Universidad Estatal de Minería de los Urales
Sobre el tema: Propiedades del niobio.
Grupo: M-13-3
Estudiante: Mokhnashin Nikita
1. Información general sobre el elemento
Propiedades físicas del niobio
Propiedades químicas del niobio
Niobio libre
Óxidos de niobio y sus sales
Compuestos de niobio
Países líderes en la producción de niobio
1. Información general sobre el elemento
La humanidad ha estado familiarizada con el elemento que ocupa la celda 41 en la tabla de Mendeleev durante mucho tiempo. La edad de su nombre actual, niobio, es casi medio siglo más joven. Dio la casualidad de que el artículo # 41 se abrió dos veces. La primera vez, en 1801, el científico inglés Charles Hatchet examinó una muestra de un mineral fiel enviado al Museo Británico desde Estados Unidos. De este mineral, aisló el óxido de un elemento previamente desconocido. Hatchet nombró al nuevo elemento Colombia, marcando así su origen en el extranjero. Y el mineral negro se llamó columbita. Un año después, el químico sueco Ekeberg aisló de la columbita el óxido de otro elemento nuevo llamado tantalio. La similitud de los compuestos columbio y tantalio era tan grande que durante 40 años la mayoría de los químicos creyeron que el tantalio y el columbio eran el mismo elemento.
En 1844, el químico alemán Heinrich Rose examinó muestras de columbita encontradas en Baviera. Redescubrió los óxidos de dos metales. Uno de ellos era un óxido del tantalio ya conocido. Los óxidos eran similares, y para enfatizar su similitud, Rose nombró al elemento que forma el segundo óxido niobio, en honor a Niobe, hija del mártir mitológico Tántalo. Sin embargo, Rose, como Hatchet, no pudo obtener este elemento en estado libre. El niobio metálico fue obtenido por primera vez en 1866 por el científico sueco Blomstrand durante la reducción del cloruro de niobio con hidrógeno. A finales del siglo XIX. Se han encontrado dos métodos más para obtener este elemento. Primero Moissan lo recibió en un horno eléctrico, reduciendo el óxido de niobio con carbono, y luego Goldschmidt pudo restaurar el mismo elemento con aluminio. Y continuaron llamando al elemento No. 41 en diferentes países de manera diferente: en Inglaterra y los EE. UU. - Colombium, en otros países - niobio. El fin de esta discordia fue puesto por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) en 1950. Se decidió legitimar el nombre del elemento "niobio" en todas partes, y se asignó el nombre "columbita" al mineral principal de niobio. Su fórmula es (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6.
No es casualidad que el niobio se considere un elemento escaso: de hecho es raro y en pequeñas cantidades, siempre en forma de minerales y nunca en su estado nativo. Un detalle interesante: en diferentes publicaciones de referencia el clarke (contenido en la corteza terrestre) de niobio es diferente. Esto se debe principalmente al hecho de que en los últimos años se han encontrado nuevos depósitos de minerales que contienen niobio en países africanos. En el "Chemist's Handbook", vol. 1 (M., "Chemistry", 1963) se dan las cifras: 3,2 · 10-5% (1939), 1 · 10-3% (1949) y 2, 4 10- 3% (1954). Pero incluso las últimas cifras están subestimadas: los depósitos africanos descubiertos en los últimos años no se incluyeron aquí. Sin embargo, se estima que aproximadamente 1,5 millones de toneladas de niobio metálico pueden fundirse a partir de minerales de depósitos ya conocidos.
Propiedades físicas del niobio
El niobio es un metal gris plateado brillante.
El niobio elemental es un metal extremadamente refractario (2468 ° C) y de alto punto de ebullición (4927 ° C) que es altamente resistente en muchos ambientes corrosivos. Todos los ácidos, a excepción del ácido fluorhídrico, no actúan sobre él. Los ácidos oxidantes "pasivan" el niobio, cubriéndolo con una película protectora de óxido (No. 205). Pero a altas temperaturas, aumenta la reactividad del niobio. Si a 150 ... 200 ° C solo se oxida una pequeña capa superficial del metal, entonces a 900 ... 1200 ° C el espesor de la película de óxido aumenta significativamente.
La red cristalina del niobio es cúbica centrada en el cuerpo con un parámetro a = 3.294 Å.
El metal puro es dúctil y se puede enrollar en una hoja delgada (hasta un espesor de 0,01 mm) en estado frío sin recocido intermedio.
Es posible observar propiedades del niobio como un alto punto de fusión y ebullición, una función de trabajo más baja de los electrones en comparación con otros metales refractarios: tungsteno y molibdeno. Esta última propiedad caracteriza la capacidad de emisión de electrones (emisión de electrones), que se utiliza para el uso de niobio en tecnología de vacío. El niobio también tiene una alta temperatura de transición superconductora.
Densidad 8.57 g / cm 3(20 ° C); t pl 2500 ° C; t bala 4927 ° C; presión de vapor (en mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 N / m 2) 1 10 -5(2194 ° C), 1 10 -4(2355 ° C), 6 10 -4(en t pl ), 1 10-3 (2539 ° C).
A temperatura ambiente, el niobio es estable en el aire. El inicio de la oxidación (películas que empañan) se observa cuando el metal se calienta a 200-300 ° C. Por encima de 500 °, se produce una oxidación rápida con la formación de óxido Nb2 O 5.
Conductividad térmica en W / (m · K) a 0 ° C y 600 ° C, respectivamente 51,4 y 56,2, lo mismo en cal / (cm · seg · ° C) 0,125 y 0,156. Resistencia eléctrica volumétrica específica a 0 ° C 15,22 10 -8ohmios (15,22 10 -6ohmios cm). La temperatura de transición superconductora es 9.25 K. El niobio es paramagnético. La función de trabajo de los electrones es 4.01 eV.
El niobio puro se presuriza fácilmente en frío y conserva propiedades mecánicas satisfactorias a altas temperaturas. Su resistencia última a 20 y 800 ° C es 342 y 312 MN / m, respectivamente. 2, lo mismo en kgf / mm 234,2 y 31,2; alargamiento a 20 y 800 ° C, respectivamente, 19,2 y 20,7%. Dureza Brinell de niobio puro 450, técnico 750-1800 Mn / m 2... Las impurezas de algunos elementos, especialmente el hidrógeno, el nitrógeno, el carbono y el oxígeno, perjudican enormemente la ductilidad y aumentan la dureza del niobio.
3. Propiedades químicas del niobio
El niobio es especialmente apreciado por su resistencia a sustancias orgánicas e inorgánicas.
Existe una diferencia en el comportamiento químico del metal en polvo y en grumos. Este último es más estable. Los metales no actúan sobre él, incluso si se calientan a altas temperaturas. Los metales alcalinos líquidos y sus aleaciones, bismuto, plomo, mercurio, estaño pueden estar en contacto con el niobio durante mucho tiempo sin cambiar sus propiedades. Incluso oxidantes tan fuertes como el ácido perclórico, el "agua regia", por no mencionar el nítrico, el sulfúrico, el clorhídrico y todos los demás, no pueden hacer nada con él. Las soluciones alcalinas tampoco tienen ningún efecto sobre el niobio.
