Орал мемлекеттік тау-кен университеті

Тақырып бойынша: Ниобийдің қасиеттері

Топ: М-13-3

Оқушы: Мохнашин Никита

1. Элемент туралы жалпы мәліметтер

Ниобийдің физикалық қасиеттері

Ниобийдің химиялық қасиеттері

Бос ниобий

Ниобий оксидтері және олардың тұздары

Ниобий қосылыстары

Ниобий өндірісі бойынша жетекші елдер

1. Элемент туралы жалпы мәліметтер

Менделеев кестесіндегі 41-ші ұяшықты алып жатқан элемент адамзатқа бұрыннан таныс. Оның қазіргі атауы - ниобийдің жасы жарты ғасырға жуық жас. Осылайша №41 тармақ екі рет ашылды. Алғаш рет - 1801 жылы ағылшын ғалымы Чарльз Хэтчет Америкадан Британ мұражайына жіберілген адал минералдың үлгісін зерттеді. Осы минералдан ол бұрын белгісіз элементтің оксидін бөліп алды. Хатчет жаңа элементті Колумбия деп атады, осылайша оның шетелде шыққанын белгіледі. Ал қара минерал Колумбит деп аталды. Бір жылдан кейін швед химигі Экеберг колумбиттен тантал деп аталатын тағы бір жаңа элементтің оксидін бөліп алды. Колумбия мен тантал қосылыстарының ұқсастығы соншалық, 40 жыл бойы химиктердің көпшілігі тантал мен Колумбий бір және бір элемент деп есептеді.

1844 жылы неміс химигі Генрих Роуз Бавариядан табылған колумбит үлгілерін зерттеді. Ол екі металдың оксидтерін қайта ашты. Олардың бірі бұрыннан белгілі танталдың оксиді болды. Оксидтер ұқсас болды және олардың ұқсастығын баса көрсету үшін Роуз екінші ниобий оксидін құрайтын элементті мифологиялық шейіт Танталдың қызы Ниобенің атымен атады. Дегенмен, Роуз Хэтчет сияқты бұл элементті бос күйде ала алмады. Металл ниобийді алғаш рет 1866 жылы швед ғалымы Бломстранд ниобий хлоридін сутегімен тотықсыздандыру кезінде алған. XIX ғасырдың аяғында. бұл элементті алудың тағы екі әдісі табылды. Алдымен Мойсан оны ниобий оксидін көміртегімен тотықсыздандыратын электр пешінде алды, содан кейін Голдшмидт сол элементті алюминиймен қалпына келтіре алды. № 41 элементті шақыру үшін әртүрлі елдерәртүрлі жолдармен жалғасты: Англия мен АҚШ-та - Колумбиямен, басқа елдерде - ниобиймен. Бұл қайшылықтың соңын 1950 жылы Халықаралық таза және қолданбалы химия одағы (IUPAC) қойды. «Ниобий» элементінің атауын барлық жерде заңдастыру туралы шешім қабылданды, ал «колумбит» атауы негізгі минералға берілді. ниобий. Оның формуласы (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 О 6.

Ниобийдің сирек элемент ретінде қарастырылуы кездейсоқ емес: ол сирек кездеседі және аз мөлшерде, әрқашан минералдар түрінде және ешқашан өзінің туған күйінде болмайды. Қызықты деталь: әртүрлі анықтамалық басылымдарда ниобийдің кларк (жер қыртысындағы мазмұны) әртүрлі. Бұл негізінен в Соңғы жылдарыАфрика елдерінде құрамында ниобий бар минералдардың жаңа кен орындары табылды. «Химик анықтамалығының» 1-томында (М., «Химия», 1963) сандар берілген: 3,2 · 10-5% (1939), 1 · 10-3% (1949) және 2, 4 10- 3% (1954). Бірақ тіпті соңғы сандар да бағаланбайды: соңғы жылдары ашылған африкалық кен орындары мұнда кірмеді. Соған қарамастан, бұрыннан белгілі кен орындарының пайдалы қазбаларынан шамамен 1,5 миллион тонна металл ниобийін балқытуға болады деген болжам бар.

Ниобийдің физикалық қасиеттері

Ниобий – күміс-сұр түсті жылтыр металл.

Элементтік ниобий - өте отқа төзімді (2468 ° C) және жоғары қайнайтын (4927 ° C) металл, көптеген коррозиялық орталарға өте төзімді. Фторсутек қышқылынан басқа барлық қышқылдар оған әсер етпейді. Тотықтырғыш қышқылдар ниобийді «пассивтендіреді», оны қорғаныш оксидті қабықпен жауып (No205). Бірақ жоғары температурада ниобийдің реактивтілігі артады. Егер 150 ... 200 ° C температурада металдың кішкене беткі қабаты ғана тотығатын болса, 900 ... 1200 ° C температурада оксидті пленканың қалыңдығы айтарлықтай артады.

Ниобийдің кристалдық торы a = 3,294 Å параметрімен денеге бағытталған текше.

Таза металл иілгіш және аралық күйдірусіз суық күйде жұқа қаңылтырға (қалыңдығы 0,01 мм-ге дейін) оралады.

Ниобийдің жоғары балқу және қайнау температурасы, басқа отқа төзімді металдар - вольфрам және молибденмен салыстырғанда электрондардың төмен жұмыс функциясы сияқты қасиеттерін атап өтуге болады. Соңғы қасиет вакуумдық технологияда ниобийді қолдану үшін қолданылатын электрондарды шығару (электрондардың эмиссиясы) қабілетін сипаттайды. Ниобийдің де асқын өткізгіштік өту температурасы жоғары.

Тығыздығы 8,57 г/см 3(20 ° C); т п 2500 ° C; т бума 4927 ° C; бу қысымы (мм Hg; 1 мм Hg = 133,3 Н / м 2) 1 10 -5(2194 ° C), 1 10 -4(2355 ° C), 6 10 -4(т п ), 1 10-3 (2539 ° C).

Қоршаған орта температурасында ниобий ауада тұрақты. Металды 200 - 300 ° C-қа дейін қыздырғанда тотығудың басталуы (бояғыш пленкалар) байқалады. 500°-тан жоғары Nb2 оксидінің түзілуімен жылдам тотығу жүреді О 5.

Жылу өткізгіштігі Вт / (м · К) 0 ° C және 600 ° C, сәйкесінше 51,4 және 56,2, кал / (см · сек · ° C) 0,125 және 0,156. 0°С кезіндегі меншікті көлемдік электр кедергісі 15,22 10 -8Ом м (15,22 10 -6ом см). Асқын өткізгіштік өту температурасы 9,25 К. Ниобий парамагниттік. Электрондардың жұмыс функциясы 4,01 эВ.

Таза ниобий суықта оңай қысымға түседі және жоғары температурада қанағаттанарлық механикалық қасиеттерді сақтайды. Оның 20 және 800 ° C температурадағы соңғы күші сәйкесінше 342 және 312 МН / м құрайды. 2, кгс / мм-де бірдей 234,2 & 31,2; ұзарту 20 және 800 ° C, сәйкесінше, 19,2 және 20,7%. Таза ниобийдің бринелл қаттылығы 450, техникалық 750-1800 Мн/м 2... Кейбір элементтердің, әсіресе сутегінің, азоттың, көміртегінің және оттегінің қоспалары ниобийдің иілгіштігін қатты нашарлатып, қаттылығын арттырады.

3. Ниобийдің химиялық қасиеттері

Ниобий әсіресе бейорганикалық және органикалық заттарға төзімділігі үшін бағаланады.

Ұнтақ және кесек металдың химиялық әрекетінде айырмашылық бар. Соңғысы тұрақтырақ. Металдар жоғары температураға дейін қыздырса да оған әсер етпейді. Сұйық сілтілік металдар және олардың қорытпалары, висмут, қорғасын, сынап, қалайы ниобиймен қасиетін өзгертпей ұзақ уақыт байланыста болады. Тіпті перхлор қышқылы, «аква региа» сияқты күшті тотықтырғыштар, азот, күкірт, тұз және басқаларын айтпағанда, онымен ештеңе істей алмайды. Сілтілік ерітінділер де ниобийге әсер етпейді.

Дегенмен, ниобий металын химиялық қосылыстарға айналдыра алатын үш реагент бар. Олардың бірі сілтілі металдың балқытылған гидроксиді:

Nb + 4NaOH + 5О2 = 4NaNbO3 + 2H2О

Қалған екеуі фтор қышқылы (HF) немесе оның азот қышқылымен қоспасы (HF + HNO). Бұл жағдайда фторидті комплекстер түзіледі, олардың құрамы көбінесе реакция жағдайларына байланысты. Элемент кез келген жағдайда 2- немесе 2- типті анионға кіреді.

Егер ұнтақталған ниобийді алсақ, онда ол біршама белсендірек болады. Мысалы, балқытылған натрий нитратында ол тіпті оксидке айналады. Ықшам ниобий 200 ° C-тан жоғары қыздырылған кезде тотыға бастайды, ал ұнтақ 150 ° C температурада оксидті пленкамен жабылады. Сонымен қатар, бұл металдың тамаша қасиеттерінің бірі көрінеді - ол пластиканы сақтайды.

Үгінділер түрінде, 900 ° C-тан жоғары қыздырғанда, ол Nb2O5 дейін толығымен жанып кетеді. Хлор ағынында қатты күйеді:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Қыздырғанда күкіртпен әрекеттеседі. Көптеген металдармен қорыту қиын. Мүмкін, тек екі ерекшелік бар: әртүрлі қатынастағы қатты ерітінділер түзілетін темір және ниобиймен Al2Nb қосылысы бар алюминий.

Ниобийдің қандай қасиеттері күшті қышқыл тотықтырғыштардың әсеріне қарсы тұруға көмектеседі? Бұл металдың қасиетіне емес, оның оксидтерінің ерекшеліктеріне қатысты болып шықты. Тотықтырғыш заттармен жанасқанда металл бетінде өте жұқа (сондықтан көрінбейтін), бірақ өте тығыз оксидтер қабаты пайда болады. Бұл қабат тотықтырғыштың таза металл бетіне апаратын жолында еңсерілмейтін кедергіге айналады. Ол арқылы тек кейбір химиялық реагенттер, атап айтқанда фтор аниондары өте алады. Демек, металл негізінен тотығады, бірақ жұқа қорғаныс қабықшасының болуына байланысты іс жүзінде ешқандай тотығу нәтижесі байқалмайды. Айнымалы ток түзеткішін жасау үшін сұйылтылған күкірт қышқылына пассивтілік қолданылады. Ол жай реттелген: платина және ниобий тақталары 0,05 м күкірт қышқылы ерітіндісіне батырылған. Пассивтенген күйдегі ниобий ток өткізе алады, егер ол теріс электрод - катод болса, яғни электрондар оксид қабаты арқылы тек металл жағынан өте алады. Ерітіндіден шыққан электрондардың жолы тұйық. Сондықтан мұндай құрылғы арқылы айнымалы ток өткенде тек бір фаза өтеді, ол үшін платина анод, ал ниобий катод болып табылады.

ниобий металының галогені

4. Бос күйдегі ниобий

Оның әдемілігі сонша, олар бір кездері одан зергерлік бұйымдар жасауға тырысты: оның ашық сұр түсімен ниобий платинаға ұқсайды. Жоғары балқу (2500 ° C) және қайнау температурасы (4840 ° C) қарамастан, одан кез келген өнімді оңай жасауға болады. Металлдың икемділігі сонша, оны суықта өңдеуге болады. Ниобийдің жоғары температурада механикалық қасиеттерін сақтауы өте маңызды. Рас, ванадий жағдайындағы сияқты, сутегі, азот, көміртегі және оттегінің кішкене қоспалары да икемділікті айтарлықтай төмендетеді және қаттылықты арттырады. Ниобий -100-ден -200°С-қа дейінгі температурада сынғыш болады.

Ниобийді өте таза және ықшам күйде алу соңғы жылдары техниканы тарту арқылы мүмкін болды. Бүкіл технологиялық процесс күрделі және көп уақытты қажет етеді. Негізінен ол 4 кезеңге бөлінеді:

1.концентрат алу: феррониобий немесе ферротанталониобий;

.концентратты ашу - концентраттың негізгі бөлігінен бөлу үшін ниобийді (және танталды) кез келген ерімейтін қосылыстарға беру;

.ниобий мен танталды бөлу және олардың жеке қосылыстарын алу;

.металдарды алу және тазарту.

Алғашқы екі қадам уақытты қажет етсе де, қарапайым және қарапайым. Ниобий мен танталдың бөліну дәрежесі үшінші кезеңмен анықталады. Мүмкіндігінше көп ниобийді және әсіресе танталды алуға ұмтылу соңғы бөлу әдістерін іздеуге мәжбүр етті: селективті экстракция, ион алмасу, осы элементтердің қосылыстарын галогендермен түзету. Нәтижесінде не оксид, не тантал және ниобий пентахлоридтері бөлек алынады. Соңғы кезеңде көмірмен (күйемен) қалпына келтіру 1800 ° C сутегі ағынында қолданылады, содан кейін температура 1900 ° C дейін көтеріледі және қысым төмендейді. Көмірмен әрекеттесу нәтижесінде алынған карбид Nb2O5-пен әрекеттеседі:

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

және ниобий ұнтағы пайда болады. Егер танталдан ниобийді бөлу нәтижесінде оксид емес, тұз алынса, оны 1000°С металдық натриймен өңдеп, ұнтақталған ниобийді де алады. Сондықтан ұнтақты одан әрі жинақы монолитке айналдырған кезде доғалы пеште қайта балқыту жүргізіледі, ал электронды сәулелік және аймақтық балқыту жоғары таза ниобийдің монокристалдарын алу үшін қолданылады.

Ниобий оксидтері және олардың тұздары

Ниобийдегі оттегі бар қосылыстардың саны аз, ванадийден әлдеқайда аз. Бұл тотығу дәрежесі +4, +3 және +2 сәйкес келетін қосылыстарда ниобийдің өте тұрақсыз болуымен түсіндіріледі. Егер бұл элементтің атомы электрондарды бере бастаса, тұрақты электрондық конфигурацияны ашу үшін ол бесеуін де беруге бейім.

