10.06.2021

Niobijs - niobija īpašības, pielietojums un sakausējumi. Niobija pielietojums metalurģijā un rūpniecībā Niobija kušanas temperatūra

Urālas Valsts kalnrūpniecības universitāte

Par tēmu: niobija īpašības

Grupa: M-13-3

Students: Mokhnashin Nikita

1. Vispārīga informācija par elementu

Niobija fizikālās īpašības

Niobija ķīmiskās īpašības

Bezmaksas niobijs

Niobija oksīdi un to sāļi

Niobija savienojumi

Vadošās valstis niobija ražošanā

1. Vispārīga informācija par elementu

Cilvēce jau ilgu laiku ir pazīstama ar elementu, kas Mendeļejeva tabulā ieņem 41. šūnu. Tā pašreizējā nosaukuma – niobija – vecums ir gandrīz pusgadsimtu jaunāks. Sagadījās, ka prece #41 tika atvērta divas reizes. Pirmo reizi - 1801. gadā angļu zinātnieks Čārlzs Hečets pārbaudīja no Amerikas Britu muzejam nosūtīto uzticamā minerāla paraugu. No šī minerāla viņš izdalīja iepriekš nezināma elementa oksīdu. Hatchet jauno elementu nosauca par Kolumbiju, tādējādi atzīmējot tā aizjūras izcelsmi. Un melno minerālu sauc par kolumbītu. Gadu vēlāk zviedru ķīmiķis Ekebergs no kolumbīta izdalīja cita jauna elementa, ko sauc par tantalu, oksīdu. Kolumbija un tantala savienojumu līdzība bija tik liela, ka 40 gadus lielākā daļa ķīmiķu uzskatīja, ka tantals un kolumbijs ir viens un tas pats elements.

1844. gadā vācu ķīmiķis Heinrihs Rouzs pārbaudīja Bavārijā atrastos kolumbīta paraugus. Viņš no jauna atklāja divu metālu oksīdus. Viens no tiem bija jau zināmā tantala oksīds. Oksīdi bija līdzīgi, un, lai uzsvērtu to līdzību, Roza elementu, kas veido otro oksīdu, nosauca par niobija nosaukumu Niobes, mitoloģiskā mocekļa Tantala meitas vārdā. Tomēr Roze, tāpat kā Hečets, nespēja iegūt šo elementu brīvā stāvoklī. Pirmo reizi metālisko niobiju tikai 1866. gadā ieguva zviedru zinātnieks Blomstrands, reducējot niobija hlorīdu ar ūdeņradi. XIX gadsimta beigās. ir atrastas vēl divas metodes šī elementa iegūšanai. Vispirms Moissan to saņēma elektriskā krāsnī, reducējot niobija oksīdu ar oglekli, un pēc tam Goldšmits spēja atjaunot to pašu elementu ar alumīniju. Un izsaukt elementu nr.41 in dažādas valstis turpinājās dažādos veidos: Anglijā un ASV - ar kolumbiju, citās valstīs - ar niobiju. Šai nesaskaņai punktu pielika Starptautiskā tīrās un lietišķās ķīmijas savienība (IUPAC) 1950. gadā. Tika nolemts visur leģitimizēt elementa nosaukumu "niobijs", un nosaukums "kolumbīts" tika piešķirts galvenajam minerālam. niobijs. Tās formula ir (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6.

Nav nejauši, ka niobijs tiek uzskatīts par retu elementu: tas patiešām ir reti sastopams un nelielos daudzumos, vienmēr minerālu veidā un nekad savā sākotnējā stāvoklī. Interesanta detaļa: dažādās uzziņu publikācijās niobija klarks (saturs zemes garozā) ir atšķirīgs. Tas galvenokārt saistīts ar to, ka pēdējos gados Āfrikas valstīs ir atrastas jaunas niobija saturošu derīgo izrakteņu atradnes. "Ķīmiķa rokasgrāmatā" 1. sēj. (M., "Ķīmija", 1963) ir norādīti skaitļi: 3,2 · 10-5% (1939), 1 · 10-3% (1949) un 2, 4 10- 3% (1954). Bet pat jaunākie skaitļi ir novērtēti par zemu: pēdējos gados atklātās Āfrikas atradnes šeit netika iekļautas. Neskatoties uz to, tiek lēsts, ka no jau zināmu atradņu minerāliem var izkausēt aptuveni 1,5 miljonus tonnu metāliskā niobija.

Niobija fizikālās īpašības

Niobijs ir spīdīgs sudrabaini pelēks metāls.

Elementārais niobijs ir īpaši ugunsizturīgs (2468 °C) un augstas viršanas temperatūras (4927 °C) metāls, kas ir ļoti izturīgs daudzās korozīvās vidēs. Visas skābes, izņemot fluorūdeņražskābi, uz to neiedarbojas. Oksidējošās skābes "pasivē" niobiju, pārklājot to ar aizsargājošu oksīda plēvi (Nr. 205). Bet augstā temperatūrā niobija reaktivitāte palielinās. Ja 150 ... 200 ° C temperatūrā tiek oksidēts tikai neliels metāla virsmas slānis, tad 900 ... 1200 ° C temperatūrā oksīda plēves biezums ievērojami palielinās.

Niobija kristāliskais režģis ir uz ķermeni centrēts kubisks ar parametru a = 3,294 Å.

Tīrs metāls ir kaļams un aukstā stāvoklī bez starpatlaidināšanas var tikt velmēts plānā loksnē (līdz 0,01 mm biezumam).

Var atzīmēt tādas niobija īpašības kā augsta kušanas un viršanas temperatūra, zemāka elektronu darba funkcija salīdzinājumā ar citiem ugunsizturīgiem metāliem - volframu un molibdēnu. Pēdējā īpašība raksturo elektronu emisijas spēju (elektronu emisiju), ko izmanto niobija izmantošanai vakuumtehnoloģijā. Niobijam ir arī augsta supravadīšanas pārejas temperatūra.

Blīvums 8,57 g / cm 3(20 ° C); t pl 2500 ° C; t ķīpa 4927 °C; tvaika spiediens (mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 N / m 2) 110 -5(2194 °C), 110 -4(2355 °C), 610 -4(pie t pl ), 1 10-3 (2539 °C).

Apkārtējā temperatūrā niobijs ir stabils gaisā. Oksidācijas sākums (aptraipīšanas plēves) tiek novērots, kad metāls tiek uzkarsēts līdz 200 - 300 ° C. Virs 500 ° notiek strauja oksidēšanās, veidojoties oksīdam Nb2 O 5.

Siltumvadītspēja W / (m · K) pie 0 ° C un 600 ° C, attiecīgi 51,4 un 56,2, tas pats cal / (cm · sek · ° C) 0,125 un 0,156. Īpatnējā tilpuma elektriskā pretestība 0 °C temperatūrā 15,22 10 -8omi m (15,22 10 -6omi cm). Supravadītāja pārejas temperatūra ir 9,25 K. Niobijs ir paramagnētisks. Elektronu darba funkcija ir 4,01 eV.

Tīrs niobijs ir viegli pakļauts spiedienam aukstumā un saglabā apmierinošas mehāniskās īpašības augstā temperatūrā. Tā maksimālā izturība 20 un 800 ° C temperatūrā ir attiecīgi 342 un 312 MN / m. 2, tas pats kgf / mm 234,2 un 31,2; pagarinājums 20 un 800 ° C temperatūrā attiecīgi 19,2 un 20,7%. Brinela cietība no tīra niobija 450, tehniskā 750-1800 Mn/m 2... Dažu elementu, īpaši ūdeņraža, slāpekļa, oglekļa un skābekļa, piemaisījumi ievērojami pasliktina elastību un palielina niobija cietību.

3. Niobija ķīmiskās īpašības

Niobijs ir īpaši novērtēts, pateicoties tā izturībai pret neorganiskām un organiskām vielām.

Pulverveida un viengabalaina metāla ķīmiskā uzvedība atšķiras. Pēdējais ir stabilāks. Metāli uz to neiedarbojas, pat ja tie tiek uzkarsēti līdz augstām temperatūrām. Šķidrie sārmu metāli un to sakausējumi, bismuts, svins, dzīvsudrabs, alva var ilgstoši saskarties ar niobiju, nemainot tā īpašības. Pat tādi spēcīgi oksidētāji kā perhlorskābe, ūdens regija, nemaz nerunājot par slāpekli, sērskābi, sālsskābi un visiem citiem, ar to neko nevar darīt. Sārma šķīdumi arī neietekmē niobija līmeni.

Tomēr ir trīs reaģenti, kas var pārvērst niobija metālu ķīmiskos savienojumos. Viens no tiem ir izkausēts sārmu metālu hidroksīds:

Nb + 4NaOH + 5О2 = 4NaNbO3 + 2H2О

Pārējie divi ir fluorūdeņražskābe (HF) vai tās maisījums ar slāpekļskābi (HF + HNO). Šajā gadījumā veidojas fluorīda kompleksi, kuru sastāvs lielā mērā ir atkarīgs no reakcijas apstākļiem. Elements jebkurā gadījumā ir iekļauts 2 vai 2 tipa anjonā.

Ja mēs ņemam pulverveida niobija, tad tas ir nedaudz aktīvāks. Piemēram, izkausētā nātrija nitrātā tas pat aizdegas, pārvēršoties oksīdā. Kompaktais niobijs sāk oksidēties, karsējot virs 200 ° C, un pulveris pārklājas ar oksīda plēvi jau 150 ° C temperatūrā. Tajā pašā laikā izpaužas viena no šī metāla brīnišķīgajām īpašībām - tas saglabā plastiskumu.

Zāģu skaidu veidā, karsējot virs 900 ° C, tās pilnībā izdeg līdz Nb2O5. Spēcīgi deg hlora plūsmā:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Karsējot reaģē ar sēru. To ir grūti leģēt ar lielāko daļu metālu. Iespējams, ir tikai divi izņēmumi: dzelzs, ar kuru veidojas dažādu attiecību cietie šķīdumi, un alumīnijs, kuram ir savienojums Al2Nb ar niobiju.

Kādas niobija īpašības palīdz tam pretoties spēcīgāko skābju oksidētāju iedarbībai? Izrādās, ka tas attiecas nevis uz metāla īpašībām, bet gan uz tā oksīdu īpašībām. Saskaroties ar oksidētājiem, uz metāla virsmas parādās ļoti plāns (un tāpēc neredzams), bet ļoti blīvs oksīdu slānis. Šis slānis kļūst par nepārvaramu šķērsli oksidētāja ceļā uz tīru metāla virsmu. Caur to var iekļūt tikai daži ķīmiskie reaģenti, jo īpaši fluora anjons. Līdz ar to metāls būtībā tiek oksidēts, bet praktiski nekādi oksidācijas rezultāti nav manāmi plānas aizsargplēves dēļ. Lai izveidotu maiņstrāvas taisngriezi, tiek izmantota pasivitāte pret atšķaidītu sērskābi. Tas ir sakārtots vienkārši: platīna un niobija plāksnes iegremdē 0,05 m sērskābes šķīdumā. Niobijs pasivētā stāvoklī var vadīt strāvu, ja tas ir negatīvs elektrods - katods, t.i., elektroni var iziet cauri oksīda slānim tikai no metāla puses. Elektronu ceļš no šķīduma ir slēgts. Tāpēc, kad caur šādu ierīci tiek izlaista maiņstrāva, iziet tikai viena fāze, kurai platīns ir anods, bet niobijs ir katods.

niobija metāla halogēns

4. Niobijs brīvā stāvoklī

Tas ir tik skaists, ka savulaik no tā mēģināja izgatavot rotaslietas: ar savu gaiši pelēko krāsu niobijs atgādina platīnu. Neskatoties uz augsto kušanas (2500 ° C) un viršanas temperatūru (4840 ° C), no tā var viegli izgatavot jebkuru produktu. Metāls ir tik elastīgs, ka to var apstrādāt aukstumā. Ir ļoti svarīgi, lai niobijs augstā temperatūrā saglabātu savas mehāniskās īpašības. Tiesa, tāpat kā vanādija gadījumā, pat nelieli ūdeņraža, slāpekļa, oglekļa un skābekļa piemaisījumi ievērojami samazina plastiskumu un palielina cietību. Niobijs kļūst trausls temperatūrā no -100 līdz -200 ° C.

Pateicoties tehnoloģiju iesaistīšanai pēdējos gados, niobija iegūšana īpaši tīrā un kompaktā veidā ir kļuvusi iespējama. Viss tehnoloģiskais process ir sarežģīts un laikietilpīgs. Būtībā tas ir sadalīts 4 posmos:

1.koncentrāta iegūšana: ferroniobijs vai ferotantaloniobijs;

.koncentrāta atvēršana - niobija (un tantala) pārnešana jebkuros nešķīstošos savienojumos, lai to atdalītu no koncentrāta lielākās daļas;

.niobija un tantala atdalīšana un to atsevišķo savienojumu iegūšana;

.metālu iegūšana un attīrīšana.

Pirmie divi soļi ir diezgan vienkārši un bieži, lai gan tie ir laikietilpīgi. Niobija un tantala atdalīšanas pakāpi nosaka trešais posms. Vēlme iegūt pēc iespējas vairāk niobija un īpaši tantala lika meklēt jaunākās atdalīšanas metodes: selektīvo ekstrakciju, jonu apmaiņu, šo elementu savienojumu rektificēšanu ar halogēniem. Rezultātā vai nu oksīdu, vai tantala un niobija pentahlorīdus iegūst atsevišķi. Pēdējā posmā ūdeņraža plūsmā 1800 ° C temperatūrā izmanto reducēšanu ar akmeņoglēm (kvēpi), pēc tam temperatūru paaugstina līdz 1900 ° C un pazemina spiedienu. Karbīds, kas iegūts, mijiedarbojoties ar akmeņoglēm, reaģē ar Nb2O5:

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

un parādās niobija pulveris. Ja niobija atdalīšanas rezultātā no tantala tiek iegūts nevis oksīds, bet gan sāls, tad to apstrādā ar metālisku nātriju 1000 ° C temperatūrā un iegūst arī pulverveida niobiju. Tāpēc, tālāk pārveidojot pulveri kompaktā monolītā, pārkausēšana tiek veikta loka krāsnī, un elektronu staru kūļa un zonas kausēšana tiek izmantota, lai iegūtu īpaši tīra niobija monokristālus.

Niobija oksīdi un to sāļi

Savienojumu skaits ar skābekli niobijā ir mazs, daudz mazāks nekā vanādijā. Tas izskaidrojams ar to, ka savienojumos, kas atbilst oksidācijas pakāpei +4, +3 un +2, niobijs ir ārkārtīgi nestabils. Ja šī elementa atoms sāka ziedot elektronus, tad tam ir tendence ziedot visus piecus, lai atklātu stabilu elektronisko konfigurāciju.