Sin embargo, hay tres reactivos que pueden convertir el niobio metálico en compuestos químicos. Uno de ellos es un hidróxido fundido de un metal alcalino:
Nb + 4NaOH + 5О2 = 4NaNbO3 + 2H2О
Los otros dos son ácido fluorhídrico (HF) o su mezcla con ácido nítrico (HF + HNO). En este caso, se forman complejos de fluoruro, cuya composición depende en gran medida de las condiciones de reacción. En cualquier caso, el elemento está incluido en el anión del tipo 2 o 2.
Si tomamos niobio en polvo, entonces es algo más activo. Por ejemplo, en el nitrato de sodio fundido, incluso se enciende y se convierte en óxido. El niobio compacto comienza a oxidarse cuando se calienta por encima de 200 ° C, y el polvo se cubre con una película de óxido ya a 150 ° C. Al mismo tiempo, se manifiesta una de las maravillosas propiedades de este metal: conserva la plasticidad.
En forma de aserrín, cuando se calienta por encima de los 900 ° C, se quema por completo y se convierte en Nb2O5. Arde vigorosamente en una corriente de cloro:
Nb + 5Cl2 = 2NbCl5
Reacciona con azufre cuando se calienta. Es difícil de alear con la mayoría de los metales. Quizá sólo haya dos excepciones: el hierro, con el que se forman soluciones sólidas de diferentes proporciones, y el aluminio, que tiene un compuesto Al2Nb con niobio.
¿Qué cualidades del niobio lo ayudan a resistir la acción de los agentes oxidantes de ácidos más fuertes? Resulta que esto no se refiere a las propiedades del metal, sino a las características de sus óxidos. Cuando entra en contacto con agentes oxidantes, aparece una capa de óxidos muy delgada (y por lo tanto invisible), pero muy densa en la superficie del metal. Esta capa se convierte en un obstáculo insuperable en el camino del agente oxidante hacia una superficie metálica limpia. Solo algunos reactivos químicos, en particular el anión de flúor, pueden penetrar a través de él. Por tanto, esencialmente el metal se oxida, pero prácticamente no se aprecian resultados de oxidación debido a la presencia de una fina película protectora. La pasividad hacia el ácido sulfúrico diluido se utiliza para crear un rectificador de corriente alterna. Está organizado de forma sencilla: las placas de platino y niobio se sumergen en una solución de ácido sulfúrico de 0,05 m. El niobio en estado pasivado puede conducir corriente si es un electrodo negativo, un cátodo, es decir, los electrones pueden pasar a través de la capa de óxido solo desde el lado del metal. El camino de los electrones de la solución está cerrado. Por lo tanto, cuando se hace pasar una corriente alterna a través de dicho dispositivo, solo pasa una fase, para la cual el platino es el ánodo y el niobio es el cátodo.
halógeno metálico de niobio
4. Niobio en estado libre
Es tan hermoso que una vez intentaron hacer joyas con él: con su color gris claro, el niobio se parece al platino. A pesar de su alto punto de fusión (2500 ° C) y punto de ebullición (4840 ° C), cualquier producto puede elaborarse fácilmente a partir de él. El metal es tan dúctil que se puede procesar en frío. Es muy importante que el niobio conserve sus propiedades mecánicas a altas temperaturas. Es cierto que, como en el caso del vanadio, incluso las pequeñas impurezas de hidrógeno, nitrógeno, carbono y oxígeno reducen en gran medida la plasticidad y aumentan la dureza. El niobio se vuelve quebradizo a temperaturas que oscilan entre -100 y -200 ° C.
La obtención de niobio en forma ultrapura y compacta se ha hecho posible con la participación de la tecnología en los últimos años. Todo el proceso tecnológico es complejo y requiere mucho tiempo. Básicamente, se divide en 4 etapas:
1.obtención de un concentrado: ferroniobio o ferrotantaloniobio;
.apertura del concentrado: transferencia de niobio (y tantalio) a cualquier compuesto insoluble para separarlo de la mayor parte del concentrado;
.separación de niobio y tantalio y obtención de sus compuestos individuales;
.obtención y refinado de metales.
Los dos primeros pasos son bastante sencillos y comunes, aunque requieren mucho tiempo. El grado de separación del niobio y el tantalio está determinado por la tercera etapa. El deseo de obtener tanto niobio y especialmente tantalio como fuera posible obligó a buscar los últimos métodos de separación: extracción selectiva, intercambio iónico, rectificación de compuestos de estos elementos con halógenos. Como resultado, se obtienen por separado óxidos o pentacloruros de tántalo y niobio. En la última etapa, se usa la reducción con carbón (hollín) en una corriente de hidrógeno a 1800 ° C, y luego se aumenta la temperatura a 1900 ° C y se baja la presión. El carburo obtenido por interacción con el carbón reacciona con Nb2O5:
2Nb2O5 + 5NbC = 9Nb + 5CO3,
y aparece polvo de niobio. Si, como resultado de la separación del niobio del tantalio, no se obtiene un óxido, sino una sal, entonces se trata con sodio metálico a 1000 ° C y también se obtiene niobio en polvo. Por lo tanto, tras la transformación adicional del polvo en un monolito compacto, se lleva a cabo la refundición en un horno de arco, y se usa la fusión por haz de electrones y por zonas para obtener monocristales de niobio de alta pureza.
Óxidos de niobio y sus sales
El número de compuestos con oxígeno en el niobio es pequeño, mucho menor que el del vanadio. Esto se explica por el hecho de que en compuestos correspondientes al estado de oxidación +4, +3 y +2, el niobio es extremadamente inestable. Si el átomo de este elemento comenzó a donar electrones, entonces tiende a donar los cinco para revelar una configuración electrónica estable.
Si comparamos los iones del mismo estado de oxidación de dos vecinos en el grupo, vanadio y niobio, entonces se encuentra un aumento en las propiedades hacia los metales. El carácter ácido del óxido de Nb2O5 es notablemente más débil que el del óxido de vanadio (V). No forma ácido cuando se disuelve. Solo cuando se fusiona con álcalis o carbonatos aparecen sus propiedades ácidas:
O5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3NbO4 + ЗС02
Esta sal, el ortoniobato de sodio, es similar a las mismas sales de los ácidos ortofosfórico y ortovanádico. Sin embargo, en fósforo y arsénico, la ortoforma es la más estable y fracasa el intento de obtener orthoniobate en su forma pura. Al procesar la aleación con agua, no es la sal de Na3NbO4 la que se libera, sino el metaniobato de NaNbO3. Es un polvo cristalino fino incoloro difícilmente soluble en agua fría. En consecuencia, en el niobio en el estado de oxidación más alto, no es la forma orto, sino la forma meta de los compuestos la que es más estable.