Топтағы екі көршілес – ванадий мен ниобийдің тотығу дәрежесі бірдей иондарын салыстырсақ, металдарға қатысты қасиеттердің жоғарылауы анықталады. Nb2O5 оксидінің қышқылдық қасиеті ванадий (V) оксидіне қарағанда айтарлықтай әлсіз. Ол еріген кезде қышқыл түзбейді. Сілтілермен немесе карбонаттармен біріктірілгенде ғана оның қышқылдық қасиеттері пайда болады:

O5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3NbO4 + ЗС02

Бұл тұз – натрий ортониобаты – ортофосфор және ортованадты қышқылдардың бірдей тұздарына ұқсас. Дегенмен, фосфор мен мышьякта ортоформа ең тұрақты болып табылады, ал ортониобатты оның таза түрінде алу әрекеті сәтсіз аяқталады. Қорытпаны сумен өңдегенде Na3NbO4 тұзы емес, NaNbO3 метаниобаты бөлінеді. Бұл суық суда қиын еритін түссіз ұсақ кристалды ұнтақ. Демек, ниобийде ең жоғары тотығу дәрежесінде қосылыстардың орто- емес, мета-формасы тұрақтырақ болады.

Ниобий (V) оксидінің негіздік оксидтері бар басқа қосылыстарының ішінде пир қышқылдарды еске түсіретін K4Nb2O7 диниобаттары және шамамен формулалары K7Nb5O16.nH2O және K8Nb6O2O бар полиниобаттар (полифосфор және поливанадий қышқылдарының көлеңкесі ретінде) белгілі. Жоғары ниобий оксидіне сәйкес келетін аталған тұздар анионда осы элементті қамтиды. Бұл тұздардың пішіні оларды ниобий туындылары деп санауға мүмкіндік береді. қышқылдар. Бұл қышқылдарды таза күйінде алуға болмайды, өйткені оларды су молекулаларымен байланысы бар оксидтер ретінде қарастыруға болады. Мысалы, мета-форма Nb2O5. H2O, ал орго формасы Nb2O5. 3H2O. Мұндай қосылыстармен қатар ниобийдің басқалары бар, онда ол қазірдің өзінде катионға кіреді. Ниобий сульфаттар, нитраттар және т.б қарапайым тұздар түзбейді.Натрий гидросульфаты NaHSO4 немесе N2O4 азот оксидімен әрекеттескенде күрделі катионы бар заттар пайда болады: Nb2O2 (SO4) 3. Бұл тұздардағы катиондар ванадий катионына ұқсайды, жалғыз айырмашылығы, мұнда ион бес зарядты, ал ванадийде ванадил ионындағы тотығу дәрежесі төрт. Дәл осындай NbO3+ катионы кейбір күрделі тұздардың құрамына кіреді. Nb2O5 оксиді фторлы су қышқылында оңай ериді. Мұндай ерітінділерден күрделі тұзды K2 бөліп алуға болады. H2O.

Қарастырылған реакциялар негізінде ниобийдің ең жоғары тотығу дәрежесінде аниондардың құрамына да, катионның құрамына да қосылуы мүмкін деген қорытынды жасауға болады. Бұл бес валентті ниобийдің амфотерлі, бірақ бәрібір қышқылдық қасиеттерінің айтарлықтай басым екенін білдіреді.

Nb2O5 алудың бірнеше жолы бар. Біріншіден, қыздырған кезде ниобийдің оттегімен әрекеттесуі. Екіншіден, ауадағы ниобий тұздарын күйдіру: сульфид, нитрид немесе карбид. Үшіншіден, ең көп таралған әдіс - гидратты сусыздандыру. Концентрлі қышқылдармен тұздардың сулы ерітінділерінен гидратталған Nb2O5 оксиді тұнбаға түседі. xH2O. Содан кейін ерітінділерді сұйылтқанда ақ оксидті тұнба пайда болады. Nb2O5 xH2O шламының сусыздануы жылудың бөлінуімен бірге жүреді. Бүкіл масса қызады. Бұл аморфты оксидтің кристалдық түрге айналуымен байланысты. Ниобий оксиді екі түсті болады. Қалыпты жағдайда ол ақ, бірақ қызған кезде сарыға айналады. Дегенмен, оксид салқындаған кезде түс жоғалады. Оксид отқа төзімді (балқу температурасы = 1460 ° C) және ұшқыш емес.

Ниобийдің төменгі тотығу дәрежелері NbО2 және NbО сәйкес келеді. Осы екеуінің біріншісі - көк жылтырлығы бар қара ұнтақ. NbO2 Nb2O5-тен оттегін магниймен немесе сутегімен мың градусқа жуық температурада алу арқылы алынады:

O5 + H2 = 2NbO2 + H2O

Ауада бұл қосылыс жоғарырақ Nb2O5 оксидіне оңай айналады. Оның сипаты біршама жасырын, өйткені оксид суда да, қышқылда да ерімейді. Дегенмен ол ыстық сулы сілтілермен әрекеттесу негізінде қышқылдық сипатқа ие; бұл жағдайда бес зарядталған ионға тотығу жүреді.

Бір электронның айырмашылығы соншалықты үлкен емес сияқты, бірақ Nb2O5-тен айырмашылығы, NbO2 оксиді электр тогын өткізеді. Бұл қосылыста металл-металл байланысы бар екені анық. Егер сіз осы сапаны пайдалансаңыз, онда күшті айнымалы токпен қыздырылған кезде NbO2 оттегінен бас тартуға болады.

Оттегінің жоғалуымен NbO2 NbO оксидіне айналады, содан кейін барлық оттегі тез бөлінеді. Төменгі ниобий оксиді NbO туралы аз мәлімет бар. Оның металл жылтырлығы бар және сыртқы түрі металға ұқсас. Электр тогын тамаша өткізеді. Бір сөзбен айтқанда, құрамында оттегі мүлдем жоқ сияқты әрекет етеді. Тіпті, әдеттегі металл сияқты, ол қыздырғанда хлормен қатты әрекеттеседі және оксихлоридке айналады:

2NbO + 3Cl2 = 2NbOCl3

Ол тұз қышқылынан сутекті ығыстырады (ол мүлде оксид емес, мырыш тәрізді металл сияқты):

NbO + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2

NbO таза күйінде жоғарыда аталған K2 күрделі тұзын металл натриймен күйдіру арқылы алуға болады:

К2 + 3Na = NbO + 2KF + 3NaF

NbO оксидінің барлық ниобий оксидтерінің ең жоғары балқу температурасы 1935 ° C. Ниобийді оттегінен тазарту үшін температураны 2300 - 2350 ° C дейін арттырады, содан кейін буланумен бір мезгілде NbO оттегі мен металға ыдырайды. Металды тазарту (тазалау) жүреді.

Ниобий қосылыстары

Элемент туралы әңгіме оның галогендермен, карбидтермен және нитридтермен қосылыстарын айтпай-ақ толық болмас еді. Бұл екі себеп бойынша маңызды. Біріншіден, фторидті кешендердің арқасында ниобийді оның мәңгілік серігі танталдан бөлуге болады. Екіншіден, бұл қосылыстар бізге ниобийдің металл ретіндегі қасиеттерін ашады.

Галогендердің металдық ниобиймен әрекеттесуі:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5 алуға болады, барлық мүмкін болатын ниобий пенталидтері.

Pentafluoride NbF5 (балқу температурасы = 76 ° C) сұйық күйде және бу күйінде түссіз. Ванадий пентафториді сияқты ол сұйық күйінде полимерлі. Ниобий атомдары бір-бірімен фтор атомдары арқылы байланысқан. Қатты күйінде төрт молекуладан тұратын құрылымы бар (2-сурет).

Күріш. 2. NbF5 және TaF5 қатты құрылымы төрт молекуладан тұрады.

Фторлы қышқыл H2F2 ерітінділерінде әртүрлі күрделі иондар бар:

H2F2 = H2;+ H2O = H2

Калий тұзы K2. H2O танталдан ниобийді бөлу үшін маңызды, өйткені ол тантал тұзына қарағанда жақсы ериді.

Ниобий пенталидтерінің қалған бөлігі ашық түсті: NbCl5 сары, NbBr5 күлгін-қызыл, NbI2 қоңыр. Олардың барлығы атмосферада сәйкес галогеннің ыдырауынсыз керемет; жұпта олар мономерлер. Олардың балқу және қайнау температуралары хлордан бром мен йодқа өткен сайын артады. Пенталидтерді алудың кейбір жолдары келесідей:

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

2NbCl5 + 5F22NbF5 + 5Cl2

Пенталидтер органикалық еріткіштерде: эфирде, хлороформда, спиртте оңай ериді. Дегенмен, олар сумен толығымен ыдырайды - олар гидролизденеді. Гидролиз нәтижесінде екі қышқыл алынады – гидрогалогендік және ниобты. Мысалы,

4H2O = 5HCl + H3NbO4

Гидролиз қажет емес болғанда, күшті қышқылдың біразы енгізіледі және жоғарыда сипатталған процестің тепе-теңдігі NbCl5-ке қарай ығысады. Бұл жағдайда пентагалид гидролизге ұшырамай ериді,

Ниобий карбиді металлургтердің ерекше алғысына лайық. Кез келген болатта көміртек бар; ниобий, оны карбидке байланыстырып, легирленген болаттың сапасын жақсартады. Әдетте тот баспайтын болатты дәнекерлеу кезінде тігістің беріктігі төмен болады. Ниобийдің тоннасына 200 г енгізу бұл тапшылықты түзетуге көмектеседі. Қыздырған кезде ниобий басқа болат металдарынан бұрын көміртек – карбидпен қосылыс түзеді. Бұл қосылыс жеткілікті пластик және сонымен бірге 3500 ° C-қа дейінгі температураға төтеп бере алады. Металдарды, ең бастысы, графитті коррозиядан қорғау үшін қалыңдығы жарты миллиметрлік карбид қабаты жеткілікті. Карбидті металды немесе ниобий (V) оксидін көміртегі немесе құрамында көміртегі бар газдармен (CH4, CO) қыздыру арқылы алуға болады.

Ниобий нитриді - қайнаған кезде ешқандай қышқылдар және тіпті «аква региа» әсер етпейтін қосылыс; суға төзімді. Онымен әрекеттесуге болатын жалғыз нәрсе - бұл қайнаған сілті. Бұл жағдайда аммиак бөлінуімен ыдырайды.

NbN нитриді сарғыш реңктері бар ашық сұр. Ол отқа төзімді (тем. 2300°С), тамаша қасиеті бар – абсолютті нөлге жақын температурада (15,6 К, немесе -267,4°С), асқын өткізгіштікке ие.

Тотығу дәрежесі төмен ниобийі бар қосылыстардың ішінен галогенидтер жақсы белгілі. Барлық төменгі галогенидтер қара кристалды қатты заттар (қара қызылдан қараға дейін). Олардың тұрақтылығы металдың тотығу дәрежесі төмендеген сайын төмендейді.

Ниобийді әртүрлі өнеркәсіп салаларында қолдану

Металдарды легірлеу үшін ниобийді қолдану

Ниобий легирленген болат коррозияға жақсы төзімді. Хром сонымен қатар болаттың коррозияға төзімділігін арттырады және ниобийден әлдеқайда арзан. Бұл оқырман бір уақытта дұрыс және бұрыс. Қате, өйткені мен бір нәрсені ұмытып қалдым.

Кез келген басқа болаттағы сияқты хром-никельді болатта әрқашан көміртек болады. Бірақ көміртек хроммен қосылып, карбид түзеді, бұл болатты сынғыш етеді. Ниобийдің хромға қарағанда көміртегіге жақындығы жоғары. Сондықтан болатқа ниобийді қосқанда міндетті түрде ниобий карбиді түзіледі. Ниобиймен легирленген болат коррозияға қарсы жоғары қасиеттерге ие болады және иілгіштігін жоғалтпайды. Бір тонна болатқа тек 200 г металл ниобий қосылғанда қалаған әсерге қол жеткізіледі. Ал ниобий хром-мангаит болат тозуға жоғары төзімділік береді.

Көптеген түсті металдар да ниобиймен легирленген. Сонымен, сілтілерде оңай еритін алюминий, оған небәрі 0,05% ниобий қосылса, олармен әрекеттеспейді. Ал жұмсақтығымен танымал мыс және оның көптеген қорытпалары, ниобий қатып қалатын сияқты. Ол титан, молибден, цирконий сияқты металдардың беріктігін арттырады және сонымен бірге олардың ыстыққа төзімділігін және ыстыққа төзімділігін арттырады.

Қазір ниобийдің қасиеттері мен мүмкіндіктерін авиация, машина жасау, радиотехника, химия өнеркәсібі және атом энергетикасы шынайы құны бойынша бағалайды. Олардың барлығы ниобийдің тұтынушыларына айналды.

Бірегей қасиет - 1100 ° C-қа дейінгі температурада ниобийдің уранмен айтарлықтай әсерлесуінің болмауы және сонымен қатар жақсы жылу өткізгіштігі, жылу нейтрондары үшін шағын тиімді сіңіру қимасы ниобийді ядролық деңгейде танылған металдарға елеулі бәсекелес етті. өнеркәсібі – алюминий, бериллий және цирконий. Оның үстіне ниобийдің жасанды (индукцияланған) радиоактивтілігі төмен. Сондықтан оны радиоактивті қалдықтарды сақтауға арналған контейнерлер немесе оларды пайдалануға арналған қондырғылар жасауға болады.

Химия өнеркәсібі ниобийді салыстырмалы түрде аз тұтынады, бірақ бұл оның тапшылығына байланысты. Тазалығы жоғары қышқылдарды өндіруге арналған жабдық кейде ниобий бар қорытпалардан, ал сирек - парақ ниобийден жасалады. Ниобийдің кейбір химиялық реакциялардың жылдамдығына әсер ету қабілеті, мысалы, бутадиеннен спиртті синтездеу кезінде қолданылады.

Зымыран-ғарыш техникасы да No41 элементтің тұтынушыларына айналды. Бұл элементтің кейбір мөлшері қазірдің өзінде жерге жақын орбиталарда айналатыны ешкімге құпия емес. Зымырандардың кейбір бөліктері мен жердің жасанды серіктерінің борттық жабдықтары құрамында ниобий бар қорытпалардан және таза ниобийден жасалған.