Ja salīdzina divu grupas kaimiņu - vanādija un niobija - vienāda oksidācijas pakāpes jonus, tad tiek konstatēts īpašību pieaugums pret metāliem. Nb2O5 oksīda skābais raksturs ir ievērojami vājāks nekā vanādija (V) oksīdam. Izšķīdinot, tas neveido skābi. Tikai saplūsmē ar sārmiem vai karbonātiem parādās tā skābās īpašības:

O5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3NbO4 + ЗС02

Šis sāls – nātrija ortoniobāts – ir līdzīgs tiem pašiem ortofosforskābes un ortovanādskābes sāļiem. Tomēr fosforā un arsēnā ortoforma ir visstabilākā, un mēģinājums iegūt ortoniobātu tīrā veidā neizdodas. Apstrādājot sakausējumu ar ūdeni, izdalās nevis Na3NbO4 sāls, bet gan NaNbO3 metaniobāts. Tas ir bezkrāsains smalks kristālisks pulveris, kas grūti šķīst aukstā ūdenī. Līdz ar to niobijā visaugstākajā oksidācijas pakāpē savienojumu orto-, bet gan meta-forma ir stabilāka.

Starp citiem niobija (V) oksīda savienojumiem ar bāzes oksīdiem ir zināmi diniobāti K4Nb2O7, kas atgādina piroskābes, un poliniobāti (kā polifosforskābes un polivanādija skābju ēna) ar aptuvenām formulām K7Nb5O16.nH2O un K8NbH2O1. Minētie sāļi, kas atbilst augstākajam niobija oksīdam, satur šo elementu anjonā. Šo sāļu forma ļauj tos uzskatīt par niobija atvasinājumiem. skābes. Šīs skābes nevar iegūt tīrā veidā, jo tās drīzāk var uzskatīt par oksīdiem, kuriem ir saite ar ūdens molekulām. Piemēram, meta-forma ir Nb2O5. H2O, un orgo forma ir Nb2O5. 3H2O. Līdzās šādiem savienojumiem niobijam ir arī citi, kur tas jau ir iekļauts katjonā. Niobijs neveido vienkāršus sāļus, piemēram, sulfātus, nitrātus utt. Mijiedarbojoties ar nātrija hidrosulfātu NaHSO4 vai slāpekļa oksīdu N2O4, parādās vielas ar sarežģītu katjonu: Nb2O2 (SO4) 3. Šajos sāļos esošie katjoni atgādina vanādija katjonu ar vienīgo atšķirību, ka šeit jonam ir pieci lādiņi, savukārt vanādijā oksidācijas pakāpe vanadila jonā ir četri. Tas pats katjons NbO3 + ir iekļauts dažu komplekso sāļu sastāvā. Nb2O5 oksīds diezgan viegli izšķīst fluorūdeņražskābes ūdenī. No šādiem šķīdumiem var izolēt komplekso sāli K2. H2O.

Pamatojoties uz aplūkotajām reakcijām, var secināt, ka niobijs visaugstākajā oksidācijas pakāpē var tikt iekļauts gan anjonu sastāvā, gan katjona sastāvā. Tas nozīmē, ka piecvērtīgais niobijs ir amfoterisks, taču tajā joprojām ir ievērojams skābju īpašību pārsvars.

Ir vairāki veidi, kā iegūt Nb2O5. Pirmkārt, niobija mijiedarbība ar skābekli karsējot. Otrkārt, niobija sāļu kalcinēšana gaisā: sulfīds, nitrīds vai karbīds. Treškārt, visizplatītākā metode ir hidrāta dehidratācija. Hidratēts oksīds Nb2O5 tiek izgulsnēts no sāļu ūdens šķīdumiem ar koncentrētām skābēm. xH2O. Pēc tam, kad šķīdumi tiek atšķaidīti, nogulsnējas baltas oksīda nogulsnes. Nb2O5 xH2O dūņu dehidratāciju pavada siltuma izdalīšanās. Visa masa uzsilst. Tas ir saistīts ar amorfā oksīda pārvēršanos kristāliskā formā. Niobija oksīds ir divās krāsās. Normālos apstākļos tas ir balts, bet sildot kļūst dzeltens. Tomēr, tiklīdz oksīds ir atdzisis, krāsa pazūd. Oksīds ir ugunsizturīgs (kušanas temperatūra = 1460 ° C) un nav gaistošs.

Zemāki niobija oksidācijas pakāpes atbilst NbО2 un NbО. Pirmais no šiem diviem ir melns pulveris ar zilu nokrāsu. NbO2 iegūst no Nb2O5, uzņemot skābekli ar magniju vai ūdeņradi aptuveni tūkstoš grādu temperatūrā:

O5 + H2 = 2NbO2 + H2O

Gaisā šis savienojums viegli pārvēršas atpakaļ augstākā oksīdā Nb2O5. Tā raksturs ir diezgan noslēpumains, jo oksīds nešķīst ne ūdenī, ne skābēs. Tomēr viņam tiek piešķirts skābs raksturs, pamatojoties uz mijiedarbību ar karstu ūdens sārmu; tomēr šajā gadījumā oksidēšanās notiek uz piecu lādētu jonu.

Šķiet, ka viena elektrona atšķirība nav tik liela, taču atšķirībā no Nb2O5 NbO2 oksīds vada elektrisko strāvu. Acīmredzot šajā savienojumā ir metāla-metāla saite. Ja jūs izmantojat šo kvalitāti, tad, sildot ar spēcīgu maiņstrāvu, jūs varat likt NbO2 atteikties no skābekļa.

Zaudējot skābekli, NbO2 pārvēršas par oksīdu NbO, un tad viss skābeklis diezgan ātri tiek atdalīts. Par zemāko niobija oksīdu NbO ir maz zināms. Tam ir metālisks spīdums un pēc izskata tas ir līdzīgs metālam. Lieliski vada elektrisko strāvu. Vārdu sakot, tas uzvedas tā, it kā tā sastāvā vispār nebūtu skābekļa. Pat, tāpat kā tipisks metāls, tas karsējot spēcīgi reaģē ar hloru un pārvēršas oksihlorīdā:

2NbO + 3Cl2 = 2NbOCl3

Tas izspiež ūdeņradi no sālsskābes (it kā tas nemaz nebūtu oksīds, bet metāls kā cinks):

NbO + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2

NbO var iegūt tīrā veidā, kalcinējot jau minēto komplekso K2 sāli ar metālisku nātriju:

К2 + 3Na = NbO + 2KF + 3NaF

No visiem niobija oksīdiem NbO oksīdam ir augstākā kušanas temperatūra 1935 °C. Lai attīrītu niobiju no skābekļa, temperatūra tiek paaugstināta līdz 2300 - 2350 ° C, pēc tam vienlaikus ar iztvaikošanu NbO sadalās skābeklī un metālā. Notiek metāla rafinēšana (attīrīšana).

Niobija savienojumi

Stāsts par elementu nebūtu pilnīgs, nepieminot tā savienojumus ar halogēniem, karbīdiem un nitrīdiem. Tas ir svarīgi divu iemeslu dēļ. Pirmkārt, pateicoties fluorīda kompleksiem, ir iespējams atdalīt niobiju no tā mūžīgā pavadoņa tantala. Otrkārt, šie savienojumi mums atklāj niobija kā metāla īpašības.

Halogēnu mijiedarbība ar metālisku niobiju:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5 var iegūt, visus iespējamos niobija pentalīdus.

Pentafluorīds NbF5 (kušanas temperatūra = 76 °C) šķidrā stāvoklī un tvaikos ir bezkrāsains. Tāpat kā vanādija pentafluorīds, šķidrā stāvoklī tas ir polimērs. Niobija atomi ir saistīti viens ar otru caur fluora atomiem. Cietā veidā tā struktūra sastāv no četrām molekulām (2. att.).

Rīsi. 2. NbF5 un TaF5 cietā struktūra sastāv no četrām molekulām.

Šķīdumi fluorūdeņražskābes H2F2 satur dažādus kompleksus jonus:

H2F2 = H2 + H2O = H2

Kālija sāls K2. H2O ir svarīgs niobija atdalīšanai no tantala, jo atšķirībā no tantala sāls tas labi šķīst.

Pārējie niobija pentalīdi ir spilgti krāsoti: NbCl5 dzeltens, NbBr5 purpursarkans, NbI2 brūns. Visi no tiem ir cildeni, nesadaloties attiecīgā halogēna atmosfērā; pārī tie ir monomēri. To kušanas un viršanas temperatūra palielinās, pārejot no hlora uz bromu un jodu. Daži no veidiem, kā iegūt pentalīdus, ir šādi:

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

2NbCl5 + 5F22NbF5 + 5Cl2

Pentalīdi labi šķīst organiskajos šķīdinātājos: ēterī, hloroformā, spirtā. Taču tie pilnībā sadalās ar ūdeni – tiek hidrolizēti. Hidrolīzes rezultātā tiek iegūtas divas skābes - hidrohalogēnās un niobās. Piemēram,

4H2O = 5HCl + H3NbO4

Ja hidrolīze ir nevēlama, tiek ievadīta spēcīga skābe un iepriekš aprakstītā procesa līdzsvars tiek novirzīts uz NbCl5. Šajā gadījumā pentahalīds izšķīst bez hidrolīzes,

Īpašu metalurgu pateicību pelnījis niobija karbīds. Jebkurā tēraudā ir ogleklis; niobijs, saistot to karbīdā, uzlabo leģētā tērauda kvalitāti. Parasti, metinot nerūsējošo tēraudu, šuvei ir mazāka izturība. Šo trūkumu palīdz novērst niobija ievadīšana 200 g uz tonnu. Sildot, niobijs veido savienojumu ar oglekli - karbīdu pirms visiem citiem tērauda metāliem. Šis savienojums ir diezgan plastmasas un tajā pašā laikā spēj izturēt temperatūru līdz 3500 ° C. Ar tikai pusmilimetru biezu karbīda slāni pietiek, lai aizsargātu metālus un, galvenais, grafītu no korozijas. Karbīdu var iegūt, karsējot metāla vai niobija (V) oksīdu ar oglekli vai oglekli saturošām gāzēm (CH4, CO).

Niobija nitrīds ir savienojums, kuru vārot neietekmē nekādas skābes un pat "aqua regia"; izturīgs pret ūdeni. Vienīgais, ar ko to var piespiest mijiedarboties, ir vārošs sārms. Šajā gadījumā tas sadalās, izdalot amonjaku.

NbN nitrīds ir gaiši pelēks ar dzeltenīgu nokrāsu. Tas ir ugunsizturīgs (temp. 2300 ° C), ir ievērojama īpašība - temperatūrā, kas ir tuvu absolūtajai nullei (15,6 K jeb -267,4 ° C), tai ir supravadītspēja.

No savienojumiem, kas satur niobiju zemākā oksidācijas stāvoklī, vislabāk zināmi halogenīdi. Visi zemākie halogenīdi ir tumšas kristāliskas cietas vielas (no tumši sarkanas līdz melnai). To stabilitāte samazinās, samazinoties metāla oksidācijas pakāpei.

Niobija pielietojums dažādās nozarēs

Niobija izmantošana metālu leģēšanai

Niobija leģētajam tēraudam ir laba izturība pret koroziju. Hroms arī palielina tērauda izturību pret koroziju un ir daudz lētāks nekā niobijs. Šim lasītājam vienlaikus ir taisnība un nepareizs. Nepareizi, jo es aizmirsu par vienu lietu.

Hroma-niķeļa tēraudā, tāpat kā jebkurā citā tēraudā, vienmēr ir ogleklis. Bet ogleklis savienojas ar hromu, veidojot karbīdu, kas padara tēraudu trauslāku. Niobijam ir lielāka afinitāte pret oglekli nekā hromam. Tāpēc, pievienojot niobijam tēraudam, noteikti veidojas niobija karbīds. Tērauds, kas leģēts ar niobiju, iegūst augstas pretkorozijas īpašības un nezaudē savu elastību. Vēlamais efekts tiek sasniegts, ja tonnai tērauda pievieno tikai 200 g metāliskā niobija. Un niobijs nodrošina hroma-mangaīta tēraudam augstu nodilumizturību.

Daudzi krāsainie metāli ir arī leģēti ar niobiju. Tātad alumīnijs, kas viegli šķīst sārmos, ar tiem nereaģē, ja tam pievieno tikai 0,05% niobija. Un varš, kas pazīstams ar savu maigumu, un daudzi tā sakausējumi, niobijs, šķiet, sacietē. Tas palielina metālu, piemēram, titāna, molibdēna, cirkonija, izturību un vienlaikus palielina to karstumizturību un karstumizturību.

Tagad niobija īpašības un iespējas patiesi novērtē aviācija, mašīnbūve, radiotehnika, ķīmiskā rūpniecība un kodolenerģija. Viņi visi kļuva par niobija patērētājiem.

Unikāla īpašība - ievērojamas niobija un urāna mijiedarbības neesamība temperatūrā līdz 1100 ° C un turklāt laba siltumvadītspēja, mazs efektīvais termisko neitronu absorbcijas šķērsgriezums padarīja niobiju par nopietnu konkurentu kodolenerģijā atzītajiem metāliem. rūpniecība - alumīnijs, berilijs un cirkonijs. Turklāt niobija mākslīgā (inducētā) radioaktivitāte ir zema. Tāpēc to var izmantot, lai izgatavotu konteinerus radioaktīvo atkritumu uzglabāšanai vai iekārtas to izmantošanai.

Ķīmiskā rūpniecība patērē salīdzinoši maz niobija, taču tas ir tikai tā trūkuma dēļ. Iekārtas augstas tīrības pakāpes skābju ražošanai dažreiz tiek izgatavotas no niobija saturošiem sakausējumiem un retāk no niobija loksnēm. Niobija spēja ietekmēt dažu ķīmisko reakciju ātrumu tiek izmantota, piemēram, spirta sintēzē no butadiēna.

Par elementa Nr.41 patērētājiem kļuva arī raķešu un kosmosa tehnoloģijas. Nav noslēpums, ka daži šī elementa daudzumi jau rotē zemei tuvās orbītās. Dažas raķešu daļas un mākslīgo zemes pavadoņu borta aprīkojums ir izgatavotas no niobija saturošiem sakausējumiem un tīra niobija.

Niobija izmantošana citās nozarēs

Niobija loksnes un stieņus izmanto, lai izgatavotu "karstos veidgabalus" (t. i., apsildāmās daļas) - anodus, režģus, netieši apsildāmus katodus un citas elektronisko lampu daļas, īpaši jaudīgas ģeneratorlampas.