Entre otros compuestos de óxido de niobio (V) con óxidos básicos, se conocen los diniobatos K4Nb2O7, que recuerdan a los piroácidos, y los poliobatos (como sombra de los ácidos polifosfórico y polvanadio) con fórmulas aproximadas K7Nb5O16.nH2O y K8Nb6O19.mH2O. Las sales mencionadas, correspondientes al óxido de niobio superior, contienen este elemento en el anión. La forma de estas sales nos permite considerarlas derivadas del niobio. ácidos. Estos ácidos no se pueden obtener en su forma pura, ya que se pueden considerar como óxidos que tienen un enlace con las moléculas de agua. Por ejemplo, la metaforma es Nb2O5. H2O, y la forma orgo es Nb2O5. 3H2O. Junto con tales compuestos, el niobio tiene otros, donde ya está incluido en el catión. El niobio no forma sales simples como sulfatos, nitratos, etc. Al interactuar con el hidrosulfato de sodio NaHSO4 o con el óxido de nitrógeno N2O4, aparecen sustancias con un catión complejo: Nb2O2 (SO4) 3. Los cationes en estas sales se parecen al catión vanadio con la única diferencia de que aquí el ion tiene cinco cargas, mientras que en el vanadio el estado de oxidación en el ion vanadilo es cuatro. El mismo catión NbO3 + se incluye en la composición de algunas sales complejas. El óxido de Nb2O5 se disuelve con bastante facilidad en ácido fluorhídrico acuoso. La sal compleja K2 se puede aislar de tales soluciones. H2O.
Sobre la base de las reacciones consideradas, se puede concluir que el niobio en su estado de oxidación más alto puede incluirse tanto en la composición de los aniones como en la composición del catión. Esto significa que el niobio pentavalente es anfótero, pero aún con un predominio significativo de propiedades ácidas.
Hay varias formas de obtener Nb2O5. Primero, la interacción del niobio con el oxígeno cuando se calienta. En segundo lugar, calcinación de sales de niobio en el aire: sulfuro, nitruro o carburo. En tercer lugar, el método más común es la deshidratación por hidratación. El óxido hidratado Nb2O5 se precipita a partir de soluciones acuosas de sales con ácidos concentrados. xH2O. Luego, cuando las soluciones se diluyen, se forma un precipitado de óxido blanco. La deshidratación de los lodos Nb2O5 xH2O va acompañada de la liberación de calor. Toda la masa se está calentando. Esto se debe a la transformación del óxido amorfo en una forma cristalina. El óxido de niobio viene en dos colores. En condiciones normales es de color blanco, pero se vuelve amarillo cuando se calienta. Sin embargo, tan pronto como se enfría el óxido, el color desaparece. El óxido es refractario (punto de fusión = 1460 ° C) y no volátil.
Los estados de oxidación más bajos del niobio corresponden a NbО2 y NbО. El primero de estos dos es un polvo negro con un brillo azul. El NbO2 se obtiene a partir del Nb2O5 tomando oxígeno con magnesio o hidrógeno a una temperatura de unos mil grados:
O5 + H2 = 2NbO2 + H2O
En el aire, este compuesto se convierte fácilmente de nuevo en el óxido más alto Nb2O5. Su carácter es bastante reservado, ya que el óxido no es insoluble ni en agua ni en ácidos. Sin embargo, se le atribuye un carácter ácido sobre la base de la interacción con álcali acuoso caliente; en este caso, sin embargo, se produce la oxidación a un ion de cinco cargas.
Parecería que la diferencia de un electrón no es tan grande, pero a diferencia del Nb2O5, el óxido de NbO2 conduce una corriente eléctrica. Obviamente, hay un enlace metal-metal en este compuesto. Si aprovecha esta cualidad, cuando se calienta con una fuerte corriente alterna, puede hacer que el NbO2 ceda su oxígeno.
Con la pérdida de oxígeno, el NbO2 se transforma en óxido NbO y luego todo el oxígeno se separa con bastante rapidez. Se sabe poco sobre el óxido de niobio inferior NbO. Tiene un brillo metálico y es similar en apariencia al metal. Conduce perfectamente la corriente eléctrica. En una palabra, se comporta como si no hubiera oxígeno en su composición. Incluso, como un metal típico, reacciona violentamente con el cloro cuando se calienta y se convierte en oxicloruro:
2NbO + 3Cl2 = 2NbOCl3
Desplaza el hidrógeno del ácido clorhídrico (como si no fuera un óxido en absoluto, sino un metal como el zinc):
NbO + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2
El NbO se puede obtener en forma pura calcinando la sal compleja de K2 ya mencionada con sodio metálico:
К2 + 3Na = NbO + 2KF + 3NaF
El óxido de NbO tiene el punto de fusión más alto de 1935 ° C de todos los óxidos de niobio. Para purificar el niobio del oxígeno, se aumenta la temperatura a 2300 - 2350 ° C, luego, simultáneamente con la evaporación, el NbO se descompone en oxígeno y metal. Tiene lugar el refinado (limpieza) del metal.
Compuestos de niobio
La historia sobre el elemento no estaría completa sin mencionar sus compuestos con halógenos, carburos y nitruros. Esto es importante por dos razones. Primero, gracias a los complejos de fluoruro, es posible separar el niobio de su eterno compañero, el tantalio. En segundo lugar, estos compuestos nos revelan las cualidades del niobio como metal.
Interacción de halógenos con niobio metálico:
Se pueden obtener Nb + 5Cl2 = 2NbCl5, todos los posibles penthaluros de niobio.
El pentafluoruro NbF5 (punto de fusión = 76 ° C) es incoloro en estado líquido y en vapor. Al igual que el pentafluoruro de vanadio, es polimérico en su estado líquido. Los átomos de niobio están unidos entre sí a través de átomos de flúor. En forma sólida, tiene una estructura que consta de cuatro moléculas (Fig. 2).
Arroz. 2. La estructura sólida de NbF5 y TaF5 consta de cuatro moléculas.
Las soluciones en ácido fluorhídrico H2F2 contienen varios iones complejos:
H2F2 = H2; + H2O = H2
Sal de potasio K2. El H2O es importante para la separación del niobio del tantalio, ya que, a diferencia de la sal de tantalio, es muy soluble.
