Uralo valstybinis kalnakasybos universitetas

Tema: niobio savybės

Grupė: M-13-3

Mokinys: Mokhnashin Nikita

1. Bendra informacija apie elementą

Fizikinės niobio savybės

Cheminės niobio savybės

Nemokamas niobis

Niobio oksidai ir jų druskos

Niobio junginiai

Pirmaujančios šalys niobio gamyboje

1. Bendra informacija apie elementą

Žmonija jau seniai buvo susipažinusi su elementu, užimančiu 41-ąją Mendelejevo lentelės langelį. Dabartinio pavadinimo – niobio – amžius yra beveik puse amžiaus jaunesnis. Taip atsitiko, kad prekė Nr. 41 buvo atidaryta du kartus. Pirmą kartą – 1801 metais anglų mokslininkas Charlesas Hatchet ištyrė iš Amerikos į Britų muziejų atsiųstą ištikimo mineralo pavyzdį. Iš šio mineralo jis išskyrė anksčiau nežinomo elemento oksidą. Hatchet naująjį elementą pavadino Kolumbija, taip pažymėdamas jo užjūrio kilmę. O juodasis mineralas buvo pavadintas kolumbitu. Po metų švedų chemikas Ekebergas iš kolumbito išskyrė kito naujo elemento, vadinamo tantalu, oksidą. Kolumbo ir tantalo junginių panašumas buvo toks didelis, kad 40 metų dauguma chemikų manė, kad tantalas ir kolumbis yra vienas ir tas pats elementas.

1844 metais vokiečių chemikas Heinrichas Rose'as ištyrė Bavarijoje rastus kolumbito pavyzdžius. Jis iš naujo atrado dviejų metalų oksidus. Vienas iš jų buvo jau žinomo tantalo oksidas. Oksidai buvo panašūs, o norėdama pabrėžti jų panašumą, Rose pavadino elementą, sudarantį antrąjį oksidą, niobio Niobės, mitologinio kankinio Tantalo dukters, vardu. Tačiau Rose, kaip ir Hatchet, negalėjo gauti šio elemento laisvoje būsenoje. Pirmą kartą metalinį niobį tik 1866 metais gavo švedų mokslininkas Blomstranas, redukuodamas niobio chloridą vandeniliu. XIX amžiaus pabaigoje. buvo rasti dar du būdai šiam elementui gauti. Iš pradžių Moissan jį gavo elektrinėje krosnyje, redukuodamas niobio oksidą anglimi, o paskui Goldschmidtas sugebėjo tą patį elementą atkurti aliuminiu. Ir iškviesti elementą Nr.41 in skirtingos salys tęsėsi įvairiai: Anglijoje ir JAV – su kolumbu, kitose šalyse – su niobu. Šiai nesantaikai 1950 m. padėjo Tarptautinė grynosios ir taikomosios chemijos sąjunga (IUPAC). Nuspręsta visur įteisinti elemento pavadinimą „niobis“, o „kolumbito“ pavadinimas buvo priskirtas pagrindiniam niobis. Jo formulė yra (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6.

Neatsitiktinai niobis laikomas retu elementu: jis iš tiesų yra retas ir nedideliais kiekiais, visada mineralų pavidalu ir niekada nebūdingas. Įdomi detalė: skirtinguose informaciniuose leidiniuose niobio klarkas (turinys žemės plutoje) skiriasi. Taip yra daugiausia dėl to, kad m pastaraisiais metais Afrikos šalyse rasta naujų niobio turinčių naudingųjų iškasenų telkinių. „Chemiko žinyne“, 1 t. (M., „Chemija“, 1963) pateikti skaičiai: 3,2 · 10-5% (1939), 1 · 10-3% (1949) ir 2, 4 10- 3% (1954). Tačiau net ir naujausi skaičiai neįvertinti: pastaraisiais metais aptikti Afrikos telkiniai čia nebuvo įtraukti. Nepaisant to, manoma, kad iš jau žinomų telkinių mineralų galima išlydyti apie 1,5 mln. tonų metalinio niobio.

Fizikinės niobio savybės

Niobis yra blizgus sidabriškai pilkas metalas.

Elementinis niobis yra ypač ugniai atsparus (2468 °C) ir aukštai verdantis (4927 °C) metalas, kuris yra labai atsparus daugeliui korozinių aplinkų. Visos rūgštys, išskyrus vandenilio fluorido rūgštį, jos neveikia. Oksiduojančios rūgštys „pasyvina“ niobį, padengdamos jį apsaugine oksido plėvele (Nr. 205). Tačiau esant aukštai temperatūrai, niobio reaktyvumas didėja. Jei 150 ... 200 ° C temperatūroje oksiduojasi tik nedidelis paviršinis metalo sluoksnis, tai 900 ... 1200 ° C temperatūroje oksido plėvelės storis žymiai padidėja.

Kristalinė niobio gardelė yra į kūną orientuota kubinė, kurios parametras a = 3,294 Å.

Grynas metalas yra kalus ir gali būti susuktas į ploną lakštą (iki 0,01 mm storio) šaltoje būsenoje be tarpinio atkaitinimo.

Galima pastebėti tokias niobio savybes kaip aukšta lydymosi ir virimo temperatūra, mažesnė elektronų darbo funkcija, palyginti su kitais ugniai atspariais metalais - volframu ir molibdenu. Pastaroji savybė apibūdina elektronų emisijos (elektronų emisijos) galimybę, kuri naudojama naudojant niobį vakuuminėje technologijoje. Niobis taip pat turi aukštą superlaidumo pereinamąją temperatūrą.

Tankis 8,57 g / cm 3(20 °C); t pl 2500 ° C; t rulonas 4927 °C; garų slėgis (mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 N / m 2) 1 10 -5(2194 °C), 110 -4(2355 °C), 610 -4(prie t pl ), 1 10-3 (2539 °C).

Aplinkos temperatūroje niobis yra stabilus ore. Kaitinamas metalas iki 200 - 300 ° C, pastebima oksidacijos pradžia (blyškios plėvelės). Virš 500 °, greitai oksiduojasi, kai susidaro oksidas Nb2 O 5.

Šilumos laidumas W / (m · K) esant 0 ° C ir 600 ° C, atitinkamai 51,4 ir 56,2, tas pats cal / (cm · sek · ° C) 0,125 ir 0,156. Savitoji tūrinė elektrinė varža 0 °C temperatūroje 15.22 10 -8omų m (15,22 10 -6omų cm). Superlaidumo pereinamoji temperatūra yra 9,25 K. Niobis yra paramagnetinis. Elektronų darbo funkcija yra 4,01 eV.

Grynas niobis lengvai spaudžiamas šaltyje ir išlaiko patenkinamas mechanines savybes esant aukštai temperatūrai. Jo didžiausias stipris 20 ir 800 ° C temperatūroje yra atitinkamai 342 ir 312 MN / m. 2, tas pats kgf / mm 234,2 ir 31,2; pailgėjimas 20 ir 800 ° C temperatūroje atitinkamai 19,2 ir 20,7%. Brinelio kietumas gryno niobio 450, techninis 750-1800 Mn/m 2... Kai kurių elementų, ypač vandenilio, azoto, anglies ir deguonies, priemaišos labai pablogina niobio plastiškumą ir padidina jo kietumą.

3. Cheminės niobio savybės

Niobis ypač vertinamas dėl atsparumo neorganinėms ir organinėms medžiagoms.

Skiriasi miltelių pavidalo ir gumbuoto metalo cheminis elgesys. Pastarasis yra stabilesnis. Metalai jo neveikia, net kai kaitinami iki aukštos temperatūros. Skystieji šarminiai metalai ir jų lydiniai, bismutas, švinas, gyvsidabris, alavas gali ilgai liestis su niobu, nepakeisdami jo savybių. Net tokie stiprūs oksidatoriai kaip perchloro rūgštis, „aqua regia“, jau nekalbant apie azotą, sierą, druskos rūgštį ir visus kitus, su juo nieko negali padaryti. Šarminiai tirpalai taip pat neturi įtakos niobui.

Tačiau yra trys reagentai, galintys paversti metalą niobį cheminiais junginiais. Vienas iš jų yra išlydytas šarminio metalo hidroksidas:

Nb + 4NaOH + 5О2 = 4NaNbO3 + 2H2О

Kiti du yra vandenilio fluorido rūgštis (HF) arba jos mišinys su azoto rūgštimi (HF + HNO). Tokiu atveju susidaro fluorido kompleksai, kurių sudėtis labai priklauso nuo reakcijos sąlygų. Elementas bet kuriuo atveju yra įtrauktas į 2 arba 2 tipo anijoną.

Jei imsime miltelių pavidalo niobį, tai jis yra šiek tiek aktyvesnis. Pavyzdžiui, išlydytame natrio nitrate jis net užsidega, virsdamas oksidu. Kompaktiškas niobis pradeda oksiduotis kaitinamas virš 200 °C, o milteliai pasidengia oksido plėvele jau esant 150 °C temperatūrai. Kartu pasireiškia viena iš nuostabių šio metalo savybių – jis išlaiko plastiškumą.

Pjuvenų pavidalu, kai kaitinama aukštesnėje nei 900 ° C temperatūroje, jos visiškai sudega iki Nb2O5. Energingai dega chloro sraute:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Kaitinant reaguoja su siera. Sunku legiruoti su dauguma metalų. Yra, ko gero, tik dvi išimtys: geležis, su kuria susidaro skirtingų santykių kieti tirpalai, ir aliuminis, kuriame yra junginys Al2Nb su niobu.

Kokios niobio savybės padeda jam atsispirti stipriausių rūgščių oksidatorių poveikiui? Pasirodo, tai susiję ne su metalo savybėmis, o su jo oksidų savybėmis. Susilietus su oksiduojančiomis medžiagomis, ant metalo paviršiaus susidaro labai plonas (todėl nematomas), bet labai tankus oksidų sluoksnis. Šis sluoksnis tampa neįveikiama kliūtimi oksiduojančios medžiagos kelyje į švarų metalinį paviršių. Pro jį gali prasiskverbti tik kai kurie cheminiai reagentai, ypač fluoro anijonas. Todėl iš esmės metalas yra oksiduojamas, tačiau dėl plonos apsauginės plėvelės oksidacijos rezultatų praktiškai nesimato. Pasyvumas praskiestos sieros rūgšties atžvilgiu naudojamas kuriant kintamos srovės lygintuvą. Išdėstoma paprastai: platinos ir niobio plokštelės panardinamos į 0,05 m sieros rūgšties tirpalą. Pasyvintos būsenos niobis gali pravesti srovę, jei tai neigiamas elektrodas – katodas, t.y. elektronai gali praeiti per oksido sluoksnį tik iš metalinės pusės. Elektronų kelias iš tirpalo uždarytas. Todėl, kai per tokį įrenginį praeina kintamoji srovė, praeina tik viena fazė, kurios anodas yra platina, o katodas - niobis.

niobio metalo halogenas

4. Niobis laisvoje būsenoje

Jis toks gražus, kad kažkada iš jo buvo bandoma daryti papuošalus: savo šviesiai pilka spalva niobis primena platiną. Nepaisant aukšto lydymosi (2500 ° C) ir virimo temperatūros (4840 ° C), bet koks produktas gali būti lengvai pagamintas iš jo. Metalas yra toks lankstus, kad jį galima apdoroti šaltyje. Labai svarbu, kad niobis išlaikytų savo mechanines savybes aukštoje temperatūroje. Tiesa, kaip ir vanadžio atveju, net ir nedidelės vandenilio, azoto, anglies ir deguonies priemaišos labai sumažina plastiškumą ir padidina kietumą. Niobis tampa trapus, kai temperatūra svyruoja nuo -100 iki -200 °C.

Pastaraisiais metais pasitelkus technologijas tapo įmanoma gauti itin gryno ir kompaktiško niobio. Visas technologinis procesas yra sudėtingas ir užima daug laiko. Iš esmės jis suskirstytas į 4 etapus:

1.koncentrato gavimas: ferroniobis arba ferotantaloniobis;

.koncentrato atidarymas – niobio (ir tantalo) perkėlimas į bet kokius netirpius junginius, siekiant atskirti jį nuo didžiosios koncentrato dalies;

.niobio ir tantalo atskyrimas ir atskirų jų junginių gavimas;

.metalų gavimas ir rafinavimas.

Pirmieji du žingsniai yra gana paprasti ir įprasti, nors ir atima daug laiko. Niobio ir tantalo atskyrimo laipsnį lemia trečioji pakopa. Noras gauti kuo daugiau niobio ir ypač tantalo privertė ieškoti naujausių atskyrimo būdų: selektyvaus ekstrahavimo, jonų mainų, šių elementų junginių rektifikavimo halogenais. Dėl to oksidas arba tantalo ir niobio pentachloridai gaunami atskirai. Paskutiniame etape redukcija anglimi (suodžiais) naudojama vandenilio sraute 1800 ° C temperatūroje, tada temperatūra padidinama iki 1900 ° C ir slėgis sumažinamas. Karbidas, gautas sąveikaujant su anglimi, reaguoja su Nb2O5:

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

ir atsiranda niobio milteliai. Jei, atskyrus niobį nuo tantalo, gaunamas ne oksidas, o druska, tada jis apdorojamas metaliniu natriu 1000 ° C temperatūroje ir taip pat gaunamas niobio milteliai. Todėl toliau paverčiant miltelius į kompaktišką monolitą, perlydymas atliekamas lankinėje krosnyje, o elektronų pluošto ir zonos lydymas naudojamas labai gryno niobio pavieniams kristalams gauti.