Papildus tīram metālam tiem pašiem nolūkiem tiek izmantoti arī tantala-niobija sakausējumi.

No niobija tika izgatavoti elektrolītiskie kondensatori un strāvas taisngrieži. Šeit mēs izmantojām niobija spēju anodiskās oksidācijas laikā veidot stabilu oksīda plēvi. Oksīda plēve ir stabila skābos elektrolītos un laiž strāvu tikai virzienā no elektrolīta uz metālu. Niobija kondensatoriem ar cietu elektrolītu ir raksturīga liela kapacitāte ar maziem izmēriem, augsta izolācijas pretestība.

Niobija kondensatoru elementi ir izgatavoti no plānas folijas vai porainām plāksnēm, kas presētas no metāla pulveriem.

Skābēs un citās vidēs esošā niobija izturība pret koroziju apvienojumā ar augstu siltumvadītspēju un plastiskumu padara to par vērtīgu strukturālo materiālu ķīmiskās un metalurģijas rūpniecības iekārtām. Niobijam piemīt īpašību kombinācija, kas atbilst kodolenerģijas nozares prasībām attiecībā uz konstrukcijas materiāliem.

Līdz 900 ° C niobijs vāji mijiedarbojas ar urānu un ir piemērots spēka reaktoru urāna degvielas elementu aizsargapvalku ražošanai. Šajā gadījumā var izmantot šķidros metāla siltumnesējus: nātriju vai nātrija un kālija sakausējumu, ar kuru niobijs nesadarbojas līdz 600 ° C. Lai palielinātu urāna degvielas elementu noturību, urāns tiek leģēts ar niobiju (~ 7% niobija). Niobija piedeva stabilizē aizsargājošo oksīda plēvi uz urāna, kas palielina tā izturību pret ūdens tvaikiem.

Niobijs ir atrodams dažādos augstas temperatūras sakausējumos, kas paredzēti reaktīvo dzinēju gāzturbīnām. Molibdēna, titāna, cirkonija, alumīnija un vara sakausējums ar niobiju ievērojami uzlabo šo metālu, kā arī to sakausējumu īpašības. Ir augstas temperatūras sakausējumi uz niobija bāzes kā reaktīvo dzinēju un raķešu daļu konstrukcijas materiāls (turbīnu lāpstiņu, spārnu priekšējo malu, lidmašīnu un raķešu priekšgalu un raķešu apvalku ražošana). Niobiju un uz tā bāzes izgatavotos sakausējumus var izmantot 1000–1200 °C darba temperatūrā.

Niobija karbīds ir atrodams dažās volframa karbīda kategorijās, ko izmanto tēraudu griešanai.

Niobiju plaši izmanto kā leģējošu piedevu tēraudos. Niobija pievienošana daudzumā, kas ir 6 līdz 10 reizes lielāks par oglekļa saturu tēraudā, novērš nerūsējošā tērauda starpkristālu koroziju un aizsargā metinātās šuves no bojāšanās.

Niobiju izmanto arī dažādos augstas temperatūras tēraudos (piemēram, gāzturbīnām), kā arī instrumentu un magnētiskajos tēraudos.

Niobiju ievada tēraudā sakausējumā ar dzelzi (ferroniobiju), kas satur līdz 60% Nb. Turklāt ferotantaloniobijs tiek izmantots ar atšķirīgu tantala un niobija attiecību ferosakausējumā.

Organiskajā sintēzē kā katalizatorus izmanto dažus niobija savienojumus (fluorīdu kompleksu sāļus, oksīdus).

Strauji pieaug niobija izmantošana un ražošana, ko nosaka tā īpašību kombinācija, piemēram, ugunsizturība, mazs šķērsgriezums termisko neitronu uztveršanai, spēja veidot karstumizturīgus, supravadošus un citus sakausējumus, izturība pret koroziju, getter. īpašības, zema elektronu darba funkcija, laba apstrādājamība ar spiedienu aukstumā un metināmība. Galvenās niobija pielietojuma jomas: raķešu ražošana, aviācijas un kosmosa tehnoloģijas, radiotehnika, elektronika, ķīmisko aparātu inženierija, kodolenerģija.

Metāla niobija pielietojums

Lidmašīnu daļas ir izgatavotas no tīra niobija vai tā sakausējumiem; Urāna un plutonija degvielas elementu korpusi; konteineri un caurules; šķidriem metāliem; elektrolītisko kondensatoru daļas; "Karstā" armatūra elektroniskām (radaru iekārtām) un jaudīgām ģeneratorlampām (anodi, katodi, režģi utt.); pret koroziju izturīgas iekārtas ķīmiskajā rūpniecībā.

Niobijs ir leģēts ar citiem krāsainiem metāliem, tostarp urānu.

Niobiju izmanto kriotronos - datoru supravadošajos elementos. Niobijs ir pazīstams arī ar to, ka to izmanto Lielā hadronu paātrinātāja konstrukcijās.

Niobija intermetāliskie savienojumi un sakausējumi

Nb3Sn stannīdu un niobija-titāna-cirkonija sakausējumus izmanto supravadošu solenoīdu izgatavošanai.

Niobijs un sakausējumi ar tantalu daudzos gadījumos aizstāj tantalu, kas dod lielisku ekonomisko efektu (niobijs ir lētāks un gandrīz divas reizes vieglāks par tantalu).

Ferroniobiju ievada nerūsējošajos hroma-niķeļa tēraudos, lai novērstu to starpkristālu koroziju un iznīcināšanu, un citos tērauda veidos, lai uzlabotu to īpašības.

Niobiju izmanto kolekcionējamu monētu kalšanai. Tādējādi Latvijas Banka apgalvo, ka kolekcijas 1 lata monētās kopā ar sudrabu izmantots niobijs.

Niobija savienojumu O5 katalizatora pielietojums ķīmiskajā rūpniecībā;

ugunsizturīgo materiālu, metālkeramikas, speciālo. stikls, nitrīds, karbīds, niobāti.

Niobija karbīds (temp. 3480 °C) sakausējumā ar cirkonija karbīdu un urāna-235 karbīdu ir vissvarīgākais strukturālais materiāls cietfāzes kodolreaktīvo dzinēju degvielas elementiem.

Niobija nitrīds NbN tiek izmantots plānu un īpaši plānu supravadošu plēvju ražošanai ar kritisko temperatūru no 5 līdz 10 K ar šauru pāreju aptuveni 0,1 K

Niobijs medicīnā

Augstā niobija izturība pret koroziju ir devusi iespēju to izmantot medicīnā. Niobija pavedieni nekairina dzīvos audus un ir labi savienoti ar tiem. Rekonstrukcijas ķirurģija ir veiksmīgi izmantojusi šīs šuves, lai sašūtu plīsušās cīpslas, asinsvadus un pat nervus.

Pielietojums juvelierizstrādājumos

Niobijam ne tikai piemīt tehnikai nepieciešamo īpašību kopums, bet arī izskatās diezgan skaisti. Juvelieri mēģināja izmantot šo balto spīdīgo metālu rokas pulksteņu korpusu ražošanai. Niobija sakausējumi ar volframu vai rēniju dažreiz aizstāj cēlmetālus: zeltu, platīnu, irīdiju. Pēdējais ir īpaši svarīgs, jo niobija sakausējums ar rēniju ir ne tikai ārēji līdzīgs metāliskajam irīdijam, bet arī gandrīz tikpat nodilumizturīgs. Tas ļāva dažām valstīm atteikties no dārgā irīdija tintes pildspalvu lodēšanas ražošanā.

Niobija ieguve Krievijā

Pēdējos gados pasaulē saražotā niobija ir 24-29 tūkstošu tonnu līmenī.Jāatzīmē, ka pasaules niobija tirgu būtiski monopolizē Brazīlijas uzņēmums CBMM, kas veido aptuveni 85% no pasaules produkcijas niobijs.

Japāna ir galvenais niobija saturošu produktu patērētājs (ferroniobijs galvenokārt pieder tai). Šī valsts katru gadu no Brazīlijas importē vairāk nekā 4 tūkstošus tonnu ferroniobija. Tāpēc Japānas importa cenas niobija saturošajiem produktiem var ar lielu pārliecību pieņemt, ka tās ir tuvu pasaules vidējam līmenim. Pēdējos gados vērojama ferroniobija cenu pieauguma tendence. Tas ir saistīts ar tā pieaugošo pielietojumu mazleģēta tērauda ražošanā, kas galvenokārt paredzēts naftas un gāzes cauruļvadiem. Kopumā jāatzīmē, ka pēdējo 15 gadu laikā niobija patēriņš pasaulē ik gadu pieaug vidēji par 4-5%.

Ar nožēlu jāatzīst, ka Krievija atrodas niobija tirgus malā. 90. gadu sākumā, pēc Giredmet ekspertu domām, bijušajā PSRS tika saražots un patērēts aptuveni 2 tūkstoši tonnu niobija (niobija oksīda izteiksmē). Šobrīd Krievijas rūpniecības niobija produktu patēriņš nepārsniedz tikai 100-200 tonnas.Jāatzīmē, ka bijušās PSRS teritorijā tika izveidotas ievērojamas niobija ražošanas jaudas, kas izkaisītas pa dažādām republikām - Krieviju, Igauniju, Kazahstānu. Šī tradicionālā PSRS rūpniecības attīstības iezīme tagad ir nostādījusi Krieviju ļoti sarežģītā situācijā daudzu veidu izejvielu un metālu jomā. Niobija tirgus sākas ar niobija saturošu izejvielu ražošanu. Tās galvenais veids Krievijā bija un paliek loparīta koncentrāts, kas iegūts Lovozersky GOK (tagad - AS Sevredmet, Murmanskas apgabals). Pirms PSRS sabrukuma uzņēmums saražoja aptuveni 23 tūkstošus tonnu loparīta koncentrāta (niobija oksīda saturs tajā ir aptuveni 8,5%). Pēc tam koncentrāta ražošana nepārtraukti samazinājās, 1996.-1998. uzņēmums vairākas reizes tika apturēts pārdošanas trūkuma dēļ. Šobrīd, pēc aplēsēm, loparīta koncentrāta ražošana uzņēmumā ir 700 - 800 tonnu mēnesī.

Jāatzīmē, ka uzņēmums ir diezgan stingri saistīts ar savu vienīgo patērētāju - Solikamskas magnija rūpnīcu. Fakts ir tāds, ka loparīta koncentrāts ir diezgan specifisks produkts, ko iegūst tikai Krievijā. Tā apstrādes tehnoloģija ir diezgan sarežģīta, jo tajā ir iekļauts reto metālu komplekss (niobijs, tantals, titāns). Turklāt koncentrāts ir radioaktīvs, un lielā mērā tāpēc visi mēģinājumi ar šo produktu iekļūt pasaules tirgū beidzās veltīgi. Jāņem vērā arī tas, ka feroniobiju nevar iegūt no loparīta koncentrāta. 2000. gadā Sevredmet rūpnīcā ar uzņēmuma Roredmet centieniem tika uzsākta eksperimentālā rūpnīca loparīta koncentrāta pārstrādei, lai citu metālu starpā iegūtu tirgojamus niobija saturošus produktus (niobija oksīdu).

Galvenie SMZ niobija produktu tirgi ir valstis, kas nav NVS valstis: piegādes tiek veiktas uz ASV, Japānu un Eiropas valstīm. Eksporta īpatsvars kopējā ražošanas apjomā pārsniedz 90%. Ievērojamas jaudas niobija ražošanai PSRS tika koncentrētas Igaunijā - Sillamē Ķīmiskās un metalurģijas ražošanas apvienībā (Sillamäe). Tagad Igaunijas uzņēmums saucas Silmet. Padomju laikos uzņēmums apstrādāja loparīta koncentrātu no Lovoozersky GOK, kopš 1992. gada tā piegāde tika apturēta. Pašlaik Silmet Solikamskas magnija rūpnīcā apstrādā tikai nelielu daudzumu niobija hidroksīda. Lielāko daļu niobija saturošo izejvielu uzņēmums šobrīd saņem no Brazīlijas un Nigērijas. Uzņēmuma vadība neizslēdz loparīta koncentrāta piegādi, tomēr Sevredmet cenšas īstenot tā pārstrādes politiku uz vietas, jo izejvielu eksports ir mazāk izdevīgs nekā gatavā produkcija.

Apmācība

Nepieciešama palīdzība tēmas izpētē?

Mūsu eksperti konsultēs vai sniegs apmācību pakalpojumus par jums interesējošām tēmām.
Nosūtiet pieprasījumu ar tēmas norādi jau šobrīd, lai uzzinātu par iespēju saņemt konsultāciju.

Tantalu un niobiju iegūst, reducējot no augstas tīrības savienojumiem: oksīdiem, kompleksajiem fluorīda sāļiem, hlorīdiem. Rūpnieciskās metālu ražošanas metodes var iedalīt četrās grupās:

Nātrija termiskā reducēšana no kompleksajiem fluorīdiem;

Reducēšana no oksīdiem ar oglekli (karbotermiskā metode);

Reducēšana no alumīnija oksīdiem (aluminotermiskā metode);

Atgūšana no hlorīdiem ar ūdeņradi;

Izkausētās vides elektrolīze.

Tā kā tantalam (~ 3000 C) un niobijam (~ 2500 C) ir augsta kušanas temperatūra, tos iegūst reducēšanas rezultātā ar visām uzskaitītajām metodēm, izņemot trešo, pulveru vai saķepināta sūkļa veidā. . Kompakta kaļamā tantala un niobija iegūšanas uzdevumu sarežģī tas, ka šie metāli aktīvi absorbē gāzes (ūdeņradi, slāpekli, skābekli), kuru piemaisījumi padara tos trauslus. Tāpēc no pulveriem presētās sagataves ir nepieciešams saķepināt vai izkausēt augstā vakuumā.

Natriotermiskā metode tantala un niobija pulveru ražošanai

Komplekso fluorīdu K2TaF7 un K2NbF7 nātrija termiskā reducēšana ir pirmā rūpnieciskā tantala un niobija ražošanas metode. To lieto vēl šodien. Nātrijs, kalcijs un magnijs, kuriem ir augsta afinitāte pret fluoru, ir piemēroti tantala un niobija fluorīdu savienojumu reducēšanai, kā redzams no zemāk esošajām vērtībām:

E-pasts<^ент Nb Та Na Mg Са

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

Nātriju izmanto reducēšanai, jo nātrija fluorīds šķīst ūdenī un to var atdalīt, mazgājot no tantala un niobija pulveriem, savukārt magnija un kalcija fluorīdi slikti šķīst ūdenī un skābēs.

