ թաղանթով արդեն 150 ° C ջերմաստիճանում: Միաժամանակ դրսևորվում է այս մետաղի հրաշալի հատկություններից մեկը՝ այն պահպանում է պլաստիկությունը։

Թեփի տեսքով, երբ տաքացվում է 900 ° C-ից բարձր, այն ամբողջությամբ այրվում է մինչև Nb2O5: Ուժեղ այրվում է քլորի հոսքի մեջ.

2Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Տաքացնելիս արձագանքում է ծծմբի հետ։ Դժվար է համաձուլվել մետաղների մեծ մասի հետ: Գոյություն ունեն, թերևս, միայն երկու բացառություն՝ երկաթ, որով առաջանում են տարբեր հարաբերակցությամբ պինդ լուծույթներ, և ալյումինը, որն ունի նիոբիումի հետ Al2Nb միացություն։

Նիոբիումի ո՞ր հատկություններն են օգնում նրան դիմակայել ամենաուժեղ թթուների՝ օքսիդացնող նյութերի ազդեցությանը: Պարզվում է, որ խոսքը վերաբերում է ոչ թե մետաղի հատկություններին, այլ նրա օքսիդների հատկանիշներին։ Օքսիդացնող նյութերի հետ շփվելիս մետաղի մակերեսին հայտնվում է օքսիդների շատ բարակ (և հետևաբար անտեսանելի), բայց շատ խիտ շերտ: Այս շերտը դառնում է անհաղթահարելի խոչընդոտ օքսիդացնող նյութի ճանապարհին դեպի մաքուր մետաղական մակերես: Դրա միջով կարող են թափանցել միայն որոշ քիմիական ռեակտիվներ, մասնավորապես՝ ֆտոր անիոն։ Հետևաբար, ըստ էության, մետաղը օքսիդացված է, բայց գործնականում ոչ մի օքսիդացման արդյունք չի նկատվում բարակ պաշտպանիչ թաղանթի առկայության պատճառով: Պասիվությունը նոսր ծծմբաթթվի նկատմամբ օգտագործվում է փոփոխական հոսանքի ուղղիչ ստեղծելու համար: Այն դասավորված է պարզ՝ պլատինե և նիոբիումի թիթեղները ընկղմված են 0,05 մ ծծմբաթթվի լուծույթի մեջ։ Նիոբիումը պասիվացված վիճակում կարող է հոսանք անցկացնել, եթե այն բացասական էլեկտրոդ է՝ կաթոդ, այսինքն՝ էլեկտրոնները կարող են օքսիդի շերտով անցնել միայն մետաղական կողմից: Լուծումից էլեկտրոնների ճանապարհը փակ է։ Հետեւաբար, երբ նման սարքի միջով անցնում է փոփոխական հոսանք, ապա անցնում է միայն մեկ փուլ, որի համար պլատինը անոդն է, իսկ նիոբիումը` կաթոդը:

նիոբիում մետաղական հալոգեն

Հին Նիոբեի անունով քիմիական տարր՝ մի կին, ով համարձակվել է ծիծաղել աստվածների վրա և դրա համար վճարել իր երեխաների մահով: Նիոբիումը մարմնավորում է մարդկության անցումը արդյունաբերականից թվային արտադրության. գոլորշու լոկոմոտիվներից մինչև տրանսպորտային միջոցներ. ածուխով աշխատող էլեկտրակայաններից մինչև միջուկային էներգիա: Աշխարհում մեկ գրամի դիմաց նիոբիումի գինը բավականին բարձր է, ինչպես նաև դրա պահանջարկը։ Գիտության վերջին նվաճումների մեծ մասը սերտորեն կապված է այս մետաղի օգտագործման հետ:

Նիոբիումի գինը մեկ գրամի համար

Քանի որ նիոբիումի հիմնական օգտագործումը կապված է միջուկային և տիեզերական ծրագրերի հետ, այն պատկանում է ռազմավարական նյութերի խմբին։ Վերամշակումը ֆինանսական առումով շատ ավելի շահավետ է, քան նոր հանքաքարերի մշակումն ու արդյունահանումը, ինչը նիոբիումի պահանջարկ է դարձնում երկրորդային մետաղների շուկայում:

Դրա համար գնի արժեքը որոշվում է մի քանի գործոնով.