El resto de los penthaluros de niobio son de colores brillantes: amarillo NbCl5, rojo púrpura NbBr5, marrón NbI2. Todos ellos sublimes sin descomposición en la atmósfera del correspondiente halógeno; en pareja son monómeros. Sus puntos de fusión y ebullición aumentan al pasar del cloro al bromo y al yodo. Algunas de las formas de obtener penthaluros son las siguientes:
2Nb + 5I2 2NbI5; O5 + 5C + 5Cl22NbCl5 + 5CO;
2NbCl5 + 5F22NbF5 + 5Cl2
Las pentaálidas son fácilmente solubles en disolventes orgánicos: éter, cloroformo, alcohol. Sin embargo, se descomponen completamente con agua, se hidrolizan. Como resultado de la hidrólisis, se obtienen dos ácidos: hidrohalogénico y nióbico. Por ejemplo,
4H2O = 5HCl + H3NbO4
Cuando la hidrólisis no es deseable, entonces se introduce algo de ácido fuerte y el equilibrio del proceso descrito anteriormente se desplaza hacia NbCl5. En este caso, el pentahaluro se disuelve sin sufrir hidrólisis,
El carburo de niobio merece un agradecimiento especial de los metalúrgicos. En cualquier acero hay carbono; El niobio, que lo une al carburo, mejora la calidad del acero de aleación. Por lo general, al soldar acero inoxidable, la costura tiene una resistencia menor. La introducción de 200 g por tonelada de niobio ayuda a corregir esta deficiencia. Cuando se calienta, el niobio forma un compuesto con el carburo de carbono, antes que todos los demás metales del acero. Este compuesto es bastante plástico y al mismo tiempo es capaz de soportar temperaturas de hasta 3500 ° C. Una capa de carburo de solo medio milímetro de espesor es suficiente para proteger los metales y, lo más importante, el grafito de la corrosión. El carburo se puede obtener calentando un óxido de metal o niobio (V) con carbono o gases que contienen carbono (CH4, CO).
El nitruro de niobio es un compuesto que no se ve afectado por ningún ácido e incluso "agua regia" cuando se hierve; resistente al agua. Lo único con lo que puede verse obligado a interactuar es el álcali hirviendo. En este caso, se descompone con la liberación de amoníaco.
El nitruro de NbN es de color gris claro con un tinte amarillento. Es refractario (temperatura 2300 ° C), tiene una característica notable: a una temperatura cercana al cero absoluto (15,6 K, o -267,4 ° C), tiene superconductividad.
De los compuestos que contienen niobio en un estado de oxidación más bajo, los haluros son los más conocidos. Todos los haluros inferiores son sólidos cristalinos oscuros (de rojo oscuro a negro). Su estabilidad disminuye a medida que disminuye el estado de oxidación del metal.
Aplicación del niobio en diversas industrias.
El uso de niobio para alear metales.
El acero de aleación de niobio tiene buena resistencia a la corrosión. El cromo también aumenta la resistencia a la corrosión del acero y es mucho más barato que el niobio. Este lector tiene razón y está equivocado al mismo tiempo. Mal porque me olvidé de una cosa.
En el acero al cromo-níquel, como en cualquier otro acero, siempre hay carbono. Pero el carbono se combina con el cromo para formar carburo, lo que hace que el acero sea más frágil. El niobio tiene una mayor afinidad por el carbono que el cromo. Por lo tanto, cuando se agrega niobio al acero, necesariamente se forma carburo de niobio. El acero aleado con niobio adquiere altas propiedades anticorrosivas y no pierde su ductilidad. El efecto deseado se logra cuando solo se agregan 200 g de niobio metálico a una tonelada de acero. Y el niobio le da al acero al cromo-mangaíto una alta resistencia al desgaste.
Muchos metales no ferrosos también se alean con niobio. Entonces, el aluminio, que se disuelve fácilmente en álcalis, no reacciona con ellos si solo se le agrega 0.05% de niobio. Y el cobre, conocido por su suavidad, y muchas de sus aleaciones, el niobio parece endurecerse. Aumenta la resistencia de metales como el titanio, molibdeno, circonio y, al mismo tiempo, aumenta su resistencia al calor y su resistencia al calor.
Ahora las propiedades y capacidades del niobio son apreciadas en su verdadero valor por la aviación, la ingeniería mecánica, la ingeniería de radio, la industria química y la energía nuclear. Todos ellos se han convertido en consumidores de niobio.
Una propiedad única: la ausencia de una interacción notable del niobio con el uranio a temperaturas de hasta 1100 ° C y, además, una buena conductividad térmica, una pequeña sección transversal de absorción efectiva para los neutrones térmicos hicieron del niobio un serio competidor de los metales reconocidos en la energía nuclear. industria: aluminio, berilio y circonio. Además, la radiactividad artificial (inducida) del niobio es baja. Por tanto, se puede utilizar para fabricar contenedores para el almacenamiento de residuos radiactivos o instalaciones para su uso.
La industria química consume relativamente poco niobio, pero esto solo se debe a su escasez. El equipo para la producción de ácidos de alta pureza se fabrica a veces con aleaciones que contienen niobio y, más raramente, con niobio en láminas. La capacidad del niobio para influir en la velocidad de algunas reacciones químicas se utiliza, por ejemplo, en la síntesis de alcohol a partir de butadieno.
La tecnología espacial y de cohetes también se convirtió en consumidores del elemento No. 41. No es ningún secreto que algunas cantidades de este elemento ya están girando en órbitas cercanas a la Tierra. Algunas partes de los cohetes y el equipo a bordo de los satélites terrestres artificiales están hechos de aleaciones que contienen niobio y niobio puro.
Uso de niobio en otras industrias
Las láminas y barras de niobio se utilizan para hacer "accesorios calientes" (es decir, partes calentadas): ánodos, rejillas, cátodos calentados indirectamente y otras partes de lámparas electrónicas, especialmente lámparas generadoras potentes.
Además del metal puro, las aleaciones de tántalo-niobio se utilizan para los mismos fines.
El niobio se utilizó para fabricar condensadores electrolíticos y rectificadores de corriente. Aquí, usamos la capacidad del niobio para formar una película de óxido estable durante la oxidación anódica. La película de óxido es estable en electrolitos ácidos y pasa corriente solo en la dirección del electrolito al metal. Los condensadores de niobio con electrolito sólido se caracterizan por una alta capacitancia con pequeñas dimensiones, alta resistencia de aislamiento.
Los elementos del condensador de niobio están hechos de láminas finas o placas porosas prensadas a partir de polvos metálicos.
La resistencia a la corrosión del niobio en ácidos y otros entornos, combinada con una alta conductividad térmica y plasticidad, lo convierten en un valioso material estructural para equipos en las industrias química y metalúrgica. El niobio posee una combinación de propiedades que satisfacen los requisitos de la industria de la energía nuclear para materiales estructurales.
Hasta 900 ° C, el niobio interactúa débilmente con el uranio y es adecuado para la fabricación de carcasas protectoras para los elementos combustibles de uranio de los reactores de potencia. En este caso, es posible utilizar portadores de calor de metal líquido: sodio o una aleación de sodio con potasio, con el que el niobio no interactúa hasta 600 ° C. Para aumentar la capacidad de supervivencia de los elementos combustibles de uranio, el uranio se dopa con niobio (~ 7% de niobio). El aditivo de niobio estabiliza la película protectora de óxido del uranio, lo que aumenta su resistencia al vapor de agua.