Niobio oksidai ir jų druskos

Junginių su deguonimi niobyje yra nedaug, daug mažiau nei vanadžio. Tai paaiškinama tuo, kad junginiuose, atitinkančiuose oksidacijos laipsnį +4, +3 ir +2, niobis yra itin nestabilus. Jei šio elemento atomas pradėjo dovanoti elektronus, tada jis linkęs paaukoti visus penkis, kad atskleistų stabilią elektroninę konfigūraciją.

Jei lygintume dviejų gretimų kaimynų - vanadžio ir niobio - tos pačios oksidacijos laipsnio jonus, tada randamas savybių padidėjimas metalų atžvilgiu. Nb2O5 oksido rūgštingumas yra pastebimai silpnesnis nei vanadžio (V) oksido. Ištirpęs jis nesudaro rūgšties. Tik susiliejus su šarmais ar karbonatais atsiranda rūgštinės jo savybės:

O5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3NbO4 + ЗС02

Ši druska – natrio ortoniobatas – panaši į tas pačias ortofosforo ir ortovanado rūgščių druskas. Tačiau fosfore ir arsene ortoforma yra stabiliausia, o bandymas gauti gryną ortoniobatą nepavyksta. Apdorojant lydinį vandeniu, išsiskiria ne Na3NbO4 druska, o NaNbO3 metaniobatas. Tai bespalviai smulkūs kristaliniai milteliai, sunkiai tirpūs šaltame vandenyje. Vadinasi, aukščiausios oksidacijos laipsnio niobyje stabilesnė yra ne orto-, o metaforma junginių.

Tarp kitų niobio (V) oksido junginių su baziniais oksidais žinomi diniobatai K4Nb2O7, primenantys piro rūgštis, ir poliniobatai (kaip polifosforo ir polivanadžio rūgščių šešėlis), kurių formulės yra apytikslės K7Nb5O16.nH2O ir K8NbH2O1. Minėtose druskose, atitinkančiose aukštesnįjį niobio oksidą, šio elemento yra anijone. Šių druskų forma leidžia jas laikyti niobio dariniais. rūgštys. Šių rūgščių negalima gauti gryna forma, nes jos gali būti laikomos oksidais, kurie turi ryšį su vandens molekulėmis. Pavyzdžiui, metaforma yra Nb2O5. H2O, o orgo forma yra Nb2O5. 3H2O. Kartu su tokiais junginiais niobis turi ir kitų, kur jis jau yra įtrauktas į katijoną. Niobis nesudaro paprastų druskų, tokių kaip sulfatai, nitratai ir tt Sąveikaujant su natrio hidrosulfatu NaHSO4 arba su azoto oksidu N2O4, atsiranda medžiagų su sudėtingu katijonu: Nb2O2 (SO4) 3. Šiose druskose esantys katijonai primena vanadžio katijoną, tik tas skirtumas, kad čia jonas yra penkių krūvių, o vanadžio oksidacijos būsena vanadilo jone yra keturi. Tas pats katijonas NbO3 + yra įtrauktas į kai kurių sudėtingų druskų sudėtį. Nb2O5 oksidas gana lengvai tirpsta vandenilio fluorido rūgštyje. Iš tokių tirpalų galima išskirti kompleksinę druską K2. H2O.

Remiantis apsvarstytomis reakcijomis, galima daryti išvadą, kad niobis, esantis aukščiausioje oksidacijos būsenoje, gali būti įtrauktas tiek į anijonų, tiek į katijono sudėtį. Tai reiškia, kad penkiavalentis niobis yra amfoterinis, bet vis tiek turi reikšmingą rūgščių savybių vyravimą.

Yra keletas būdų, kaip gauti Nb2O5. Pirma, niobio sąveika su deguonimi kaitinant. Antra, niobio druskų kalcinavimas ore: sulfidas, nitridas arba karbidas. Trečia, labiausiai paplitęs būdas yra hidrato dehidratacija. Hidratuotas oksidas Nb2O5 nusodinamas iš vandeninių druskų tirpalų su koncentruotomis rūgštimis. xH2O. Tada, kai tirpalai praskiedžiami, susidaro baltos oksido nuosėdos. Nb2O5 xH2O dumblo dehidrataciją lydi šilumos išsiskyrimas. Visa masė įkaista. Taip yra dėl amorfinio oksido virsmo kristaline forma. Niobio oksidas yra dviejų spalvų. Įprastomis sąlygomis jis yra baltas, tačiau kaitinant pagelsta. Tačiau kai tik oksidas atšaldomas, spalva išnyksta. Oksidas yra ugniai atsparus (lydymosi temperatūra = 1460 ° C) ir nelakus.

Žemesnės niobio oksidacijos laipsniai atitinka NbО2 ir NbО. Pirmoji iš šių dviejų yra juoda pudra su mėlynu blizgesiu. NbO2 gaunamas iš Nb2O5 paimant deguonį su magniu arba vandeniliu maždaug tūkstančio laipsnių temperatūroje:

O5 + H2 = 2NbO2 + H2O

Ore šis junginys lengvai virsta aukštesniu oksidu Nb2O5. Jo charakteris yra gana slaptas, nes oksidas netirpus nei vandenyje, nei rūgštyse. Tačiau jam priskiriamas rūgštus pobūdis dėl sąveikos su karštu vandeniniu šarmu; tačiau šiuo atveju oksidacija įvyksta iki penkių krūvių jonų.

Atrodytų, kad vieno elektrono skirtumas nėra toks didelis, tačiau skirtingai nei Nb2O5, NbO2 oksidas praleidžia elektros srovę. Akivaizdu, kad šiame junginyje yra metalo ir metalo ryšys. Jei pasinaudosite šia kokybe, kaitinant stipria kintama srove galite priversti NbO2 atsisakyti deguonies.

Netekus deguonies, NbO2 virsta oksidu NbO, o tada visas deguonis gana greitai atsiskiria. Mažai žinoma apie žemesnįjį niobio oksidą NbO. Jis turi metalinį blizgesį ir savo išvaizda yra panašus į metalą. Puikiai praleidžia elektros srovę. Žodžiu, jis elgiasi taip, tarsi jo sudėtyje iš viso nebūtų deguonies. Netgi, kaip ir įprastas metalas, kaitinant jis smarkiai reaguoja su chloru ir virsta oksichloridu:

2NbO + 3Cl2 = 2NbOCl3

Jis išstumia vandenilį iš druskos rūgšties (tarsi tai būtų visai ne oksidas, o metalas kaip cinkas):

NbO + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2

Gryną NbO galima gauti kalcinuojant jau minėtą kompleksinę K2 druską su metaliniu natriu:

К2 + 3Na = NbO + 2KF + 3NaF

NbO oksidas turi aukščiausią 1935 °C lydymosi temperatūrą iš visų niobio oksidų. Norint išvalyti niobį iš deguonies, temperatūra padidinama iki 2300–2350 ° C, tada kartu su garavimu NbO skyla į deguonį ir metalą. Vyksta metalo rafinavimas (valymas).

Niobio junginiai

Pasakojimas apie elementą nebūtų baigtas, nepaminėjus jo junginių su halogenais, karbidais ir nitridais. Tai svarbu dėl dviejų priežasčių. Pirma, fluoro kompleksų dėka galima atskirti niobį nuo jo amžinojo palydovo tantalo. Antra, šie junginiai atskleidžia mums niobio, kaip metalo, savybes.

Halogenų sąveika su metaliniu niobu:

Galima gauti Nb + 5Cl2 = 2NbCl5, visus įmanomus niobio pentalidus.

Pentafluoridas NbF5 (lydymosi temperatūra = 76 °C) yra bespalvis skystoje būsenoje ir garuose. Kaip ir vanadžio pentafluoridas, skystas jis yra polimerinis. Niobio atomai yra sujungti vienas su kitu per fluoro atomus. Kieto pavidalo jo struktūra susideda iš keturių molekulių (2 pav.).

Ryžiai. 2. Kietoji NbF5 ir TaF5 struktūra susideda iš keturių molekulių.

Vandenilio fluorido rūgšties H2F2 tirpaluose yra įvairių sudėtingų jonų:

H2F2 = H2 + H2O = H2

Kalio druska K2. H2O yra svarbus atskiriant niobį nuo tantalo, nes, skirtingai nei tantalo druska, jis gerai tirpsta.

Likę niobio pentalidai yra ryškios spalvos: NbCl5 geltona, NbBr5 violetinė-raudona, NbI2 ruda. Visi jie yra didingi, neskyla atitinkamo halogeno atmosferoje; poroje jie yra monomerai. Jų lydymosi ir virimo temperatūra didėja nuo chloro iki bromo ir jodo. Kai kurie pentalidų gavimo būdai yra šie:

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

2NbCl5 + 5F22NbF5 + 5Cl2

Pentalidai lengvai tirpsta organiniuose tirpikliuose: eteryje, chloroforme, alkoholyje. Tačiau su vandeniu jie visiškai suyra – hidrolizuojasi. Dėl hidrolizės gaunamos dvi rūgštys - hidrohalogeninė ir niobinė. Pavyzdžiui,

4H2O = 5HCl + H3NbO4

Kai hidrolizė yra nepageidautina, įvedama šiek tiek stiprios rūgšties ir aukščiau aprašyto proceso pusiausvyra perkeliama link NbCl5. Šiuo atveju pentahalidas ištirpsta be hidrolizės,

Niobio karbidas nusipelno ypatingo metalurgų padėkos. Bet kuriame pliene yra anglies; niobis, sujungdamas jį į karbidą, pagerina legiruotojo plieno kokybę. Paprastai suvirinant nerūdijantį plieną, siūlės stiprumas yra mažesnis. 200 g į toną niobio padeda ištaisyti šį trūkumą. Kaitinamas, niobis sudaro junginį su anglies karbidu, prieš visus kitus plieno metalus. Šis junginys yra gana plastiškas ir tuo pat metu gali atlaikyti iki 3500 ° C temperatūrą. Norint apsaugoti metalus ir, svarbiausia, grafitą nuo korozijos, pakanka vos pusės milimetro storio karbido sluoksnio. Karbidą galima gauti kaitinant metalo arba niobio (V) oksidą anglies arba anglies turinčiomis dujomis (CH4, CO).

Niobio nitridas yra junginys, kurio verdant neveikia jokios rūgštys ir net „aqua regia“; atsparus vandeniui. Vienintelis dalykas, su kuriuo jis gali būti priverstas sąveikauti, yra verdantis šarmas. Šiuo atveju jis suyra išskirdamas amoniaką.

NbN nitridas yra šviesiai pilkas su gelsvu atspalviu. Jis yra atsparus ugniai (temp. 2300 ° C), turi puikią savybę - esant temperatūrai, artimai absoliučiam nuliui (15,6 K, arba -267,4 ° C), turi superlaidumą.

Iš junginių, kurių sudėtyje yra žemesnės oksidacijos niobio, geriausiai žinomi halogenidai. Visi žemesni halogenidai yra tamsios kristalinės kietosios medžiagos (nuo tamsiai raudonos iki juodos). Jų stabilumas mažėja, kai mažėja metalo oksidacijos būsena.

Niobio panaudojimas įvairiose pramonės šakose

Niobio naudojimas metalams legiruoti

Niobio legiruotas plienas turi gerą atsparumą korozijai. Chromas taip pat padidina plieno atsparumą korozijai ir yra daug pigesnis nei niobis. Šis skaitytojas yra teisus ir neteisingas tuo pačiu metu. Negerai, nes pamiršau vieną dalyką.

Chromo-nikelio pliene, kaip ir bet kuriame kitame pliene, visada yra anglies. Tačiau anglis jungiasi su chromu ir sudaro karbidą, dėl kurio plienas tampa trapesnis. Niobis turi didesnį afinitetą anglies atžvilgiu nei chromas. Todėl, kai į plieną dedama niobio, būtinai susidaro niobio karbidas. Plienas, legiruotas su niobu, įgauna aukštas antikorozines savybes ir nepraranda savo plastiškumo. Norimas efektas pasiekiamas, kai į toną plieno įpilama tik 200 g metalinio niobio. O niobis suteikia chromo-mangaito plienui didelį atsparumą dilimui.

Daugelis spalvotųjų metalų taip pat legiruojami su niobu. Taigi aliuminis, kuris lengvai tirpsta šarmuose, su jais nereaguoja, jei į jį dedama tik 0,05 % niobio. O varis, žinomas dėl savo minkštumo, ir daugelis jo lydinių, niobis, atrodo, sukietėja. Tai padidina metalų, tokių kaip titanas, molibdenas, cirkonis, stiprumą ir tuo pačiu padidina jų atsparumą karščiui ir atsparumą karščiui.

Dabar niobio savybes ir galimybes vertina aviacija, mechaninė inžinerija, radijo inžinerija, chemijos pramonė ir branduolinė energetika. Visi jie tapo niobio vartotojais.

Unikali savybė - pastebimos niobio sąveikos su uranu nebuvimas esant temperatūrai iki 1100 ° C ir, be to, geras šilumos laidumas, mažas efektyvus šiluminių neutronų sugerties skerspjūvis padarė niobį rimtu konkurentu branduolyje pripažintiems metalams. pramonė – aliuminis, berilis ir cirkonis. Be to, dirbtinis (sukeltas) niobio radioaktyvumas yra mažas. Todėl iš jo gali būti gaminami konteineriai radioaktyviosioms atliekoms laikyti arba jų naudojimo įrenginiai.

Chemijos pramonėje niobio suvartojama palyginti nedaug, tačiau taip yra tik dėl jo trūkumo. Įranga, skirta didelio grynumo rūgštims gaminti, kartais gaminama iš niobio turinčių lydinių, o rečiau – iš niobio lakštų. Niobio gebėjimas paveikti kai kurių cheminių reakcijų greitį naudojamas, pavyzdžiui, sintezuojant alkoholį iš butadieno.