• Մետաղի մաքրությունը. Որքան շատ արտաքին նյութ, այնքան ցածր է գինը:
• Առաքման ձև.
• Առաքման շրջանակը. Մետաղի գներին ուղիղ համեմատական։
• Ջարդոնի հավաքման կետի գտնվելու վայրը. Յուրաքանչյուր տարածաշրջան ունի նիոբիումի տարբեր կարիք և, համապատասխանաբար, դրա գինը:
• Հազվագյուտ մետաղների առկայությունը. Ավելի թանկ են այնպիսի տարրեր պարունակող համաձուլվածքներ, ինչպիսիք են տանտալը, վոլֆրամը, մոլիբդենը։
• Համաշխարհային բորսաներում գնանշումների արժեքը. Հենց այս արժեքներն են հիմնականը գին սահմանելիս:

Մոսկվայում գների ինդիկատիվ ակնարկ.

• Նիոբիում NB-2. Գինը տատանվում է 420-450 ռուբլի: կգ-ով:
• Նիոբիումի ափսեներ. 500-510 ռուբլի կգ-ով:
• Նիոբիումի շտաբ НБШ00. Բարձրացված գներով տարբերվում է կեղտերի չնչին պարունակության պատճառով։ 490-500 ռուբլի կգ-ով:
• Նիոբիումի գլուխ NBSh-0: 450-460 ռուբլի կգ-ով:
• Նիոբիում NB-1 ձողի տեսքով: Գինը 450-480 ռուբլի է: կգ-ով:

Չնայած բարձր գնին, աշխարհում նիոբիումի պահանջարկը շարունակում է աճել։ Դա պայմանավորված է դրա օգտագործման հսկայական ներուժով և մետաղի պակասով: Երկրի 10 տոննայում կա ընդամենը 18 գրամ նիոբիում:

Գիտական ​​հանրությունը շարունակում է աշխատել նման թանկարժեք նյութին փոխարինող գտնելու և մշակելու ուղղությամբ։ Բայց առայժմ կոնկրետ արդյունքայս չի ստացել. Սա նշանակում է, որ մոտ ապագայում նիոբիումի գների անկում չի սպասվում։

Գինը կարգավորելու և շրջանառության մակարդակը բարձրացնելու համար նիոբիումային արտադրանքի համար նախատեսված են հետևյալ կատեգորիաները.

• Նիոբիումի ձուլակտորներ. Նրանց չափերը և քաշը ստանդարտացված են ԳՕՍՏ 16099-70-ով: Կախված մետաղի մաքրությունից՝ դրանք բաժանվում են 3 կարգի՝ նիոբիում NB-1, նիոբիում NB-2 և համապատասխանաբար նիոբիում NB-3։
• Նիոբիումի ձողիկ. Տարբերվում է կեղտերի ավելի բարձր տոկոսով:
• Նիոբիումի փայլաթիթեղ: Արտադրված է մինչև 0,01 մմ հաստությամբ:
• Նիոբիումի բար. Համաձայն TU 48-4-241-73 այն մատակարարվում է NBP1 և NBP2 ապրանքանիշերով:

Նիոբիումի ֆիզիկական հատկությունները

Մետաղը մոխրագույն է՝ սպիտակ երանգով։ Վերաբերվում է հրակայուն համաձուլվածքների խմբին։ Հալման կետը 2500 ºС է: Եռման կետը 4927 ºС է։ Տարբերվում է ջերմային դիմադրության բարձրացված արժեքով: Չի կորցնում իր հատկությունները 900 ºС-ից բարձր աշխատանքային ջերմաստիճանում:

Մեխանիկական հատկությունները նույնպես բարձր մակարդակի վրա են։ Խտությունը 8570 կգ / մ 3 է պողպատի նմանատիպ ցուցանիշով 7850 կգ / մ 3: Դիմացկուն է ինչպես դինամիկ, այնպես էլ ցիկլային բեռների տակ աշխատելու համար: Առաձգական ուժ - 34,2 կգ / մմ 2: Ունի բարձր պլաստիկություն։ Հարաբերական երկարացման գործակիցը տատանվում է 19-21%-ի սահմաններում, ինչը հնարավորություն է տալիս դրանից ստանալ մինչև 0,1 մմ հաստությամբ թիթեղյա նիոբիում։