Apskatīsim procesu, izmantojot tantala iegūšanas piemēru. K2TaF7 reducēšana ar nātriju notiek ar lielu siltuma izdalīšanos (pat ar uzlādes slodzi līdz 5 kg), kas ir pietiekama procesa spontānai plūsmai. Pēc lādiņa uzsildīšanas vienā vietā līdz 450-500 C, reakcija ātri izplatās pa visu lādiņa masu, un temperatūra sasniedz 800-900 C. Tā kā nātrijs kūst 97 C un vārās 883 C, ir acīmredzams, ka šķidrums un nātrija tvaiki ir iesaistīti samazināšanā:

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

Reakciju (2,18) un (2,19) īpatnējā siltuma ietekme ir attiecīgi 1980 un 3120 kJ / kg lādiņa.

Reducēšana tiek veikta tērauda tīģelī, kur slāņos tiek iekrauti kālija fluorotantalāta un nātrija gabaliņi (~ 120% no stehiometriski nepieciešamā daudzuma), kurus sagriež ar speciālām šķērēm. No augšas lādiņš ir pārklāts ar nātrija hlorīda slāni, kas veido zemas kušanas maisījumu ar KF un NaF. Sāls kausējums aizsargā daļiņas no oksidēšanās
tantala rasa. Vienkāršākajā procesa versijā, lai uzsāktu reakciju, tīģeļa sienu apakšā karsē ar pūtēja liesmu, līdz parādās sarkans plankums. Reakcija norit strauji visā masā un beidzas 1-2 minūšu laikā. Ar šo procesa realizāciju, pateicoties produktu īslaicīgai iedarbībai pie maksimālās temperatūras (800-900 C), tiek iegūti smalki disperģēti tantala pulveri, kas pēc sāļu mazgāšanas satur līdz 2% skābekļa.

Rupjākainu pulveri ar mazāku skābekļa saturu iegūst, ievietojot reakcijas tīģeli šahtas elektriskajā krāsnī un turot krāsnī pēc reakcijas beigām 1000 ° C temperatūrā.

Iegūtais tantala reducējums tiek piesūcināts smalku daļiņu veidā fluorīda hlorīda sārņos, kas satur nātrija pārpalikumu. Pēc atdzesēšanas tīģeļa saturu izsit ārā, sasmalcina žokļu drupinātājā un nelielās porcijās iekrauj reaktorā ar ūdeni, kur tiek "dzēsts" nātrijs un izšķīdināta lielākā daļa sāļu. Pēc tam pulveri secīgi mazgā ar atšķaidītu nei (pilnīgākai sāļu mazgāšanai, dzelzs un daļēji titāna piemaisījumu izšķīdināšanai). Lai samazinātu tantala oksīdu saturu, pulveri dažreiz papildus mazgā ar aukstu atšķaidītu fluorūdeņražskābi. Pēc tam pulveri mazgā ar destilētu ūdeni, filtrē un žāvē 110-120 C temperatūrā.

Izmantojot iepriekš aprakstīto metodi, ievērojot aptuveni vienādus nosacījumus, niobija pulverus iegūst, reducējot k2NbF7 ar nātriju. Žāvētiem niobija pulveriem ir sastāvs,%: Ti, Si, Fe 0,02-0,06; Apmēram 0,5; N līdz 0,1; C 0,1-0,15.

Karbotermiskā metode niobija un tantala iegūšanai no oksīdiem

Šī metode sākotnēji tika izstrādāta niobija ražošanai no Nb2o5.

Niobiju var reducēt no Nb2os ar oglekli 1800–1900 ° C temperatūrā vakuuma krāsnī:

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

Lādiņā Nb205 + 5C ir maz niobija, un pat briketētā stāvoklī tam ir zems blīvums (~ 1,8 g / cm3). Tajā pašā laikā uz 1 kg uzlādes tiek piešķirts liels co (~ 0,34 m3) apjoms. Šie apstākļi padara neizdevīgu procesa veikšanu saskaņā ar reakciju (2.20), jo vakuuma krāsns produktivitāte šajā gadījumā ir zema. Tāpēc process tiek veikts divos posmos:

I posms - niobija karbīda iegūšana

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

P posms - niobija iegūšana vakuuma krāsnīs

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

її pakāpes briketētais lādiņš satur 84,2% (pēc svara) niobija, brikešu blīvums ir ~ 3 g / cm3, tilpums veidojas no 0,14 m3 uz 1 kg lādiņa (~ 2,5 reizes mazāk nekā lādiņa gadījumā). uzlādēt Nb2o5 + sc ). Tas nodrošina lielāku vakuuma krāsns produktivitāti.

Divpakāpju procesa būtiska priekšrocība ir arī tā, ka pirmo posmu var veikt atmosfēras spiedienā grafīta cauruļu pretestības krāsnīs (29. att.).

Lai iegūtu niobija karbīdu (procesa i posms), Nb2o5 maisījumu ar kvēpiem briketē un briketes karsē grafīta cauruļu krāsnī ūdeņraža vai argona atmosfērā 1800-1900 °C temperatūrā (briketes nepārtraukti pārvietojas pa krāsns

Rīsi. 29. Grafīta cauruļu pretestības krāsns shēma:

1 - apvalks; 2 - grafīta apkures caurule; 3 - aizsarggrafīta caurule; 4- sodrēju siltumizolācijas aizbērums; 5 - ledusskapis; 6 - kontakta grafīta konusi; 7 - atdzesēta kontakta galva; 8 - lūka; 9 - kopnes, kas piegādā strāvu

Pamatojoties uz viņu uzturēšanos karstajā zonā 1-1,5 stundas). Sasmalcināto niobija karbīdu sajauc lodīšu dzirnavās ar Nb2o5, kas ņemts ar nelielu pārpalikumu (3-5%), salīdzinot ar to, kas nepieciešams reakcijai (2.22.).

Lādiņus ar 100 MPa spiedienu sapresē sagatavēs, kuras karsē vakuuma krāsnīs ar grafīta sildītājiem (vai vakuuma indukcijas krāsnīs ar grafīta cauruli) 1800-1900 C. Ekspozīcija beidzas, kad paliek atlikušais spiediens 1,3-0,13 Pa ir sasniegts.

Reakcijas (2.21) un (2.22) ir kumulatīvas. Tie iziet cauri zemāko oksīdu (Nt> o2 un NbO), kā arī Nb2c karbīda veidošanās starpposmiem. Pirmā posma galvenās reakcijas:

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

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

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

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

N stadijas reakcijas:

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

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

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

Metālisko niobiju iegūst procesa II posma galīgajā reakcijā (2.29.). Līdzsvara spiediens ω reakcijai (2.29) 1800 °C temperatūrā ir> 1,3 Pa. Tāpēc process ir jāveic ar atlikušo spiedienu, kas ir mazāks par šīs reakcijas līdzsvara spiedienu (0,5-0,13 Pa).

Iegūtās saķepinātās porainās niobija briketes satur,%: Ar 0,1-0,15; Apmēram 0,15-0,30; N 0,04-0,5. Lai iegūtu kompaktu kaļamo metālu, briketes izkausē elektronu staru krāsnī. Vēl viens veids ir iegūt pulveri no briketēm (hidrogenējot 450 C temperatūrā, samaļot un pēc tam dehidrogenējot vakuumā), presējot stieņus un saķepinot tos vakuumā 2300-2350 C. Vakuuma kausēšanas un saķepināšanas procesos vakuumā skābeklis un ogleklis tiek noņemts sastāva co, un skābekļa pārpalikums gaistošo zemāko oksīdu sastāvā.

Karbotermālās metodes galvenās priekšrocības ir augsta tiešā metāla iznākums (ne mazāk kā 96%) un lēta reducētāja izmantošana. Šīs metodes trūkums ir augstas temperatūras vakuuma krāšņu konstrukcijas sarežģītība.

Tantalu un niobija-tantala sakausējumus var iegūt arī ar karbotermālo metodi.

Aluminotermiskā metode niobija un tantala iegūšanai no augstākiem oksīdiem

Pēdējos gados izstrādātajai aluminometriskajai niobija ražošanas metodei, reducējot niobija pentoksīdu ar alumīniju, ir tehniskas un ekonomiskas priekšrocības salīdzinājumā ar citām niobija ražošanas metodēm, pateicoties zemajai pakāpei un aparatūras dizaina vienkāršībai.

Metodes pamatā ir eksotermiska reakcija:

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

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

Reakcijas augstais īpatnējais termiskais efekts (2640 kJ / kg stehiometriskā lādiņa) ļauj veikt procesu bez ārējas karsēšanas ar niobija-alumīnija sakausējuma lietņa kausēšanu. Veiksmīga ārpuskurtuves aluminotermiskā reducēšana ir iespējama, ja procesa temperatūra ir augstāka par kušanas temperatūru A12о3 = 2030 ° С) un metāla fāzi (Nb + 10% ai sakausējums kūst 2050 ° С). Ar alumīnija pārpalikumu lādiņā par 30-40% virs stehiometriskā daudzuma procesa temperatūra sasniedz ~ 2150-2200 C. Pateicoties straujajai samazinājuma gaitai, temperatūra paaugstinās par aptuveni 100-150 C, salīdzinot ar kušanas temperatūrām. sārņu un metāla fāzes ir pietiekami, lai nodrošinātu to atdalīšanu. Ar iepriekš minēto alumīnija pārpalikumu lādiņā tiek iegūts niobija sakausējums ar 8-10% alumīnija ar reālu niobija ekstrakciju 98-98,5%.

Aluminotermisko reducēšanu veic tērauda tīģelī ar kalcinētu magnija vai alumīnija oksīdu oderi. Kušanas produktu izkraušanas ērtībai tīģelis ir izgatavots noņemams. Kontakti tiek ievadīti caur sienām, lai nodrošinātu elektrisko strāvu (20 V, 15 A) uz drošinātāju nihroma stieples veidā, kas ievietots lādiņā. Vēl viens iespējamais variants ir procesu veikt masīvā šķelta vara tīģelī, pie kura sienām veidojas garnisāžas aizsargslānis.

Tīģelī ievieto rūpīgi izžāvēta Nb2o5 un alumīnija pulvera maisījumu ar daļiņu izmēru ~ 100 mikroni. Lai izvairītos no saskares ar gaisu, tīģeli ieteicams ievietot kamerā, kas piepildīta ar argonu.

Pēc aizdedzes ieslēgšanas reakcija norit strauji visā lādiņa masā. Iegūto sakausējuma lietni sasmalcina gabalos un pakļauj vakuumtermiskai apstrādei 1800-2000 C temperatūrā krāsnī ar grafīta sildītāju pie atlikušā spiediena ~ 0,13 Pa, lai atdalītu lielāko daļu alumīnija (līdz 0,2% saturam). ). Pēc tam tiek veikta attīrīšanas kausēšana elektronu staru krāsnī, iegūstot augstas tīrības pakāpes niobija lietņus ar piemaisījumu saturu,%: 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.

Principā tantala aluminotermiskā ražošana ir iespējama, taču process ir nedaudz sarežģītāks. Reducēšanas reakcijas īpatnējais siltuma efekts ir 895 kJ / kg uzlādes. Tā kā tantalam un tā sakausējumiem ar alumīniju ir augsta kušanas temperatūra, lādiņā tiek ievadīts dzelzs oksīds, lai izkausētu lietni (pamatojoties uz sakausējuma ar 7-7,5% dzelzs un 1,5% alumīnija ražošanu), kā arī karsē. piedeva - kālija hlorāts (Berthollet sāls) ... Tīģeli ar lādiņu ievieto krāsnī. 925 ° C temperatūrā sākas spontāna reakcija. Tantala ekstrakcija sakausējumā ir aptuveni 90%.

Pēc vakuuma termiskās apstrādes un kausēšanas ar elektronu staru tantala lietņiem ir augsta tīrības pakāpe, kas ir salīdzināma ar niobijam iepriekš norādīto.

Tantala un niobija iegūšana, reducējot to hlorīdus ar ūdeņradi

Ir izstrādātas dažādas metodes tantala un niobija reducēšanai no to hlorīdiem: reducēšana ar magniju, nātriju un ūdeņradi. Daži reducēšanas ar ūdeņradi varianti ir visdaudzsološākie, jo īpaši tālāk aplūkotā metode hlorīda tvaiku reducēšanai uz sakarsētām pamatnēm, lai iegūtu kompaktu metāla stieni.

attēlā. 30 parādīta shēma par iekārtu tantala ražošanai, reducējot TaC15 tvaikus ar ūdeņradi uz tantala sloksnes, kas uzkarsēta līdz 1200–1400 °C. TaCI5 tvaiki, kas sajaukti ar ūdeņradi, tiek padoti no iztvaicētāja uz reaktoru, kura centrā atrodas tantala lente, kas tiek uzkarsēta ar tiešu elektrisko strāvu līdz iepriekš noteiktai temperatūrai. Vienmērīgai tvaiku-gāzes maisījuma sadalīšanai visā lentes garumā un tās virsmai perpendikulāras plūsmas nodrošināšanai, ap lenti ir uzstādīts nerūsējošā tērauda siets ar caurumiem. Uz sakarsētas virsmas notiek reakcija:

TaC15 + 2,5 H2 = Ta + 5 HCl; AG ° m k = -512 kJ. (2,31)

Rīsi. 30. Tantala pentahlorīda reducēšanas ar ūdeņradi iekārtas shēma: 1 - reaktora atloka; 2 - izolēta elektroapgāde; 3 - iespīlēšanas kontakti; 4 - nereaģējuša hlorīda kondensators; 5 - tantala lente; 6 - sieti ar caurumiem, - 7 - reaktora tvertne; 8 - reaktora sildītājs; 9 - apsildāms rotametrs; 10 - adatas vārsts; 11 - iztvaicētāja elektriskā cepeškrāsns; 12 - tantala pentahlorīda iztvaicētājs; 13 - ūdeņraža rotometrs

Optimāli apstākļi tantala nogulsnēšanai: lentes temperatūra 1200-1300 ° C, TaCl5 koncentrācija gāzu maisījumā ~ 0,2 mol / mol maisījuma. Nogulsnēšanās ātrums šajos apstākļos ir 2,5-3,6 g / (cm2 h) (vai 1,5-2,1 mm / h), Tādējādi 24 stundu laikā tiek iegūts tīrs tantala stienis ar vidējo diametru 24-25 mm. kas var velmē loksnē, izmanto pārkausēšanai elektronu staru krāsnī vai pārvērš augstas tīrības pulveros (hidrogenējot, samaļot un dehidrogenējot pulveri). Hlorīda pārvēršana (tiešā ekstrakcija uz pārklājumu) ir 20-30%. Nereaģējušo hlorīdu kondensē un izmanto atkārtoti. Elektroenerģijas patēriņš ir vienāds ar 7-15 kWh uz 1 kg tantala atkarībā no pieņemtā režīma.