Ниобийді өнеркәсіптің басқа салаларында қолдану

Ниобий парақтары мен штангалары «ыстық арматура» (яғни қыздырылған бөлшектер) - анодтар, торлар, жанама қыздырылған катодтар және электронды шамдардың басқа бөліктері, әсіресе қуатты генераторлық шамдар жасау үшін қолданылады.

Дәл осындай мақсаттарда таза металдан басқа тантал-ниобий қорытпалары қолданылады.

Ниобий электролиттік конденсаторлар мен ток түзеткіштерін жасау үшін пайдаланылды. Мұнда біз ниобийдің анодты тотығу кезінде тұрақты оксидті қабықша түзу қабілетін пайдаландық. Оксидті қабықша қышқыл электролиттерде тұрақты және токты тек электролиттен металға қарай бағытта өтеді. Қатты электролиті бар ниобий конденсаторлары шағын өлшемдері бар жоғары сыйымдылықпен, жоғары оқшаулауға төзімділігімен сипатталады.

Ниобий конденсаторының элементтері жұқа фольгадан немесе металл ұнтақтарынан престелген кеуекті тақталардан жасалған.

Ниобийдің қышқылдардағы және басқа ортадағы коррозияға төзімділігі жоғары жылу өткізгіштікпен және пластикалықпен үйлескенде, оны химия және металлургия өнеркәсібіндегі жабдықтар үшін бағалы құрылымдық материал етеді. Ниобий атом энергетикасының құрылымдық материалдарға қойылатын талаптарын қанағаттандыратын қасиеттердің жиынтығына ие.

900 ° C-қа дейін ниобий уранмен әлсіз әрекеттеседі және энергетикалық реакторлардың уран отын элементтеріне арналған қорғаныс қабықшаларын жасау үшін жарамды. Бұл жағдайда сұйық металды жылу тасымалдағыштарды қолдануға болады: натрий немесе натрийдің калиймен қорытпасы, онымен ниобий 600 ° C дейін әрекеттеспейді. Уран отын элементтерінің тіршілігін арттыру үшін уранға ниобий (~ 7% ниобий) қосылады. Ниобий қоспасы урандағы қорғаныш оксидті қабықшаны тұрақтандырады, бұл оның су буына төзімділігін арттырады.

Ниобий реактивті қозғалтқыштардағы газ турбиналары үшін әртүрлі суперқорытпаларда кездеседі. Молибден, титан, цирконий, алюминий және мысты ниобийді легирлеу бұл металдардың, сондай-ақ олардың қорытпаларының қасиеттерін күрт жақсартады. Реактивті қозғалтқыштар мен зымырандардың бөлшектері үшін құрылымдық материал ретінде ниобий негізіндегі жоғары температуралы қорытпалар бар (турбиналық қалақтарды жасау, қанаттардың алдыңғы жиектері, ұшақтар мен зымырандардың мұрындық ұштары және зымыран қабығы). Ниобий және оған негізделген қорытпалар 1000 - 1200 ° C жұмыс температурасында қолданылуы мүмкін.

Ниобий карбиді болаттарды кесу үшін қолданылатын кейбір вольфрам карбидтерінің сорттарында кездеседі.

Ниобий болаттарда легирлеуші ​​қоспа ретінде кеңінен қолданылады. Ниобийді болаттағы көміртегінен 6-10 есе жоғары мөлшерде қосу тот баспайтын болаттың түйіршік аралық коррозиясын жояды және дәнекерленген жіктерді бұзылудан қорғайды.

Ниобий сонымен қатар әртүрлі жоғары температуралы болаттарда (мысалы, газ турбиналары үшін), сондай-ақ аспаптық және магнитті болаттарда қолданылады.

Ниобий болатқа құрамында 60% Nb бар темірмен (феррониобий) қорытпада енгізіледі. Сонымен қатар, ферротанталониобий ферроқорытпадағы тантал мен ниобий арасындағы басқа қатынаста қолданылады.

Органикалық синтезде катализатор ретінде кейбір ниобий қосылыстары (фторидті кешенді тұздар, оксидтер) қолданылады.

Ниобийді пайдалану және өндіру қарқынды түрде өсуде, бұл оның отқа төзімділігі, жылу нейтрондарын ұстауға арналған қимасы аздығы, ыстыққа төзімді, асқын өткізгіш және басқа қорытпаларды түзу қабілеті, коррозияға төзімділігі, гиттер сияқты қасиеттерінің жиынтығына байланысты. қасиеттері, электрондардың төмен жұмыс функциясы, суықта қысыммен жақсы жұмыс істеу және дәнекерлеу мүмкіндігі. Ниобийді қолданудың негізгі салалары: ракеталық техника, авиациялық және ғарыштық техника, радиотехника, электроника, химиялық аппарат жасау, атом энергетикасы.

Металл ниобийді қолдану

Әуе кемелерінің бөлшектері таза ниобийден немесе оның қорытпаларынан жасалған; уран және плутоний отын элементтеріне арналған қаптамалар; контейнерлер мен құбырлар; сұйық металдар үшін; электролиттік конденсаторларға арналған бөлшектер; Электрондық (радар қондырғылары үшін) және қуатты генераторлық шамдарға (анодтар, катодтар, торлар және т.б.) арналған «ыстық» арматура; химия өнеркәсібіндегі коррозияға төзімді жабдықтар.

Ниобий басқа түсті металдармен, соның ішінде уранмен легирленген.

Ниобий криотрондарда – компьютерлердің асқын өткізгіш элементтерінде қолданылады. Ниобий сонымен қатар Үлкен адрон коллайдеріндегі үдеткіш құрылымдарда қолданылатыны белгілі.

Ниобийдің интерметалдық қосылыстары және қорытпалары

Nb3Sn станниді және ниобий-титан-цирконий қорытпалары асқын өткізгіш соленоидтарды жасау үшін қолданылады.

Ниобий және тантал қорытпалары көп жағдайда танталды ауыстырады, бұл үлкен экономикалық тиімділік береді (ниобий танталға қарағанда арзанырақ және екі есе дерлік жеңіл).

Феррониобийді тот баспайтын хром-никельді болаттарға олардың түйіршікаралық коррозиясы мен бұзылуын болдырмау үшін, ал болаттың басқа түрлеріне олардың қасиеттерін жақсарту үшін енгізеді.

Ниобий коллекциялық монеталарды соғу үшін қолданылады. Осылайша, Латвия банкі коллекциялық 1 лат монеталарында ниобий күміспен бірге қолданылады деп мәлімдейді.

Ниобий қосылыстары О5 катализаторын химия өнеркәсібінде қолдану;

отқа төзімді материалдар, керметтер өндірісінде, арнайы. шыны, нитрид, карбид, ниобаттар.

Цирконий карбиді және уран-235 карбиді бар қорытпадағы ниобий карбиді (м. 3480 ° C) қатты фазалы реактивті ядролық қозғалтқыштардың отын элементтері үшін ең маңызды құрылымдық материал болып табылады.

Ниобий нитриді NbN 0,1 К ретті тар ауысумен 5-тен 10 К сыни температурасы бар жұқа және өте жұқа асқын өткізгіш пленкаларды алу үшін қолданылады.

Медицинадағы ниобий

Ниобийдің жоғары коррозияға төзімділігі оны медицинада қолдануға мүмкіндік берді. Ниобий жіптері тірі ұлпаны тітіркендірмейді және онымен жақсы біріктірілген. Реконструктивтік хирургия мұндай жіптерді жыртылған сіңірлерді, қан тамырларын және тіпті нервтерді тігу үшін сәтті қолданды.

Зергерлік бұйымдарда қолданылуы

Ниобий техникаға қажетті қасиеттердің жиынтығына ие ғана емес, сонымен қатар өте әдемі көрінеді. Зергерлер бұл ақ жылтыр металды қол сағаттарын жасау үшін қолдануға тырысты. Ниобийдің вольфраммен немесе рениймен қорытпалары кейде асыл металдарды ауыстырады: алтын, платина, иридий. Соңғысы әсіресе маңызды, өйткені ниобийдің рениймен қорытпасы металл иридийге сыртқы жағынан ғана ұқсамайды, сонымен қатар тозуға төзімді. Бұл кейбір елдерге фонтан қаламдары үшін дәнекерлеу өндірісінде қымбат иридийден бас тартуға мүмкіндік берді.

Ресейде ниобийді өндіру

Соңғы жылдары ниобийдің әлемдік өндірісі 24-29 мың тонна деңгейінде болды.Айта кететін жайт, әлемдік ниобий нарығында әлемдік өндірістің 85%-ға жуығын құрайтын бразилиялық CBMM компаниясы айтарлықтай монополияланған. ниобий.

Құрамында ниобий бар өнімдердің негізгі тұтынушысы Жапония болып табылады (бірінші кезекте оған феррониобий жатады). Бұл ел жыл сайын Бразилиядан 4 мың тоннадан астам феррониобий импорттайды. Сондықтан, ниобийі бар өнімдердің жапондық импорт бағасын әлемдік орташа деңгейге жақын деп үлкен сеніммен қабылдауға болады. Соңғы жылдары феррониобий бағасының өсу үрдісі байқалды. Бұл оның негізінен мұнай және газ құбырларына арналған төмен легирленген болаттарды өндіруге қолданудың өсуіне байланысты. Жалпы, соңғы 15 жылда ниобийдің әлемдік тұтынуы жыл сайын орта есеппен 4-5%-ға артып келе жатқанын айта кеткен жөн.

Өкінішке орай, Ресей ниобий нарығының «шетінде» екенін мойындау керек. 90-жылдардың басында Гиредмет мамандарының мәліметі бойынша бұрынғы КСРО-да 2 мың тоннаға жуық ниобий (ниобий оксиді бойынша) өндіріліп, тұтынылған. Қазіргі уақытта Ресей өнеркәсібінің ниобий өнімдерін тұтынуы небәрі 100-200 тоннадан аспайды.Айта кететін жайт, ниобийді өндіретін елеулі қуаттар бұрынғы КСРО-да әр түрлі республикаларда – Ресейде, Эстонияда, Қазақстанда шашыраңқы орналасқан. КСРО өнеркәсібінің дамуының бұл дәстүрлі ерекшелігі қазір Ресейді шикізат пен металдың көптеген түрлері бойынша өте қиын жағдайға қалдырды. Ниобий нарығы құрамында ниобий бар шикізатты өндіруден басталады. Оның Ресейдегі негізгі түрі Ловозерский ГОК (қазіргі - Мурманск облысы «Севредмет» АҚ) алынған лопарит концентраты болды және болып қала береді. КСРО ыдырағанға дейін кәсіпорын 23 мың тоннаға жуық лопарит концентратын шығарды (ондағы ниобий оксидінің мөлшері шамамен 8,5%). Кейіннен концентрат өндірісі 1996-1998 жж. сатылым болмағандықтан кәсіпорын бірнеше рет тоқтап қалды. Қазіргі уақытта кәсіпорында есеп бойынша лопарит концентратының өндірісі айына 700 - 800 тонна деңгейінде.

Айта кету керек, кәсіпорын өзінің жалғыз тұтынушысы - Соликамск магний зауытымен өте тығыз байланысты. Факт мынада, лопарит концентраты Ресейде ғана алынатын өте ерекше өнім. Оның өңдеу технологиясы құрамында сирек металдар (ниобий, тантал, титан) кешені болғандықтан, біршама күрделі. Сонымен қатар, концентрат радиоактивті болып табылады, сондықтан осы өніммен әлемдік нарыққа шығу әрекеттерінің бәрі нәтижесіз аяқталды. Сондай-ақ феррониобийді лопарит концентратынан алуға болмайтынын атап өткен жөн. 2000 жылы «Севредмет» зауытында Roredmet компаниясы басқа металдармен қатар тауарлық ниобий бар өнімдерді (ниобий оксиді) алу үшін лопарит концентратын өңдейтін тәжірибелік қондырғыны іске қосты.

SMZ ниобий өнімдерінің негізгі нарықтары алыс шетелдер болып табылады: жеткізу АҚШ, Жапония және Еуропа елдеріне жүзеге асырылады. Өндірістің жалпы көлеміндегі экспорт үлесі 90%-дан асады. КСРО-да ниобий өндірісі бойынша маңызды қуаттар Эстонияда – Силламае химия-металлургиялық өндірістік бірлестігінде (Силламае) шоғырланған. Қазір эстониялық компания Silmet деп аталады. Кеңес заманында кәсіпорын Ловоозерский ГОК-тың лопарит концентратын өңдейтін, 1992 жылдан бері оны жөнелту тоқтатылған. Silmet қазіргі уақытта Соликамск магний зауытында ниобий гидроксидінің аз ғана көлемін өңдейді. Құрамында ниобий бар шикізаттың басым бөлігін қазіргі уақытта компания Бразилия мен Нигериядан алады. Кәсіпорын басшылығы лопарит концентратын жеткізуді жоққа шығармайды, дегенмен «Севредмет» шикізатты экспорттау дайын өнімге қарағанда тиімді емес болғандықтан, оны орнында өңдеу саясатын жүргізуге тырысуда.

Репетиторлық

Тақырыпты зерттеуге көмек керек пе?

Біздің мамандар сізді қызықтыратын тақырыптар бойынша кеңес береді немесе репетиторлық қызметтерді ұсынады.
Сұраныс жіберудәл қазір тақырыпты көрсете отырып, кеңес алу мүмкіндігі туралы білуге ​​болады.

Тантал мен ниобийді жоғары тазалықтағы қосылыстардан: оксидтерден, күрделі фторидті тұздардан, хлоридтерден қалпына келтіру арқылы алады. Металдарды өндірудің өнеркәсіптік әдістерін төрт топқа бөлуге болады:

Күрделі фторидтерден натрий-термиялық қалпына келтіру;

Көміртекпен оксидтерден қалпына келтіру (карботермиялық әдіс);

Алюминий оксидтерінен қалпына келтіру (алюминотермиялық әдіс);

Хлоридтерден сутегімен қалпына келтіру;

Балқытылған орталардың электролизі.

Танталдың (~ 3000 С) және ниобийдің (~ 2500 С) жоғары балқу температурасына байланысты олар үшіншіден басқа, ұнтақтар немесе агломерацияланған губка түрінде аталған барлық әдістермен тотықсыздандыру нәтижесінде алынады. . Ықшам иілгіш тантал мен ниобийді алу міндеті бұл металдар газдарды (сутегі, азот, оттегі) белсенді түрде сіңіретіндігімен қиындайды, олардың қоспалары оларды сынғыш етеді. Сондықтан ұнтақтардан престелген дайындамаларды агломерациялау немесе жоғары вакуумда балқыту қажет.