Կոշտությունը կապված է մետաղի մաքրության հետ վնասակար կեղտերից և մեծանում է դրանց կազմի ավելացման հետ: Մաքուր նիոբիումն ունի 450 Բրինելի կարծրության միավոր:

Նիոբիումը լավ է հարմարվում ճնշման տակ աշխատելու համար -30 ºС-ից ցածր ջերմաստիճանում և վատ կտրվածքով:

Ջերմային հաղորդունակությունը զգալիորեն չի փոխվում ջերմաստիճանի մեծ տատանումներով: Օրինակ, 20 ºС-ում այն ​​կազմում է 51,4 Վտ / (մ Կ), իսկ 620 С ջերմաստիճանում այն ​​ավելանում է ընդամենը 4 միավորով: Նիոբիումը էլեկտրական հաղորդունակության համար մրցում է այնպիսի տարրերի հետ, ինչպիսիք են պղնձը և ալյումինը: Էլեկտրական դիմադրություն - 153,2 nΩ մ Պատկանում է գերհաղորդիչ նյութերի կատեգորիային։ Ջերմաստիճանը, որի դեպքում համաձուլվածքը անցնում է գերհաղորդիչ ռեժիմի, 9,171 Կ է:

Չափազանց թթու դիմացկուն: Նման սովորական թթուները, ինչպիսիք են ծծմբային, հիդրոքլորային, ֆոսֆորային, ազոտային, ոչ մի կերպ չեն ազդում դրա քիմիական կառուցվածքի վրա:

250 ºС-ից բարձր ջերմաստիճանում նիոբիումը սկսում է ակտիվորեն օքսիդանալ թթվածնով, ինչպես նաև քիմիական ռեակցիաների մեջ մտնել ջրածնի և ազոտի մոլեկուլների հետ: Այս գործընթացները մեծացնում են մետաղի փխրունությունը՝ դրանով իսկ նվազեցնելով նրա ամրությունը:

• Չի վերաբերում ալերգեն նյութերին։ Մարդու մարմնին ներմուծված այն չի առաջացնում մարմնի կողմից մերժման ռեակցիա:
• Եռակցման առաջին խմբի մետաղ է։ Եռակցումները ամուր են և չեն պահանջում նախապատրաստական ​​գործողություններ: Ճեղքերի դիմացկուն:

Համաձուլվածքների տարատեսակներ

Ըստ բարձր ջերմաստիճանի մեխանիկական հատկությունների արժեքի՝ նիոբիումի համաձուլվածքները բաժանվում են.

1. Ցածր ուժ. Աշխատում է 1100-1150 ºС սահմաններում: Նրանք ունեն լեգիրման տարրերի պարզ հավաքածու: Սա հիմնականում ներառում է ցիրկոնիում, տիտան, տանտալ, վանադիում, հաֆնիում: Ուժը 18-24 կգ / մմ2 է: Կրիտիկական ջերմաստիճանի շեմն անցնելուց հետո այն կտրուկ իջնում ​​է և նմանվում մաքուր նիոբիումին։ Հիմնական առավելությունն այն է, որ բարձր պլաստիկ հատկությունները մինչև 30 ºС ջերմաստիճանում և լավ ճնշման աշխատունակությունը:
2. Միջին ուժ: Նրանց աշխատանքային ջերմաստիճանը 1200-1250 ºС միջակայքում է: Բացի վերը նշված համաձուլվածքային տարրերից, դրանք պարունակում են վոլֆրամի, մոլիբդենի, տանտալի կեղտեր։ Այս հավելումների հիմնական նպատակը ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեխանիկական հատկությունների պահպանումն է: Նրանք ունեն չափավոր պլաստիկություն և լավ են աշխատում ճնշման հետ: Համաձուլվածքի վառ օրինակ է նիոբիում 5VMT-ները:
3. Բարձր ամրության համաձուլվածքներ: Օգտագործվում են մինչև 1300 ºС ջերմաստիճանում։ Մինչև 1500 ºС կարճաժամկետ ազդեցության դեպքում: Նրանք տարբերվում են ավելի բարձր բարդության քիմիական կազմով։ Դրանք բաղկացած են 25% հավելումներից, որոնց հիմնական բաժինը վոլֆրամն ու մոլիբդենն է։ Այս համաձուլվածքների որոշ տեսակներ առանձնանում են ածխածնի բարձր պարունակությամբ, ինչը դրականորեն է ազդում դրանց ջերմակայունության արժեքի վրա։ Բարձր ամրության նիոբիումի հիմնական թերությունը նրա ցածր ճկունությունն է, ինչը դժվարացնում է տեխնոլոգիական մշակումը։ Եվ, համապատասխանաբար, կիսաֆաբրիկատների արտադրությունը։