Pēc HCl tvaiku atdalīšanas ar absorbciju ūdenī ūdeņradi var atgriezt procesā.

Niobija stieņus var iegūt arī ar aprakstīto metodi. Optimāli apstākļi niobija nogulsnēšanai: lentes temperatūra 1000-1300 C, pentahlorīda koncentrācija 0,1-0,2 mol / mol gāzu maisījuma. Metāla nogulsnēšanās ātrums ir 0,7-1,5 g / (cm2-h), hlorīda pārvēršanās pakāpe metālā ir 15-30%, enerģijas patēriņš ir 17-22 kW * h / kg metāla. Niobija procesu atvieglo fakts, ka daļa NbCl5 tiek samazināta reaktora tilpumā noteiktā attālumā no sakarsētās sloksnes līdz negaistošajam NbCl3, kas tiek nogulsnēts uz reaktora sienām.

Tantala iegūšanas elektrolītiskā metode

Tantalu un niobiju nevar izolēt ar elektrolīzi no ūdens šķīdumiem. Visi izstrādātie procesi ir balstīti uz izkausētu vielu elektrolīzi.

Rūpnieciskajā praksē metodi izmanto tantala iegūšanai. Tātad vairākus gadus tantala elektrolītisko metodi izmantoja uzņēmums Fenstil (ASV), daļu no Japānā ražotā tantala šobrīd iegūst elektrolīzes ceļā. PSRS tika veikti plaši metodes pētījumi un rūpnieciskie testi.

Tantala elektrolītiskās ražošanas metode ir līdzīga alumīnija ražošanas metodei.

Elektrolīta pamatā ir izkausēts sāls K2TaF7 - KF - - KC1, kurā ir izšķīdināts tantala oksīds Ta205. Tikai vienu sāli K2TaF7 saturoša elektrolīta izmantošana ir praktiski neiespējama nepārtraukta anoda efekta dēļ, lietojot grafīta anodu. Elektrolīze ir iespējama vannā, kas satur K2TaF7, KC1 un NaCl. Šī elektrolīta trūkums ir fluora sāļu uzkrāšanās tajā elektrolīzes laikā, kas noved pie kritiskā strāvas blīvuma samazināšanās un prasa pielāgot vannas sastāvu. Šis trūkums tiek novērsts, elektrolītā ievadot Ta205. Elektrolīzes rezultāts šajā gadījumā ir tantala oksīda elektrolītiskā sadalīšanās ar tantala izdalīšanos pie katoda un skābekļa anoda, kas reaģē ar anoda grafītu, veidojot CO2 un CO. Turklāt Ta205 ievadīšana izkausētajā sālī uzlabo grafīta anoda mitrināšanu ar kausējumu un palielina kritisko strāvas blīvumu.

Elektrolīta sastāva izvēle ir balstīta uz K2TaF7-KCl-KF trīskāršās sistēmas pētījumu datiem (31. att.). Šī sistēma satur divus dubultsāļus K2TaF7 KF (vai KjTaFg) un K2TaF7 KC1 (vai K3TaF7Cl), divus trīskāršus eitektikas Ei un E2, kas kūst attiecīgi 580 un 710 C temperatūrā, un peritektisko punktu P 678 ° C temperatūrā. Kad Ta205 tiek ievadīts kausējumā, tas mijiedarbojas ar fluorotantalātiem, veidojot oksofluorotantalātu:

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

Reakcija ar K3TaF7Cl notiek līdzīgi. Tantala oksofluorīda kompleksu veidošanās nosaka Ta205 šķīdību elektrolītā. Ierobežojošā šķīdība ir atkarīga no K3TaF8 satura kausējumā un atbilst reakcijas stehiometrijai (2.32.).

Pamatojoties uz datiem par elektrolīta sastāva ietekmi uz elektrolīzes rādītājiem (kritiskais strāvas blīvums, strāvas efektivitāte, ekstrakcija, tantala pulvera kvalitāte), padomju pētnieki ierosināja šādu optimālo elektrolīta sastāvu: 12,5% (pēc svara) K2TaF7, atpūta KC1 un KF attiecībā pret 2 : 1 (pēc svara). Ievesto Ta2Os koncentrācija ir 2,5-3,5% (pēc svara). Šajā elektrolītā 700-800 ° C temperatūrā, izmantojot grafīta anodu, oksofluorīda kompleksa sadalīšanās spriegums ir 1,4 V, savukārt KF un KC1 sadalīšanās spriegumi ir attiecīgi ~ 3,4 V un ~ 4,6 V.

КС I K2TaF, -KCl KJaFf

Rīsi. 31. Sistēmas K2TaF7-KF-KCl kušanas diagramma

Elektrolīzes laikā katodā notiek pakāpeniska Ta5 + katjonu izlāde:

Ta5 + + 2e> Ta3 + + būt * Ta0.

Procesus pie anoda var attēlot ar reakcijām: TaOF63 "- Ze = TaFs + F" + 0; 20 + C = CO2; CO2 + C = 2CO; TaFj + 3F ~ = TaF | ~. TaF | ~ joni, reaģējot ar kausējumā ievadītajiem Ta2Os, atkal veido TaOF | ~ jonus. Elektrolīzes temperatūrā 700-750 ° C gāzu sastāvs satur -95% CO2, 5-7% CO2; 0,2-

No PSRS pārbaudītajām elektrolītisko elementu konstrukcijām vislabākie rezultāti tika iegūti tajos, kur katods ir niķeļa tīģelis (vai niķeļa sakausējums ar hromu), centrā.

32. att. Elektrolīzes šūna tantala ražošanai:

1 - bunkurs ar Ta205 padeves padevēju; 2 - padevēja elektromagnētiskais vibrators; 3 - kronšteins ar stiprinājumu anodam; 4 - dobs grafīta anods ar caurumiem sienā; 5 - tīģelis-katods, kas izgatavots no nihroma; 6 - vāks; 7 - siltumizolācijas stikls; 8 - stūre automašīnas pacelšanai; 9 - spraudnis ar stieni strāvas padevei

Kas ir dobs grafīta anods ar caurumiem sienās (32. att.). Tantala oksīds periodiski tiek padots ar automātisku vibrācijas padevi dobajam anodam. Izmantojot šo padeves metodi, ir izslēgta katoda nogulsnes mehāniska piesārņošana ar neizšķīdinātu tantala pentoksīdu. Gāzes tiek noņemtas, izmantojot iebūvēto sūkšanas sistēmu. Pie elektrolīzes temperatūras 700-720 C nepārtraukta Ta205 vannas padeve (ti, ar minimālu anoda efektu skaitu), katoda strāvas blīvums 30-50 A/dm2 un attiecība DjDk = 2 * 4, tantala tiešā ekstrakcija ir 87-93%, iznākums ir pašreizējais 80%.

Elektrolīzi veic, līdz 2/3 no tīģeļa lietderīgā tilpuma ir piepildītas ar katoda nogulsnēm. Elektrolīzes beigās anods tiek pacelts un elektrolīts kopā ar katoda nogulsnēm tiek atdzesēts. Ir divas katoda produkta apstrādes metodes, lai atdalītu elektrolītu no tantala pulvera daļiņām: slīpēšana ar gaisa atdalīšanu un vakuuma termiskā tīrīšana.

PSRS izstrādātā vakuumtermiskā metode sastāv no tantala lielākās daļas sāļu atdalīšanas, kausējot (kausējot) argona atmosfērā, kam seko atlikumu atdalīšana, iztvaicējot vakuumā 900 C temperatūrā. Izkusušais un kondensētais elektrolīts atgriezās pie elektrolīzes.

Ka slīpējot ar gaisa atdalīšanu 30-70 mikroni, un izmantojot vakuuma termisko apstrādi - 100-120 mikroni.

Niobija ražošana no oksifluorīda-hlorīda elektrolītiem, piemēram, tantala, nedeva pozitīvus rezultātus, jo izlādes laikā pie katoda veidojas zemāki oksīdi, kas piesārņo metālu. Strāvas jauda ir zema.

Niobijam (kā arī tantalam) bezskābekļa elektrolīti ir daudzsološi. Niobija un tantala pentahlorīds izšķīst izkausētajos sārmu metālu hlorīdos, veidojot kompleksos sāļus A / eNbCl6 un MeTaCl6. Šo kompleksu elektrolītiskās sadalīšanās laikā pie katoda tiek izgulsnēti rupji kristāliski niobija un tantala nogulsnes, bet pie grafīta anoda - hlors.

Sociāli ekonomiskās un humanitārās zinātnes

UDC 553,98 "=."

NIOBIJA IEGUVE KRIEVIJĀ

G.Yu. Boyarko *, V.Yu. Hatkova**

, * Tomskas Politehniskā universitāte

** Krievijas Federācijas valdības birojs. ""

E-pasts: [aizsargāts ar e-pastu]

Niobiju iegūst Krievijā Lovozerskoje atradnē (Murmanskas apgabals) loparīta koncentrāta veidā un tatāru atradnē ( Krasnojarskas apgabals) pirohlorskābes koncentrāta veidā un pārstrāde ~ Soļikamskas magnija (Permas apgabals) "un Kļučevskas ferosakausējuma (Sverdlovskas apgabals) rūpnīcās. Krievijas niobija patērētāju vertikālās integrācijas rezultātā ar kalnrūpniecības uzņēmumiem atkarība no niobija produktu importa ir likvidēta Tomtor niobija atradne (Sahas-Jakutijas Republika) un iepriekšējā ražošanas līmeņa atjaunošana Etikinskas tantala-niobija atradnē (Čitas reģions) Sakarā ar Brazīlijas niobija ražotāju dabas pasaules monopola klātbūtni, Krievijas niobija ieguve uzņēmumiem galvenokārt jākoncentrējas uz Krievijas, Ukrainas, Kazahstānas un Ķīnas metalurģijas tirgu.

Niobijs ir smags ugunsizturīgs metāls ar augstu elastību, izturību pret koroziju, labu metināmību un nelielu termisko neitronu uztveršanas šķērsgriezumu. Tā ir daļa no karstumizturīgiem un supravadošiem sakausējumiem, un tēraudiem, kas leģēti ar niobiju, ir augsta izturība un ievērojama elastība, salizturība un izturība pret koroziju. Galvenais niobija patēriņš attiecas uz liela diametra cauruļu ražošanu maģistrālajiem cauruļvadiem no mazleģēta (0,07 ... 0,08% N)) tērauda. Mazleģētie niobija tēraudi tiek izmantoti būvkonstrukciju ražošanā, tiltu būvē, ceļu un kalnrūpniecības inženierzinātnēs, lidmašīnu un automobiļu būvē, iekārtu ražošanā naftas dziļurbšanai, iekārtu ražošanā ķīmiskajai un naftas ķīmijas rūpniecībai u.c. Niobija sakausējumi ar alvu, titānu un cirkoniju tiek plaši izmantoti supravadošu solenoīdu ražošanā jaudīgiem elektromagnētiem, ko izmanto magnētiskajos separatoros, uzlādētu daļiņu paātrinātājos un MHD ģeneratoros. Sintētiskos litija un svina niobātu monokristālus izmanto optiskajos slēģos un akustoelektroniskās ierīcēs. Pasaulē niobija patēriņa apjoms ir 25 ... 26 tūkstoši tonnu gadā, un tā nepārprotams pieaugums ir vērojams par 2 ... 2,5% gadā. Līderi niobija patēriņā ir Japāna (30% no pasaules pieprasījuma), ASV (apmēram 25%) un Eiropas Savienības valstis. Cenas niobija produktiem ir norādītas tabulā. G

Niobiju iegūst ar hidrometalurģiskām un pirometalurģiskām metodēm no niobija minerālu koncentrātiem - pirohlora (NaCaNb206F) (līdz 90% no pasaules piedāvājuma), kolumbīta-tantalīta ((Fe, Mn) (Nb, Ta) 206) (līdz 5% ) un loparīts (( Ca, TR) (Ti, Ta, Nb) 02) (tikai Krievijā). Tos apstrādājot, vienlaikus tiek ekstrahēts tantals (attiecībā Ta / Nb = 1/10), un no loparīta tiek iegūti arī retzemju metāli un titāns.

Pasaulē niobija ražošanas apjoms ir 25,7 tūkstoši tonnu (2002. gadā), no kuriem 22 tūkstošus tonnu veido Brazīlijas uzņēmums Companhia Brasileira de Metalurgia e Minera ^ So Cia Brasileira de Metalurgia Minera? Ao (CBMM), kas ir dabisks monopols pirohlora koncentrātu ražošanā. , ferroniobijs (līdz 18 tūkst. tonnu gadā), niobijs

Tabula. Cenas niobija (un saistītā tantala) produktiem

Preču preces Cenas, USD par kg

Pirohlora koncentrāts (N ^ 05 izteiksmē) 6,0 ... 6,5

Kolumbīta koncentrāts (N1 ^ 05 izteiksmē) 6,5 ... 7,0

Tantalīta koncentrāts (Ta205 izteiksmē) 65 .. / 75

Loparīta koncentrāts 1,1-

Feronobijs 14,5 ... 15,5

Metāls niobijs 14,0 .. L 4,5

Tantala pulveris ■ 200 ... 230

Metāla tantals 200...210

talils un tantals. Tā iegūst reģionālo laikapstākļu garozu Arasha karbonatīta masīvā (Amazonas štatā) ar vidējo Nb205 saturu (4,3 miljardi tonnu rūdas) un Pitanga alvas rūdas atradni, kas satur 4,3% Nb205 (30 miljoni tonnu rūdas). Daļu CBMM koncentrātu pārstrādā konsolidētais uzņēmums Catalao de Goäis (Mineralo Cataloa), kas saražo līdz 3,5 tūkstošiem tonnu ferroniobija gadā. Kā rezerve Brazīlijā ietvaros Nacionālais parks Pico da Neblina ir Seis Lagos atradne ar 2,9 miljardu tonnu rūdas rezervēm ar vidējo Nb205 pakāpi 2,8%. Kanādā niobija rūda tiek iegūta Saint Honoré atradnē (Niobec raktuves, Kvebeka) ar vidējo Nb205 pakāpi 0,6%. Rūdu ieguvē un koncentrātu pārstrādē ir iesaistīti divi uzņēmumi - Teck Corp. un Cambior Inc., kas 2002. gadā pasaules tirgum piegādāja 3,2 tūkstošus tonnu ferroniobija. Ārkārtīgi mazos daudzumos dažādi niobija produkti (galvenokārt pirohlora koncentrāti) tiek ražoti Austrālijā (Green Bushes), Nigērijā (Joe Plateau), Mozambikā (Mbeya), Zambijā (Luesh) un Kongo (Manono Kitololo).