Elemento Nr.41 vartotojais tapo ir raketų bei kosmoso technologijos. Ne paslaptis, kad kai kurie šio elemento kiekiai jau sukasi artimomis žemei orbitomis. Kai kurios raketų dalys ir dirbtinių žemės palydovų įranga yra pagamintos iš niobio turinčių lydinių ir gryno niobio.

Niobio naudojimas kitose pramonės šakose

Iš niobio lakštų ir strypų gaminamos „karštosios detalės“ (ty šildomos dalys) – anodai, tinkleliai, netiesiogiai šildomi katodai ir kitos elektroninių lempų dalys, ypač galingos generatorinės lempos.

Be gryno metalo, tiems patiems tikslams naudojami ir tantalo-niobio lydiniai.

Niobis buvo naudojamas elektrolitiniams kondensatoriams ir srovės lygintuvams gaminti. Čia mes panaudojome niobio gebėjimą sudaryti stabilią oksido plėvelę anodinės oksidacijos metu. Oksido plėvelė yra stabili rūgštiniuose elektrolituose ir praleidžia srovę tik kryptimi nuo elektrolito iki metalo. Niobio kondensatoriai su kietu elektrolitu pasižymi didele talpa, nedideliais matmenimis, didele izoliacijos varža.

Niobio kondensatorių elementai gaminami iš plonos folijos arba akytų plokščių, presuotų iš metalo miltelių.

Dėl niobio atsparumo korozijai rūgštyse ir kitoje aplinkoje, kartu su dideliu šilumos laidumu ir plastiškumu, jis yra vertinga chemijos ir metalurgijos pramonės įrangos konstrukcinė medžiaga. Niobis pasižymi savybių deriniu, atitinkančiu branduolinės energetikos pramonės reikalavimus konstrukcinėms medžiagoms.

Iki 900 ° C niobis silpnai sąveikauja su uranu ir yra tinkamas elektrinių reaktorių urano kuro elementų apsauginiams apvalkalams gaminti. Šiuo atveju galima naudoti skystus metalinius šilumnešius: natrio arba natrio ir kalio lydinį, su kuriuo niobis nesąveikauja iki 600°C. Siekiant padidinti urano kuro elementų patvarumą, uranas yra legiruojamas niobiu (~ 7% niobio). Niobio priedas stabilizuoja apsauginę oksido plėvelę ant urano, todėl padidėja jo atsparumas vandens garams.

Niobis randamas įvairiuose superlydiniuose, skirtuose reaktyvinių variklių dujų turbinoms. Molibdeno, titano, cirkonio, aliuminio ir vario lydinys niobiu labai pagerina šių metalų, taip pat jų lydinių, savybes. Yra aukštos temperatūros lydinių, kurių pagrindą sudaro niobis, kaip reaktyvinių variklių ir raketų dalių konstrukcinė medžiaga (turbinų menčių, priekinių sparnų briaunų, orlaivių ir raketų priekinių galų ir raketų dangų gamybai). Niobis ir jo pagrindu pagaminti lydiniai gali būti naudojami 1000–1200 °C darbinėje temperatūroje.

Niobio karbidas randamas kai kuriose volframo karbido rūšyse, naudojamose plienui pjauti.

Niobis plačiai naudojamas kaip legiravimo priedas plienuose. Įdėjus niobio, kurio kiekis yra 6–10 kartų didesnis nei anglies kiekis pliene, pašalinama tarpkristalinė nerūdijančio plieno korozija ir apsaugomos suvirinimo siūlės nuo sunaikinimo.

Niobis taip pat naudojamas įvairiems aukštos temperatūros plienams (pavyzdžiui, dujų turbinoms), taip pat įrankiniam ir magnetiniam plienui.

Niobis į plieną įtraukiamas lydinyje su geležimi (feroniobiu), kuriame yra iki 60 % Nb. Be to, ferotantaloniobis naudojamas su skirtingu tantalo ir niobio santykiu ferolydinyje.

Organinėje sintezėje kai kurie niobio junginiai (fluorido kompleksinės druskos, oksidai) naudojami kaip katalizatoriai.

Sparčiai auga niobio naudojimas ir gamyba, o tai lemia tokių jo savybių derinys kaip atsparumas ugniai, mažas skerspjūvis šiluminiams neutronams užfiksuoti, gebėjimas formuoti karščiui atsparius, superlaidžius ir kitus lydinius, atsparumas korozijai, geteris. savybės, maža elektronų darbo funkcija, geras apdirbamumas slėgiu šaltyje ir suvirinamumas. Pagrindinės niobio panaudojimo sritys: raketų, aviacijos ir kosmoso technologijos, radiotechnika, elektronika, cheminių aparatų inžinerija, branduolinė energetika.

Metalinio niobio panaudojimas

Orlaivių dalys pagamintos iš gryno niobio arba jo lydinių; Urano ir plutonio kuro elementų korpusai; konteineriai ir vamzdžiai; skystiems metalams; Elektrolitinių kondensatorių dalys; "Karštos" elektroninių (radarinių įrenginių) ir galingų generatorių lempų (anodai, katodai, tinkleliai ir kt.) armatūra; korozijai atspari įranga chemijos pramonėje.

Niobis yra legiruotas su kitais spalvotaisiais metalais, įskaitant uraną.

Niobis naudojamas kriotronuose – superlaidžiuose kompiuterių elementuose. Niobis taip pat žinomas kaip naudojamas greitinančiose konstrukcijose Didžiojo hadronų greitintuvo.

Niobio intermetaliniai junginiai ir lydiniai

Superlaidiesiems solenoidams gaminti naudojami Nb3Sn stanidas ir niobio-titano-cirkonio lydiniai.

Niobis ir lydiniai su tantalu daugeliu atvejų pakeičia tantalą, o tai duoda didelį ekonominį efektą (niobis yra pigesnis ir beveik dvigubai lengvesnis už tantalą).

Ferroniobis įterpiamas į nerūdijantį chromo-nikelio plieną, kad būtų išvengta jų tarpkristalinės korozijos ir sunaikinimo, ir į kitų rūšių plieną, siekiant pagerinti jų savybes.

Niobis naudojamas kolekcinėms monetoms kaldinti. Taigi Latvijos bankas teigia, kad kolekcinėse 1 lato monetose kartu su sidabru naudojamas niobis.

Niobio junginių O5 katalizatoriaus taikymas chemijos pramonėje;

gaminant ugniai atsparias medžiagas, keramiką, specialius. stiklas, nitridas, karbidas, niobatai.

Niobio karbidas (temp. 3480 °C) lydinyje su cirkonio karbidu ir urano-235 karbidu yra svarbiausia kietosios fazės branduolinių reaktyvinių variklių kuro elementų konstrukcinė medžiaga.

Niobio nitridas NbN naudojamas gaminant plonas ir itin plonas superlaidžias plėveles, kurių kritinė temperatūra yra nuo 5 iki 10 K su siauru 0,1 K dydžio perėjimu.

Niobis medicinoje

Didelis niobio atsparumas korozijai leido jį naudoti medicinoje. Niobio siūlai nedirgina gyvų audinių ir gerai su jais susilieja. Rekonstrukcinėje chirurgijoje tokiais siūlais sėkmingai susiuvamos plyšusios sausgyslės, kraujagyslės ir net nervai.

Taikymas papuošaluose

Niobis ne tik turi savybių, reikalingų šiai technikai, bet ir atrodo gana gražiai. Šį baltą blizgantį metalą juvelyrai bandė panaudoti rankinių laikrodžių korpusų gamybai. Niobio lydiniai su volframu ar reniu kartais pakeičia tauriuosius metalus: auksą, platiną, iridį. Pastarasis yra ypač svarbus, nes niobio ir renio lydinys ne tik atrodo kaip metalinis iridis, bet ir yra beveik toks pat atsparus dilimui. Tai leido kai kurioms šalims atsisakyti brangaus iridžio gaminant plunksnakočių litavimą.

Niobio kasyba Rusijoje

Pastaraisiais metais pasaulinė niobio gamyba siekė 24-29 tūkst.t.Pažymėtina, kad pasaulio niobio rinką ženkliai monopolizuoja Brazilijos įmonė CBMM, kuri pagamina apie 85% pasaulio niobio produkcijos. niobis.

Japonija yra pagrindinė niobio turinčių produktų vartotoja (jai pirmiausia priklauso feroniobis). Ši šalis kasmet iš Brazilijos importuoja per 4 tūkst. tonų feroniobio. Todėl niobio turinčių gaminių iš Japonijos importo kainos galima labai pasitikėti, kad jos yra artimos pasaulio vidurkiui. Pastaraisiais metais pastebima feroniobio kainų didėjimo tendencija. Taip yra dėl to, kad jis vis labiau naudojamas mažai legiruoto plieno, daugiausia skirto naftos ir dujotiekiams, gamybai. Apskritai reikia pažymėti, kad per pastaruosius 15 metų niobio suvartojimas pasaulyje kasmet vidutiniškai išaugo 4–5 proc.

Su apgailestavimu reikia pripažinti, kad Rusija yra niobio rinkos „nuošalyje“. 90-ųjų pradžioje, Giredmet ekspertų teigimu, buvusioje SSRS buvo pagaminta ir sunaudota apie 2 tūkst. tonų niobio (skaičiuojant niobio oksidu). Šiuo metu Rusijos pramonės niobio produktų suvartojimas neviršija tik 100-200 tonų.Pažymėtina, kad buvusioje SSRS buvo sukurti nemaži niobio gamybos pajėgumai, išsibarstę po skirtingas respublikas – Rusiją, Estiją, Kazachstaną. Dėl šios tradicinės SSRS pramonės plėtros ypatybės Rusija dabar atsidūrė labai sunkioje padėtyje daugelio rūšių žaliavų ir metalų srityje. Niobio rinka prasideda nuo niobio turinčių žaliavų gamybos. Pagrindinis jo tipas Rusijoje buvo ir išlieka loparito koncentratas, gautas Lovozersky GOK (dabar - UAB Sevredmet, Murmansko sritis). Iki SSRS žlugimo įmonė pagamino apie 23 tūkst. tonų loparito koncentrato (niobio oksido kiekis jame yra apie 8,5%). Vėliau koncentrato gamyba nuolat mažėjo, 1996-1998 m. įmonė kelis kartus buvo sustabdyta dėl pardavimų trūkumo. Šiuo metu, remiantis skaičiavimais, įmonėje loparito koncentrato gamyba siekia 700–800 tonų per mėnesį.

Reikėtų pažymėti, kad įmonė yra gana tvirtai susieta su vieninteliu savo vartotoju - Solikamsko magnio gamykla. Faktas yra tas, kad loparito koncentratas yra gana specifinis produktas, gaunamas tik Rusijoje. Jo apdirbimo technologija yra gana sudėtinga dėl jame esančio retųjų metalų komplekso (niobio, tantalo, titano). Be to, koncentratas yra radioaktyvus, todėl iš esmės visi bandymai su šiuo produktu patekti į pasaulinę rinką baigėsi bergždžiais. Taip pat reikėtų pažymėti, kad ferroniobis negali būti gaunamas iš loparito koncentrato. 2000 m. Sevredmet gamykloje Roredmet kompanijos pastangomis buvo paleista eksperimentinė loparito koncentrato perdirbimo gamykla, siekiant, be kitų metalų, gauti prekinių niobio turinčių produktų (niobio oksido).

Pagrindinės SMZ niobio gaminių rinkos yra ne NVS šalys: pristatomos į JAV, Japoniją ir Europos šalis. Eksporto dalis visoje gamybos apimtyje viršija 90 proc. Reikšmingi niobio gamybos pajėgumai SSRS buvo sutelkti Estijoje - Sillamäe chemijos ir metalurgijos gamybos asociacijoje (Sillamäe). Dabar Estijos įmonė vadinasi Silmet. Tarybiniais laikais įmonė apdorojo loparito koncentratą iš Lovoozersky GOK, nuo 1992 m. jo siuntimas buvo sustabdytas. Šiuo metu „Silmet“ Solikamsko magnio gamykloje apdoroja tik nedidelį niobio hidroksido kiekį. Daugumą niobio turinčių žaliavų šiuo metu bendrovė gauna iš Brazilijos ir Nigerijos. Įmonės vadovybė neatmeta ir loparito koncentrato tiekimo, tačiau „Sevredmet“ stengiasi vykdyti jo perdirbimo vietoje politiką, nes žaliavų eksportas yra mažiau pelningas nei gatavos produkcijos.

Mokymas

Reikia pagalbos tyrinėjant temą?

Mūsų ekspertai patars arba teiks kuravimo paslaugas jus dominančiomis temomis.
Siųsti prašymą nurodant temą jau dabar, kad sužinotumėte apie galimybę gauti konsultaciją.

Tantalas ir niobis gaunami redukuojant iš didelio grynumo junginių: oksidų, kompleksinių fluorido druskų, chloridų. Pramoninius metalų gamybos būdus galima suskirstyti į keturias grupes:

Natrio terminis redukcija iš kompleksinių fluoridų;

Redukcija iš oksidų anglimi (karboterminis metodas);

Redukcija iš aliuminio oksidų (aliuminioterminis metodas);

Išgavimas iš chloridų vandeniliu;

Išlydytų terpių elektrolizė.

Dėl aukštos tantalo (~ 3000 C) ir niobio (~ 2500 C) lydymosi temperatūros jie gaunami redukuojant visais išvardytais būdais, išskyrus trečiąjį, miltelių arba sukepintos kempinės pavidalu. . Užduotį gauti kompaktišką kaliąjį tantalą ir niobį apsunkina tai, kad šie metalai aktyviai sugeria dujas (vandenilį, azotą, deguonį), dėl kurių priemaišų jie tampa trapūs. Todėl iš miltelių išspaustus ruošinius reikia sukepinti arba lydyti dideliame vakuume.