Тантал және ниобий ұнтақтарын алудың натриотермиялық әдісі

K2TaF7 және K2NbF7 күрделі фторидтерінің натрий-термиялық тотықсыздануы тантал мен ниобийді алудың алғашқы өнеркәсіптік әдісі болып табылады. Ол бүгінгі күнге дейін қолданылады. Фторға жоғары жақындығы бар натрий, кальций және магний тантал мен ниобийдің фторидті қосылыстарын қалпына келтіруге жарамды, мұны төмендегі мәндерден көруге болады:

Электрондық пошта<^ент Nb Та Na Mg Са

AG298, кДж/г-атом F. ... ... -339 -358 -543 -527 -582

Тотықсыздандыру үшін натрий қолданылады, өйткені натрий фториді суда ериді және оны тантал мен ниобий ұнтақтарынан жуу арқылы бөлуге болады, ал магний мен кальций фторидтері суда және қышқылдарда нашар ериді.

Процесті тантал алу мысалында қарастырайық. K2TaF7-нің натриймен тотықсыздануы процестің өздігінен жүруі үшін жеткілікті жылудың үлкен бөлінуімен (тіпті заряд жүктемесі 5 кг-ға дейін) жүреді. Шихтаны бір жерде 450-500 С-қа дейін қыздырғаннан кейін реакция шихтаның барлық массасына тез таралады, ал температура 800-900 С-қа жетеді.Натрий 97 С-та еріп, 883-те қайнайтындықтан, сұйық күйде болатыны анық. тотықсыздануға және бу тәрізді натрий қатысады:

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

(2.18) және (2.19) реакцияларының меншікті жылу эффектілері сәйкесінше 1980 және 3120 кДж/кг зарядқа тең.

Тотықсыздандыру болат тигельде жүзеге асырылады, онда калий фтортанталаты мен натрий бөліктері (стехиометриялық қажетті мөлшерден ~ 120%) қабаттарға жүктеледі, олар арнайы қайшымен кесіледі. Шихтаның үстіңгі жағы натрий хлоридінің қабатымен жабылған, ол KF және NaF-пен төмен балқитын қоспаны құрайды. Тұз балқымасы бөлшектерді тотығудан қорғайды
тантал шық. Процестің қарапайым нұсқасында реакцияны бастау үшін төменгі жағындағы тигель қабырғасы қызыл дақ пайда болғанша қыздырғыш жалынмен қыздырылады. Реакция бүкіл масса бойымен жылдам жүреді және 1-2 минутта аяқталады. Процесті осылайша жүзеге асыру кезінде өнімдердің максималды температурада (800-900 С) қысқа мерзімді әсер етуіне байланысты тұздарды жуғаннан кейін құрамында 2% оттегі бар ұсақ тантал ұнтақтары алынады.

Оттегінің мөлшері азырақ ірі түйіршікті ұнтақ реакциялық тигельді шахталы электр пешіне салып, реакция аяқталғаннан кейін 1000°С-та пеште ұстау арқылы алынады.

Алынған тантал тотықсыздануы артық натрийі бар фторидті-хлоридті қожға ұсақ бөлшектер түрінде сіңдіріледі. Салқындағаннан кейін тигельдің ішіндегісін қағып тастайды, иекті ұсатқышта ұсақтайды және кішкене бөліктерде суы бар реакторға тиейді, онда натрий «сөндіріледі» және тұздардың негізгі бөлігі ерітіледі. Содан кейін ұнтақ сұйылтылған неймен дәйекті түрде жуылады (тұздарды толық жуу, темірді және ішінара титан қоспаларын еріту үшін). Тантал оксидтерінің құрамын азайту үшін ұнтақты кейде суық сұйылтылған фторлы сутек қышқылымен қосымша жуады. Содан кейін ұнтақ дистилденген сумен жуылады, сүзіледі және 110-120 С кептіріледі.

Жоғарыда сипатталған әдісті қолдана отырып, шамамен бірдей шарттарды сақтай отырып, ниобий ұнтақтарын натриймен k2NbF7 тотықсыздандыру арқылы алады. Кептірілген ниобий ұнтақтарының құрамы бар,%: Ti, Si, Fe 0,02-0,06; Шамамен 0,5; N 0,1 дейін; C 0,1-0,15.

Оксидтерден ниобий мен тантал алудың карботермиялық әдісі

Бұл процесс бастапқыда Nb2o5-тен ниобий алу үшін жасалған.

Ниобийді Nb2os-тан көміртегімен 1800-1900°С вакуумдық пеште тотықсыздандыруға болады:

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

Nb205 + 5C шихтасында ниобий аз және брикеттелген күйде де тығыздығы төмен (~ 1,8 г/см3). Бұл ретте 1 кг зарядқа үлкен көлемдегі ко (~ 0,34 м3) бөлінеді. Бұл жағдайлар (2.20) реакцияға сәйкес процесті жүргізуді қолайсыз етеді, өйткені бұл жағдайда вакуумдық пештің өнімділігі төмен. Сондықтан процесс екі кезеңде жүзеге асырылады:

I кезең – ниобий карбидін алу

Nb203 + 1C = 2NbC + 5CO; (2,2л)

Р кезеңі – вакуумдық пештерде ниобийді алу

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

її сатысының брикеттелген шихтасында 84,2% (салмағы бойынша) ниобий бар, брикеттердің тығыздығы ~ 3 г/см3, көлемі 1 кг шихтаға 0,14 м3-тен түзілген (~ 2,5 есе аз) заряд Nb2o5 + sc ). Бұл вакуумдық пештің жоғары өнімділігін қамтамасыз етеді.

Екі сатылы процестің маңызды артықшылығы, сонымен қатар бірінші кезеңді атмосфералық қысымда графит құбырлы қарсы пештерде жүргізуге болады (29-сурет).

Ниобий карбидін алу үшін (процестің i кезеңі) күйемен Nb2o5 қоспасы брикеттеледі және брикеттерді графит-түтік пеште сутегі немесе аргон атмосферасында 1800-1900 ° C температурада қыздырады (брикеттер үздіксіз қозғалыста болады). пеш

Күріш. 29. Графит-түтікке төзімді пештің схемасы:

1 - қаптама; 2 - графитті қыздыру түтігі; 3 - экрандаушы графит құбыры; 4- күйе жылу оқшаулағыш толтырғыш; 5 - тоңазытқыш; 6 - контактілі графит конустары; 7 - салқындатылған байланыс басы; 8 - люк; 9 - ток беретін шиналар

Олардың ыстық аймақта тұруына байланысты 1-1,5 сағат). Ұсақталған ниобий карбиді шарикті диірменде Nb2o5-пен араластырылады (2.22) реакцияға қажет мөлшерден сәл артық (3-5%).

Шихта 100 МПа қысыммен дайындамаларға басылады, олар графит қыздырғыштары бар вакуумдық пештерде (немесе графит түтігі бар вакуумдық индукциялық пештерде) 1800-1900 С температурада қызады. Экспозиция 1,3-0,13 Па қалдық қысым кезінде аяқталады. жетеді.

(2.21) және (2.22) реакциялар жиынтық болып табылады. Олар төменгі оксидтердің (Nt> o2 және NbO), сондай-ақ Nb2c карбидінің түзілуінің аралық сатыларынан өтеді. I кезеңдегі негізгі реакциялар:

Nb2Os + C = 2NbO2 + CO; (2,23)

NbO2 + C = NbO + CO; (2,24)

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

Nb2C + C = 2NbC. (2,26)

Кезең n реакциялары:

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

NbO2 + 2NbC = NbO + Nb2C + CO; (2,28)

NbO + Nb2C = 3Nb + CO. (2,29)

Металл ниобий процестің II кезеңінің соңғы реакциясы арқылы алынады (2.29). 1800 ° C температурада (2,29) реакция үшін ω тепе-теңдік қысымы> 1,3 Па. Сондықтан процесті осы реакция үшін тепе-теңдік қысымнан (0,5-0,13 Па) төмен қалдық қысымда жүргізу қажет.

Алынған агломерленген кеуекті ниобий брикеттерінің құрамында,%: 0,1-0,15; Шамамен 0,15-0,30; N 0,04-0,5. Ықшам соғылғыш металды алу үшін брикеттерді электронды сәулелік пеште балқытады. Тағы бір тәсілі - брикеттерден ұнтақ алу (450 С-та гидрлеу, ұнтақтау және вакуумде кейіннен дегидрлеу), штангаларды престеу және оларды 2300-2350 С температурада вакуумда агломерациялау. Вакуумда балқыту және агломерациялау процестерінде, оттегі және көміртек құрамында co, ал артық оттегі ұшқыш төменгі оксидтер құрамында жойылады.

Карботермиялық әдістің негізгі артықшылығы – жоғары тікелей металл шығымы (96%-дан кем емес) және арзан тотықсыздандырғышты қолдану. Бұл әдістің кемшілігі жоғары температурадағы вакуумдық пештерді жобалаудың күрделілігі болып табылады.

Карботермиялық әдіспен тантал және ниобий-тантал қорытпаларын да алуға болады.

Жоғары оксидтерден ниобий мен тантал алудың алюминотермиялық әдісі

Соңғы жылдары әзірленген ниобий пентоксидін алюминиймен тотықсыздандыру арқылы ниобийді алудың алюминометриялық әдісі, стадиясының төмендігі мен аппараттық конструкцияның қарапайымдылығына байланысты ниобийді алудың басқа әдістеріне қарағанда техникалық және экономикалық артықшылықтары бар.

Бұл әдіс экзотермиялық реакцияға негізделген:

3Nb2Os + 10A1 = 6Nb + 5A1203; (2,30)

Доу = -925,3 + 0,1362т, кДж/моль Nb2o5.

Реакцияның жоғары меншікті жылу эффектісі (2640 кДж/кг стехиометриялық заряд) ниобий-алюминий қорытпасының құймасын балқыту арқылы процесті сыртқы қыздырусыз жүргізуге мүмкіндік береді. Процесс температурасы балқу температурасы А12о3 = 2030 ° С) және металл фазасынан (Nb + 10% ai қорытпасы 2050 ° С балқиды) жоғары болса, пештен тыс табысты жылуды азайтуға болады. Шихтадағы алюминийдің стехиометриялық мөлшерден 30-40% артық артық болуымен процесс температурасы ~ 2150-2200 С-қа жетеді. Тотықсызданудың жылдам жүруіне байланысты балқу температурасымен салыстырғанда температура шамамен 100-150 С-қа көтеріледі. шлак пен металл фазаларының бөлінуін қамтамасыз ету үшін жеткілікті. Шихтадағы алюминийдің жоғарыда көрсетілген артық мөлшерімен 98-98,5% ниобийдің нақты экстракциясымен 8-10% алюминийден тұратын ниобий қорытпасы алынады.

Алюминотермиялық тотықсыздандыру күйдірілген магний немесе алюминий оксидтерінен жасалған төсемі бар болат тигельде жүргізіледі. Балқыту өнімдерін түсіруге ыңғайлы болу үшін тигельді ажыратылатын етіп жасайды. Зарядта орналастырылған нихромдық сым түріндегі сақтандырғышқа электр тогын (20 В, 15 А) беру үшін қабырғалар арқылы контактілер енгізіледі. Тағы бір ықтимал нұсқа - бұл процесті қабырғаларында гарнизаждық қорғаныс қабаты пайда болатын массивті бөлінген мыс тигельде жүргізу.

Тигельге мұқият кептірілген Nb2o5 және бөлшектерінің өлшемі ~ 100 мкм алюминий ұнтағының қоспасы салынады. Тигельді ауамен жанаспау үшін аргон толтырылған камераға салған жөн.

Тұтануды қосқаннан кейін реакция зарядтың бүкіл массасы бойынша жылдам жүреді. Алынған құйма құйма бөлшектерге ұсақталады және алюминийдің көп бөлігін (оның құрамындағы 0,2% дейін) алу үшін қалдық қысымы ~ 0,13 Па болатын графит қыздырғышы бар пеште 1800-2000 С вакуумды-термиялық өңдеуге ұшырайды. ). Содан кейін тазарту балқыту электронды-сәулелік пеште жүргізіледі, қоспасы жоғары таза ниобийдің құймаларын алады, %: 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.

Негізінде танталдың алюминотермиялық өндірісі мүмкін, бірақ процесс біршама күрделірек. Тотықсыздану реакциясының меншікті жылу эффектісі 895 кДж/кг зарядқа тең. Танталдың және оның алюминиймен қорытпаларының балқу температурасының жоғары болуына байланысты құйманы балқыту үшін шихтаға темір оксиді енгізіледі (7-7,5% темір және 1,5% алюминий қорытпасын алу негізінде), сонымен қатар қыздыру қоспа - калий хлораты (Бертолле тұзы) ... Шихтасы бар тигель пешке қойылады. 925 ° C температурада өздігінен реакция басталады. Танталдың қорытпаға алынуы шамамен 90% құрайды.

Вакуумды-термиялық өңдеуден және электронды-сәулелік балқытудан кейін тантал құймалары жоғарыда ниобий үшін берілгенмен салыстырылатын жоғары тазалыққа ие болады.

Тантал мен ниобийді олардың хлоридтерін сутегімен тотықсыздандыру арқылы алу

Тантал мен ниобийді олардың хлоридтерінен тотықсыздандырудың әртүрлі әдістері әзірленді: магниймен, натриймен және сутегімен тотықсыздандыру. Сутегімен тотықсыздандырудың кейбір нұсқалары ең перспективалы болып табылады, атап айтқанда, ықшам металл стерженді алу үшін қыздырылған субстраттардағы хлорид буларын қалпына келтірудің төменде қарастырылған әдісі.