Plānotās ekonomikas laikmetā PSRS ieguva un saražoja līdz 2000 tonnām niobija produktu (niobija oksīda izteiksmē), ierindojoties trešajā vietā pēc ražošanas (pēc Brazīlijas un Kanādas) un ceturtajā pēc patēriņa (pēc Japānas, ASV un Vācija). Pēc kopējās ekonomiskās telpas sabrukšanas NVS nacionālajos anklāvos tika pārrauta reto metālu rūpniecības tehnoloģiskā ķēde, un daži tās fragmenti kļuva nerentabli. Tā rezultātā Krievijas patērētāji bija spiesti apmierināt savas vajadzības pēc niobija, eksportējot 100 ... 200 tonnas niobija sakausējumu gadā (galvenokārt no Brazīlijas).

Vienīgais izdzīvojušais kalnrūpniecības uzņēmums Krievijā ir OJSC Severnye Rare Metals (bijušais Lovozersky GOK) Murmanskas apgabala Revdinskas rajona Lovozero ciemā un tā ieguves operators OJSC Lovozero Mining Company Karnasurtas un Umbozero raktuvēs. Šeit, rezervju ziņā unikālajā Lovozero retzemju-niobija-tantala atradnē (slikts ar Nb205 saturu - tikai 0,24%), no loparītu saturošiem nefelīna sienītiem gadā tika iegūts līdz 25 tūkstošiem tonnu loparīta koncentrāta, kas satur 6 ... 8% Nb, 0, 5% Ta, 36 ... 38% TR un 38 ... 42% Ti. Līdz 10 tūkstošiem tonnu loparīta koncentrāta tiek pārstrādāts Solikamskas magnija rūpnīcā OJSC (galvenais īpašnieks ir Krievijas izaugsmes fonds JV), kur hlorējot tiek iegūts niobija hidroksīds, kas ir vidējs produkts metāliskā niobija ražošanai. Irtišas ķīmiskā un metalurģijas rūpnīca Ust-Kamenogorskā, Kazahstānā). Pašlaik Soļikamskas magnija rūpnīca gadā saražo 700 ... 750 tonnas niobija oksīdu un 70 ... 80 tonnas tantala oksīda, kas ir pilnībā ex-

osta. Pārējie 10 ... 12 tūkstoši. Tloparīta koncentrāts iepriekš tika apstrādāts A5> 8Pte1 (Sillamae, Igaunija) saskaņā ar sērskābes shēmu par metālisku niobiju un ferroniobiju. Pašlaik 5Pte1 atteicās pirkt loparīta izejvielas un pārgāja uz vairāk apstrādājamiem pirohloru koncentrātiem no Brazīlijas un Nigērijas. Attiecīgi arī Sev-redmet loparīta koncentrāta ražošana samazinājās (līdz 8 ... 10 tūkstošiem tonnu), kas noveda šo uzņēmumu uz bankrota sliekšņa. Mēģinājums 2000. gadā organizēt savu hidrometalurģisko ražošanu ar ferroniobija ražošanu nepieciešamo investīciju trūkuma dēļ (100 miljoni USD) nebija vainagojies panākumiem. Šobrīd a/s Sevredmet īpašnieks ir uzņēmums CJSC Company FTK (Finance, Technology, Consulting) (Maskava), Solikamskas magnija rūpnīcas līdzīpašnieks (14% akciju), taču reālas izejas no esošās situācijas nav. ierobežotais pieprasījums pēc loparīta izejvielām. Arī Irtišas ķīmiskā un metalurģijas rūpnīca bija uz bankrota robežas un līdz 1996. gadam bija pārtraukusi niobija produktu ražošanu, bet 2000. gadā no tās tika atdalīta spējīga KazNiobiy IHMZ LLP struktūrvienība, kas sāka ražot līdz 60 ... 80 tonnu metāla niobija gadā, par izejvielu izmantojot Solikamskas niobija hidroksīdu. Tantala rūpniecisko izstrādājumu apstrāde NVS valstīs tiek veikta OJSC Ulbas Metallurgical Plant NAK Kazatomprom (Ust-Kamenogorsk, Kazahstānas Republika), kur tiek ražoti niobija produkti - pulveris, lietņi, velmējumi.

Citi Krievijas uzņēmumi, kas iepriekš strādāja pie bagātākām rūdām, tās bija attīstījuši līdz 20. gadsimta 90. gadiem un slēdza savas nerentablās nozares, pārejot uz tirgus ekonomiku. Tie ir Višņevogorskas Rūdas pārvalde (Čeļabinskas apgabals), kas izstrādāja tāda paša nosaukuma atradni Malyshevskoe RU (Sverdlovskas apgabals), kas ir pilnībā izsmelta reto metālu pegmatītu atradne Liepu pļavā, Orlovskas GOK (Čitas apgabals), kas izstrādāja Orlovskoje depozīts un Zabaikalsky GOK (Čitas reģions), kas apturēja Zavitkovskoje un Etykinskoye laukus. Šo uzņēmumu pirohlora un kolumbīta-tantalīta koncentrāti tika pārstrādāti Kļučevskas ferosakausējumu rūpnīcā (Dvurečenskas apmetne, Sverdlovskas apgabals Sysertsky rajons), kas no tiem ražoja ferroniobija un niobija sakausējumus.

Reto metālu rūpniecības uzlabošana Krievijā notika pēc niobija patērētāju - OAO Severstal (Čerepoveca, Vologdas apgabals) Čerepovecas metalurgu iniciatīvas. Lai likvidētu atkarību no niobija eksporta, šis holdings izveidoja AS Stalmag (Krasnojarska) meitasuzņēmumu pirohlora koncentrātu ieguvei no tatāru vermikulīta-niobāta-fosfora atradnes dēdošās garozas uz tāda paša nosaukuma karbonatīta masīva,

ielikts Krasnojarskas apgabala Motiginskas rajonā | 9 |. Beigās 2000t. šajā atradnē tika iedarbināta primārās pilnveidošanas iekārta ar jaudu līdz 90 tūkstošiem tonnu rūdas gadā. No iegūtā koncentrāta, kas tiek piegādāts Kļučevskas dzelzs sakausējumu rūpnīcai, gadā tiek saražotas 150: .. 200 tonnas ferroniobija. Ieviešot otro posmu, raktuves produktivitāte tiks dubultota,

2001. gadā Zabaikalsky GOK (Pervomaysky apmetne, Shilkinsky rajons Čitas apgabalā), kas pēdējos gados nodarbojas ar fluorīta un zelta ieguvi, atsāka Etykinsky tantāla-niobija-alvas atradnes ieguvi Etikinskas masīva reto metālu granītos. Vidējais tantala saturs rūdās ir 0,031%, niobija - 0,1%, alvas - 0,2%. 2001. gadā ^ ieguva (metāla izteiksmē) 40 tonnas tantala, 60 tonnas niobija, 100 tonnas alvas. Līdz 2005. gadam ražošanas jaudu plānots palielināt piecas reizes. Uz Zabaikalsky GOK Pervomaysky ciematā notiek hidrometalurģijas ceha būvniecība kālija fluorotantalāta un niobija pentoksīda ražošanai. No: Etykinskiy rūdas var iegūt arī "un litija koncentrātus ar vidējo N20 pakāpi rūdās - 0,11%. Valsts programmas ietvaros" Litija, berilija, tantala, alvas, niobija (LIBTON) ieguve, ražošana un patēriņš "Tāpat plānots atsākt Zabaikalsky GOK ieguvi Zavitinsky litija-niobija spodumēna pegmatītu atradnē.

labi produkti ar vidējo atzīmi Ta205 rūdās -0,0139% un N> 205 -0,02%.

Uzņēmums ZAO Alrosa (Mirny, Sahas-Jakutijas Republika) dimantu biznesa dažādošanas programmas ietvaros gatavo ieguves projektu Tomtoras niobija-retzemju atradnes Burnijas vietas attīstībai, kas ir unikāla rezervju ziņā. un rūdas kvalitāte, Sahas-Jakutijas Republikas Oleneksky ulus. Šis atradnes fragments ir gandrīz dreifējoša ezera vieta, kas izveidojusies Tomtoras karbonatīta masīva laikapstākļu garozas mazgāšanas rezultātā. Vidējais Lb205 saturs šeit ir 6,71%, Y - 0,59%, ST11 - 9,53%. Burnijas vietas attīstības projekts paredz sākotnējo iežu masas pārstrādes apjomu 13,73 tūkst.m3 gadā un pirohlora koncentrāta, kas satur 583 t Lb205, un retzemju koncentrāta, kas satur 690 t retzemju metālu oksīdu (V203, CeO2, La203, Pr6Ou, Ssh203, Nr. 203, Eu203, 8s203). Nākotnē plānots palielināt ražošanas jaudu līdz 30 tūkst.m3 rūdas un saražot līdz 2000 tonnām pirohlora koncentrāta pēc Nr.205.

Neliela izmēģinājuma ražotne pastāvēja Beloziminskas niobija fosfāta atradnes izpētes laikā (1984-1986) Tulunskas reģionā. Irkutskas apgabals... Rūdas veidojumi pārstāv karbonātu (satur 0,24% Ni> 205) zonu laikapstākļu garozu, kuras bagātajos blokos Main un Yagodny apgabalā vidējais ML205 saturs ir attiecīgi 1,06 un 1,39%. Tomēr starpnozaru

Zīmējums. Niobija izkārtojums. atradnes un uzņēmumi, kas iegūst un apstrādā niobiju.

1) niobija atradnes ■ 2) niobija ieguves uzņēmumu kapitāldaļas; 3 ~ 5) raktuves: 3) darbojas, 4) tiek nodotas ražošanā, 5) slēgtas vai apturētas; 6) pārstrādes uzņēmumi

Nb205 ekstrakcija šajos eksperimentos nepārsniedza 30%. Kā blakusproduktu no Belozimīna rūdām var iegūt fosfātu (apatīts + frankolīts) koncentrātu, kura sākotnējais Р205 saturs rūdās ir 11,25%.

Uz 2000. gadā likvidētās Orlovskas GOK bāzes tika izveidots jauns uzņēmums OJSC Novo-Orlovsky GOK (Novoorlovskas apmetne, Aginskas rajons, Čitas apgabals), izmēģinājuma apstrādes rūpnīca Nr. 2 tika atjaunoti. komplekss) no Orlovska GOK volframa ražošanas, kas satur 5190 tonnas W, 550 tonnas Nb un 440 tonnas Ta. Aptuvenā tantala un niobija izlaide ir līdz 10 ... 20 tonnām gadā.

Lai iegūtu tantalu un niobiju Kļučevskas ferosakausējumu rūpnīcā, alvas kausēšanas izdedžus periodiski apstrādā Novosibirskas skārda rūpnīcā OJSC. Raugoties no gada pārdošanas apjoma, niobija un tantala izlaide no Novosibirskas skārda rūpnīcas izejvielām nepārsniedza pirmās tonnas.

Jāatzīmē arī citi niobija un tantala-niobija atradnes Krievijā:

Boļšetagņinskas fosfora-niobija atradne, kas atrodas 12 km uz rietumiem no Belo-Ziminskas atradnes (Irkutskas apgabals) un aprobežojas ar tāda paša nosaukuma karbonatīta masīva kalcīt-mikrolīna karbonātiem. Vidējais Nb205 saturs rūdās ir 1,02%.

Sredneziminskoe bojājumu-niobija-fosfora atradne, kas atrodas 18 km uz dienvidiem no Belo-Ziminsky atradnes (Irkutskas apgabals) un ir ierobežota ar kalcīta-mikrolīna karbonātiem. Vidējais Nb205 saturs rūdās ir 0,10 ... 0,18%, urāns līdz 0,02%, fosfors - 2,5 ... 3,5%. Depozīts ir problemātisks, pirmkārt, zemās noderīgo komponentu koncentrācijas un augstās rūdu radioaktivitātes dēļ.

Vuoriyarvinsky niobija atradnes Neske-Vara vieta atrodas Murmanskas apgabala Kandalakšinskas rajonā. Tas ir liels

Apatīta-magnetīta sastāva rūdas bloks ar baddeleitīta un pirohlora impregnēšanu. Vidējais Nb2Os saturs atradnes rūdās ir 0,53%, Ta205 - 0,017%. Depozīts atrodas tiešā tuvumā esošajam uzņēmumam OJSC Kovdorsky GOK, kas iegūst dzelzs rūdas un ar to saistīto apatīta un badceleīta (Zr un TR saturošu) koncentrātu ražošanu. Iegula ir sekla - tikai 6,2 tūkstoši tonnu Nb205 un 200 tonnu Ta205, taču šīs rūdas iekļaujas Kovdors GOK tehnoloģiskajā ķēdē, un šo objektu var viegli nodot ekspluatācijā.

Ulug-Tanzoksky niobija-retzemju atradne (Tīvas Republika) ir rūdas saturošu (pirohlors, kolumbīts-tantalīts, cirkons, litijs, berilijs un retzemju minerāli) kvarca-albīta-mikrolīna metasomatītu mineralizēta zona. Depozīts tika lēsts XX gadsimta 90. gados un palika nepietiekami izpētīts. Saturs Nr.205 -0,2%, Ta205 - 0,0155%, BTI - 0,063% (it-triija elementu īpatsvars 30 ... 40%), 1l20 - 0,086,1xOr - 0,4%. Rūdas bagātināšanas tehnoloģiskā shēma paredz ražot Nr.>, Ta, bg, Shch

TI (Y), un, un, YL.

Katuginskoe itrija-niobija-cirkonija atradne ar rūdu saturošiem sārmainiem (kvarca-albīta-mikrolīna) metasomatītiem atrodas Čitas reģiona ziemeļos, 140 km no Novaja Čara stacijas uz Baikāla-Amūras maģistrāles. Vidējais Ni> 205 saturs rūdās ir 0,31, Ta205 ir 0,019%, 8ТYa ir 0,25% (itrija elementu īpatsvars ir 40 ... 50%), g02 ir 1,38%. Investīciju projektu šīs jomas attīstībai izstrādā Zabaikalsky GOK.

Gornoozerskoe niobija atradne atrodas Sahas-Jakutijas Republikas Ust-Maiski ulusā un ir ierobežota ar tāda paša nosaukuma oglekļa titīta masīvu. Depozīts pētīts tikai no virsmas, tā novērtējums ir ļoti slikts. Pirohloru mineralizācija ir ierobežota līdz lineārām magnēzija karbonātu zonām. Vidējais #> 205 saturs ierobežotam paraugu skaitam ir 0,25%. Nogulsnē tika atklāts arī pirohlora lakustrīna novietotājs, kas palika nenovērtēts. Pēc analoģijas ar Tomtor depozītu tas var būt diezgan bagāts.