Natrioterminis tantalo ir niobio miltelių gamybos metodas

Natrio terminis kompleksinių fluoridų K2TaF7 ir K2NbF7 redukcija yra pirmasis pramoninis tantalo ir niobio gamybos būdas. Jis naudojamas ir šiandien. Natris, kalcis ir magnis, turintys didelį afinitetą fluorui, yra tinkami tantalo ir niobio fluoro junginiams redukuoti, kaip matyti iš toliau pateiktų verčių:

paštas<^ент Nb Та Na Mg Са

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

Natris naudojamas redukcijai, nes natrio fluoridas tirpsta vandenyje ir gali būti atskirtas plaunant nuo tantalo ir niobio miltelių, o magnio ir kalcio fluoridai mažai tirpsta vandenyje ir rūgštyse.

Panagrinėkime procesą tantalo gavimo pavyzdžiu. K2TaF7 redukcija natriu vyksta dideliu šilumos išsiskyrimu (net ir įkrovos apkrova iki 5 kg), kurios pakanka savaiminiam proceso srautui. Vienoje vietoje pakaitinus įkrovą iki 450-500 C, reakcija greitai pasklinda per visą įkrovos masę, o temperatūra siekia 800-900 C. Kadangi natris tirpsta 97 C ir verda 883, akivaizdu, kad skystis ir natrio garai dalyvauja redukuojant:

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

Reakcijų (2,18) ir (2,19) savitasis šilumos poveikis yra atitinkamai 1980 ir 3120 kJ / kg įkrovos.

Redukavimas atliekamas plieniniame tiglyje, kur sluoksniais kraunami kalio fluorotantalato ir natrio gabaliukai (~ 120% stechiometriškai reikalingo kiekio), kurie supjaustomi specialiomis žirklėmis. Įkrovos viršus yra padengtas natrio chlorido sluoksniu, kuris sudaro mažai tirpstantį mišinį su KF ir NaF. Druskos lydalas apsaugo daleles nuo oksidacijos
tantalo rasa. Paprasčiausiame proceso variante, norint inicijuoti reakciją, tiglio sienelė apačioje kaitinama pūtiklio liepsna, kol atsiranda raudona dėmė. Reakcija greitai vyksta per visą masę ir baigiasi per 1-2 minutes. Taip vykdant procesą dėl trumpalaikio produktų poveikio maksimalioje temperatūroje (800-900 C) gaunami smulkūs tantalo milteliai, kuriuose, išplovus druskas, yra iki 2 % deguonies.

Stambesnio grūdėtumo milteliai su mažesniu deguonies kiekiu gaunami dedant reakcijos tiglį į šachtinę elektrinę krosnį ir pasibaigus reakcijai 1000°C laikant krosnyje.

Gautas tantalo redukavimas smulkių dalelių pavidalu impregnuojamas fluorido-chlorido šlake, kuriame yra natrio perteklius. Atvėsus tiglio turinys išmušamas, susmulkinamas žandikaulio smulkintuvu ir mažomis porcijomis kraunamas į reaktorių su vandeniu, kur „užgesinamas“ natris ir ištirpinama didžioji druskų dalis. Tada milteliai paeiliui plaunami atskiestu nei (kad būtų visapusiškesnis druskų išplovimas, geležies ir iš dalies titano priemaišų ištirpinimas). Siekiant sumažinti tantalo oksidų kiekį, milteliai kartais papildomai plaunami šalta praskiesta vandenilio fluorido rūgštimi. Tada milteliai nuplaunami distiliuotu vandeniu, filtruojami ir džiovinami 110-120 C temperatūroje.

Taikant aukščiau aprašytą metodą, laikantis maždaug vienodų sąlygų, niobio milteliai gaunami redukuojant k2NbF7 natriu. Džiovinti niobio milteliai turi sudėtį, %: Ti, Si, Fe 0,02-0,06; Apie 0,5; N iki 0,1; C 0,1-0,15.

Karboterminis niobio ir tantalo gamybos iš oksidų metodas

Šis procesas iš pradžių buvo sukurtas niobio gamybai iš Nb2o5.

Niobį galima redukuoti iš Nb2os su anglimi 1800–1900 ° C temperatūroje vakuuminėje krosnyje:

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

Krūva Nb205 + 5C turi mažai niobio ir net briketuotame pavidale yra mažo tankio (~ 1,8 g / cm3). Tuo pačiu metu 1 kg įkrovos skiriama daug ko (~ 0,34 m3). Dėl šių aplinkybių nepalanku atlikti procesą pagal reakciją (2.20), nes vakuuminės krosnies našumas šiuo atveju yra mažas. Todėl procesas vyksta dviem etapais:

I etapas – niobio karbido gavimas

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

P etapas – niobio gavimas vakuuminėse krosnyse

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

її pakopos briketuotame užtaise yra 84,2 % (pagal masę) niobio, briketų tankis ~ 3 g/cm3, tūris susidaro iš 0,14 m3 1 kg įkrovos (~ 2,5 karto mažiau nei įkrovos atveju). įkrovimas Nb2o5 + sc ). Tai užtikrina didesnį vakuuminės krosnies našumą.

Reikšmingas dviejų pakopų proceso privalumas yra ir tai, kad pirmąjį etapą galima atlikti esant atmosferiniam slėgiui grafito vamzdžių atsparumo krosnyse (29 pav.).

Norint gauti niobio karbidą (i proceso stadija), Nb2o5 ir suodžių mišinys briketuojamas ir briketai kaitinami grafito vamzdžių krosnyje vandenilio arba argono atmosferoje 1800-1900 °C temperatūroje (briketai nuolat juda išilgai krosnis

Ryžiai. 29. Grafito vamzdžių atsparumo krosnies schema:

1 - korpusas; 2 - grafito šildymo vamzdis; 3 - ekranuojantis grafito vamzdis; 4- suodžių šilumą izoliuojantis užpildas; 5 - šaldytuvas; 6 - kontaktiniai grafito kūgiai; 7 - aušinama kontaktinė galvutė; 8 - liukas; 9 - šynos, tiekiančios srovę

Atsižvelgiant į jų buvimą karštoje zonoje 1-1,5 valandos). Susmulkintas niobio karbidas rutuliniame malūne sumaišomas su nedideliu Nb2o5 pertekliumi (3–5 %), palyginti su reakcijai reikalingu (2.22).

Užtaisas 100 MPa slėgiu suspaudžiamas į ruošinius, kurie kaitinami vakuuminėse krosnyse su grafito šildytuvais (arba vakuuminėse indukcinėse krosnyse su grafito vamzdeliu) 1800-1900 C. Ekspozicija baigiasi, kai liekamasis slėgis 1,3-0,13 Pa yra pasiektas.

Reakcijos (2.21) ir (2.22) yra kumuliacinės. Jie vyksta per tarpinius žemesniųjų oksidų (Nt> o2 ir NbO), taip pat Nb2c karbido susidarymo etapus. Pagrindinės I etapo reakcijos:

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

NbO2 + C = NbO + CO; (2.24)

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

Nb2C + C = 2NbC. (2.26)

N stadijos reakcijos:

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

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

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

Metalinis niobis gaunamas vykdant galutinę II proceso etapo reakciją (2.29). Pusiausvyros slėgis ω reakcijai (2.29) esant 1800 °C temperatūrai yra > 1,3 Pa. Todėl procesą būtina atlikti esant liekamajam slėgiui, mažesniam už šios reakcijos pusiausvyros slėgį (0,5-0,13 Pa).

Gautuose sukepintuose porėtuose niobio briketuose yra, %: Su 0,1-0,15; Apie 0,15-0,30; N 0,04-0,5. Norint gauti kompaktišką kaliąjį metalą, briketai lydomi elektronų pluošto krosnyje. Kitas būdas – gauti miltelius iš briketų (hidrinant 450 C temperatūroje, malant ir vėliau dehidrogenuojant vakuume), strypelius presuojant ir sukepinant vakuume 2300-2350 C. Vakuuminio lydymosi ir sukepinimo vakuume procesuose deguonis deguonis. ir anglis pašalinami iš kompozicijos ko, o deguonies perteklius - lakiųjų žemesniųjų oksidų sudėtyje.

Pagrindiniai karboterminio metodo privalumai – didelė tiesioginė metalo išeiga (ne mažesnė nei 96%) ir pigios redukcijos priemonės naudojimas. Šio metodo trūkumas yra aukštos temperatūros vakuuminių krosnių projektavimo sudėtingumas.

Tantalą ir niobio-tantalo lydinius taip pat galima gauti karboterminiu metodu.

Aliuminioterminis niobio ir tantalo gamybos iš aukštesnių oksidų metodas

Pastaraisiais metais sukurtas aliuminometrinis niobio gamybos metodas, redukuojant niobio pentoksidą aliuminiu, turi techninių ir ekonominių pranašumų, palyginti su kitais niobio gamybos būdais dėl žemo etapo ir techninės įrangos dizaino paprastumo.

Metodas pagrįstas egzotermine reakcija:

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

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

Didelis specifinis terminis reakcijos efektas (2640 kJ / kg stechiometrinio krūvio) leidžia atlikti procesą be išorinio kaitinimo, lydant niobio-aliuminio lydinio luitą. Sėkmingas aliumoterminis redukavimas už krosnies galimas, jei proceso temperatūra yra aukštesnė už lydymosi temperatūrą A12о3 = 2030 °С) ir metalinę fazę (Nb + 10% ai lydinys lydosi 2050 ° C temperatūroje). Aliuminio perteklius įkrovoje 30-40% viršija stechiometrinį kiekį, proceso temperatūra pasiekia ~ 2150-2200 C. Dėl greitos redukcijos eigos temperatūra pakyla apie 100-150 C, lyginant su lydymosi temperatūromis. šlako ir metalo fazių pakanka jų atskyrimui užtikrinti. Esant minėtam aliuminio pertekliui įkrovoje, gaunamas niobio lydinys, kuriame yra 8-10% aliuminio, kai realus niobio ekstrahavimas yra 98-98,5%.

Aliuminioterminis redukcija atliekama plieniniame tiglyje su kalcinuoto magnio arba aliuminio oksidų pamušalu. Lydymosi produktų iškrovimo patogumui tiglis yra nuimamas. Per sienas įvedami kontaktai, kad būtų tiekiama elektros srovė (20 V, 15 A) į saugiklį nichromo laido pavidalu, įdėtu į krūvį. Kitas galimas variantas – procesą atlikti masyviame skelto vario tiglyje, prie kurio sienelių formuojamas garnisatinis apsauginis sluoksnis.

Į tiglį įpilamas kruopščiai išdžiovinto Nb2o5 ir aliuminio miltelių mišinys, kurio dalelių dydis yra ~ 100 mikronų. Patartina tiglį įdėti į kamerą, užpildytą argonu, kad būtų išvengta sąlyčio su oru.

Įjungus degimą, reakcija greitai vyksta per visą įkrovos masę. Gautas lydinio luitas susmulkinamas į gabalus ir apdorojamas vakuuminiu-terminiu būdu 1800-2000 C temperatūroje krosnyje su grafito šildytuvu, esant ~ 0,13 Pa liekamajam slėgiui, kad būtų pašalinta didžioji dalis aliuminio (iki 0,2 proc. ). Tada rafinuojantis lydymas atliekamas elektronų pluošto krosnyje, gaunant didelio grynumo niobio luitus, kurių priemaišų kiekis, %: 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.

Iš esmės tantalo aliuminoterminė gamyba yra įmanoma, tačiau procesas yra šiek tiek sudėtingesnis. Redukcijos reakcijos savitasis šiluminis efektas yra 895 kJ/kg įkrovos. Dėl aukštos tantalo ir jo lydinių su aliuminiu lydymosi temperatūros į užpildą įvedamas geležies oksidas, kad išlydytų luitą (remiantis lydinio su 7–7,5 % geležies ir 1,5 % aliuminio gamyba), taip pat kaitinama. priedas - kalio chloratas (Berthollet druska) ... Tiglis su užtaisu dedamas į krosnį. 925 ° C temperatūroje prasideda spontaniška reakcija. Tantalo ekstrahavimas į lydinį yra apie 90%.

Po vakuuminio terminio apdorojimo ir lydymo elektronų pluoštu tantalo luitų grynumas yra aukštas, panašus į aukščiau pateiktą niobio grynumą.

Tantalo ir niobio gavimas redukuojant jų chloridus vandeniliu

Tantalo ir niobio redukcijai iš jų chloridų buvo sukurti įvairūs metodai: redukcija magniu, natriu ir vandeniliu. Kai kurie redukcijos vandeniliu variantai yra perspektyviausi, ypač toliau aptariamas metodas, skirtas chlorido garams redukuoti ant šildomų substratų, siekiant gauti kompaktišką metalinį strypą.