El niobio se encuentra en varias superaleaciones para turbinas de gas en motores a reacción. La aleación con niobio de molibdeno, titanio, circonio, aluminio y cobre mejora drásticamente las propiedades de estos metales, así como sus aleaciones. Existen aleaciones de alta temperatura basadas en niobio como material estructural para partes de motores a reacción y misiles (fabricación de palas de turbinas, bordes de ataque de alas, extremos de morro de aviones y misiles y revestimiento de cohetes). El niobio y sus aleaciones se pueden utilizar a temperaturas de funcionamiento de 1000 a 1200 ° C.
El carburo de niobio se encuentra en algunos grados de carburo de tungsteno que se utilizan para cortar aceros.
El niobio se utiliza ampliamente como aditivo de aleación en aceros. La adición de niobio en una cantidad de 6 a 10 veces mayor que el contenido de carbono en el acero elimina la corrosión intergranular del acero inoxidable y protege las soldaduras de la destrucción.
El niobio también se utiliza en varios aceros de alta temperatura (por ejemplo, para turbinas de gas), así como en aceros para herramientas y magnéticos.
El niobio se introduce en el acero en una aleación con hierro (ferroniobio) que contiene hasta un 60% de Nb. Además, el ferrotantaloniobio se usa con una proporción diferente entre tántalo y niobio en la ferroaleación.
En síntesis orgánica, algunos compuestos de niobio (sales de complejos de fluoruro, óxidos) se utilizan como catalizadores.
El uso y producción de niobio está creciendo rápidamente, lo que se debe a la combinación de sus propiedades como refractariedad, pequeña sección transversal para la captura de neutrones térmicos, la capacidad de formar aleaciones resistentes al calor, superconductoras y de otro tipo, resistencia a la corrosión, getter propiedades, baja función de trabajo de los electrones, buena trabajabilidad por presión en frío y soldabilidad. Los principales campos de aplicación del niobio: cohetería, tecnología espacial y aeronáutica, ingeniería de radio, electrónica, ingeniería de aparatos químicos, energía nuclear.
Aplicación de niobio metálico
Las partes de las aeronaves están hechas de niobio puro o sus aleaciones; carcasas para elementos combustibles de uranio y plutonio; contenedores y tuberías; para metales líquidos; piezas para condensadores electrolíticos; Accesorios "calientes" para lámparas electrónicas (para instalaciones de radar) y potentes generadores (ánodos, cátodos, rejillas, etc.); equipos resistentes a la corrosión en la industria química.
El niobio se alea con otros metales no ferrosos, incluido el uranio.
El niobio se utiliza en criotrones, elementos superconductores de las computadoras. El niobio también es conocido por su uso en la aceleración de estructuras en el Gran Colisionador de Hadrones.
Compuestos y aleaciones intermetálicos de niobio
Las aleaciones de estannuro de Nb3Sn y de niobio-titanio-circonio se utilizan para fabricar solenoides superconductores.
El niobio y las aleaciones con tantalio en muchos casos reemplazan al tantalio, lo que da un gran efecto económico (el niobio es más barato y casi dos veces más ligero que el tantalio).
El ferroniobio se introduce en los aceros inoxidables al cromo-níquel para evitar su corrosión y destrucción intergranular, y en otros tipos de aceros para mejorar sus propiedades.
El niobio se utiliza para acuñar monedas coleccionables. Por lo tanto, el Banco de Letonia afirma que el niobio se usa junto con la plata en las monedas de 1 lats de colección.
Aplicación de catalizador de compuestos de niobio O5 en la industria química;
en la produccion de refractarios, cermets, especiales. vidrio, nitruro, carburo, niobatos.
El carburo de niobio (pf 3480 ° C) en una aleación con carburo de circonio y carburo de uranio 235 es el material estructural más importante para los elementos combustibles de los motores a reacción nucleares de fase sólida.
El nitruro de niobio NbN se utiliza para la producción de películas superconductoras delgadas y ultrafinas con una temperatura crítica de 5 a 10 K con una transición estrecha del orden de 0,1 K
Niobio en medicina
La alta resistencia a la corrosión del niobio ha hecho posible su uso en medicina. Los hilos de niobio no irritan los tejidos vivos y están bien empalmados con ellos. La cirugía reconstructiva ha utilizado con éxito estos hilos para suturar tendones, vasos sanguíneos e incluso nervios desgarrados.
Aplicación en joyería
El niobio no solo posee un conjunto de propiedades necesarias para la técnica, sino que también se ve bastante hermoso. Los joyeros intentaron utilizar este metal blanco brillante para la fabricación de cajas de relojes de pulsera. Las aleaciones de niobio con tungsteno o renio a veces reemplazan a los metales nobles: oro, platino, iridio. Esto último es especialmente importante, ya que la aleación de niobio con renio no solo parece iridio metálico, sino que es casi igual de resistente al desgaste. Esto permitió a algunos países prescindir del costoso iridio en la producción de soldaduras para plumas estilográficas.
Minería de niobio en Rusia
En los últimos años, la producción mundial de niobio ha estado en el nivel de 24-29 mil toneladas. Cabe señalar que el mercado mundial de niobio está significativamente monopolizado por la empresa brasileña CBMM, que representa alrededor del 85% de la producción mundial de niobio.
Japón es el principal consumidor de productos que contienen niobio (el ferroniobio le pertenece principalmente). Este país importa anualmente más de 4 mil toneladas de ferroniobio de Brasil. Por lo tanto, los precios de importación japoneses de los productos que contienen niobio se pueden considerar con gran confianza como cercanos al promedio mundial. En los últimos años, ha habido una tendencia al alza en los precios del ferroniobio. Esto se debe a su creciente aplicación para la producción de aceros de baja aleación destinados principalmente a oleoductos y gasoductos. En general, cabe señalar que durante los últimos 15 años, el consumo mundial de niobio ha aumentado en un promedio de 4-5% anual.
Lamentablemente, hay que admitir que Rusia está "al margen" del mercado del niobio. A principios de los años 90, según los expertos de Giredmet, en la ex URSS se producían y consumían unas 2 mil toneladas de niobio (en términos de óxido de niobio). En la actualidad, el consumo de productos de niobio por parte de la industria rusa no supera las 100-200 toneladas. Cabe señalar que se crearon importantes capacidades de producción de niobio en la ex URSS, distribuidas en diferentes repúblicas: Rusia, Estonia, Kazajstán. Esta característica tradicional del desarrollo de la industria en la URSS ha puesto a Rusia en una posición muy difícil en muchos tipos de materias primas y metales. El mercado del niobio comienza con la producción de materias primas que contienen niobio. Su tipo principal en Rusia fue y sigue siendo el concentrado de loparita obtenido en Lovozersky GOK (ahora JSC Sevredmet, región de Murmansk). Antes del colapso de la URSS, la empresa producía alrededor de 23 mil toneladas de concentrado de loparita (el contenido de óxido de niobio es de aproximadamente el 8,5%). Posteriormente, la producción de concentrado disminuyó constantemente, en 1996-1998. la empresa fue detenida varias veces por falta de ventas. Actualmente, según las estimaciones, la producción de concentrado de loparita en la empresa se encuentra en el nivel de 700 a 800 toneladas por mes.