Vishnyakovskoje tantala atradne atrodas Irkutskas apgabalā, 110 km attālumā no Taišetas stacijas, un to ar to savieno ceļš. Reto metālu pegmatītu vēnu ķermeņi līdz 40 m biezumā satur tantalīta, berilija un lipedolīta (litija) mineralizāciju. Vidējais Ta205 saturs ir 0,0198%, bet atsevišķām Ryabinovy apgabala vēnām - 0,023 ... 0,03%. Vienlaicīgi iespējams iegūt litiju ar vidējo saturu 1L20 -0,086%, kā arī beriliju. №> 205 saturs nav augsts - 0,02%, bet tantala izejvielu ieguves laikā niobijs tiks iegūts jau kā blakusprodukts. Depozīts prasa papildu izpēti.

Kopumā niobija izejvielu ieguves darbības jaudas jau atbilst Krievijas metalurgu vajadzībām pēc niobija sakausējuma piedevām (200 ... 250 tonnas gadā), un pat ņemot vērā pieaugošo pieprasījumu pēc cauruļu izstrādājumiem maģistrālajiem cauruļvadiem, var tikai plānotā Stalmag un Zabaikalsky GOK jaudu attīstība

segt jauno pieprasījuma apjomus līdz 2005.gadam (līdz 600 ... 800 tonnām).

Sevredmet un Solikamsk dzelzs un tērauda rūpnīcu problēmas ir jārisina to īpašniekiem (FTK Company un Russia Growth Fund), veidojot vienotu tehnoloģiju sarežģītu niobija-retzemju izejvielu pārstrādei, lai iegūtu galaproduktus, kas ir pieejami tirgū. retzemju metāli un to oksīdi, feroniobijs, metāliskais niobijs un tantals) un pietiekamu jaudu radīšana 22 ... 25 tūkstošu tonnu loparīta koncentrāta ikgadējai pārstrādei. Šajā saimniecībā gadā var saražot līdz 1000 tonnām niobija un līdz 100 tonnām tantala produktu. ... : ■.

Rekonstruētās Sevredmet un jaunā kalnrūpniecības uzņēmuma Ap-Rosy produkcijas pārdošana Tomtoras laukā jau prasa iziet ārpus Krievijas tirgus robežām. Iekļūšanu pasaules tirgū ierobežo pasaules niobija produktu monopola - Brazīlijas uzņēmuma CBMM - politika. Pateicoties zemākajām niobija izejvielu ražošanas un pārstrādes izmaksām, tas var kontrolēt pasaules cenu līmeni, novēršot nopietnu konkurentu rašanos. Krievijas niobija produktu pārpalikuma ražotājiem jākoncentrējas uz NVS valstu (Ukrainas, Kazahstānas) solidāro metalurģijas tirgu un pieaugošo metalurģijas patēriņa tirgu Ķīnā. Papildus metalurģijas nozarei ir nopietni jāizpēta pasaules energotaupības tehnoloģiju attīstības tendences nākamajos 20 gados, kuru pamatā ir supravadītājas jaudas pārvades sistēmas, kuru pamatā ir niobija sakausējumi, kuru ražošanai būs nepieciešami līdz 5 tūkst. gadā.

Kļučevskas dzelzs sakausējumu rūpnīcas esošās ražošanas jaudas ir pietiekamas pārdošanai

BIBLIOGRĀFIJA

1. Elyutin A.V., Chistov LB, Epshtein E.M. Attīstības problēmas derīgo izrakteņu bāze niobijs // Krievijas derīgo izrakteņu resursi. Ekonomika un vadība

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

2. Kudrin B.C., Kushparenko Yu..S., Petrova N.V. et al. "Minerālās izejvielas. Niobijs un tantals. Rokasgrāmata.

M .: Ģeoinformācijas centrs, 1998 .-- 63 lpp.

3. Pasaules derīgo izrakteņi 2001. gada sākumā. -M .: Aeroģeoloģija, 2002 .-- T. 2. - 476 lpp.

4. Minerālu preču kopsavilkumi "2003. - Pittsburgh, PA (ASV): USGS, 2003. - 196 lpp."!

5. Niobijs. Minerālu gada apskats 2001. - Pitsburgh, PA (ASV): USGS, 2002. - P. 21.1-28.14.

6. Metālu cenas Amerikas Savienotajās Valstīs līdz 1998. gadam. -Pittsburgh, PA (ASV): USGS; 1998 .-- 179 lpp.

8. Ževeļuks I. "Medīt" kustamo "īpašumu // Nord-West-Courier. - Nr. 41 (54): - 21.-27.11.2002. t

gadā saražo 1500 tonnas ferroniobija, 1000 tonnas N¿-N5 sakausējuma un 500 tonnas Cr-N-M-master sakausējuma. Tādējādi pirohlora produktu apjomus, ko Stalmag, Zabaikalsky un Novo-Orlovsky GOK piedāvā pārstrādei, kā arī tos, ko plānots piegādāt no Tomtor depozīta, šis uzņēmums var pieņemt pārdalei. Komerciālo metālizstrādājumu ražošanai no niobija un tantala Krievijas uzņēmumi jūs varat izmantot nodevu shēmas darbam ar Kazahstānas uzņēmumiem KazNiobiy - Irtysh Chemical and Metallurgical Plant un Ulba Metallurgical Plant. Supravadošo materiālu konjunktūras uzlabošanas gadījumā reāla ir arī iespēja Krievijas teritorijā organizēt niobija velmējumu ražošanu. Šāda ražošana agrāk pastāvēja GIREDMED Eksperimentālajā ķīmijas un metalurģijas rūpnīcā (Podoļska, Maskavas apgabals) un Ugunsizturīgo metālu un cieto sakausējumu eksperimentālajā rūpnīcā (Maskava).

Jaunu niobija produktu ieguves un ražošanas nozaru izveide ir iespējama arī ar tām saistītās ieguves ietvaros, izstrādājot citu minerālu atradnes - piemēram, Katuginska itrija-retzemju cirkonija, Višņakovska tantala, Zavitinsky litija, niobiju, kas nevar nopietni ietekmēt tā pieprasījuma tirgu.

Tālo rezervātu (Ulug-Tanzeksky Tivas Republikā un Gusinoozersky Sahas-Jakutijas Republikā) atradņu attīstība niobija izejvielu pārpalikuma apstākļos, ko veic spējīgāki uzņēmumi, kas darbojas ar bagātīgu un vieglu apģērbu. rūdas nav ieteicams.

9. Semenenko Yu. Krievijas niobijs. Pirmā bezdelīga no Sibīrijas // Prirodo-resourcenye vedomosti. - 2001. gada 31. augusts, http://gazeta.priroda.ru.

10. Vietnes Yu.G., Kharitonov Yu.F., Shevchuk G.A. Čitas reģiona derīgo izrakteņu bāze. Izpētes un attīstības perspektīvas: 2. daļa // Krievijas minerālie resursi. Ekonomika un vadība. - 2002. -№ 5. - S. 8-20.

11. Temnovs A.B. Tomtoras atradnes īpaši bagāto reto metālu rūdu ieguves ģeoloģiskās un tehniskās problēmas // Dabiski un tehnogēni laikapstākļu garozas novietotāji un atradnes tūkstošgades mijā. Abstrakti. Ziņot XII Int. konference ". - M .: IGEM RAN, 2000. - S! 345-347.

12. Epšteins E.M., Usova T.Ju., Daņiļčenko N.A. et al.Krievijas niobijs: valsts, derīgo izrakteņu bāzes attīstības un attīstības perspektīvas // Minerālu izejvielas. Ģeoloģijas un ekonomikas sērija, Nr. 8. - M .: VIMS, 2000. - 103 lpp.

13. Kudrins B.C., Rožaņecs A.B., Čistovs L.B. et al.Krievijas tantals: valsts, derīgo izrakteņu bāzes attīstības un attīstības perspektīvas // Minerālu izejvielas *. Ģeoloģiskā un ekonomiskā sērija, Nr. 4. - M .: VIMS, 1999.-90 lpp.

Niobija fizikālās īpašības

Niobijs ir spīdīgs sudrabaini pelēks metāls.

Niobija kristāliskais režģis ir uz ķermeni centrēts kubisks ar parametru a = 3,294A.

Tīrs metāls ir kaļams un aukstā stāvoklī bez starpatlaidināšanas var tikt velmēts plānā loksnē (līdz 0,01 mm biezumam).

Blīvums 8,57 g / cm3 (20 ° C); kušanas temperatūra 2500 ° C; vāra 4927 ° C; tvaika spiediens (mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 N / m2) 1 10-5 (2194 ° C), 1 10-4 (2355 ° C), 6 10-4 (pie mp), 1 · 10-3 (2539 °C).

Apkārtējā temperatūrā niobijs ir stabils gaisā. Oksidācijas sākums (aptraipīšanas plēves) tiek novērots, kad metāls tiek uzkarsēts līdz 200 - 300 ° C. Virs 500° notiek strauja oksidēšanās, veidojoties oksīdam Nb2O5.

Siltumvadītspēja W / (m · K) pie 0 ° C un 600 ° C, attiecīgi 51,4 un 56,2, tas pats cal / (cm · sek · ° C) 0,125 un 0,156. Īpatnējā tilpuma elektriskā pretestība pie 0 ° C 15,22 · 10-8 omi · m (15,22 · 10-6 omi · cm). Supravadītāja pārejas temperatūra ir 9,25 K. Niobijs ir paramagnētisks. Elektronu darba funkcija ir 4,01 eV.

Tīrs niobijs ir viegli pakļauts spiedienam aukstumā un saglabā apmierinošas mehāniskās īpašības augstā temperatūrā. Tās maksimālā izturība attiecīgi 20 un 800 ° C temperatūrā ir 342 un 312 MN / m2, tas pats kgf / mm234,2 un 31,2; pagarinājums 20 un 800 ° C temperatūrā attiecīgi 19,2 un 20,7%. Tīra niobija Brinela cietība ir 450, tehniskā cietība ir 750-1800 Mn / m2. Dažu elementu, īpaši ūdeņraža, slāpekļa, oglekļa un skābekļa, piemaisījumi ievērojami pasliktina elastību un palielina niobija cietību.

Niobija ķīmiskās īpašības

Niobijs ir īpaši novērtēts, pateicoties tā izturībai pret neorganiskām un organiskām vielām.

Tomēr ir trīs reaģenti, kas var pārvērst niobija metālu ķīmiskos savienojumos. Viens no tiem ir izkausēts sārmu metālu hidroksīds:

4Nb + 4NaOH + 5О2 = 4NaNbO3 + 2H2О

Zāģu skaidu veidā, karsējot virs 900 ° C, tās pilnībā izdeg līdz Nb2O5. Spēcīgi deg hlora plūsmā:

2Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Kādas niobija īpašības palīdz tam pretoties spēcīgāko skābju - oksidantu - iedarbībai? Izrādās, ka tas attiecas nevis uz metāla īpašībām, bet gan uz tā oksīdu īpašībām. Saskaroties ar oksidētājiem, uz metāla virsmas parādās ļoti plāns (un tāpēc neredzams), bet ļoti blīvs oksīdu slānis. Šis slānis kļūst par nepārvaramu šķērsli oksidētāja ceļā uz tīru metāla virsmu. Caur to var iekļūt tikai daži ķīmiskie reaģenti, jo īpaši fluora anjons. Līdz ar to metāls būtībā tiek oksidēts, bet praktiski nekādi oksidācijas rezultāti nav manāmi plānas aizsargplēves dēļ. Lai izveidotu maiņstrāvas taisngriezi, tiek izmantota pasivitāte pret atšķaidītu sērskābi. Tas ir sakārtots vienkārši: platīna un niobija plāksnes iegremdē 0,05 m sērskābes šķīdumā. Niobijs pasivētā stāvoklī var vadīt strāvu, ja tas ir negatīvs elektrods - katods, t.i., elektroni var iziet cauri oksīda slānim tikai no metāla puses. Elektronu ceļš no šķīduma ir slēgts. Tāpēc, kad caur šādu ierīci tiek izlaista maiņstrāva, iziet tikai viena fāze, kurai platīns ir anods, bet niobijs ir katods.

niobija metāla halogēns

Ķīmiskais elements, kas nosaukts senās Niobes vārdā – sieviete, kura uzdrošinājās pasmieties par dieviem un samaksāja par to ar savu bērnu nāvi. Niobijs atspoguļo cilvēces pāreju no rūpnieciskās uz digitālo ražošanu; no tvaika lokomotīvēm līdz nesējraķetēm; no ogļu spēkstacijām līdz kodolenerģijai. Pasaulē niobija cena par gramu ir diezgan augsta, tāpat kā pieprasījums pēc tā. Lielākā daļa jaunāko zinātnes sasniegumu ir cieši saistīti ar šī metāla izmantošanu.

Niobija cena par gramu

Tā kā niobija galvenie izmantošanas veidi ir saistīti ar kodolenerģijas un kosmosa programmām, tas pieder stratēģisko materiālu grupai. Apstrāde ir finansiāli daudz izdevīgāka nekā jaunu rūdu izstrāde un ieguve, kas padara niobija pieprasījumu otrreizējā metālu tirgū.

Cenas vērtību par to nosaka vairāki faktori:

Metāla tīrība. Jo vairāk svešķermeņu, jo zemāka cena.
Piegādes forma.
Piegādes apjoms. Tieši proporcionāls metāla cenām.
Metāllūžņu savākšanas punkta atrašanās vieta. Katrā reģionā ir atšķirīga niobija nepieciešamība un attiecīgi arī cena par to.
Reto metālu klātbūtne sastāvā. Sakausējumi, kas satur tādus elementus kā tantals, volframs, molibdēns, ir dārgāki.
Kotāciju vērtība pasaules biržās. Šīs vērtības ir pamata vērtības, nosakot cenu.

Orientējošais pārskats par cenām Maskavā:

Niobija NB-2. Cena svārstās no 420-450 rubļiem. uz kg.
Niobija skaidas. RUB 500-510 uz kg.
Niobija galvenā mītne НБШ00. Atšķiras paaugstinātās cenās niecīgā piemaisījumu satura dēļ. RUB 490-500 uz kg.
Niobija galva NBSh-0. RUB 450-460 uz kg.
Niobija NB-1 stieņa formā. Cena ir 450-480 rubļi. uz kg.

Neskatoties uz augstajām izmaksām, pieprasījums pēc niobija pasaulē turpina augt. Tas ir saistīts ar tā milzīgo izmantošanas potenciālu un metāla trūkumu. Uz 10 tonnām zemes ir tikai 18 grami niobija.