Fig. 30 parodyta tantalo gamybos, redukuojant TaC15 garus vandeniliu, ant tantalo juostos, įkaitintos iki 1200–1400 °C, schema. TaCI5 garai, sumaišyti su vandeniliu, tiekiami iš garintuvo į reaktorių, kurio centre yra tantalo juostelė, šildoma tiesioginiu elektros srovės praėjimu iki iš anksto nustatytos temperatūros. Norint tolygiai paskirstyti garų-dujų mišinį per juostos ilgį ir užtikrinti statmeną jos paviršiui srautą, aplink juostą įrengiamas nerūdijančio plieno ekranas su skylutėmis. Reakcija vyksta ant įkaitusio paviršiaus:

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

Ryžiai. 30. Tantalo pentachlorido redukavimo vandeniliu įrenginio schema: 1 - reaktoriaus flanšas; 2 - izoliuotas elektros tiekimas; 3 - užveržimo kontaktai; 4 - nesureagavusio chlorido kondensatorius; 5 - tantalo juosta; 6 - ekranai su skylutėmis, - 7 - reaktoriaus indas; 8 - reaktoriaus šildytuvas; 9 - šildomas rotometras; 10 - adatinis vožtuvas; 11 - garintuvo elektrinė orkaitė; 12 - tantalo pentachlorido garintuvas; 13 - vandenilio rotometras

Optimalios tantalo nusodinimo sąlygos: juostos temperatūra 1200-1300 °C, TaCl5 koncentracija dujų mišinyje ~ 0,2 mol/mol mišinio. Nusėdimo greitis tokiomis sąlygomis yra 2,5-3,6 g / (cm2 h) (arba 1,5-2,1 mm / h). Taigi per 24 valandas gaunamas grynas tantalo strypas, kurio vidutinis skersmuo yra 24-25 mm. kurį galima susukamas į lakštą, naudojamas perlydant elektronų pluošto krosnyje arba paverčiamas didelio grynumo milteliais (miltelius hidrinant, malant ir dehidrogenuojant). Chlorido konversija (tiesioginis ekstrahavimas į dengimą) yra 20-30%. Nesureagavęs chloridas kondensuojamas ir naudojamas pakartotinai. Elektros suvartojimas yra 7-15 kWh 1 kg tantalo, priklausomai nuo priimto režimo.

Atskyrus HCI garus absorbuojant vandenyje, vandenilis gali būti grąžintas į procesą.

Niobio strypus taip pat galima gauti aprašytu būdu. Optimalios niobio nusodinimo sąlygos: juostos temperatūra 1000-1300 C, pentachlorido koncentracija 0,1-0,2 mol/mol dujų mišinio. Metalo nusodinimo greitis yra 0,7-1,5 g / (cm2-h), chlorido virsmo metalu laipsnis yra 15-30%, energijos suvartojimas yra 17-22 kW * h / kg metalo. Niobio procesą palengvina tai, kad dalis NbCl5 reaktoriaus tūryje tam tikru atstumu nuo kaitinamos juostos sumažinama iki nelakaus NbCl3, kuris nusėda ant reaktoriaus sienelių.

Elektrolitinis tantalo gamybos metodas

Tantalo ir niobio negalima išskirti iš vandeninių tirpalų elektrolizės būdu. Visi sukurti procesai yra pagrįsti išlydytos terpės elektrolize.

Pramoninėje praktikoje metodas naudojamas tantalui gauti. Taigi, jau eilę metų elektrolitinį tantalo metodą naudoja Fenstil kompanija (JAV), dalis Japonijoje gaminamo tantalo šiuo metu gaunama elektrolizės būdu. SSRS buvo atlikti platūs metodo tyrimai ir pramoniniai bandymai.

Tantalo elektrolitinės gamybos būdas yra panašus į aliuminio gamybos būdą.

Elektrolitas yra pagamintas iš išlydytos druskos K2TaF7 - KF - - KC1, kurioje yra ištirpęs tantalo oksidas Ta205. Naudoti elektrolitą, kuriame yra tik viena druska K2TaF7, praktiškai neįmanoma dėl nuolatinio anodo poveikio naudojant grafito anodą. Elektrolizė galima vonioje, kurioje yra K2TaF7, KC1 ir NaCl. Šio elektrolito trūkumas yra fluoro druskų kaupimasis jame elektrolizės metu, dėl kurio sumažėja kritinis srovės tankis ir reikia koreguoti vonios sudėtį. Šis trūkumas pašalinamas į elektrolitą įvedus Ta205. Elektrolizės rezultatas šiuo atveju yra elektrolitinis tantalo oksido skilimas, kai tantalas išsiskiria prie katodo ir deguonies anodo, kuris reaguoja su anodo grafitu ir susidaro CO2 ir CO. Be to, Ta205 įvedimas į išlydytą druską pagerina grafito anodo drėkinimą iš lydalo ir padidina kritinį srovės tankį.

Elektrolito sudėtis parinkta remiantis K2TaF7-KCl-KF trinarės sistemos tyrimų duomenimis (31 pav.). Šioje sistemoje yra dvi dvigubos druskos K2TaF7 KF (arba KjTaFg) ir K2TaF7 KC1 (arba K3TaF7Cl), dvi trinarės eutektikos Ei ir E2, tirpstančios atitinkamai 580 ir 710 C temperatūroje, ir peritektinis taškas P 678 °C temperatūroje. Kai Ta205 patenka į lydalą, jis sąveikauja su fluorotantalatais, sudarydamas oksofluorotantalatą:

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

Reakcija su K3TaF7Cl vyksta panašiai. Tantalo oksofluorido kompleksų susidarymas lemia Ta205 tirpumą elektrolite. Ribinis tirpumas priklauso nuo K3TaF8 kiekio lydaloje ir atitinka reakcijos stechiometriją (2.32).

Remdamiesi duomenimis apie elektrolitų sudėties įtaką elektrolizės rodikliams (kritinis srovės tankis, srovės efektyvumas, ekstrahavimas, tantalo miltelių kokybė), sovietų mokslininkai pasiūlė tokią optimalią elektrolito sudėtį: 12,5% (pagal svorį) K2TaF7, poilsio KC1 ir KF santykiu 2 : 1 (pagal svorį). Įvestų Ta2O koncentracija yra 2,5-3,5 % (pagal masę). Šiame elektrolite, esant 700–800 ° C temperatūrai, naudojant grafito anodą, oksofluorido komplekso skilimo įtampa yra 1,4 V, o KF ir KC1 skilimo įtampa yra atitinkamai ~ 3,4 V ir ~ 4,6 V.

КС I K2TaF, -KCl KJaFf

Ryžiai. 31. K2TaF7-KF-KCl sistemos lydymosi schema

Elektrolizės metu katode vyksta laipsniškas Ta5 + katijonų iškrovimas:

Ta5 + + 2e> Ta3 + + būti * Ta0.

Procesai anode gali būti pavaizduoti reakcijomis: TaOF63 "- Ze = TaFs + F" + 0; 20 + C = CO2; CO2 + C = 2CO; TaFj + 3F ~ = TaF | ~. TaF | ~ jonai, reaguodami su Ta2Os, patenkančiais į lydalą, vėl sudaro TaOF | ~ jonus. Esant 700–750 ° C elektrolizės temperatūrai, dujų sudėtyje yra -95% CO2, 5-7% CO2; 0,2-

Iš SSRS išbandytų elektrolitinių elementų konstrukcijų geriausi rezultatai buvo gauti tuose, kurių katodas yra nikelio tiglis (arba nikelio ir chromo lydinys), centre.

32 pav. Elektrolitinė ląstelė tantalo gamybai:

1 - bunkeris su Ta205 tiektuvu; 2 - tiektuvo elektromagnetinis vibratorius; 3 - laikiklis su tvirtinimu anodui; 4 - tuščiaviduris grafito anodas su skylutėmis sienoje; 5 - tiglis-katodas, pagamintas iš nichromo; 6 - dangtelis; 7 - šilumą izoliuojantis stiklas; 8 - vairas automobiliui pakelti; 9 - kištukas su strypu srovei tiekti

Kuris yra tuščiaviduris grafito anodas su skylutėmis sienose (32 pav.). Tantalo oksidas periodiškai tiekiamas automatiniu vibruojančiu tiektuvu į tuščiavidurį anodą. Taikant šį padavimo būdą katodo nuosėdos mechaninis užteršimas neištirpusiu tantalo pentoksidu neleidžiamas. Dujos pašalinamos per laive esantį siurbimą. Esant 700–720 C elektrolizės temperatūrai, nuolat tiekiant Ta205 vonią (ty su minimaliu anodo efektų skaičiumi), kai katodo srovės tankis yra 30–50 A/dm2 ir santykis DjDk = 2 * 4, tiesioginis tantalo ekstrahavimas yra 87-93%, išeiga yra 80%.

Elektrolizė atliekama tol, kol 2/3 naudingojo tiglio tūrio užpildoma katodo nuosėdomis. Elektrolizės pabaigoje anodas pakeliamas ir elektrolitas kartu su katodo nuosėdomis atšaldomas. Yra du katodo gaminio apdorojimo būdai, siekiant atskirti elektrolitą nuo tantalo miltelių dalelių: šlifavimas su oro atskyrimu ir vakuuminis terminis valymas.

Vakuuminis terminis metodas, sukurtas SSRS, susideda iš didžiosios dalies druskų atskyrimo nuo tantalo lydant (lydant) argono atmosferoje, po to pašalinant likučius išgarinant vakuume 900 C temperatūroje. Išlydytas ir kondensuotas elektrolitas grįžo prie elektrolizės.

Kad šlifuojant su oro atskyrimu 30-70 mikronų, o naudojant vakuuminį terminį apdorojimą - 100-120 mikronų.

Niobio gamyba iš oksifluorido-chlorido elektrolitų, kaip ir tantalo, nedavė teigiamų rezultatų dėl to, kad iškrovimo metu prie katodo susidaro žemesni oksidai, užteršdami metalą. Maža srovė.

Niobiui (taip pat ir tantalui) bedeguonies elektrolitai yra perspektyvūs. Niobio ir tantalo pentachloridai ištirpsta išlydytuose šarminių metalų chloriduose ir sudaro kompleksines druskas A / eNbCl6 ir MeTaCl6. Elektrolitiškai skaidant šiuos kompleksus prie katodo susidaro stambių kristalų niobio ir tantalo nuosėdos, o prie grafito anodo – chloras.

Socialiniai-ekonominiai ir humanitariniai mokslai

UDC 553,98 "=."

NIOBIJAUS KASDYBA RUSIJOJE

G.Yu. Boyarko*, V. Yu. Chatkovas**

, * Tomsko politechnikos universitetas

** Rusijos Federacijos vyriausybės įstaiga. ""

El. paštas: [apsaugotas el. paštas]

Niobis kasamas Rusijoje Lovozerskoe telkinyje (Murmansko sritis) loparito koncentrato pavidalu ir totorių telkinyje ( Krasnojarsko sritis) pirochlorido rūgšties koncentrato pavidalu ir perdirbimas Solikamsko magnio (Permės sritis) ir Klyuchevskoy ferolydinio gamyklose (Sverdlovsko sritis) Tomtor niobio telkinyje (Sacha-Jakutijos Respublika) ir ankstesnio gamybos lygio atkūrimas Etykinsky tantalo-niobio telkinys (Čitos regionas) Dėl Brazilijos niobio gamintojų natūralaus pasaulio monopolio Rusijos niobio kasybos įmonės pirmiausia turėtų orientuotis į Rusijos, Ukrainos, Kazachstano ir Kinijos metalurgijos rinką.

Niobis yra sunkus ugniai atsparus metalas, pasižymintis dideliu lankstumu, atsparumu korozijai, geru suvirinamumu ir nedideliu šiluminio neutronų gaudymo skerspjūviu. Tai karščiui atsparių ir superlaidžių lydinių dalis, o plienai, legiruoti su niobu, pasižymi dideliu stiprumu ir dideliu lankstumu, atsparumu šalčiui ir korozijai. Pagrindinis niobio suvartojimas tenka didelio skersmens magistraliniams vamzdynams gaminti iš mažai legiruoto (0,07 ... 0,08 % N)) plieno. Mažai legiruotas niobio plienas naudojamas statybinių konstrukcijų gamyboje, tiltų statyboje, kelių ir kasybos inžinerijoje, orlaivių ir automobilių gamyboje, giluminio naftos gręžimo įrangos, chemijos ir naftos chemijos pramonės įrangos ir kt. Niobio lydiniai su alavu, titanu ir cirkoniu plačiai naudojami superlaidžių solenoidų, skirtų galingiems elektromagnetams, naudojamiems magnetiniuose separatoriuose, įkrautų dalelių greitintuvuose ir MHD generatoriuose, gamyboje. Sintetiniai pavieniai ličio ir švino niobatų kristalai naudojami optinėse langinėse ir akustoelektronikos prietaisuose. Pasaulyje niobio suvartojama 25 ... 26 tūkst. tonų per metus, o ryškus jo augimas stebimas 2 ... 2,5% per metus. Niobio vartojimo lyderiai yra Japonija (30% pasaulio paklausos), JAV (apie 25%) ir Europos Sąjungos šalys. Niobio gaminių kainos pateiktos lentelėje. G

Niobis hidrometalurginiais ir pirometalurginiais metodais išgaunamas iš niobio mineralų koncentratų - pirochloro (NaCaNb206F) (iki 90% pasaulio pasiūlos), kolumbito-tantalito ((Fe, Mn) (Nb, Ta) 206) (iki 5% ) ir loparitas (( Ca, TR) (Ti, Ta, Nb) 02) (tik Rusijoje). Apdorojant juos vienu metu išgaunamas tantalas (santykiu Ta / Nb = 1/10), o retieji žemių metalai ir titanas taip pat išgaunami iš loparito.