күріште. 30 1200-1400 ° C дейін қыздырылған тантал жолағында TaC15 буларын сутегімен азайту арқылы тантал өндіруге арналған қондырғының диаграммасын көрсетеді. Сутегімен араласқан TaCI5 булары буландырғыштан реакторға беріледі, оның ортасында алдын ала белгіленген температураға дейін электр тогының тікелей өтуімен қыздырылған тантал лентасы орналасқан. Бу-газ қоспасын таспаның ұзындығы бойынша біркелкі бөлу және оның бетіне перпендикуляр ағынды қамтамасыз ету үшін таспаның айналасында саңылаулары бар тот баспайтын болаттан жасалған экран орнатылады. Қызған бетте реакция жүреді:

TaC15 + 2,5 H2 = Ta + 5 HCl; AG ° м к = -512 кДж. (2,31)

Күріш. 30. Тантал пентахлоридін сутегімен тотықсыздандыру қондырғысының схемасы: 1 - реактор фланеці; 2 - оқшауланған электрмен жабдықтау; 3 - қысқыш контактілер; 4 - әрекеттеспеген хлоридке арналған конденсатор; 5 - тантал таспасы; 6 - саңылаулары бар экрандар, - 7 - реакторлық ыдыс; 8 - реактордың қыздырғышы; 9 - қыздырылған ротаметр; 10 - инелі клапан; 11 - буландырғыштың электр пеші; 12 - тантал пентахлоридінің буландырғышы; 13 - сутегі үшін ротаметр

Танталды тұндыру үшін оңтайлы жағдайлар: таспа температурасы 1200-1300 ° C, газ қоспасындағы TaCl5 концентрациясы ~ 0,2 моль/моль қоспа. Бұл жағдайда тұндыру жылдамдығы 2,5-3,6 г/(см2 сағ) (немесе 1,5-2,1 мм/сағ.) Осылайша 24 сағатта орташа диаметрі 24-25 мм таза тантал таяқшасы алынады. жаймаға айналдырылады, электронды сәулелік пеште қайта балқыту үшін пайдаланылады немесе жоғары таза ұнтақтарға айналдырады (ұнтақты гидрлеу, ұнтақтау және дегидрлеу арқылы). Хлоридтің айналуы (тікелей экстракция жабынға) 20-30% құрайды. Әрекеттеспеген хлорид конденсацияланады және қайта пайдаланылады. Электр энергиясының шығыны қабылданған режимге байланысты 1 кг танталға 7-15 кВт/сағ.

HCI буларын суда сіңіру арқылы бөлгеннен кейін сутегі процеске қайтарылуы мүмкін.

Сипатталған әдіс бойынша ниобий таяқшаларын да алуға болады. Ниобийді тұндыру үшін оңтайлы жағдайлар: таспа температурасы 1000-1300 С, пентахлорид концентрациясы 0,1-0,2 моль/моль газ қоспасы. Металлдың шөгу жылдамдығы 0,7-1,5 г/(см2-сағ), хлоридтің металға айналу дәрежесі 15-30%, энергия шығыны 17-22 кВт*сағ/кг металл. Ниобий үшін процесс NbCl5 бөлігінің қыздырылған жолақтан белгілі бір қашықтықта реактордың қабырғаларында тұндырылған ұшқыш емес NbCl3-ке дейін реактор көлемінде азаюы арқылы жеңілдетіледі.

Тантал алудың электролиттік әдісі

Тантал мен ниобийді судағы ерітінділерден электролиз арқылы бөліп алу мүмкін емес. Барлық әзірленген процестер балқытылған ортаның электролизіне негізделген.

Өндірістік тәжірибеде бұл әдіс тантал алу үшін қолданылады. Сонымен, бірнеше жылдар бойы танталдың электролиттік әдісін Fenstil компаниясы (АҚШ) қолданды, Жапонияда өндірілген танталдың бір бөлігі қазіргі уақытта электролиз арқылы алынады. Әдістеменің кең көлемдегі зерттеулері және өнеркәсіптік сынақтары КСРО-да жүргізілді.

Танталды электролиттік өндіру әдісі алюминий өндіру әдісіне ұқсас.

Электролит құрамында тантал оксиді Ta205 еріген K2TaF7 - KF - - KC1 балқытылған тұз негізінде жасалған. Құрамында бір ғана тұз K2TaF7 бар электролитті пайдалану графиттік анодты пайдалану кезінде үздіксіз анодтық әсерге байланысты іс жүзінде мүмкін емес. K2TaF7, KC1 және NaCl бар ваннада электролиз мүмкін. Бұл электролиттің кемшілігі электролиз кезінде ондағы фторид тұздарының жинақталуы болып табылады, бұл токтың критикалық тығыздығының төмендеуіне әкеледі және ваннаның құрамын реттеуді талап етеді. Бұл кемшілік электролитке Ta205 енгізу арқылы жойылады. Бұл жағдайда электролиздің нәтижесі тантал оксидінің катодта, ал оттегінің анодында бөлінуімен тантал оксидінің электролиттік ыдырауы болып табылады, ол анодтың графитімен әрекеттесіп, СО2 және СО түзеді. Сонымен қатар, балқытылған тұзға Ta205 енгізу балқыма арқылы графит анодының сулануын жақсартады және токтың критикалық тығыздығын арттырады.

Электролит құрамын таңдау K2TaF7-KCl-KF үштік жүйесін зерттеу деректеріне негізделген (31-сурет). Бұл жүйеде екі қос тұз K2TaF7 KF (немесе KjTaFg) және K2TaF7 KC1 (немесе K3TaF7Cl), екі үштік эвтектика Ei және E2 сәйкесінше 580 және 710 С балқу және 678 ° C перитектикалық P нүктесі бар. Ta205 балқымаға енгізілгенде фтортанталаттармен әрекеттесіп оксофтортанталат түзеді:

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

K3TaF7Cl реакциясы да осылай жүреді. Танталдың оксфторидті кешендерінің түзілуі электролиттегі Ta205 ерігіштігін анықтайды. Шектеулі ерігіштік балқымадағы K3TaF8 мөлшеріне байланысты және реакцияның стехиометриясына сәйкес келеді (2.32).

Электролит құрамының электролиз көрсеткіштеріне әсері (критикалық ток тығыздығы, ток тиімділігі, экстракция, тантал ұнтағының сапасы) деректеріне сүйене отырып, кеңестік зерттеушілер электролиттің келесі оңтайлы құрамын ұсынды: 12,5% (салмағы бойынша) K2TaF7, демалыс KC1 және KF 2 : 1 қатынасында (салмақ бойынша). Енгізілген Ta2Os концентрациясы 2,5-3,5% (салмақ бойынша). Бұл электролитте 700-800 ° C температурада графиттік анодты пайдаланған кезде оксофторидтік кешеннің ыдырау кернеуі 1,4 В, ал KF және KC1 үшін ыдырау кернеулері сәйкесінше ~ 3,4 В және ~ 4,6 В.

КС I K2TaF, -KCl KJaFf

Күріш. 31. K2TaF7-KF-KCl жүйесінің балқу диаграммасы

Электролиз кезінде катодта Ta5+ катиондарының сатылы разряды жүреді:

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

Анодтағы процестерді келесі реакциялармен көрсетуге болады: TaOF63 "- Ze = TaFs + F" + 0; 20 + C = CO2; CO2 + C = 2CO; TaFj + 3F ~ = TaF | ~. Балқымаға енгізілген Ta2O-мен әрекеттесетін TaF | ~ иондары қайтадан TaOF | ~ иондарын түзеді. 700-750°С электролиз температурасында газдардың құрамында -95% СО2, 5-7% СО2; 0,2-

КСРО-да сыналған электролиттік элементтердің конструкцияларының ішінде ең жақсы нәтижелер катодта никель тигель (немесе никельдің хроммен қорытпасы) ортасында алынған.

32-сурет. Тантал өндіруге арналған электролиттік жасуша:

1 - Ta205 қоректендіргіші бар бункер; 2 - фидердің электромагниттік вибраторы; 3 - анодқа арналған бекіткіші бар кронштейн; 4 - қабырғасында саңылаулары бар қуыс графиттік анод; 5 - нихромнан жасалған тигель-катод; 6 - қақпақ; 7 - жылу оқшаулағыш шыны; 8 - автомобильді көтеруге арналған руль; 9 - ток беруге арналған штангасы бар тығын

Қабырғаларында саңылаулары бар қуыс графит аноды (32-сурет). Тантал оксиді қуыс анодқа автоматты дірілдеткіш арқылы мерзімді түрде беріледі. Бұл қоректендіру әдісімен катодты кен орнының ерімеген тантал пентоксидімен механикалық ластануы жоққа шығарылады. Газдар борттық сорғыш арқылы шығарылады. 700-720 С электролиз температурасында Ta205 ваннасының үздіксіз берілуі (яғни анодтық әсерлердің ең аз санымен), катодтық токтың тығыздығы 30-50 А / дм2 және DjDk = 2 * 4 қатынасы, танталдың тікелей алынуы 87-93%, шығымы ағымдағы 80%.

Электролиз тигельдің пайдалы көлемінің 2/3 бөлігі катодты тұнбамен толтырылғанша жүргізіледі. Электролиздің соңында анод көтеріліп, электролит катодты шөгіндімен бірге салқындатылады. Электролитті тантал ұнтағының бөлшектерінен бөлу үшін катодты өнімді өңдеудің екі әдісі бар: ауаны бөлу арқылы ұнтақтау және вакуумды-термиялық тазалау.

КСРО-да жасалған вакуумдық-термиялық әдіс аргон атмосферасында балқыту (балқыту) арқылы танталдан тұздардың негізгі бөлігін бөлуден тұрады, содан кейін 900 С-та вакуумде булану арқылы қалдықты жоюдан тұрады. Балқытылған және конденсацияланған электролит болып табылады. электролизге қайтады.

Бұл 30-70 мкм ауаны бөлу арқылы ұнтақтау арқылы, ал вакуумды термиялық өңдеуді қолданғанда - 100-120 мкм.

Тантал сияқты оксифторид-хлоридті электролиттерден ниобий алу оң нәтиже бермеді, себебі разряд кезінде катодта металды ластайтын төменгі оксидтер пайда болады. Ток шығысы төмен.

Ниобий үшін (сондай-ақ тантал үшін) оттегісіз электролиттер перспективалы. Ниобий мен тантал пентахлоридтері балқыған сілтілі металл хлоридтерінде ериді, күрделі тұздар A / eNbCl6 және MeTaCl6 түзеді. Бұл кешендердің электролиттік ыдырауы кезінде катодта ниобий мен танталдың ірі кристалды шөгінділері, ал графиттік анодта хлор түзіледі.

Әлеуметтік-экономикалық және гуманитарлық ғылымдар

UDC 553,98 "=."

РЕСЕЙДЕГІ НИОБИЙДЫ ӨНДІРУ

Г.Ю. Боярко *, В. Ю. Хатков **

, * Томск политехникалық университеті

** Ресей Федерациясы Үкіметінің аппараты. ""

Электрондық пошта: [электрондық пошта қорғалған]

Ниобий Ресейде Ловозерское кен орнында (Мурманск облысы) лопарит концентраты түрінде және татар кен орнында өндіріледі ( Краснояр облысы) пирохлор қышқылы концентраты түрінде, және өңдеу ~ Соликамск магний (Пермь облысы) «және Ключевской ферроқорытпа (Свердлов облысы) зауыттарында. Ресейлік ниобий тұтынушыларының тау-кен кәсіпорындарымен тік интеграциясы нәтижесінде ниобий өнімдерінің импортына тәуелділік жойылды.Томтор ниобий кен орны (Саха-Якутия Республикасы) және Этыкинский тантал-ниобий кен орнында (Чита облысы) бұрынғы өндіріс деңгейін қалпына келтіру Бразилиялық ниобий өндірушілерінің табиғи әлемдік монополиясының болуына байланысты ресейлік ниобий өндіруші кәсіпорындар бірінші кезекте Ресейдің, Украинаның, Қазақстан мен Қытайдың металлургиялық нарығына бағытталуы керек.

Ниобий - жоғары икемділігі, коррозияға төзімділігі, жақсы дәнекерлеу қабілеті және кішігірім термиялық нейтронды ұстау қимасы бар ауыр отқа төзімді металл. Ол ыстыққа төзімді және асқын өткізгіш қорытпалардың құрамына кіреді, ал ниобиймен легирленген болаттар жоғары беріктікке және айтарлықтай икемділікке, аязға және коррозияға төзімділікке ие. Ниобийдің негізгі тұтынуы төмен легирленген (0,07 ... 0,08% N)) болаттан магистральдық құбырларға арналған үлкен диаметрлі құбырларды өндіруге келеді. Төмен легирленген ниобий болаттары құрылыс конструкцияларын жасауда, көпір салуда, жол және тау-кен машина жасауда, авиациялық және автомобиль жасауда, мұнайды терең бұрғылауға арналған жабдықтарды, химия және мұнай-химия өнеркәсібінің жабдықтарын жасауда және т.б. Ниобийдің қалайы, титан және цирконий қосылған қорытпалары магниттік сепараторларда, зарядталған бөлшектерді үдеткіштерде және MHD генераторларында қолданылатын күшті электромагниттерге арналған асқын өткізгіш электромагниттерді өндіруде кеңінен қолданылады. Литий мен қорғасын ниобаттарының синтетикалық монокристалдары оптикалық жапқыштар мен акустоэлектрондық құрылғыларда қолданылады. Ниобийді әлемдік тұтыну көлемі жылына 25 ... 26 мың тоннаны құрайды және оның айқын өсуі жылына 2 ... 2,5% -ға байқалады. Ниобийді тұтыну бойынша көшбасшылар Жапония (әлемдік сұраныстың 30%), АҚШ (шамамен 25%) және Еуропалық Одақ елдері болып табылады. Ниобий өнімдерінің бағасы кестеде көрсетілген. Г

Ниобий гидрометаллургиялық және пирометаллургиялық әдістермен ниобий минералдарының концентраттарынан – пирохлордан (NaCaNb206F) (әлемдік жеткізілімнің 90%-ға дейін), колумбит-танталиттен ((Fe, Mn) (Nb, Ta) 206) (5%-ға дейін) алынады. ) және лопарит (( Ca, TR) (Ti, Ta, Nb) 02) (тек Ресейде). Оларды өңдеу кезінде тантал бір мезгілде алынады (Та / Nb = 1/10 қатынасында), сонымен қатар лопариттен сирек жер металдары мен титан алынады.