Zinātniskā sabiedrība turpina strādāt, lai atrastu un izstrādātu aizstājēju tik dārgam materiālam. Bet līdz šim konkrēts rezultātsšajā nesaņēma. Tas nozīmē, ka tuvākajā laikā niobija cenu kritums nav gaidāms.

Cenu regulēšanai un apgrozījuma kāpināšanai niobija produktiem ir paredzētas šādas kategorijas:

Niobija lietņi. To izmēri un svars ir standartizēti ar GOST 16099-70. Atkarībā no metāla tīrības pakāpes tos iedala 3 pakāpēs: niobijs NB-1, niobijs NB-2 un attiecīgi niobijs NB-3.
Niobija nūja. Atšķiras ar lielāku piemaisījumu procentuālo daudzumu.
Niobija folija. Ražots līdz 0,01 mm biezumā.
Niobija bārs. Saskaņā ar TU 48-4-241-73 tas tiek piegādāts ar zīmoliem NBP1 un NBP2.

Niobija fizikālās īpašības

Metāls ir pelēks ar baltu nokrāsu. Attiecas uz ugunsizturīgo sakausējumu grupu. Kušanas temperatūra ir 2500 ºС. Viršanas temperatūra ir 4927 ºС. Atšķiras ar paaugstinātu siltumizturības vērtību. Nezaudē savas īpašības darba temperatūrā virs 900 ºС.

Arī mehāniskās īpašības ir augstā līmenī. Blīvums ir 8570 kg / m3 ar līdzīgu tērauda rādītāju 7850 kg / m3. Izturīgs darbam gan pie dinamiskām, gan cikliskām slodzēm. Stiepes izturība - 34,2 kg / mm2. Piemīt augsta plastiskums. Relatīvā pagarinājuma koeficients svārstās 19-21% robežās, kas ļauj no tā iegūt lokšņu metāla niobiju ar biezumu līdz 0,1 mm.

Cietība ir saistīta ar metāla tīrību no kaitīgiem piemaisījumiem un palielinās, palielinoties to sastāvam. Tīram niobijam ir 450 Brinela cietības vienības.

Niobijs ir piemērots darbam ar spiedienu temperatūrā, kas zemāka par -30 ºC, un slikti griež.

Siltumvadītspēja būtiski nemainās pie lielām temperatūras svārstībām. Piemēram, 20 ° C temperatūrā tas ir 51,4 W / (m K), un 620 ° C temperatūrā tas palielinās tikai par 4 vienībām. Niobijs konkurē par elektrovadītspēju ar tādiem elementiem kā varš un alumīnijs. Elektriskā pretestība - 153,2 nΩ m.Pieder supravadošu materiālu kategorijai. Temperatūra, kurā sakausējums pāriet supravadīšanas režīmā, ir 9,171 K.

Īpaši izturīgs pret skābēm. Tādas parastās skābes kā sērskābe, sālsskābe, fosforskābe, slāpekļskābe nekādā veidā neietekmē tā ķīmisko struktūru.

Temperatūrā virs 250 ºС niobijs sāk aktīvi oksidēties ar skābekli, kā arī nonāk ķīmiskās reakcijās ar ūdeņraža un slāpekļa molekulām. Šie procesi palielina metāla trauslumu, tādējādi samazinot tā izturību.

Neattiecas uz alergēniem materiāliem. Ievadīts cilvēka ķermenī, tas neizraisa ķermeņa atgrūšanas reakciju.
Tas ir pirmās metināmības grupas metāls. Metinātās šuves ir blīvas, un tām nav nepieciešamas sagatavošanas darbības. Izturīgs pret plaisām.

Sakausējumu šķirnes

Saskaņā ar mehānisko īpašību vērtību paaugstinātā temperatūrā niobija sakausējumus iedala:

Zema izturība. Darbojas 1100-1150 ºС temperatūrā. Viņiem ir vienkāršs leģējošo elementu komplekts. Tas galvenokārt ietver cirkoniju, titānu, tantalu, vanādiju, hafniju. Stiprums ir 18-24 kg / mm2. Pārsniedzot kritiskās temperatūras slieksni, tas strauji pazeminās un kļūst līdzīgs tīram niobijam. Galvenā priekšrocība ir augstās plastmasas īpašības temperatūrā līdz 30 ºС un laba spiediena apstrādājamība.
Vidēja stipruma. To darba temperatūra ir diapazonā no 1200-1250 ºС. Papildus iepriekš minētajiem sakausējuma elementiem tie satur volframa, molibdēna, tantala piemaisījumus. Šo piedevu galvenais mērķis ir saglabāt mehāniskās īpašības, palielinoties temperatūrai. Viņiem ir mērena plastiskums un tie labi darbojas ar spiedienu. Spilgts sakausējuma piemērs ir niobija 5VMT.
Augstas stiprības sakausējumi. Tos izmanto temperatūrā līdz 1300 ºС. Ar īslaicīgu iedarbību līdz 1500 ºС. Tie atšķiras pēc augstākas sarežģītības ķīmiskā sastāva. Tie sastāv no 25% piedevām, no kurām galvenā daļa ir volframs un molibdēns. Daži šo sakausējumu veidi izceļas ar augstu oglekļa saturu, kas pozitīvi ietekmē to karstumizturības vērtību. Galvenais augstas stiprības niobija trūkums ir tā zemā elastība, kas apgrūtina tehnoloģiskās apstrādes veikšanu. Un attiecīgi arī pusfabrikātu ražošana.

Jāatzīmē, ka iepriekš uzskaitītās kategorijas ir nosacītas un sniedz tikai vispārīgu priekšstatu par konkrēta sakausējuma izmantošanas metodi.

Jāpiemin arī tādi savienojumi kā ferroniobijs un niobija oksīds.

Ferronobijs ir niobija savienojums ar dzelzi, kurā pēdējā saturs ir 50%. Papildus pamatelementiem tas ietver simtdaļas titāna, sēra, fosfora, silīcija, oglekļa. Precīzs elementu procentuālais daudzums ir standartizēts ar GOST 16773-2003.

Niobija pentaksīds ir balts kristālisks pulveris. Nav jutīgs pret izšķīšanu skābē un ūdenī. To iegūst, sadedzinot niobiju skābekļa atmosfērā. Pilnīgi amorfs. Kušanas temperatūra 1500 ºС.

Niobija pielietojums

Visas iepriekš minētās īpašības padara metālu ārkārtīgi populāru dažādās nozarēs. Starp daudzajiem tā izmantošanas veidiem izšķir šādas pozīcijas:

Izmanto metalurgos kā leģējošu elementu. Turklāt gan melnie, gan krāsaino metālu sakausējumi ir leģēti ar niobiju. Piemēram, pievienojot tikai 0,02% no tā nerūsējošā tērauda 12X18H10T sastāvam, tā nodilumizturība palielinās par 50%. Pastiprināts ar niobiju (0,04%), alumīnijs kļūst pilnīgi nejutīgs pret sārmiem. Niobijs iedarbojas uz varu kā tērauda rūdīšanas līdzekli, palielinot tā mehāniskās īpašības par lielumu. Ņemiet vērā, ka pat urāns ir leģēts ar niobiju.
Niobija pentoksīds ir galvenā sastāvdaļa ļoti ugunsizturīgas keramikas ražošanā. Viņš atrada pielietojumu arī aizsardzības nozarē: militārā aprīkojuma bruņu stikli, optika ar lielu refrakcijas leņķi utt.
Ferroniobiju izmanto tēraudu leģēšanai. Tās galvenais uzdevums ir palielināt izturību pret koroziju.
Elektrotehnikā tos izmanto kondensatoru un strāvas taisngriežu ražošanai. Šādiem kondensatoriem raksturīga augsta kapacitāte un izolācijas pretestība, mazi izmēri.
Silīcija un germānija savienojumus ar niobiju plaši izmanto elektronikas jomā. No tiem izgatavoti supravadošie solenoīdi un strāvas ģeneratoru elementi.

Ko sievietei nozīmē Mēness Svaros

Mēness gaišā puse Svaru zīmē Tu kļūsti adaptīvāks, radošāks, burvīgāks, labsirdīgāks un ...
Monētu jātnieka nozīme savienojumā ar Major Arcana

No numeroloģijas viedokļa Bruņinieks nozīmē upuri. Zīlnieka intereses un sapņi var darboties kā upuris. Cits...
Labvēlīga klāja prognoze

Galvenās kartītes nozīmes stāvus stāvoklī: 1. cilvēks, kurš atradis mieru; 2. gudrība; 3. panākumi pēc ilga biznesa; 4...
Apziņas stāvoklis un mācība pašattīstībai

Taro burvis – šīs kārts nozīme ir nepieciešama, ja vēlies strādāt ar Taro kārtīm. Arkan Mag ir siltuma simbols, ...
Paskaidrojoša sapņu grāmata Kāpēc viesi sapņo par sapņu grāmatu

Jūs varat sazināties ar citiem cilvēkiem ne tikai realitātē, bet arī sapņos. Mums ne vienmēr izdodas pabūt vienatnē ar sevi...
Jaunavas Gaiļa personības iezīmes

Nestandarta un talantīgs vīrietis Jaunava-Gailis gandrīz vienmēr ir citu uzmanības centrā. Pateicoties...

2021-11-13 02:02:30

Uz priekšu ģimenes dibināšanai

Raksts par tēmu: "sapņu grāmatu vistu kūts ar vistām" - sniedz aktuālo informāciju par šo jautājumu 2018. gadam ...
2021-11-13 02:02:30

Apvienojumā ar Pentacles uzvalku

Taro kārtis ir dažādas, taču ir daudz patīkamāk, ja izkārtojumā sastopam pozitīvas, nav taisnība ...

2021-11-13 02:02:30

Zivis sieviete rīt mīlestības horoskops

No rīta būs drūmi notikumi. Jūsu garastāvoklis būs uz nulles. Līdz vakaram diena var...
2021-11-13 02:02:30

Ko taro kārtīs nozīmē zobenu karaliene

Garīgi orientēta sieviete Šī sieviete, pirmkārt, izceļas ar savu garīgo orientāciju. Pamata...

2021-11-13 02:02:30

Kombinācijas ar citām kartēm

Ārkārtīgi negatīvi. Izkrītot zīlēšanā, viņa sola traģiskus notikumus, neveiksmes un nestabilitāti biznesā. Priekš...
2021-11-13 02:02:30

Kartes vērtība zīlēšanā

3 Taro kārts ķeizariene 3 ARKĀNS - EMPRESS Pār zemi plosās nežēlīga vētra, bieza mākoņu tumsa ...

2021-11-13 02:02:30

Kāpēc vasarā sapņot par netīru sniegu aiz loga?

Sniega lavīna, krītoša degšana, aizslaucot visu savā ceļā, atsevišķi duļķi, kas lauž kokus - tas viss ir zīme ...
2021-11-13 02:02:30

Pentaklu dūzis apvienojumā ar kausu uzvalku

Ja jūsu izkārtojumā Viņa Majestāte nokrita Pentaklu dūzis (viņu bieži var saukt par monētu dūzi, denāri un ...

2021-11-13 02:02:30
Ko sapnī nozīmē graudi

Sapņu interpretācijas ABC Grauds - simbolizē atlīdzību par mūža darbu Graudu ķekara redzēšana ir bagātība, ...
2021-11-13 02:02:30
Kāpēc sievietei sapņo lavīna

Lavīna sapnī ir brīdinājums par nevajadzīgiem riskiem, neatrisinātām problēmām, piedzīvojumiem ...
2021-11-13 02:02:30
Arcana tarot pēc dzimšanas datuma

Uzzini, kura Taro karte pēc dzimšanas datuma attiecas uz Tevi! Personīgās Taro kartes aprēķins, kas nodrošina ...
2021-11-13 02:02:30
Zīlēšana saderinātajam ar zaru palīdzību

Ziemassvētku laiks ilgst 12 dienas starp baznīcas svētkiem - Kristus piedzimšanu un kristību. slāvu...
2021-11-13 02:02:30
Sapņoja par mirušu bērnu

Bērnu redzēšana sapnī nozīmē laimi un labklājību, ja viņi izskatās veseli, skaisti un ...
2021-11-13 02:02:30
Taro numeroloģija pēc dzimšanas datuma

Taro kārtis ir slepenas zināšanas, kas iemiesotas senā kāršu kavā. Tos izmanto ne tikai, lai iegūtu...
13.11.2021
Bērni sapņo par ķīniešu sapņu grāmatu Zhou-gun

Visbiežāk jaundzimušo drupatas sapņos parādās kā pārmaiņu aizsācēji. Senatnē šāds sižets ...

13.11.2021

Intīmas aktivitātes ar svešinieku sapnī

Jums, dārgais lasītāj, bija diezgan neskaidrs sapnis. Sapnis ar svešu meiteni var būt kā ...
13.11.2021

Apvienojumā ar Major Arcana

Taro kāršu klājs ir unikāla, unikāla savā veidā burvju simbolu kolekcija, kas ļauj jums redzēt ...

Niobijs - niobija īpašības, pielietojums un sakausējumi. Niobija pielietojums metalurģijā un rūpniecībā Niobija kušanas temperatūra

Apmācība

Niobija fizikālās īpašības

Niobija ķīmiskās īpašības

Niobija cena par gramu

Niobija fizikālās īpašības

Sakausējumu šķirnes

Niobija pielietojums

Nejauši raksti

Ko sievietei nozīmē Mēness Svaros

Monētu jātnieka nozīme savienojumā ar Major Arcana

Labvēlīga klāja prognoze

Apziņas stāvoklis un mācība pašattīstībai

Paskaidrojoša sapņu grāmata Kāpēc viesi sapņo par sapņu grāmatu

Jaunavas Gaiļa personības iezīmes

Reklāma

B-B-Q

Uz priekšu ģimenes dibināšanai

Apvienojumā ar Pentacles uzvalku

Tandūrs

Zivis sieviete rīt mīlestības horoskops

Ko taro kārtīs nozīmē zobenu karaliene

Kamīns

Kombinācijas ar citām kartēm

Kartes vērtība zīlēšanā

Stūris

Kāpēc vasarā sapņot par netīru sniegu aiz loga?

Pentaklu dūzis apvienojumā ar kausu uzvalku

Jauns

Ko sapnī nozīmē graudi

Kāpēc sievietei sapņo lavīna

Arcana tarot pēc dzimšanas datuma

Zīlēšana saderinātajam ar zaru palīdzību

Sapņoja par mirušu bērnu

Taro numeroloģija pēc dzimšanas datuma

Bērni sapņo par ķīniešu sapņu grāmatu Zhou-gun

Populārs

Intīmas aktivitātes ar svešinieku sapnī

Apvienojumā ar Major Arcana