Pasaulyje niobio pagaminama 25,7 tūkst. tonų (2002 m.), iš kurių 22 tūkst. tonų pagamino Brazilijos įmonė „Companhia Brasileira de Metalurgia e Minera ^ So Cia Brasileira de Metalurgia Minera? Ao (CBMM), kuri yra natūrali pirochloro koncentratų gamybos monopolija. , ferroniobis (iki 18 tūkst. tonų per metus), niobis

Lentelė. Niobio (ir susijusio tantalo) produktų kainos

Prekinių produktų kainos, USD už kg

Pirochlorido koncentratas (pagal N ^ 05) 6,0 ... 6,5

Kolumbito koncentratas (pagal N1 ^ 05) 6,5 ... 7,0

Tantalito koncentratas (ta205) 65 .. / 75

Loparito koncentratas 1,1-

Feroniobis 14,5 ... 15,5

Metalas niobis 14,0 .. L 4,5

Tantalo milteliai ■ 200 ... 230

Metalinis tantalas 200...210

talis ir tantalas. Jis kasa Arašos karbonatito masyve (Amazonos valstija), kuriame vidutiniškai yra 2,5 % Nb205 (4,3 mlrd. tonų rūdos), ir Pitangos alavo rūdos telkinyje, kuriame yra 4,3 % Nb205 (30 mln. tonų rūdos). Dalį CBMM koncentratų apdoroja konsoliduota įmonė „Catalao de Goäis“ („Mineralo Cataloa“), per metus pagaminanti iki 3,5 tūkst. Kaip rezervas Brazilijoje viduje Nacionalinis parkas Pico da Neblina yra Seis Lagos telkinys su 2,9 milijardo tonų rūdos atsargomis, kurios vidutinė Nb205 klasė yra 2,8%. Kanadoje niobio rūda kasama Saint Honore telkinyje (Niobec kasykla, Kvebekas), kurios vidutinė Nb205 klasė yra 0,6%. Rūdos gavyba ir koncentratų perdirbimu užsiima dvi įmonės – Teck Corp. ir „Cambior Inc.“, 2002 metais pasaulinei rinkai tiekusi 3,2 tūkst. Itin mažais kiekiais įvairūs niobio produktai (daugiausia pirochloro koncentratai) gaminami Australijoje (Green Bushes), Nigerijoje (Joe Plateau), Mozambike (Mbeya), Zambijoje (Luesh) ir Konge (Manono Kitololo).

Planinės ekonomikos eroje SSRS iškasė ir pagamino iki 2000 tonų niobio produktų (pagal niobio oksidą), užėmė trečią pagal gamybą (po Brazilijos ir Kanados) ir ketvirtą pagal suvartojimą (po Japonijos). JAV ir Vokietija). Sugriuvus bendrai ekonominei erdvei į NVS nacionalinius anklavus, nutrūko retųjų metalų pramonės technologinė grandinė, dalis jos fragmentų tapo nuostolinga. Dėl to Rusijos vartotojai buvo priversti patenkinti savo niobio poreikius per metus eksportuodami 100 ... 200 tonų niobio lydinių (daugiausia iš Brazilijos).

Vienintelė Rusijoje išlikusi kasybos įmonė yra OJSC Severnye Rare Metals (buvęs Lovozersky GOK) Lovozero kaime, Revdinsko rajone, Murmansko srityje, ir jos kasybos operatorė OJSC Lovozero Mining Company Karnasurto ir Umbozero kasyklose. Čia, unikaliame atsargomis (prastas Nb205 kiekis - tik 0,24%) Lovozero retųjų žemių niobio-tantalo telkinyje iš loparito turinčių nefelino sienitų per metus buvo išgaunama iki 25 tūkst. 6 ... 8% Nb, 0, 5% Ta, 36 ... 38% TR ir 38 ... 42% Ti. Iki 10 tūkst. tonų loparito koncentrato apdorojama OJSC Solikamsk Magnesium Plant (pagrindinis savininkas yra Rusijos augimo fondas JV), kur chloruojant gaunamas niobio hidroksidas, kuris yra vidutinis produktas metalinio niobio gamybai. Irtišo chemijos ir metalurgijos gamykla Ust-Kamenogorske, Kazachstane). Šiuo metu Solikamsko magnio gamykla kasmet pagamina 700...750 tonų niobio oksidų ir 70...80 tonų tantalo oksido, kurie yra visiškai eks-

uostas. Likusieji 10 ... 12 tūkst. Tloparito koncentratas anksčiau buvo perdirbtas A5> 8Pte1 (Sillamae, Estija) pagal sieros rūgšties schemą į metalinį niobį ir ferroniobį. Šiuo metu 5Pte1 atsisakė loparito žaliavų pirkimo ir perėjo prie technologiškai pažangesnių pirochloro koncentratų iš Brazilijos ir Nigerijos. Atitinkamai, „Sev-redmet“ loparito koncentrato gamyba taip pat sumažėjo (iki 8 ... 10 tūkst. tonų), o tai atvedė šią įmonę prie bankroto slenksčio. Bandymas 2000 m. organizuoti nuosavą hidrometalurginę gamybą, gaminant feroniobiumą dėl reikalingų investicijų (100 mln. USD) trūkumo, nebuvo vainikuotas sėkme. Šiuo metu UAB „Sevredmet“ savininkė yra įmonė CJSC FTK Company (Finance, Technology, Consulting) (Maskva), Solikamsko magnio gamyklos bendrasavininkė (14 proc. akcijų), tačiau realios išeities iš šios situacijos nėra. ribota loparito žaliavų paklausa. Irtišo chemijos ir metalurgijos gamykla taip pat atsidūrė ant bankroto slenksčio ir iki 1996 metų buvo sustabdžiusi niobio produktų gamybą, tačiau 2000 metais nuo jos buvo atskirtas pajėgus KazNiobiy IHMZ LLP padalinys, pradėjęs gaminti iki 60 ... 80 tonų metalo niobio per metus, kaip žaliava naudojamas Solikamsko niobio hidroksidas. Tantalo pramonės gaminių apdirbimas NVS šalyse vykdomas OJSC Ulba Metallurgical Plant NAK Kazatomprom (Ust-Kamenogorskas, Kazachstano Respublika), kur gaminami niobio produktai - milteliai, luitai, valcuoti gaminiai.

Kitos Rusijos įmonės, anksčiau dirbusios su turtingesnėmis rūdomis, jas sukūrė iki XX amžiaus 90-ųjų ir, pereinant prie rinkos ekonomikos, uždarė savo nepelningas pramonės šakas. Tai yra Višnevogorsko rūdos administracija (Čeliabinsko sritis), sukūrusi to paties pavadinimo telkinį Malyshevskoe RU (Sverdlovsko sritis), visiškai išnaudotą retųjų metalų pegmatitų telkinį Liepų pieva, Orlovsky GOK (Čitos sritis), sukūrusi Orlovskoye telkinys ir Zabaikalsky GOK (Čitos sritis), sustabdę Zavitkovskio ir Etykinskoye laukus. Šių įmonių pirochloro ir kolumbito-tantalito koncentratai buvo perdirbti Klyuchevskoy ferolydinių gamykloje (Dvurechensko gyvenvietė, Sysertsky rajonas, Sverdlovsko sritis), iš kurių buvo gaminami ferroniobio ir niobio lydiniai.

Retųjų metalų pramonės tobulinimas Rusijoje vyko niobio vartotojų – OAO „Severstal“ (Čerepovecas, Vologdos sritis) – Čerepoveco metalurgų iniciatyva. Siekdamas panaikinti priklausomybę nuo niobio eksporto, šis holdingas įsteigė UAB „Stalmag“ (Krasnojarskas) dukterinę įmonę, kuri išgauna pirochloro koncentratus iš totorių vermikulito-niobato-fosforo telkinio, esančio to paties pavadinimo karbonatitų masyve, atmosferos poveikio plutos.

paguldytas Krasnojarsko srities Motyginskio rajone | 9 |. pabaigoje 2000t. šiame telkinyje pradėjo veikti pirminio perdirbimo gamykla, kurios pajėgumas iki 90 tūkst. tonų rūdos per metus. Iš gauto koncentrato, tiekiamo į Kliučevskio geležies lydinių gamyklą, per metus pagaminama 150: .. 200 tonų feroniobio. Įvedus antrąjį etapą, kasyklos našumas padvigubės,

2001 m. Zabaikalsky GOK (Pervomaiskio gyvenvietė, Šilkinsko rajonas, Čitos sritis), pastaraisiais metais kasusi fluoritą ir auksą, atnaujino Etykinsky tantalo-niobio-alavo telkinio Etykinsky masyvo retųjų metalų granituose kasybą. Vidutinis tantalo kiekis rūdose yra 0,031%, niobio - 0,1%, alavo - 0,2%. 2001 m. ^ išgauta (kalbant apie metalą) 40 tonų tantalo, 60 tonų niobio, 100 tonų alavo. Iki 2005 m. gamybos pajėgumus planuojama padidinti penkis kartus. Pervomayskio kaime Zabaikalsky GOK pagrindu statomas hidrometalurginis cechas kalio fluorotantalatui ir niobio pentoksidui gaminti. Iš: Etykinskiy rūdos taip pat gali būti išgaunamos "ir ličio koncentratai, kurių vidutinis N20 laipsnis rūdose - 0,11%. Pagal valstybinę programą" Ličio, berilio, tantalo, alavo, niobio (LIBTON) gavyba, gamyba ir vartojimas „Taip pat planuojama atnaujinti Zabaikalsky GOK kasybą Zavitinsky ličio-niobio spodumeno pegmatitų telkinyje.

geri produktai, kurių vidutinis Ta205 kiekis rūdose -0,0139% ir N> 205 -0,02%.

Bendrovė ZAO Alrosa (Mirny, Sacha-Jakutijos Respublika), pagal savo deimantų verslo diversifikavimo programą, rengia kasybos projektą, skirtą Burny teritorijai, unikaliam atsargomis Tomtoro niobio-retųjų žemių telkiniui, plėtrai. ir rūdos kokybė, Sacha-Jakutijos Respublikos Oleneksky ulus. Šis telkinio fragmentas yra beveik dreifuojantis ežerų telkinys, susidaręs plaunant Tomtoro karbonatito masyvo atmosferos plutą. Vidutinis Lb205 kiekis čia yra 6,71%, Y - 0,59%, ST11 - 9,53%. Burny aikštelės plėtros projekte numatomas pradinis metinis 13,73 tūkst. m3 uolienų masės perdirbimo tūris, pirochloro koncentrato, kuriame yra 583 t Lb205, ir retųjų žemių koncentrato, kuriame yra 690 t retųjų žemių metalų oksidų (V203, CeO2) išgavimas. , La203, Pr6Ou, Ssh203, Nr. 203, Eu203, 8s203). Ateityje planuojama padidinti gamybos pajėgumus iki 30 tūkst.m3 rūdos ir pagaminti iki 2000 tonų pirochloro koncentrato pagal Nr.205.

Tyrinėjant Beloziminskio niobio fosfato telkinį (1984–1986) Tulunsky regione, buvo nedidelė bandomoji gamykla. Irkutsko sritis... Rūdiniai dariniai sudaro vietinę atmosferos poveikio plutą virš karbonatitų (kurių sudėtyje yra 0,24% Ni> 205), kurių turtinguose blokuose Main ir Yagodny srityse vidutinis ML205 kiekis yra atitinkamai 1,06 ir 1,39%. Tačiau skersinis

Piešimas. Niobio išdėstymas. telkiniai ir įmonės, kurios išgauna ir perdirba niobį.

1) niobio telkiniai ■ 2) niobio kasybos įmonių akcijų paketai; 3 ~ 5) kasyklos: 3) veikiančios, 4) pradedamos gaminti, 5) uždarytos arba sustabdytos; 6) perdirbimo įmonės

Nb205 išskyrimas šiuose eksperimentuose neviršijo 30 proc. Fosfato (apatito + frankolito) koncentratas gali būti gaunamas kaip šalutinis produktas iš Belozimino rūdų, kurio pradinis Р205 kiekis rūdose yra 11,25%.

Likviduotos Orlovsky GOK pagrindu 2000 m. buvo suformuota nauja įmonė OJSC Novo-Orlovsky GOK (Novoorlovskio gyvenvietė, Aginsky rajonas, Čitos sritis), bandomoji tręšimo gamykla Nr. 1 ir tantalo perdirbimo gamyklos Nr. 2 buvo restauruoti. kompleksas) Orlovskio GOK volframo produkcijos, kurioje yra 5190 tonų W, 550 tonų Nb ir 440 tonų Ta. Numatoma tantalo ir niobio išeiga iki 10 ... 20 tonų per metus.

Norint išgauti tantalą ir niobį Klyuchevskoy ferolydinių gamykloje, alavo lydymo šlakai periodiškai apdorojami Novosibirsko alavo gamykloje OJSC. Kalbant apie metinius pardavimus, niobio ir tantalo produkcija iš Novosibirsko alavo gamyklos žaliavų neviršijo pirmųjų tonų.

Reikėtų atkreipti dėmesį į kitus niobio ir tantalo-niobio telkinius Rusijoje:

Bolšetagninsko fosforo-niobio telkinys, esantis 12 km į vakarus nuo Belo-Ziminskio telkinio (Irkutsko sritis) ir apsiribojęs to paties pavadinimo karbonatitų masyvo kalcito-mikrolino karbonatitais. Vidutinis Nb205 kiekis rūdose yra 1,02%.

Sredneziminskoe žala-niobio-fosforo telkinys, esantis 18 km į pietus nuo Belo-Ziminsky telkinio (Irkutsko sritis) ir apribotas kalcito-mikrolino karbonatitais. Vidutinis Nb205 kiekis rūdose yra 0,10 ... 0,18%, urano iki 0,02%, fosforo - 2,5 ... 3,5%. Nuosėdos yra problemiškos, visų pirma dėl mažos naudingų komponentų koncentracijos ir didelio rūdų radioaktyvumo.