Ниобийдің әлемдік өндірісі 25,7 мың тонна (2002), оның 22 мың тоннасы бразилиялық Companhia Brasileira de Metalurgia e Minera ^ So Cia Brasileira de Metalurgia Minera?Ao (CBMM), пирохлорлы концентраттарды өндірудегі табиғи монополияға тиесілі. , феррониобий (жылына 18 мың тоннаға дейін), ниобий

Кесте. Ниобий (және онымен байланысты тантал) өнімдерінің бағасы

Тауар өнімдерінің бағасы, кг үшін АҚШ доллары

Пирохлорлы концентрат (N ^ 05 есебімен) 6,0 ... 6,5

Колумбит концентраты (N1 ^ 05 есебімен) 6,5 ... 7,0

Танталит концентраты (Та205 есебімен) 65 .. / 75

Лопарит концентраты 1,1-

Феррониобий 14,5 ... 15,5

Ниобий металы 14,0 .. L 4,5

Тантал ұнтағы ■ 200 ... 230

Металл тантал 200 ... 210

талл және тантал. Ол Араша карбонатит массивінде (Амазонас штаты) орташа мөлшері 2,5% Nb205 (4,3 млрд. тонна кен) және 4,3% Nb205 (30 млн. тонна кен) бар Питанга қалайы кен орнында аймақтық үгілу қыртысын өндіруде. CBMM концентраттарының бір бөлігін жылына 3,5 мың тоннаға дейін феррониобий өндіретін Catalao de Goäis (Mineralo Cataloa) шоғырландырылған компаниясы өңдейді. Бразилияда резервтік ретінде ұлттық саябақПико да Неблина - орташа Nb205 құрамы 2,8% болатын 2,9 млрд тонна кен қоры бар Сейс Лагос кен орны. Канадада ниобий рудасы орта есеппен Nb205 0,6% құрайтын Сент-Оноре кен орнында (Ниобек кеніші, Квебек) өндіріледі. Кендерді өндірумен және концентраттарды өңдеумен екі компания айналысады - Teck Corp. және 2002 жылы әлемдік нарыққа 3,2 мың тонна феррониобийді жеткізген Cambior Inc. Өте аз мөлшерде әртүрлі ниобий өнімдері (негізінен пирохлор концентраттары) Австралияда (Жасыл бұталар), Нигерияда (Джо платосы), Мозамбикте (Мбейя), Замбияда (Луеш) және Конгода (Маноно Китололо) өндіріледі.

Жоспарлы экономика дәуірінде КСРО 2000 тоннаға дейін ниобий өнімдерін өндірді және өндірді (ниобий оксиді бойынша), өндірісі бойынша үшінші (Бразилия мен Канададан кейін) және тұтыну бойынша төртінші (Жапониядан кейін, АҚШ және Германия). Бірыңғай экономикалық кеңістік ТМД-ның ұлттық анклавтарына ыдырағаннан кейін сирек металл өнеркәсібінің технологиялық тізбегі үзіліп, оның кейбір фрагменттері тиімсіз болды. Нәтижесінде ресейлік тұтынушылар жылына 100 ... 200 тонна ниобий қорытпаларын (негізінен Бразилиядан) экспорттау арқылы ниобийге деген қажеттіліктерін қанағаттандыруға мәжбүр болды.

Ресейдегі жалғыз жұмыс істеп тұрған тау-кен өндіру кәсіпорны Мурманск облысы, Ревдинск ауданы, Ловозеро ауылындағы «Северные сирек металдар» ААҚ (бұрынғы Ловозерский ГОК) және оның тау-кен операторы «Ловозеро тау-кен компаниясы» ААҚ, Карнасурт және Умбозеро кеніштерінде. Мұнда қоры бойынша бірегей (Nb205 құрамы бойынша нашар – бар болғаны 0,24%) Ловозеро сирек-жер-ниобий-тантал кен орнында жылына құрамында лопарит бар нефелинді сиениттерден 25 мың тоннаға дейін лопарит концентраты өндірілді. 6 ... 8% Nb, 0, 5% Ta, 36 ... 38% TR және 38 ... 42% Ti. 10 мың тоннаға дейін лопарит концентраты «Соликамск магний зауыты» ААҚ-да (негізгі иесі «Ресей өсу қоры» БК) өңделеді, онда ниобий гидроксиді хлорлау арқылы алынады, бұл металл ниобий өндіру үшін орташа өнім болып табылады. Өскемен, Қазақстан, Ертіс химия-металлургиялық зауыты). Қазіргі уақытта Соликамск магний зауыты жыл сайын 700 ... 750 тонна ниобий оксидтерін және 70 ... 80 тонна тантал оксидін өндіреді, олар толығымен ескірген.

порт. Қалғандары 10 ... 12 мың. Тлопарит концентраты бұрын A5> 8Pte1 (Силламае, Эстония) күкірт қышқылының схемасы бойынша металдық ниобий мен феррониобийге дейін өңделген. Қазіргі уақытта 5Pte1 лопарит шикізатын сатып алудан бас тартты және Бразилия мен Нигериядан технологиялық тұрғыдан жетілдірілген пирохлор концентраттарына көшті. Сәйкесінше, «Сев-редмет» компаниясының лопарит концентратының өндірісі де төмендеп (8 ... 10 мың тоннаға дейін), бұл кәсіпорынды банкроттықтың шегіне жеткізді. Қажетті инвестициялардың (100 млн. АҚШ доллары) болмауына байланысты 2000 жылы феррониобий өндірумен жеке гидрометаллургиялық өндірісті ұйымдастыру әрекеті сәтті аяқталмады. Қазіргі уақытта «Севредмет» АО-ның иесі «ФТК» (Қаржы, технология, консалтинг) ЖАҚ (Мәскеу), Соликамск магний зауытының тең иесі (акциялардың 14%) болып табылады, бірақ қазіргі жағдайдан шығудың нақты жолы жоқ. лопарит шикізатына шектеулі сұраныс. Ертіс химия-металлургия зауыты да банкротқа ұшырау алдында тұрды және 1996 жылға қарай ниобий өнімдерін өндіруді тоқтатты, бірақ 2000 жылы одан «KazNiobiy IHMZ» ЖШС қабілетті бөлімшесі бөлініп, 60 ... 80-ге дейін өнім шығара бастады. тонна металл ниобий жылына шикізат ретінде Соликамск ниобий гидроксиді пайдаланылады. ТМД елдерінде тантал өнеркәсіп өнімдерін өңдеу «Қазатомөнеркәсіп» ҰАК «Үлбі металлургиялық зауыты» ААҚ (Өскемен, Қазақстан Республикасы) жүзеге асырылады, онда ниобий өнімдері – ұнтақ, құймалар, прокат өндіріледі.

Бұрын бай рудаларда жұмыс істеген Ресейдің басқа кәсіпорындары оларды ХХ ғасырдың 90-жылдарында игеріп, нарықтық экономикаға көшу кезінде рентабельді емес салаларын жауып тастады. Бұл Вишневогорск тау-кен басқармасы (Челябі облысы), осы аттас кен орнын, Малышевское РУ (Свердловск облысы), Линден шалғынындағы сирек металды пегматиттердің толығымен таусылған кен орнын, Орловский ГОК (Чита облысы) игерген. Завитковское және Этыкинское кен орындарын тоқтатқан Орловское кен орны және Забайкальский кен кәсіпорны (Чита облысы). Бұл кәсіпорындардың пирохлор және колумбит-танталит концентраттары Ключевский ферроқорытпа зауытында (Свердлов облысы, Сысертский ауданы, Двуреченск поселкесі) өңделіп, олардан феррониобий және ниобийдің негізгі қорытпалары өндірілді.

Ресейде сирек металл өнеркәсібін жетілдіру ниобий тұтынушыларының бастамасымен жүзеге асты - «Северсталь» ОАО Череповец металлургтерінің (Череповец, Вологда облысы). Ниобийге экспорттық тәуелділікті жою мақсатында бұл холдинг «Сталмаг» АҚ-ның (Красноярск) еншілес кәсіпорнын ұйымдастырды, осы аттас карбонатит массивіндегі татар вермикулит-ниобат-фосфор кен орнының үгілу қабығынан пирохлор концентраттарын алу,

Краснояр өлкесінің Мотыгин ауданында салынған |9 |. 2000 т соңында. бұл кен орнында қуаттылығы жылына 90 мың тонна руданы құрайтын бастапқы өңдеу зауыты іске қосылды. Алынған концентраттан Ключевский ферроқорытпа зауытына 150: .. жылына 200 тонна феррониобий өндіріледі. Екінші кезеңді енгізумен шахтаның өнімділігі екі есе артады,

2001 жылы соңғы жылдары флюорит пен алтын өндірумен айналысып келе жатқан Забайкальский ГОК (Чита облысы Шилкин ауданы, Первомайский поселкесі) Етікі массивіндегі сирек металл граниттеріндегі Этыкин тантал-ниобий-қалайы кен орнын өндіруді қайта бастады. Кендерде танталдың орташа мөлшері – 0,031%, ниобий – 0,1%, қалайы – 0,2%. 2001 жылы ^ (металл бойынша) 40 тонна тантал, 60 тонна ниобий, 100 тонна қалайы өндірілді. 2005 жылға қарай өндіріс қуаттылығын бес есеге арттыру жоспарлануда. Первомай кентіндегі Забайкальск ГОК базасында калий фтортанталаты мен ниобий пентоксидін өндіретін гидрометаллургиялық цехтың құрылысы жүргізілуде. Кімнен: Этыкинский рудалары «және рудалардағы орташа құрамы N20 литий концентраттары – 0,11%. Литий, бериллий, тантал, қалайы, ниобий өндіру, өндіру және тұтыну (LIBTON) мемлекеттік бағдарламасы аясында. «Сонымен қатар Завитинский литий-ниобийлі сподумен-пегматиттер кен орнында Забайкальск ГОК өндіруді қайта бастау жоспарлануда.

жақсы өнімдер кендердегі орташа мөлшері Ta205 -0,0139% және N> 205 -0,02%.

ZAO Alrosa компаниясы (Мирный, Саха-Якутия Республикасы) алмаз бизнесін әртараптандыру бағдарламасы бойынша қорлары бойынша бірегей Томтор ниобий-сирек жер кен орны, Бурный учаскесін игеру үшін тау-кен жобасын дайындауда. және кен сапасы, Саха-Якутия Республикасының Оленек ұлысында. Кен орнының бұл фрагменті Томтор карбонатит массивінің үгілу қыртысының шайылуы нәтижесінде пайда болған көлбеу қабаты болып табылады. Мұнда Lb205 орташа мөлшері 6,71%, Y - 0,59%, ST11 - 9,53% құрайды. Берни учаскесін игеру жобасы бойынша тау-кен массасын өңдеудің бастапқы жылдық көлемі 13,73 мың м3, және құрамында 583 т Lb205 бар пирохлор концентратын және 690 т сирек жер металдарының оксидтері (V203, CeO2) бар сирек жер концентратын өндіру жоспарлануда. , La203, Pr6Ou, Ssh203, No 203, Eu203, 8s203). Алдағы уақытта өндіріс қуатын 30 мың м3 рудаға дейін ұлғайтып, No205 есептегенде 2000 тоннаға дейін пирохлорлы концентрат өндіру жоспарлануда.

Шағын тәжірибелік-өндірістік кәсіпорын Тулун ауданындағы Белозимин ниобий-фосфат кен орнын барлау кезінде (1984-1986 ж.ж.) болды. Иркутск облысы... Кен түзілімдері карбонатиттердің (құрамында 0,24% Ni>205 бар) аумақтық үгілу қыртысын білдіреді, олардың бай блоктарында Бас және Ягодный аудандарында ML205-тің орташа мөлшері сәйкесінше 1,06 және 1,39% құрайды. Дегенмен, көлденең кесу

Сурет салу. Ниобийдің орналасуы. кен орындары мен ниобийді өндіретін және өңдейтін компаниялар.

1) ниобий кен орындары ■ 2) ниобий өндіруші компаниялардың холдингілері; 3 ~ 5) шахталар: 3) жұмыс істеп тұрған, 4) өндіріске енгізілетін, 5) жабылған немесе тоқтатылған; 6) өңдеуші кәсіпорындар

бұл эксперименттерде Nb205 экстракциясы 30%-дан аспады. Фосфатты (апатит + франколит) концентратын Белозимин рудаларынан қосымша өнім ретінде алуға болады, рудалардағы Р205 бастапқы мөлшері 11,25% құрайды.

2000 жылы таратылған Орловский ГОК негізінде жаңа кәсіпорын «Ново-Орловский ГОК» ААҚ (Чита облысы, Агинский ауданы, Новорловский поселкесі), №1 тәжірибелік байыту зауыты және №1 байыту зауытының тантал учаскесі құрылды. 5190 тонна Вт, 550 тонна Нб және 440 тонна Та бар Орловский ГОК вольфрам өндірісінің 2 кешені қалпына келтірілді. Тантал мен ниобийдің болжамды өнімі жылына 10 ... 20 тоннаға дейін жетеді.

Ключевск ферроқорытпа зауытында тантал мен ниобийді алу үшін «Новосибирск қалайы зауыты» ААҚ-да қалайы балқыту шлактары кезеңді түрде өңделеді. Жылдық сату көлемі бойынша Новосибирск қалайы зауытының шикізатынан ниобий мен тантал шығару алғашқы тоннадан аспады.

Ресейдегі басқа ниобий және тантал-ниобий кен орындарын атап өту керек:

Бело-Зимин кен орнынан (Иркутск облысы) батысқа қарай 12 км жерде орналасқан және аттас карбонатит массивінің кальцит-микроклиндік карбонатиттерімен шектелген Большетагнинское фосфор-ниобий кен орны. Кендерде Nb205 орташа мөлшері 1,02% құрайды.

Среднезиминское зақым-ниобий-фосфор кен орны Бело-Зимин кен орнынан (Иркутск облысы) оңтүстікке қарай 18 км жерде орналасқан және кальцит-микроклиндік карбонатиттермен шектелген. Кендерде Nb205 орташа мөлшері 0,10 ... 0,18%, уран 0,02% дейін, фосфор - 2,5 ... 3,5%. Кен орны, ең алдымен, пайдалы компоненттердің төмен концентрациясына және кендердің жоғары радиоактивтілігіне байланысты проблемалық болып табылады.