Cabe señalar que la empresa está ligada de manera bastante rígida a su único consumidor: la planta de magnesio de Solikamsk. El hecho es que el concentrado de loparita es un producto bastante específico que se obtiene solo en Rusia. Su tecnología de procesamiento es bastante complicada debido al complejo de metales raros que contiene (niobio, tantalio, titanio). Además, el concentrado es radiactivo, razón por la cual todos los intentos de ingresar al mercado mundial con este producto terminaron en vano. También debe tenerse en cuenta que el ferroniobio no se puede obtener a partir del concentrado de loparita. En 2000, en la planta de Sevredmet por esfuerzos de la empresa Roredmet, se puso en marcha una planta experimental para procesar concentrado de loparita para obtener, entre otros metales, productos comercializables que contienen niobio (óxido de niobio).
Los principales mercados para los productos de niobio SMZ son los países que no pertenecen a la CEI: las entregas se realizan a los EE. UU., Japón y países europeos. La participación de las exportaciones en el volumen total de producción supera el 90%. Las capacidades importantes para la producción de niobio en la URSS se concentraron en Estonia, en la Asociación de Producción Metalúrgica y Química de Sillamäe (Sillamäe). Ahora la empresa estonia se llama Silmet. En la época soviética, la empresa procesaba concentrado de loparita de Lovoozersky GOK, desde 1992 se ha detenido su envío. Silmet procesa actualmente solo un pequeño volumen de hidróxido de niobio en la planta de magnesio de Solikamsk. Actualmente, la empresa recibe la mayor parte de las materias primas que contienen niobio de Brasil y Nigeria. La administración de la empresa no excluye el suministro de concentrado de loparita, sin embargo, Sevredmet está tratando de seguir una política de procesamiento en el lugar, ya que la exportación de materias primas es menos rentable que el producto terminado.
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Vale la pena comenzar con el hecho de que el niobio está indisolublemente unido a una sustancia como el tantalio. Esto es incluso a pesar de que estos materiales no se descubrieron al mismo tiempo.
Que es el niobio
¿Qué se sabe hoy sobre una sustancia como el niobio? Es un elemento químico que se ubica en el grupo 5 de la tabla periódica, con número atómico 41 y masa atómica 92,9. Como muchos otros metales, esta sustancia tiene un brillo gris acero.
Uno de los parámetros físicos más importantes de esto es su refractariedad. Es gracias a esta característica que el uso de niobio se ha generalizado en muchas industrias. El punto de fusión de esta sustancia es de 2468 grados Celsius y el punto de ebullición es de 4927 grados Celsius.
Las propiedades químicas de esta sustancia también se encuentran en un nivel elevado. Se caracteriza por un alto nivel de resistencia a las temperaturas negativas, así como a los entornos más agresivos.
Producción
Cabe decir que la presencia de mineral que contiene el elemento Nb (niobio) es mucho mayor que la que contiene tantalio, pero el problema radica en la escasez del contenido del propio elemento en este mineral.
La mayoría de las veces, para obtener este elemento, se lleva a cabo un proceso de reducción térmica, en el que interviene aluminio o silicio. Como resultado de esta operación se obtienen compuestos de ferroniobio y ferrotantaloniobio. Cabe señalar que la versión metálica de esta sustancia se obtiene del mismo mineral, pero se utiliza una tecnología más compleja. Los crisoles de niobio y otros materiales obtenidos se caracterizan por características de muy alto rendimiento.
Métodos para obtener niobio.
Actualmente, una de las direcciones más desarrolladas para la obtención de este material son la aluminotérmica, la térmica de sodio y la carbotermia. La diferencia entre estos tipos también radica en los precursores que se utilizan para reducir el niobio. Digamos que K2NbF7 se usa en el método térmico de sodio. Pero, por ejemplo, en el método aluminotérmico, se usa pentóxido de niobio.
Si hablamos del método de producción carbotermal, entonces esta tecnología implica mezclar Nb con hollín. Este proceso debe tener lugar en un entorno de alta temperatura e hidrógeno. Como resultado de esta operación se obtendrá carburo de niobio. La segunda etapa consiste en que el medio de hidrógeno se sustituye por uno de vacío, mientras se mantiene la temperatura. En este momento, su óxido se agrega al carburo de niobio y se obtiene el metal en sí.
Es importante señalar que el niobio en lingotes es bastante común entre las formas del metal producido. Este producto está destinado a la producción de aleaciones a base de metales, así como a varios otros productos semiacabados.
También se puede producir una barra de este material, que se divide en varias categorías según la pureza de la sustancia. La menor cantidad de impurezas está contenida en la barra con la marca NBSh-00. La clase НБШ-0 se caracteriza por una mayor presencia de elementos tales como hierro, titanio y silicio de tantalio. La categoría que tiene el índice de impurezas más alto es НБШ-1. Se puede agregar que el niobio en lingotes no tiene tal clasificación.
Métodos de producción alternativos
Los métodos alternativos incluyen la fusión por zona de haz de electrones sin crisol. Este proceso permite obtener monocristales de Nb. Los crisoles de niobio se fabrican utilizando este método. Pertenece a la pulvimetalurgia. Se utiliza para obtener primero una aleación de este material y luego su muestra pura. La disponibilidad de este método ha llevado al hecho de que los anuncios para la compra de niobio son bastante comunes. Este método permite utilizar para obtener metal puro, no el mineral en sí, que es bastante difícil de extraer, o el concentrado del mismo, sino materias primas secundarias.
Otro método de producción alternativo es el niobio laminado. Vale la pena señalar que la mayoría de las diferentes empresas prefieren comprar varillas, alambre o chapa.
Laminado y laminado
La lámina hecha de este material es un producto semiacabado bastante común. Es la hoja enrollada más delgada de esta sustancia. Se utiliza para la producción de algunos productos y piezas. La lámina de niobio se obtiene a partir de materias primas puras mediante laminación en frío de lingotes de Nb. Los productos resultantes se caracterizan por indicadores tales como alta resistencia a la corrosión, ambientes agresivos y altas temperaturas. El niobio laminado y sus lingotes también proporcionan características tales como resistencia al desgaste del producto, alta ductilidad y buena maquinabilidad.
Los productos obtenidos de esta manera se utilizan con mayor frecuencia en esferas de actividad como la construcción de aeronaves, cohetería, medicina (cirugía), ingeniería de radio, ingeniería eléctrica, energía nuclear y energía nuclear. La lámina de niobio se empaqueta en carretes y se almacena en un lugar seco, protegido de la humedad, así como en un lugar protegido de los impactos mecánicos del exterior.
Aplicación en electrodos y aleaciones.