Vuoriyarvinsky niobio telkinio Neske-Vara vieta yra Murmansko srities Kandalakšinsko rajone. Tai didelis

Apatito-magnetito kompozicijos rūdos blokas su baddeleito ir pirochloro impregnavimu. Vidutinis Nb2O kiekis aikštelės rūdose yra 0,53%, Ta205 - 0,017%. Rezervuaras yra netoli veikiančios įmonės OJSC Kovdorsky GOK, kuri išgauna geležies rūdas su susijusia apatito ir badceleito (kurių sudėtyje yra Zr ir TR) koncentratų gamyba. telkinys yra negilus – tik 6,2 tūkst. tonų Nb205 ir 200 tonų Ta205, tačiau šios rūdos patenka į Kovdors GOK technologinę grandinę ir šį objektą galima nesunkiai pradėti eksploatuoti.

Ulug-Tanzoksky niobio-retųjų žemių telkinys (Tyvos Respublika) yra mineralizuota rūdų (pirochloro, kolumbito-tantalito, cirkonio, ličio, berilio ir retųjų žemių mineralų) kvarco-albito-mikrolino metasomatitų zona. Indėlis buvo įvertintas XX amžiaus 90-aisiais ir liko nepakankamai ištirtas. Turinys Nr. 205 -0,2%, Ta205 - 0,0155%, PTI - 0,063% (it-trio elementų dalis yra 30 ... 40%), 1l20 - 0,086,1xOr - 0,4%. Rūdos sodrinimo technologinėje schemoje numatyta gaminti Nr.>, Ta, bg, Shch

TI (Y), ir, ir, YL.

Katuginskoe itrio-niobio-cirkonio telkinys iš rūdų turinčių beveik lūžių šarminių (kvarco-albitų-mikrolino) metasomatitų yra Čitos regiono šiaurėje, 140 km nuo Novaja Chara stoties, esančios Baikalo-Amūro magistralėje. Vidutinis Ni> 205 kiekis rūdose yra 0,31, Ta205 - 0,019%, 8ТYa - 0,25% (itrio elementų dalis yra 40 ... 50%), g02 - 1,38%. Investicinį šios srities plėtros projektą rengia Zabaikalsky GOK.

Gornoozerskoe niobio telkinys yra Sacha-Jakutijos Respublikos Ust-Maiski ulus ir yra tik to paties pavadinimo anglies titito masyve. Indėlis ištirtas tik iš paviršiaus, jo įvertinimas labai prastas. Pirochloro mineralizacija apsiriboja linijinėmis magnio karbonatų zonomis. Vidutinis #> 205 kiekis ribotam mėginių skaičiui yra 0,25 %. Indėlis taip pat atskleidė pirochloro lakustrino įdėklą, kuris liko neįvertintas. Analogiškai su Tomtor indėliu, jis gali būti gana turtingas.

Vishnyakovskoye tantalo telkinys yra Irkutsko srityje, 110 km nuo Taišeto stoties ir yra sujungtas su ja keliu. Retų metalų pegmatitų iki 40 m storio venų kūneliuose yra tantalito, berilio, lipedolito (ličio) mineralizacijos. Vidutinis Ta205 kiekis yra 0,0198%, o atskirose Ryabinovy ​​srities venose - 0,023 ... 0,03%. Galimas susijęs ličio, kurio vidutinis kiekis yra 1l20 -0,086%, ekstrahavimas, taip pat berilio. №> 205 kiekis nėra didelis – 0,02%, tačiau išgaunant tantalo žaliavas niobis bus išgaunamas jau kaip šalutinis produktas. Dėl indėlio reikia papildomos žvalgybos.

Apskritai niobio žaliavų gavybos pajėgumai jau atitinka Rusijos metalurgų poreikius niobio lydinių prieduose (200 ... 250 tonų per metus), ir net atsižvelgiant į augantį vamzdžių gaminių paklausą magistraliniams tikslams. dujotiekių, tik planuojama Stalmag ir Zabaikalsky GOK pajėgumų plėtra gali viršyti

padengti naujus paklausos kiekius iki 2005 m. (iki 600 ... 800 tonų).

Sevredmet ir Solikamsko geležies ir plieno gamyklų problemas turi spręsti jų savininkai (FTK bendrovė ir Rusijos augimo fondas), kuriant vieningą sudėtingų niobio ir retųjų žemių žaliavų perdirbimo technologiją, kad būtų gauti galutiniai tinkami parduoti produktai (individualūs produktai). retųjų žemių metalų ir jų oksidų, feroniobio, metalinio niobio ir tantalo) ir pakankamų pajėgumų sukūrimas kasmet apdoroti 22 ... 25 tūkst. tonų loparito koncentrato. Šioje ūkyje per metus galima pagaminti iki 1000 tonų niobio ir iki 100 tonų tantalo produktų. ... : ■.

Parduodant rekonstruotos „Sevredmet“ ir naujos kasybos įmonės „Ap-Rosy“ produkciją Tomtoro lauke, jau reikia išeiti už Rusijos rinkos ribų. Įėjimą į pasaulinę rinką riboja pasaulinės niobio produktų monopolio – Brazilijos įmonės SVMM – politika. Turėdamas mažiausią niobio žaliavų gamybos ir perdirbimo savikainą, jis gali kontroliuoti pasaulinių kainų lygį, užkertant kelią rimtų konkurentų atsiradimui. Rusijos niobio produktų pertekliaus gamintojai turi sutelkti dėmesį į solidarią NVS šalių (Ukrainos, Kazachstano) metalurgijos rinką ir augančią Kinijos metalurgijos vartojimo rinką. Be metalurgijos sektoriaus, būtina rimtai ištirti ateinančių 20 metų pasaulio energiją taupančių technologijų, pagrįstų superlaidžiomis energijos perdavimo sistemomis niobio lydinių pagrindu, plėtros tendencijas per ateinančius 20 metų, kurių gamybai reikės iki 5 tūkst. metų.

Esamų Klyuchevskoy Ferrolydinių gamyklos gamybos pajėgumų pakanka parduoti

BIBLIOGRAFIJA

1. Eliutinas A.V., Chistov LB, Epšteinas E.M. Vystymosi problemos mineralinių išteklių bazė niobis // Rusijos mineraliniai ištekliai. Ekonomika ir vadyba

"tinginystė. - 1999. - Nr. 3. - S. 22-29.

2. Kudrin B.C., Kushparenko Yu..S., Petrova N.V. ir kt. "Mineralinės žaliavos. Niobis ir tantalas. Vadovas.

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

3. Pasaulio naudingosios iškasenos 2001 metų pradžioje. -M .: Aerogeologija, 2002 .-- T. 2.- 476 p.

4. Mineralinių prekių santraukos "2003. - Pittsburgh, PA (JAV): USGS, 2003. - 196 p."!

5. Niobis. Kasmetinė mineralų apžvalga 2001. - Pitsburgas, PA (JAV): USGS, 2002. - P. 21.1-28.14.

6. Metalo kainos JAV iki 1998 m. -Pitsburgh, PA (JAV): USGS; 1998 .-- 179 p.

8. Zhevelyuk I. "Medžioti" kilnojamąjį "turtą // Šiaurės vakarų kurjeris. - Nr. 41 (54): - 2002 m. lapkričio 21-27 d.

per metus pagaminama 1500 tonų feroniobio, 1000 tonų N¿-N5 lydinio ir 500 tonų Cr-N-M-master lydinio. Taigi pirochloro produktų, kuriuos Stalmag, Zabaikalsky ir Novo-Orlovsky GOK siūlo perdirbti, kiekius, taip pat tuos, kuriuos planuojama pristatyti iš Tomtor indėlio, ši įmonė gali priimti perskirstyti. Komercinių metalo gaminių gamybai iš niobio ir tantalo Rusijos įmonės galite naudoti rinkliavų schemas dirbdami su Kazachstano įmonėmis „KazNiobiy - Irtysh Chemical and Metallurgical Plant“ ir „Ulba Metallurgical Plant“. Pagerėjus superlaidžių medžiagų konjunktūrai, taip pat realus yra galimybė organizuoti niobio valcavimo gaminių gamybą Rusijos teritorijoje. Tokia gamyba anksčiau egzistavo GIREDMED Eksperimentinėje chemijos ir metalurgijos gamykloje (Podolskas, Maskvos sritis) ir Ugniai atsparių metalų ir kietųjų lydinių eksperimentinėje gamykloje (Maskva).

Naujų pramonės šakų, skirtų niobio produktų gavybai ir gamybai, kūrimas taip pat galimas naudojant su jais susijusią gavybą plėtojant kitų mineralų telkinius - pavyzdžiui, Katuginsky itrio-retųjų žemių-cirkonio, Višniakovskio tantalo, Zavitinsky ličio ir kt. niobio, kuris negali rimtai paveikti jo paklausos rinkos.

Tolimojo rezervato telkinių (Ulug-Tanzeksky Tyvos Respublikoje ir Gusinoozersky Sacha-Jakutijos Respublikoje) plėtra, esant niobio žaliavų pertekliui, kurią vykdo pajėgesnės įmonės, veikiančios turtingai ir lengvai apdorojamos. rūdos vargu ar patartina.

9. Semenenko Y. Rusiškas niobis. Pirmoji kregždė iš Sibiro // Prirodo-resourcenye vedomosti. - 2001 m. rugpjūčio 31 d., http://gazeta.priroda.ru.

10. Svetainės Yu.G., Kharitonov Yu.F., Shevchuk G.A. Čitos regiono mineralinių išteklių bazė. Tyrimų ir plėtros perspektyvos: 2 dalis // Rusijos naudingosios iškasenos. Ekonomika ir vadyba. - 2002. -№ 5. - S. 8-20.

11. Temnovas A.B. Tomtoro telkinio itin turtingų retųjų metalų rūdų kasybos geologinės ir techninės problemos // Natūralūs ir technogeniniai atmosferos plutos klodai ir telkiniai tūkstantmečių sandūroje. Santraukos. ataskaita XII Tarpt. konferencija ". - M .: IGEM RAN, 2000. - S! 345-347.

12. Epshtein E.M., Usova T.Yu., Danilchenko N.A. Rusijos niobis: būklė, mineralinių išteklių bazės plėtros ir plėtros perspektyvos // Mineralinės žaliavos. Geologijos ir ekonomikos serija, Nr. 8. - M .: VIMS, 2000. - 103 p.

13. Kudrinas B.C., Rožanecas A.B., Čistovas L.B. ir kt.Rusijos tantalas: būklė, mineralinių išteklių bazės plėtros ir plėtros perspektyvos // Mineralinės žaliavos *. Geologijos ir ekonomikos serija, Nr. 4. - M .: VIMS, 1999.-90 p.

Fizikinės niobio savybės

Niobis yra blizgus sidabriškai pilkas metalas.

Elementinis niobis yra ypač ugniai atsparus (2468 °C) ir aukštai verdantis (4927 °C) metalas, kuris yra labai atsparus daugeliui korozinių aplinkų. Visos rūgštys, išskyrus vandenilio fluorido rūgštį, jos neveikia. Oksiduojančios rūgštys „pasyvina“ niobį, padengdamos jį apsaugine oksido plėvele (Nr. 205). Tačiau esant aukštai temperatūrai, niobio reaktyvumas didėja. Jei 150 ... 200 ° C temperatūroje oksiduojasi tik nedidelis paviršinis metalo sluoksnis, tai 900 ... 1200 ° C temperatūroje oksido plėvelės storis žymiai padidėja.

Kristalinė niobio gardelė yra į kūną orientuota kubinė, kurios parametras a = 3,294A.

Grynas metalas yra kalus ir gali būti susuktas į ploną lakštą (iki 0,01 mm storio) šaltoje būsenoje be tarpinio atkaitinimo.

Galima pastebėti tokias niobio savybes kaip aukšta lydymosi ir virimo temperatūra, mažesnė elektronų darbo funkcija, palyginti su kitais ugniai atspariais metalais - volframu ir molibdenu. Pastaroji savybė apibūdina elektronų emisijos (elektronų emisijos) galimybę, kuri naudojama naudojant niobį vakuuminėje technologijoje. Niobis taip pat turi aukštą superlaidumo pereinamąją temperatūrą.

Tankis 8,57 g / cm3 (20 ° C); tm 2500 ° C; virti 4927 ° C; garų slėgis (mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 N / m2) 1 10-5 (2194 ° C), 1 10-4 (2355 ° C), 6 10- 4 (esant tm), 1 · 10-3 (2539 °C).

Aplinkos temperatūroje niobis yra stabilus ore. Kaitinamas metalas iki 200 - 300 ° C, pastebima oksidacijos pradžia (blyškios plėvelės). Virš 500 °, greitai oksiduojasi, kai susidaro oksidas Nb2O5.

Šilumos laidumas W / (m · K) esant 0 ° C ir 600 ° C, atitinkamai 51,4 ir 56,2, tas pats cal / (cm · sek · ° C) 0,125 ir 0,156. Savitoji tūrinė elektrinė varža esant 0 ° C 15,22 · 10-8 omų · m (15,22 · 10-6 omų · cm). Superlaidumo pereinamoji temperatūra yra 9,25 K. Niobis yra paramagnetinis. Elektronų darbo funkcija yra 4,01 eV.

Grynas niobis lengvai spaudžiamas šaltyje ir išlaiko patenkinamas mechanines savybes esant aukštai temperatūrai. Jo didžiausias stipris esant 20 ir 800 ° C, atitinkamai, yra 342 ir 312 MN / m2, tas pats kgf / mm234,2 ir 31,2; pailgėjimas 20 ir 800 ° C temperatūroje atitinkamai 19,2 ir 20,7%. Gryno niobio Brinelio kietumas yra 450, techninis - 750-1800 Mn / m2. Kai kurių elementų, ypač vandenilio, azoto, anglies ir deguonies, priemaišos labai pablogina niobio plastiškumą ir padidina jo kietumą.