Вуориярвинский ниобий кен орнының Неске-Вара учаскесі Мурманск облысының Кандалакшин ауданында орналасқан. Ол үлкен

Бадделейит пен пирохлор сіңдірілген апатит-магнетиттік құрамды кен блогы. Учаскенің кендеріндегі Nb2Os орташа мөлшері 0,53%, Ta205 - 0,017%. Кен орны апатит пен бадцелейтті (Zr- және ТР-құрамды) концентраттарды өндірумен байланысты темір рудаларын өндіретін «Ковдорский ГОК» ААҚ жұмыс істеп тұрған кәсіпорынға жақын жерде орналасқан. Кен орны таяз – бар болғаны 6,2 мың тонна Nb205 және 200 тонна Ta205, бірақ бұл кендер Ковдорс ГОК технологиялық тізбегіне сәйкес келеді және бұл нысанды оңай пайдалануға болады.

Улуг-Танзек ниобий-сирек жер кен орны (Тыва Республикасы) кенді (пирохлор, колумбит-танталит, циркон, литий, бериллий және сирек жер минералдары) кварц-альбит-микроклин метасоматиттерінің минералданған аймағы. Кен орны ХХ ғасырдың 90-жылдарында бағаланып, толық зерттелмеген күйінде қалды. Мазмұны No 205 -0,2%, Ta205 - 0,0155%, BTI - 0,063% (yt-трий элементтерінің үлесі 30 ... 40%), 1l20 - 0,086,1xOr - 0,4%. Кенді байытудың технологиялық схемасында No>, Та, бг, Щ.

TI (Y), және, және, YL.

Байкал-Амур магистральындағы Новая Чара станциясынан 140 км қашықтықта Чита облысының солтүстігінде орналасқан. Кендерде Ni> 205 орташа мөлшері 0,31, Ta205 0,019%, 8ТЯ 0,25% (иттрий элементтерінің үлесі 40 ... 50%), g02 1,38%. Бұл кен орнын игерудің инвестициялық жобасын Забайкальск ГОК әзірлеуде.

Горноозерское ниобий кен орны Саха-Якутия Республикасының Усть-Май ұлысында орналасқан және аттас көміртекті-тититті массивпен шектелген. Кен орны тек жер бетінен ғана зерттелген, оның бағасы өте нашар. Пирохлор минералдануы магний карбонатиттерінің сызықтық аймақтарымен шектеледі. Үлгілердің шектеулі саны үшін #> 205 орташа мазмұны 0,25% құрайды. Кен орнында сондай-ақ бағаланбаған пирохлорлы көл шұңқыры анықталды. Томтор кен орнымен салыстырсақ, ол өте бай болуы мүмкін.

Вишняковское тантал кен орны Иркутск облысында, Тайшет станциясынан 110 шақырым жерде орналасқан және онымен жол арқылы жалғасады. Қалыңдығы 40 м-ге дейінгі сирек металды пегматиттердің тамыр денелерінде танталит, бериллий және липедолит (литий) минералдануы болады. Ta205 орташа мөлшері 0,0198% құрайды, ал Рябинов ауданының жеке тамырлары үшін - 0,023 ... 0,03%. Орташа мөлшері 1l20 -0,086% болатын литийдің, сондай-ақ бериллийдің ықтимал байланысты экстракциясы. №> 205 құрамы жоғары емес – 0,02%, бірақ тантал шикізатын алу кезінде жанама өнім ретінде ниобий алынады. Кен орны қосымша барлауды қажет етеді.

Жалпы алғанда, ниобий шикізатын өндіру бойынша жұмыс істеп тұрған қуаттар ресейлік металлургтердің ниобийді легирлеуші ​​қоспаларға (жылына 200 ... 250 тонна) қажеттіліктерін қанағаттандырады, тіпті магистральдық құбырлар үшін құбыр өнімдеріне сұраныстың өсуін ескере отырып. құбырлары, Стальмаг және Забайкальск ГОК қуаттарын жоспарлы игеру ғана асыра алады.

2005 жылға дейінгі сұраныстың жаңа көлемдерін жабу (600 ... 800 тоннаға дейін).

«Севредмет» және «Соликамск» металлургиялық комбинаттарының мәселелерін олардың иелері (ФТК компаниясы және Ресейдің өсу қоры) түпкілікті тауарлық өнімді (жеке) алу үшін күрделі ниобий-сирек жер шикізатын өңдеудің бірыңғай технологиясын құру шеңберінде шешу қажет. сирек жер металдары және олардың оксидтері, феррониобий, металдық ниобий және тантал) және жылына 22 ... 25 мың тонна лопарит концентратын өңдеу үшін жеткілікті қуаттарды құру. Бұл холдинг жылына 1000 тоннаға дейін ниобий мен 100 тоннаға дейін тантал өнімдерін өндіре алады. ... : ■.

Қайта жаңғыртудан өткен «Севредмет» және «Томтор» кен орнындағы жаңа «Ап-Росы» тау-кен кәсіпорнының өнімдерін сату қазірдің өзінде ресейлік нарықтан шығуды талап етеді. Әлемдік нарыққа шығу ниобий өнімдерінің әлемдік монополиясы – бразилиялық SVMM компаниясының саясатымен шектелген. Ниобий шикізатын өндіру мен өңдеудің ең төмен құнына ие бола отырып, ол елеулі бәсекелестердің пайда болуына жол бермей, әлемдік баға деңгейін бақылай алады. Артық ниобий өнімдерін ресейлік өндірушілер ТМД елдерінің (Украина, Қазақстан) біріккен металлургия нарығына және Қытайдағы өсіп келе жатқан металлургия тұтыну нарығына назар аударуы керек. Металлургия секторынан басқа, өндіруге жылына 5 мың тоннаға дейін қажет болатын ниобий қорытпаларына негізделген асқын өткізгіш электр беру жүйелеріне негізделген әлемдік энергия үнемдеу технологияларының алдағы 20 жылдағы даму тенденцияларын байыпты түрде зерделеу қажет. жыл.

Ключевск ферроқорытпа зауытының бар өндірістік қуаты сатуға жеткілікті

ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

1. Елютин А.В., Чистов Л.Б., Епштейн Е.М. Даму проблемалары минералдық-шикізат базасыниобий // Ресейдің минералды ресурстары. Экономика және менеджемент

«жалқаулық. – 1999. – No 3. – С. 22-29.

2. Кудрин Б.С., Кушпаренко Ю..С., Петрова Н.В. және т.б. «Минералды шикізат. Ниобий және тантал. Анықтамалық.

М .: Geoinfomark, 1998 .-- 63 б.

3. 2001 жылдың басындағы дүние жүзінің минералдық ресурстары. -М .: Аэрогеология, 2002 .-- Т. 2.- 476 б.

4. Минералды шикізаттың қысқаша мазмұны «2003. – Питтсбург, ПА (АҚШ): USGS, 2003. – 196 б.»!

5. Ниобий. Минералды жылдық шолу 2001. - Питтсбург, ПА (АҚШ): USGS, 2002. - P. 21.1-28.14.

6. Америка Құрама Штаттарындағы металл бағасы 1998 жылға дейін. -Питтсбург, PA (АҚШ): USGS; 1998 .-- 179 б.

8. Жевелюк И. «Ау» жылжымалы «мүлік // Солтүстік-Батыс-Курьер. - № 41 (54): - 21-27 қараша 2002. т.

жылына 1500 тонна феррониобий, 1000 тонна N¿-N5 қорытпасы және 500 тонна Cr-N-M-мастер қорытпасын өндіру. Осылайша, «Стальмаг», «Забайкальский» және «Ново-Орловский» ГОК өңдеуге ұсынылған, сондай-ақ Томтор кен орнынан жеткізуге жоспарланған пирохлор өнімдерінің көлемін осы кәсіпорын қайта бөлуге қабылдай алады. Ниобий мен танталдан тауарлық металл бұйымдарын өндіру үшін ресейлік компанияларСіз қазақстандық KazNiobiy – Ертіс химия-металлургиялық комбинаты және Үлбі металлургиялық зауытымен жұмыс істеу үшін толлингтік схемаларды пайдалана аласыз. Асқын өткізгіш материалдар конъюнктурасы жақсарған жағдайда, Ресей аумағында ниобий прокатының өндірісін ұйымдастыру нұсқасы да шынайы. Мұндай өндіріс бұрын GIREDMED (Подольск, Мәскеу облысы) тәжірибелік-химиялық-металлургиялық зауытында және отқа төзімді металдар мен қатты қорытпалар тәжірибелік зауытында (Мәскеу) болған.

Ниобий өнімдерін өндіру және өндіру бойынша жаңа өндірістерді құру басқа пайдалы қазбалардың кен орындарын игеру кезінде олармен байланысты өндіру шеңберінде де мүмкін болады - мысалы, Катугин иттрий-сирек жер-цирконий, Вишняковский тантал, Завитин литийі және т.б. ниобий, ол сұраныс нарығына айтарлықтай әсер ете алмайды.

Ниобий шикізатын шамадан тыс жеткізу жағдайында алыстағы қорық кен орындарын (Тыва Республикасындағы Улуг-Танзекский және Саха-Якутия Республикасындағы Гусиноозерский) бай және жеңіл өңдеуде жұмыс істейтін неғұрлым қабілетті компаниялардың игеруі кенді пайдалану өте қиын.

9. Семененко Ю. Орыс ниобийі. Сібірден келген алғашқы қарлығаш // Природо-ресурсные ведомости. - 31 тамыз 2001 жыл, http://gazeta.priroda.ru.

10. Сайттар Ю.Г., Харитонов Ю.Ф., Шевчук Г.А. Чита облысының минералдық-шикізат базасы. Барлау және игеру перспективалары: 2 бөлім // Ресейдің минералдық ресурстары. Экономика және менеджемент. - 2002. -№ 5. - С. 8-20.

11. Темнов А.Б. Томтор кен орнының аса бай сирек металл кендерін өндірудің геологиялық-техникалық мәселелері // Мыңжылдықтар тоғысындағы табиғи және техногендік шөгінділер және үгілу қыртысының шөгінділері. Аннотациялар. есеп беру XII Int. конференция ". - М .: ИГЕМ РАН, 2000. - С! 345-347.

12. Епштейн Е.М., Усова Т.Ю., Данильченко Н.А. және т.б.Ресей ниобийі: жағдайы, минералдық-шикізат базасының даму және даму болашағы // Минералды шикізат. Геологиялық-экономикалық серия, No 8. - М .: ВИМС, 2000. - 103 б.

13. Кудрин Б.С., Рожанец А.Б., Чистов Л.Б. және т.б.Ресей танталы: жағдайы, минералдық-шикізат базасының даму және даму болашағы // Минералды шикізат *. Геологиялық-экономикалық серия, No 4. - М .: ВИМС, 1999.-90 б.

Ниобийдің физикалық қасиеттері

Ниобий – күміс-сұр түсті жылтыр металл.

Элементтік ниобий - өте отқа төзімді (2468 ° C) және жоғары қайнайтын (4927 ° C) металл, көптеген коррозиялық орталарға өте төзімді. Фторсутек қышқылынан басқа барлық қышқылдар оған әсер етпейді. Тотықтырғыш қышқылдар ниобийді «пассивтендіреді», оны қорғаныш оксидті қабықпен жауып (No205). Бірақ жоғары температурада ниобийдің реактивтілігі артады. Егер 150 ... 200 ° C температурада металдың кішкене беткі қабаты ғана тотығатын болса, 900 ... 1200 ° C температурада оксидті пленканың қалыңдығы айтарлықтай артады.

Ниобийдің кристалдық торы a = 3,294А параметрімен денеге бағытталған текше.

Таза металл иілгіш және аралық күйдірусіз суық күйде жұқа қаңылтырға (қалыңдығы 0,01 мм-ге дейін) оралады.

Басқа отқа төзімді металдар – вольфрам және молибденмен салыстырғанда ниобийдің жоғары балқу және қайнау температурасы, электрондардың жұмыс функциясының төмен болуы сияқты қасиеттерін атап өтуге болады. Соңғы қасиет вакуумдық технологияда ниобийді қолдану үшін қолданылатын электрондарды шығару (электрондардың эмиссиясы) қабілетін сипаттайды. Ниобийдің де асқын өткізгіштік өту температурасы жоғары.

Тығыздығы 8,57 г / см3 (20 ° C); tm 2500 ° C; қайнау 4927 ° C; бу қысымы (мм Hg; 1 мм Hg = 133,3 Н / м2) 1 10-5 (2194 ° C), 1 10-4 (2355 ° C), 6 10- 4 (tm кезінде), 1 · 10-3 (2539 ° C).

Қоршаған орта температурасында ниобий ауада тұрақты. Металды 200 - 300 ° C-қа дейін қыздырғанда тотығудың басталуы (бояғыш пленкалар) байқалады. 500°-тан жоғары Nb2O5 оксидінің түзілуімен жылдам тотығу жүреді.

Жылу өткізгіштігі Вт / (м · К) 0 ° C және 600 ° C, сәйкесінше 51,4 және 56,2, кал / (см · сек · ° C) 0,125 және 0,156. 0 ° C кезінде меншікті көлемдік электр кедергісі 15,22 · 10-8 Ом · м (15,22 · 10-6 Ом · см). Асқын өткізгіштік өту температурасы 9,25 К. Ниобий парамагниттік. Электрондардың жұмыс функциясы 4,01 эВ.

Таза ниобий суықта оңай қысымға түседі және жоғары температурада қанағаттанарлық механикалық қасиеттерді сақтайды. Оның 20 және 800 ° C температурадағы соңғы күші, сәйкесінше, 342 және 312 МН / м2, кгс / мм234,2 және 31,2 бірдей; ұзарту 20 және 800 ° C, сәйкесінше, 19,2 және 20,7%. Таза ниобийдің бринеллдік қаттылығы 450, техникалық қаттылығы 750-1800 Мн/м2. Кейбір элементтердің, әсіресе сутегінің, азоттың, көміртегінің және оттегінің қоспалары ниобийдің иілгіштігін қатты нашарлатып, қаттылығын арттырады.

Ниобийдің химиялық қасиеттері

Ниобий әсіресе бейорганикалық және органикалық заттарға төзімділігі үшін бағаланады.