El uso de niobio está muy extendido. Puede utilizarse, como el cromo y el níquel, como material que forma parte de la aleación de hierro que se utiliza para fabricar electrodos. Debido al hecho de que el niobio, como el tantalio, es capaz de formar carburo superduro, a menudo se utiliza para la producción de aleaciones superduras. Se puede agregar que en la actualidad se está intentando con la ayuda de este material mejorar las propiedades de las aleaciones obtenidas en base a
Dado que el niobio es una materia prima capaz de crear elementos de carburo, al igual que el tantalio, se utiliza como mezcla de aleación en la producción de acero. Cabe señalar que durante mucho tiempo el uso de niobio como impureza del tantalio se consideró un efecto negativo. Sin embargo, hoy la opinión ha cambiado. Se ha encontrado que el Nb puede actuar como sustituto del tantalio, con gran éxito, ya que, debido a la menor masa atómica, se puede utilizar menos sustancia, conservando todas las antiguas capacidades y efectos del producto.
Aplicación en ingeniería eléctrica
Cabe destacar que el uso del niobio, como su hermano tantalio, es posible en los rectificadores, debido a que tienen la propiedad de conductividad unipolar, es decir, estas sustancias hacen pasar la corriente eléctrica en una sola dirección. Es posible utilizar este metal para crear dispositivos como ánodos, que se utilizan en potentes generadores y tubos amplificadores.
Es muy importante señalar que el uso de niobio ha llegado a la industria de la energía nuclear. En esta industria, los productos elaborados con esta sustancia se utilizan como materiales de construcción. Esto fue posible porque la presencia de Nb en las piezas las hace resistentes al calor y también les confiere altas cualidades de resistencia química.
Las excelentes características físicas de este metal han hecho que sea muy utilizado en tecnología de cohetes, en aviones a reacción y en turbinas de gas.
Producción de niobio en Rusia
Si hablamos de las reservas de este mineral, en total hay alrededor de 16 millones de toneladas. El depósito más grande, que representa alrededor del 70% del volumen total, se encuentra en Brasil. En el territorio de Rusia, se encuentran alrededor del 25% de las reservas de este mineral. Este indicador se considera una parte importante de todas las reservas de niobio. El depósito más grande de esta sustancia se encuentra en el este de Siberia, así como en el Lejano Oriente. Hoy, en el territorio de la Federación de Rusia, la empresa Lovozersky GOK se dedica a la extracción y producción de esta sustancia. Cabe señalar que la empresa "Stalmag" también se dedicó a la producción de niobio en Rusia. Ella desarrolló el depósito tártaro de este mineral, pero se cerró en 2010.
También puede agregar que se dedica a la producción de óxido de niobio. Lo obtienen procesando el concentrado de loparita. Esta planta produce entre 400 y 450 toneladas de esta sustancia, la mayor parte de las cuales se exporta a países como Estados Unidos y Alemania. Parte del óxido restante se destina a la planta mecánica de Chepetsk, que produce tanto niobio puro como sus aleaciones. Allí se ubican importantes capacidades, lo que permite la producción de hasta 100 toneladas de material por año.
Niobio metálico y su costo.
A pesar de que el alcance de esta sustancia es bastante amplio, el objetivo principal son las industrias espacial y nuclear. Por este motivo, Nb se clasifica como material estratégico.
Los principales parámetros que afectan el costo del niobio:
- pureza de la aleación, una gran cantidad de impurezas reduce el precio;
- la forma de entrega del material;
- volúmenes de material suministrado;
- ubicación del punto de recepción de mineral (diferentes regiones necesitan una cantidad diferente de un elemento, lo que significa que el precio es diferente).
Una lista aproximada de precios de material en Moscú:
- el niobio de la marca NB-2 cuesta en el rango de 420 a 450 rublos por kg;
- las virutas de niobio cuestan de 500 a 510 rublos por kg;
- un personal de la marca NBSh-00 cuesta de 490 a 500 rublos por kg.
Vale la pena señalar que, a pesar del enorme costo de este producto, la demanda solo está aumentando.
El niobio (Nb) es un metal de transición blando y poco común que se utiliza en la producción de acero de alta calidad. El niobio es un componente para la producción de aleaciones que, cuando se agrega a otros materiales, mejora significativamente sus propiedades. El acero que contiene niobio tiene muchas propiedades atractivas que lo hacen muy deseable para su uso en las industrias de la automoción, la construcción y los gasoductos. El acero con la adición de niobio es más duro, más ligero y más resistente a la corrosión.
El niobio en forma de ferroniobio estándar, que representa más del 90% de la producción de niobio, es un metal de transición, un miembro del grupo de elementos Vanadio. Tiene altos puntos de fusión y ebullición. A pesar de su alto punto de fusión en forma elemental (2.468 ° C), el niobio tiene una densidad baja en comparación con otros metales resistentes a la corrosión. Además, el niobio exhibe propiedades superconductoras bajo ciertas condiciones. En términos de propiedades químicas, el niobio es muy similar al tantalio.
Los depósitos de niobio se encuentran principalmente en Brasil y Canadá, que representan aproximadamente el 99% de la producción total de niobio del mundo, así como en Australia. El Servicio Geológico de Estados Unidos estima las reservas mundiales de niobio en 4,3 millones de toneladas en términos de contenido metálico.
Naturalmente, el niobio se encuentra en minerales como el pirocloro y la columbita, que contienen niobio y tantalio en proporciones variables. El mineral pirocloro se extrae principalmente por el niobio. La columbita se extrae para recuperar el tantalio y el niobio se recupera como subproducto. Roskill estima que aproximadamente el 97% del niobio se encuentra en el mineral pirocloro.
Reservas en depósitos de niobio en 2012, miles de toneladas *
* Datos del Servicio Geológico de EE. UU.
Los minerales de pirocloro se extraen utilizando dos métodos principales: de forma aislada o en combinación. La minería a cielo abierto es un método común en Brasil, mientras que la minería subterránea se utiliza en la mina Niobec en Canadá. Sin embargo, la mina Niobec en Canadá planea utilizar dos métodos de minería masiva: a cielo abierto y subterráneo, ya que tienen el potencial de aumentar significativamente la capacidad de la planta y los volúmenes de producción, al tiempo que reducen los costos operativos.
Una vez extraído el mineral, se tritura en pequeñas partículas y se concentra por flotación y separación magnética para eliminar el hierro. Canadá utiliza ácido nítrico para eliminar la apatita, mientras que Brasil utiliza un proceso especial para eliminar el bario, el fósforo y el azufre. El resultado de este tratamiento físico es un concentrado de pirocloro con un contenido de Nb2O5 del 55-60%. La mayor parte del concentrado de pirocloro se procesa en ferroniobio de grado estándar para su uso en aplicaciones industriales donde se toleran las impurezas. Las aplicaciones que requieren niveles de pureza más altos requieren un procesamiento posterior para llevar el niobio a niveles de pureza de ~ 99%, como los niveles de pureza de óxido de niobio o ferroniobio de grado de vacío, por ejemplo.
* Datos del Servicio Geológico de EE. UU.
La demanda mundial de niobio creció a una tasa promedio anual del 10% entre 2000 y 2010. El crecimiento fue impulsado por dos factores clave:
1. Demanda estable de acero, especialmente entre los productores de acero de los países BRICS. La demanda en estos países aumentó un 14% en 2010 a 1.414 millones de toneladas y se estima que ha aumentado otro 4% en 2011.