Cheminės niobio savybės

Niobis ypač vertinamas dėl atsparumo neorganinėms ir organinėms medžiagoms.

Skiriasi miltelių pavidalo ir gumbuoto metalo cheminis elgesys. Pastarasis yra stabilesnis. Metalai jo neveikia, net kai kaitinami iki aukštos temperatūros. Skystieji šarminiai metalai ir jų lydiniai, bismutas, švinas, gyvsidabris, alavas gali ilgai liestis su niobu, nepakeisdami jo savybių. Net tokie stiprūs oksidatoriai kaip perchloro rūgštis, „aqua regia“, jau nekalbant apie azotą, sierą, druskos rūgštį ir visus kitus, su juo nieko negali padaryti. Šarminiai tirpalai taip pat neturi įtakos niobui.

Tačiau yra trys reagentai, galintys paversti metalą niobį cheminiais junginiais. Vienas iš jų yra išlydytas šarminio metalo hidroksidas:

4Nb + 4NaOH + 5О2 = 4NaNbO3 + 2H2О

Kiti du yra vandenilio fluorido rūgštis (HF) arba jos mišinys su azoto rūgštimi (HF + HNO). Tokiu atveju susidaro fluorido kompleksai, kurių sudėtis labai priklauso nuo reakcijos sąlygų. Elementas bet kuriuo atveju yra įtrauktas į 2 arba 2 tipo anijoną.

Jei imsime miltelių pavidalo niobį, tai jis yra šiek tiek aktyvesnis. Pavyzdžiui, išlydytame natrio nitrate jis net užsidega, virsdamas oksidu. Kompaktiškas niobis pradeda oksiduotis kaitinamas virš 200 °C, o milteliai pasidengia oksido plėvele jau esant 150 °C temperatūrai. Kartu pasireiškia viena iš nuostabių šio metalo savybių – jis išlaiko plastiškumą.

Pjuvenų pavidalu, kai kaitinama aukštesnėje nei 900 ° C temperatūroje, jos visiškai sudega iki Nb2O5. Energingai dega chloro sraute:

2Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Kaitinant reaguoja su siera. Sunku legiruoti su dauguma metalų. Yra, ko gero, tik dvi išimtys: geležis, su kuria susidaro skirtingų santykių kieti tirpalai, ir aliuminis, kuriame yra junginys Al2Nb su niobu.

Kokios niobio savybės padeda jam atsispirti stipriausių rūgščių – oksiduojančių medžiagų – poveikiui? Pasirodo, tai susiję ne su metalo savybėmis, o su jo oksidų savybėmis. Susilietus su oksiduojančiomis medžiagomis, ant metalo paviršiaus susidaro labai plonas (todėl nematomas), bet labai tankus oksidų sluoksnis. Šis sluoksnis tampa neįveikiama kliūtimi oksiduojančios medžiagos kelyje į švarų metalinį paviršių. Pro jį gali prasiskverbti tik kai kurie cheminiai reagentai, ypač fluoro anijonas. Todėl iš esmės metalas yra oksiduojamas, tačiau dėl plonos apsauginės plėvelės oksidacijos rezultatų praktiškai nesimato. Pasyvumas praskiestos sieros rūgšties atžvilgiu naudojamas kuriant kintamos srovės lygintuvą. Išdėstoma paprastai: platinos ir niobio plokštelės panardinamos į 0,05 m sieros rūgšties tirpalą. Pasyvintos būsenos niobis gali pravesti srovę, jei tai neigiamas elektrodas – katodas, t.y. elektronai gali praeiti per oksido sluoksnį tik iš metalinės pusės. Elektronų kelias iš tirpalo uždarytas. Todėl, kai per tokį įrenginį praeina kintamoji srovė, praeina tik viena fazė, kurios anodas yra platina, o katodas - niobis.

niobio metalo halogenas

Cheminis elementas, pavadintas senovės Niobės vardu – moters, kuri išdrįso juoktis iš dievų ir už tai sumokėjo savo vaikų mirtimi. Niobis įkūnija žmonijos perėjimą nuo pramoninės prie skaitmeninės gamybos; nuo garvežių iki panešėjų; nuo anglimi kūrenamų elektrinių iki atominės energijos. Pasaulyje niobio kaina už gramą gana didelė, kaip ir paklausa. Dauguma naujausių mokslo pasiekimų yra glaudžiai susiję su šio metalo naudojimu.

Niobio kaina už gramą

Kadangi pagrindiniai niobio panaudojimo būdai yra susiję su branduolinėmis ir kosminėmis programomis, jis priklauso strateginių medžiagų grupei. Perdirbimas finansiškai yra daug pelningesnis nei naujų rūdų kūrimas ir gavyba, todėl niobis yra paklausus antrinėje metalo rinkoje.

Jo kainos vertę lemia keli veiksniai:

• Metalo grynumas. Kuo daugiau pašalinių medžiagų, tuo mažesnė kaina.
• Pristatymo forma.
• Pristatymo apimtis. Tiesiogiai proporcingas metalo kainoms.
• Laužo surinkimo punkto vieta. Kiekvienas regionas turi skirtingą niobio poreikį ir atitinkamai jo kainą.
• Retų metalų buvimas. Lydiniai, kurių sudėtyje yra tokių elementų kaip tantalas, volframas, molibdenas, yra brangesni.
• Kotelių vertė pasaulio biržose. Būtent šios vertės yra pagrindinės nustatant kainą.

Orientacinė kainų apžvalga Maskvoje:

• Niobis NB-2. Kaina svyruoja nuo 420 iki 450 rublių. už kg.
• Niobio drožlės. 500-510 RUB už kg.
• Niobio būstinė НБШ00. Skiriasi padidėjusiomis kainomis dėl nedidelio priemaišų kiekio. 490-500 RUB už kg.
• Niobio galvutė NBSh-0. 450–460 RUB už kg.
• Niobis NB-1 strypo pavidalu. Kaina yra 450-480 rublių. už kg.

Nepaisant didelių sąnaudų, niobio paklausa pasaulyje ir toliau auga. Taip yra dėl didžiulio jo naudojimo potencialo ir metalo trūkumo. 10 tonų žemės yra tik 18 gramų niobio.

Mokslo bendruomenė ir toliau dirba ieškodama ir kurdama tokios brangios medžiagos pakaitalą. Bet kol kas konkretus rezultatasšiame negavo. Tai reiškia, kad artimiausiu metu niobio kainų kritimo nenumatoma.

Kainos reguliavimui ir apyvartos didinimui numatomos šios niobio gaminių kategorijos:

• Niobio luitai. Jų dydis ir svoris yra standartizuoti GOST 16099-70. Priklausomai nuo metalo grynumo, jie skirstomi į 3 klases: niobis NB-1, niobis NB-2 ir atitinkamai niobis NB-3.
• Niobio lazdelė. Skiriasi didesniu priemaišų procentu.
• Niobio folija. Gaminamas iki 0,01 mm storio.
• Niobio baras. Pagal TU 48-4-241-73 jis tiekiamas su prekių ženklais NBP1 ir NBP2.

Fizikinės niobio savybės

Metalas pilkas su baltu atspalviu. Nurodo ugniai atsparių lydinių grupę. Lydymosi temperatūra yra 2500 ºС. Virimo temperatūra yra 4927 ºС. Skiriasi padidėjusia atsparumo karščiui verte. Nepraranda savo savybių esant aukštesnei nei 900 ºС darbo temperatūrai.

Mechaninės savybės taip pat yra aukšto lygio. Tankis yra 8570 kg / m3, o panašus plieno rodiklis yra 7850 kg / m3. Atsparus darbui esant tiek dinaminėms, tiek ciklinėms apkrovoms. Tempiamasis stipris - 34,2 kg / mm2. Pasižymi dideliu plastiškumu. Santykinio pailgėjimo koeficientas svyruoja 19-21%, todėl iš jo galima gauti iki 0,1 mm storio lakštinio metalo niobį.

Kietumas yra susijęs su metalo grynumu nuo kenksmingų priemaišų ir didėja didėjant jų sudėčiai. Grynas niobis turi 450 Brinelio kietumo vienetų.

Niobis puikiai tinka dirbti slėgiu žemesnėje nei -30 ºС temperatūroje ir prastai pjaustyti.

Esant dideliems temperatūros svyravimams, šilumos laidumas reikšmingai nekinta. Pavyzdžiui, esant 20 ºС, jis yra 51,4 W / (m K), o esant 620 С - padidėja tik 4 vienetais. Dėl elektros laidumo niobis konkuruoja su tokiais elementais kaip varis ir aliuminis. Elektrinė varža - 153,2 nΩ m Priklauso superlaidžių medžiagų kategorijai. Temperatūra, kurioje lydinys pereina į superlaidų režimą, yra 9,171 K.

Itin atsparus rūgštims. Tokios įprastos rūgštys kaip sieros, druskos, fosforo, azoto rūgštys niekaip neįtakoja jo cheminės struktūros.

Esant aukštesnei nei 250 ºС temperatūrai, niobis pradeda aktyviai oksiduotis su deguonimi, taip pat pradeda chemines reakcijas su vandenilio ir azoto molekulėmis. Šie procesai padidina metalo trapumą ir taip sumažina jo stiprumą.

• Netaikoma alergizuojančioms medžiagoms. Patekęs į žmogaus organizmą, nesukelia organizmo atmetimo reakcijos.
• Tai pirmosios suvirinamumo grupės metalas. Suvirinimo siūlės yra sandarios ir nereikalauja parengiamųjų operacijų. Atsparus įtrūkimams.

Lydinių veislės

Pagal mechaninių savybių vertę aukštesnėje temperatūroje niobio lydiniai skirstomi į:

1. Mažas stiprumas. Veikti 1100-1150 ºС temperatūroje. Jie turi paprastą legiravimo elementų rinkinį. Tai daugiausia apima cirkonis, titanas, tantalas, vanadis, hafnis. Stiprumas 18-24 kg/mm2. Peržengus kritinės temperatūros slenkstį, jis smarkiai nukrenta ir tampa panašus į gryną niobį. Pagrindinis privalumas yra aukštos plastinės savybės esant temperatūrai iki 30 ºС ir geras apdirbamumas slėgiu.
2. Vidutinio stiprumo. Jų darbinė temperatūra yra 1200–1250 ºС. Be minėtų legiravimo elementų, juose yra volframo, molibdeno, tantalo priemaišų. Pagrindinis šių priedų tikslas – išlaikyti mechanines savybes kylant temperatūrai. Jie turi vidutinį plastiškumą ir gerai veikia esant slėgiui. Ryškus lydinio pavyzdys yra niobis 5VMT.
3. Didelio stiprumo lydiniai. Jie naudojami iki 1300 ºС temperatūroje. Esant trumpalaikiam poveikiui iki 1500 ºС. Jie skiriasi didesnio sudėtingumo chemine sudėtimi. Juose yra 25% priedų, kurių pagrindinė dalis yra volframas ir molibdenas. Kai kurios šių lydinių rūšys pasižymi dideliu anglies kiekiu, o tai teigiamai veikia jų atsparumo karščiui vertę. Pagrindinis didelio stiprumo niobio trūkumas yra mažas plastiškumas, dėl kurio sunku atlikti technologinį apdorojimą. Ir, atitinkamai, pusgaminių gamyba.

Reikėtų nepamiršti, kad aukščiau išvardytos kategorijos yra sąlyginės ir pateikia tik bendrą idėją apie to ar kito lydinio naudojimo būdą.

Taip pat reikėtų paminėti tokius junginius kaip feroniobis ir niobio oksidas.

Ferroniobis yra niobio ir geležies junginys, kuriame pastarosios kiekis yra 50%. Be pagrindinių elementų, jame yra šimtųjų dalių titano, sieros, fosforo, silicio, anglies. Tikslus elementų procentas yra standartizuotas GOST 16773-2003.

Niobio pentaksidas yra balti kristaliniai milteliai. Netirpsta rūgštyje ir vandenyje. Jis gaunamas deginant niobį deguonies atmosferoje. Visiškai amorfiškas. Lydymosi temperatūra 1500 ºС.

Niobio programos

Dėl visų aukščiau išvardytų savybių metalas itin populiarus įvairiose pramonės šakose. Tarp daugelio jo naudojimo būdų išskiriamos šios pozicijos:

• Naudoti metalurguose kaip legiravimo elementą. Be to, tiek juodųjų, tiek spalvotųjų metalų lydiniai yra legiruojami niobu. Pavyzdžiui, į nerūdijančio plieno 12X18H10T sudėtį pridėjus tik 0,02 % jo atsparumas dilimui padidėja 50 %. Praturtintas niobu (0,04%), aliuminis tampa visiškai nejautrus šarmams. Niobis veikia varį kaip plieno grūdinimą, padidindamas jo mechanines savybes. Atkreipkite dėmesį, kad net uranas yra legiruotas niobu.
• Niobio pentoksidas yra pagrindinis komponentas gaminant labai ugniai atsparią keramiką. Jis taip pat rado pritaikymą gynybos pramonėje: šarvuoti karinės technikos stiklai, optika su dideliu lūžio kampu ir pan.
• Ferroniobis naudojamas legiruoti plieną. Jo pagrindinė užduotis yra padidinti atsparumą korozijai.
• Elektrotechnikoje jie naudojami kondensatorių ir srovės lygintuvų gamybai. Tokie kondensatoriai pasižymi didele talpa ir izoliacijos varža, mažais matmenimis.
• Silicio ir germanio junginiai su niobu plačiai naudojami elektronikos srityje. Iš jų gaminami superlaidūs solenoidai ir srovės generatorių elementai.