Ұнтақ және кесек металдың химиялық әрекетінде айырмашылық бар. Соңғысы тұрақтырақ. Металдар жоғары температураға дейін қыздырса да оған әсер етпейді. Сұйық сілтілік металдар және олардың қорытпалары, висмут, қорғасын, сынап, қалайы ниобиймен қасиетін өзгертпей ұзақ уақыт байланыста болады. Тіпті перхлор қышқылы, «аква региа» сияқты күшті тотықтырғыштар, азот, күкірт, тұз және басқаларын айтпағанда, онымен ештеңе істей алмайды. Сілтілік ерітінділер де ниобийге әсер етпейді.

Дегенмен, ниобий металын химиялық қосылыстарға айналдыра алатын үш реагент бар. Олардың бірі сілтілі металдың балқытылған гидроксиді:

4Nb + 4NaOH + 5О2 = 4NaNbO3 + 2H2О

Қалған екеуі фтор қышқылы (HF) немесе оның азот қышқылымен қоспасы (HF + HNO). Бұл жағдайда фторидті комплекстер түзіледі, олардың құрамы көбінесе реакция жағдайларына байланысты. Элемент кез келген жағдайда 2- немесе 2- типті анионға кіреді.

Егер ұнтақталған ниобийді алсақ, онда ол біршама белсендірек болады. Мысалы, балқытылған натрий нитратында ол тіпті оксидке айналады. Ықшам ниобий 200 ° C-тан жоғары қыздырылған кезде тотыға бастайды, ал ұнтақ 150 ° C температурада оксидті пленкамен жабылады. Сонымен қатар, бұл металдың тамаша қасиеттерінің бірі көрінеді - ол пластиканы сақтайды.

Үгінділер түрінде, 900 ° C-тан жоғары қыздырғанда, ол Nb2O5 дейін толығымен жанып кетеді. Хлор ағынында қатты күйеді:

2Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Қыздырғанда күкіртпен әрекеттеседі. Көптеген металдармен қорыту қиын. Мүмкін, тек екі ерекшелік бар: әртүрлі қатынастағы қатты ерітінділер түзілетін темір және ниобиймен Al2Nb қосылысы бар алюминий.

Ниобийдің қандай қасиеттері күшті қышқылдардың - тотықтырғыштардың әсеріне қарсы тұруға көмектеседі? Бұл металдың қасиетіне емес, оның оксидтерінің ерекшеліктеріне қатысты болып шықты. Тотықтырғыш заттармен жанасқанда металл бетінде өте жұқа (сондықтан көрінбейтін), бірақ өте тығыз оксидтер қабаты пайда болады. Бұл қабат тотықтырғыштың таза металл бетіне апаратын жолында еңсерілмейтін кедергіге айналады. Ол арқылы тек кейбір химиялық реагенттер, атап айтқанда фтор аниондары өте алады. Демек, металл негізінен тотығады, бірақ жұқа қорғаныс қабықшасының болуына байланысты іс жүзінде ешқандай тотығу нәтижесі байқалмайды. Айнымалы ток түзеткішін жасау үшін сұйылтылған күкірт қышқылына пассивтілік қолданылады. Ол жай реттелген: платина және ниобий тақталары 0,05 м күкірт қышқылы ерітіндісіне батырылған. Пассивтенген күйдегі ниобий ток өткізе алады, егер ол теріс электрод - катод болса, яғни электрондар оксид қабаты арқылы тек металл жағынан өте алады. Ерітіндіден шыққан электрондардың жолы тұйық. Сондықтан мұндай құрылғы арқылы айнымалы ток өткенде тек бір фаза өтеді, ол үшін платина анод, ал ниобий катод болып табылады.

ниобий металының галогені

Ежелгі Ниобенің атымен аталған химиялық элемент - құдайларға күлуге батылы барған және оның ақысын балаларының өлімімен төлеген әйел. Ниобий адамзаттың өнеркәсіптік өндірістен цифрлық өндіріске өтуін көрсетеді; паровоздардан бастап ұшыру машиналарына дейін; көмірмен жұмыс істейтін электр станцияларынан атом энергетикасына дейін. Әлемде ниобийдің бір граммының бағасы, оған деген сұраныс та айтарлықтай жоғары. Ғылымдағы соңғы жетістіктердің көпшілігі осы металды пайдаланумен тығыз байланысты.

Ниобийдің бір грамм бағасы

Ниобийдің негізгі қолданылуы ядролық және ғарыштық бағдарламалармен байланысты болғандықтан, ол стратегиялық материалдар тобына жатады. Қайта өңдеу жаңа кендерді игеру мен өндіруге қарағанда қаржылық жағынан әлдеқайда тиімді, бұл ниобийді қайталама металл нарығында сұранысқа ие етеді.

Оның бағасының мәні бірнеше факторлармен анықталады:

• Металдың тазалығы. Бөтен зат неғұрлым көп болса, соғұрлым баға төмен болады.
• Жеткізу формасы.
• Жеткізу көлемі. Металл бағасына тікелей пропорционалды.
• Сынықтарды қабылдау орнының орны. Әр аймақтың ниобийге деген қажеттілігі және сәйкесінше оның бағасы да әртүрлі.
• Сирек металдардың болуы. Құрамында тантал, вольфрам, молибден сияқты элементтері бар қорытпалардың бағасы жоғары.
• Әлемдік биржалардағы баға белгілеулерінің құны. Дәл осы құндылықтар бағаны белгілеу кезінде негізгі болып табылады.

Мәскеудегі бағаларға индикативті шолу:

• Ниобий NB-2. Бағасы 420-450 рубль арасында өзгереді. кг үшін.
• Ниобий жоңқалары. 500-510 рубль кг үшін.
• Ниобийдің штаб-пәтері НБШ00. Құрамындағы қоспалардың шамалы болуына байланысты жоғарылаған бағамен ерекшеленеді. 490-500 рубль кг үшін.
• Ниобий басы NBSh-0. 450-460 рубль кг үшін.
• Ниобий NB-1 таяқша түрінде. Бағасы 450-480 рубль. кг үшін.

Жоғары құнына қарамастан, әлемде ниобийге сұраныс өсуде. Бұл оның пайдаланудың орасан зор әлеуеті мен металл тапшылығына байланысты. 10 тонна жер бетінде небәрі 18 грамм ниобий бар.

Ғылыми қауымдастық мұндай қымбат материалды алмастыратын затты табу және әзірлеу жұмысын жалғастыруда. Бірақ әлі күнге дейін нақты нәтижебұл жағдайда алған жоқ. Бұл жақын арада ниобий бағасының төмендеуі күтілмейді дегенді білдіреді.

Бағаны реттеу және айналым қарқынын арттыру үшін ниобий өнімдерінің келесі категориялары қарастырылған:

• Ниобий құймалары. Олардың мөлшері мен салмағы ГОСТ 16099-70 стандартталған. Металдың тазалығына қарай олар 3 сортқа бөлінеді: ниобий NB-1, ниобий NB-2 және сәйкесінше, ниобий NB-3.
• Ниобий таяқшасы. Қоспалардың жоғары пайызымен ерекшеленеді.
• Ниобий фольгасы. Қалыңдығы 0,01 мм дейін дайындалған.
• Ниобий бар. ТУ 48-4-241-73 сәйкес ол NBP1 және NBP2 маркаларымен жеткізіледі.

Ниобийдің физикалық қасиеттері

Металл ақ реңкпен сұр түсті. Отқа төзімді қорытпалар тобына жатады. Балқу температурасы 2500 ºС. Қайнау температурасы 4927 ºС. Ыстыққа төзімділіктің жоғарылау мәнімен ерекшеленеді. 900 ºС жоғары жұмыс температурасында өзінің қасиеттерін жоғалтпайды.

Механикалық қасиеттері де жоғары деңгейде. Тығыздығы 8570 кг / м3 болаттың ұқсас көрсеткіші 7850 кг / м3 құрайды. Динамикалық және циклдік жүктемелерде жұмыс істеуге төзімді. Созылу күші - 34,2 кг / мм2. Жоғары пластикалық қасиеті бар. Салыстырмалы ұзару коэффициенті 19-21% диапазонында өзгереді, бұл одан қалыңдығы 0,1 мм-ге дейінгі қаңылтыр металды ниобийді алуға мүмкіндік береді.

Қаттылық металдың зиянды қоспалардан тазалығымен байланысты және олардың құрамының жоғарылауымен жоғарылайды. Таза ниобийде 450 Brinell қаттылық бірлігі бар.

Ниобий -30 ºС төмен температурада қысыммен жұмыс істеуге және нашар кесуге жақсы бейімделеді.

Температураның үлкен ауытқулары кезінде жылу өткізгіштік айтарлықтай өзгермейді. Мысалы, 20 ºС кезінде ол 51,4 Вт / (м К), ал 620 С температурада ол тек 4 бірлікке артады. Ниобий мыс және алюминий сияқты элементтермен электр өткізгіштік үшін бәсекелеседі. Электр кедергісі - 153,2 нОм Асқын өткізгіш материалдар санатына жатады. Қорытпаның асқын өткізгіштік режиміне өту температурасы 9,171 К.

Қышқылға өте төзімді. Күкірт, тұз, фосфор, азот сияқты қарапайым қышқылдар оның химиялық құрылымына ешқандай әсер етпейді.

250 ºС жоғары температурада ниобий оттегімен белсенді түрде тотыға бастайды, сонымен қатар сутегі және азот молекулаларымен химиялық реакцияларға түседі. Бұл процестер металдың сынғыштығын арттырады, сол арқылы оның беріктігін төмендетеді.

• Аллергенді материалдарға қолданылмайды. Адам ағзасына енгізілген ол дененің қабылдамау реакциясын тудырмайды.
• Бұл дәнекерлеу қабілетінің бірінші тобына жататын металл. Дәнекерленген тігістер тығыз және дайындық операцияларын қажет етпейді. Жарылуға төзімді.

Қорытпалардың сорттары

Жоғары температурадағы механикалық қасиеттерінің мәні бойынша ниобий қорытпалары бөлінеді:

1. Төмен күш. 1100-1150 ºС аралығында жұмыс істеңіз. Оларда легірлеуші ​​элементтердің қарапайым жиынтығы бар. Бұған негізінен цирконий, титан, тантал, ванадий, гафний жатады. Беріктігі 18-24 кг / мм2. Критикалық температура шегінен өткеннен кейін ол күрт төмендеп, таза ниобийге ұқсайды. Негізгі артықшылығы - 30 ºС-қа дейінгі температурада жоғары пластикалық қасиеттер және жақсы қысыммен жұмыс істеу.
2. Орташа күш. Олардың жұмыс температурасы 1200-1250 ºС аралығында. Жоғарыда аталған легірлеуші ​​элементтерден басқа олардың құрамында вольфрам, молибден, тантал қоспалары бар. Бұл қоспалардың негізгі мақсаты температураның жоғарылауымен механикалық қасиеттерді сақтау болып табылады. Олар орташа пластикке ие және қысыммен жақсы жұмыс істейді. Қорытпаның жарқын мысалы - ниобий 5VMTs.
3. Беріктілігі жоғары қорытпалар. Олар 1300 ºС дейінгі температурада қолданылады. 1500 ºС дейін қысқа мерзімді әсер ету кезінде. Олар күрделілігі жоғары химиялық құрамы бойынша ерекшеленеді. Олар 25% қоспалардан тұрады, олардың негізгі үлесін вольфрам мен молибден құрайды. Бұл қорытпалардың кейбір түрлері көміртегінің жоғары мөлшерімен ерекшеленеді, бұл олардың ыстыққа төзімділік мәніне оң әсер етеді. Жоғары берік ниобийдің негізгі кемшілігі оның иілгіштігінің төмендігі болып табылады, бұл технологиялық өңдеуді жүргізуді қиындатады. Және, сәйкесінше, жартылай фабрикаттар өндірісі.

Жоғарыда аталған санаттар шартты болып табылатынын және осы немесе басқа қорытпаны пайдалану әдісі туралы жалпы түсінік беретінін есте ұстаған жөн.

Сондай-ақ феррониобий және ниобий оксиді сияқты қосылыстар туралы айту керек.

Феррониобий – ниобийдің темірмен қосылысы, мұнда соңғысының мөлшері 50% деңгейінде болады. Негізгі элементтерден басқа ол титанның, күкірттің, фосфордың, кремнийдің, көміртектің жүзден бір бөлігін қамтиды. Элементтердің нақты пайызы ГОСТ 16773-2003 стандартталған.

Ниобий пентаксиді – ақ кристалды ұнтақ. Қышқылда және суда ерітуге бейім емес. Ол ниобийді оттегі атмосферасында жағу арқылы түзіледі. Толық аморфты. Балқу температурасы 1500 ºС.

Ниобий қолданбалары

Жоғарыда аталған қасиеттердің барлығы металды әртүрлі салаларда өте танымал етеді. Оны қолданудың көптеген тәсілдерінің арасында келесі позициялар ерекшеленеді:

• Металлургтерде легирлеуші ​​элемент ретінде қолданылады. Сонымен қатар, қара және түсті қорытпалар ниобиймен легирленген. Мысалы, 12X18H10T тот баспайтын болаттың құрамына оның тек 0,02% қосу оның тозуға төзімділігін 50% арттырады. Ниобиймен (0,04%) күшейтілген алюминий сілтіге мүлдем сезімтал емес болады. Ниобий мысқа болаттың қатаюы ретінде әсер етеді, оның механикалық қасиеттерін шама бойынша арттырады. Назар аударыңыз, тіпті уран ниобиймен легирленген.
• Ниобий пентоксиді жоғары отқа төзімді керамика өндірісіндегі негізгі компонент болып табылады. Ол сондай-ақ қорғаныс өнеркәсібінде қолдануды тапты: әскери техниканың брондалған стақандары, сыну бұрышы үлкен оптика және т.б.
• Феррониобий болаттарды легирлеу үшін қолданылады. Оның негізгі міндеті - коррозияға төзімділікті арттыру.
• Электротехникада олар конденсаторлар мен ток түзеткіштерін жасау үшін қолданылады. Мұндай конденсаторлар жоғары сыйымдылық пен оқшаулау кедергісі, шағын өлшемдерімен сипатталады.
• Кремний мен германийдің ниобиймен қосылыстары электроника саласында кеңінен қолданылады. Олардан асқын өткізгіш электромагниттер мен ток генераторларының элементтері жасалады.