Պետք է հիշել, որ վերը թվարկված կատեգորիաները պայմանական են և միայն ընդհանուր պատկերացում են տալիս այս կամ այն ​​համաձուլվածքի օգտագործման եղանակի մասին:

Պետք է նշել նաև այնպիսի միացություններ, ինչպիսիք են ֆերոնիոբիումը և նիոբիումի օքսիդը:

Ֆերոնիոբիումը նիոբիումի միացություն է երկաթի հետ, որտեղ վերջինիս պարունակությունը 50% մակարդակում է։ Բացի հիմնական տարրերից, այն ներառում է հարյուրերորդական տիտանի, ծծմբի, ֆոսֆորի, սիլիցիումի, ածխածնի: Տարրերի ճշգրիտ տոկոսը ստանդարտացված է ԳՕՍՏ 16773-2003-ով:

Նիոբիումի պենտաքսիդը սպիտակ բյուրեղային փոշի է: Թթվի և ջրի մեջ լուծարման ենթակա չէ: Այն արտադրվում է թթվածնային մթնոլորտում նիոբիումի այրման արդյունքում: Լիովին ամորֆ։ Հալման ջերմաստիճանը 1500 ºС.

Նիոբիումի հավելվածներ

Վերոհիշյալ բոլոր հատկությունները մետաղը դարձնում են չափազանց տարածված տարբեր ոլորտներում: Այն օգտագործելու բազմաթիվ եղանակների թվում առանձնանում են հետևյալ դիրքերը.

• Օգտագործեք մետաղագործների մեջ որպես համաձուլվածքային տարր: Ընդ որում, և՛ գունավոր, և՛ գունավոր համաձուլվածքները համաձուլվում են նիոբիումով։ Օրինակ, չժանգոտվող պողպատի 12X18H10T բաղադրության մեջ դրա միայն 0.02%-ի ավելացումը մեծացնում է մաշվածության դիմադրությունը 50%-ով։ Նիոբիումով (0.04%) ուժեղացված ալյումինը դառնում է ամբողջովին անզգայուն ալկալիների նկատմամբ: Նիոբիումը պղնձի վրա գործում է որպես պողպատի կարծրացում՝ մեծության կարգով մեծացնելով նրա մեխանիկական հատկությունները։ Նկատի ունեցեք, որ նույնիսկ ուրանը դոպինգ է նիոբիումով:
• Նիոբիումի պենտօքսիդը բարձր հրակայուն կերամիկայի արտադրության հիմնական բաղադրիչն է: Նա կիրառություն է գտել նաև պաշտպանական արդյունաբերության մեջ՝ ռազմական տեխնիկայի զրահապատ ապակիներ, բեկման մեծ անկյան տակ օպտիկա և այլն։
• Ֆերոնիոբիումը օգտագործվում է պողպատների լեգիրման համար։ Նրա հիմնական խնդիրն է բարձրացնել կոռոզիոն դիմադրությունը:
• Էլեկտրատեխնիկայում դրանք օգտագործվում են կոնդենսատորների և ընթացիկ ուղղիչ սարքերի արտադրության համար։ Նման կոնդենսատորները բնութագրվում են բարձր հզորությամբ և մեկուսացման դիմադրությամբ, փոքր չափսերով:
• Սիլիցիումի և գերմանիումի միացությունները նիոբիումով լայնորեն կիրառվում են էլեկտրոնիկայի ոլորտում։ Դրանցից պատրաստվում են գերհաղորդիչ սոլենոիդներ և հոսանքի գեներատորների տարրեր։