Cabe señalar que los sectores de la automoción, la construcción y el petróleo y el gas, que son los mayores consumidores de ferroniobio, tienden a estar altamente correlacionados con el crecimiento económico, y el estado de la economía mundial tiene el mayor impacto en la demanda de niobio.
El fuerte crecimiento del PIB en los países BRICS requiere más acero y, en consecuencia, determina una mayor demanda de niobio en la producción de acero. El PIB mundial aumentó un 5,1% en 2010, principalmente por el sólido desempeño de las economías de los países BRIC, que crecieron un 8,8% en 2010, especialmente China, que creció un 10,3%. El crecimiento del PIB en los países BRICS en 2011 y 2012 también fue alto: 4-10% en el contexto de un crecimiento económico mundial de ~ 3-4%. Durante la última década, los países BRICS han definido el panorama económico mundial, representando más de un tercio del crecimiento del PIB mundial y, en términos de poder adquisitivo, sus economías han crecido de una sexta parte de la economía mundial a casi una cuarta parte.
Goldman Sachs predice que el tamaño de las economías de los países BRICS, en su conjunto, superará el tamaño de la economía estadounidense para 2018. Para 2020, se espera que los países BRICS representen aproximadamente el 49% del crecimiento del PIB mundial y estos países representarán un tercio de la economía mundial basada en el poder adquisitivo.
Las positivas perspectivas económicas mundiales son la confirmación de una fuerte demanda industrial mundial, lo que es un buen augurio para el sector del acero. El crecimiento global total de la producción de acero seguirá afectando significativamente la demanda de niobio.
2. Un aumento en la cantidad de niobio utilizado para la producción de acero.
A medida que aumentan las demandas de los usuarios finales del acero por productos de mayor calidad, las acerías deben aumentar el uso de niobio para producir acero que cumpla con estándares y especificaciones más altos. En 2000, se agregaron 40 gramos de ferroniobio a 1 tonelada de acero. En 2008, ya era de 63 gramos por tonelada. Teniendo en cuenta que el niobio representa un porcentaje muy pequeño del acero en términos de valor, pero agrega un valor significativo al mejorar sus características, especialmente resistencia, durabilidad, ligereza y flexibilidad, se espera que el uso de este metal continúe aumentando en todos los segmentos de uso final. .
Se espera que el fuerte crecimiento de la demanda de niobio continúe a corto y largo plazo, ya que los mercados emergentes continúan creciendo y ya se han desarrollado aplicaciones para aceros de mayor calidad.
Teniendo en cuenta la creciente producción de acero y el porcentaje cada vez mayor de niobio que contiene, se estima que el consumo mundial de ferroniobio aumentó en ~ 11% de ~ 78.100 toneladas en 2010 a ~ 86.000 toneladas en 2011.
Los mayores consumidores de niobio son China, América del Norte y Europa. China es el mercado de niobio de más rápido crecimiento en el mundo, y representó el 25% del consumo total en 2010. Esto refleja el tamaño de su industria del acero y el rápido crecimiento de la producción en los últimos años. China es el principal productor de acero inoxidable del mundo, con una participación de la producción mundial que creció del 1-2% en la década de 1990 al 36,7% en 2010. China es también el productor de aceros aleados más grande y de más rápido crecimiento, incluidos los aceros HSLA.
Producción y consumo de niobio en el mundo, miles de toneladas *
| año | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Producción total | 67.9 | 40.6 | 59.4 | 65.7 | 62.9 |
| Consumo total | 58.1 | 40.6 | 48.9 | 61.5 | 62.9 |
| Balance de mercado | 9.8 | -- | 9.4 | -0.4 | -0.4 |
* datos del Centro Internacional de Estudios de Tantalio-Niobio
A principios de la década de 2000, los precios del niobio se mantuvieron relativamente estables, oscilando entre US $ 12,00 y US $ 13,50 por kilogramo. El crecimiento económico sustancial en los mercados emergentes, especialmente las economías BRIC, y el aumento del uso de niobio en la producción de acero han impulsado los precios de los metales a subir a 32,63 dólares EE.UU. / kg en 2007 y a seguir aumentando a 60,00 dólares EE.UU. / kg en 2012. Solo en 2008 y 2009, los precios del niobio cayeron ligeramente en el contexto de la crisis económica mundial. Sin embargo, esta disminución fue mucho menor que la de los metales sustitutos.
Desde el punto de vista del consumidor, un precio estable para el niobio es una característica deseable, ya que permite una mejor predicción y planificación de costos en consecuencia. Además, los usuarios finales están enfatizando la importancia de obtener niobio de múltiples proveedores para minimizar la interrupción de la cadena de suministro y evitar el exceso de confianza en un fabricante.
El sustituto clave del niobio es el ferrovanadio, cuyo mercado se ha recuperado en gran medida del colapso experimentado durante la crisis financiera. Sin embargo, el precio comparativamente más alto del ferrovanadio y una volatilidad significativamente más alta han contribuido a su reemplazo por ferroniobio, que tiene un historial de precios más predecible.
Dado el alto valor agregado del uso de niobio en el proceso de fabricación de acero (es decir, resistencia adicional, durabilidad, resistencia a la corrosión, resistencia térmica, reducción de peso) y una parte relativamente pequeña del costo total, la demanda de los compradores de metales es bastante inelástica. Como ejemplo, se cree que el niobio también constituye un aditivo para las aleaciones de alto valor que se utilizan en campos técnicos (componentes de motores a reacción, equipos médicos, ingeniería pesada) donde el cumplimiento de los requisitos técnicos y el rendimiento superior es una necesidad. Como resultado, aumentó la proporción del uso de niobio en la producción de acero. Se espera que esta tendencia continúe en el futuro.
Dada la falta de ventas activas en el mercado libre y, como consecuencia, la falta de precios competitivos, pocos analistas de investigación hacen predicciones sobre los precios futuros del niobio, y quienes hacen tales predicciones son bastante conservadores. A pesar de estos factores, se espera que el niobio tenga una gran demanda a corto plazo y los precios de los metales se mantengan altos. Algunos analistas esperan nuevos aumentos en los precios del niobio durante los próximos dos o tres años en función de las interacciones de los consumidores y la demanda futura.
Se espera que los sectores de la construcción, la automoción y el petróleo y el gas sigan representando el mayor porcentaje del consumo de niobio. Estos sectores se vieron afectados negativamente por la crisis financiera de 2008, pero se han recuperado en los años siguientes y se prevé que crezcan a un ritmo constante.
En griego antiguo. mitología * a. niobio; norte. Niob, niobio; F. niobio; y. niobio), es un elemento químico del grupo V del sistema periódico de Mendeleev, número atómico 41, masa atómica 92.9064. Tiene un isótopo natural, 93 Nb.
El químico inglés C. Hatchet aisló por primera vez el óxido de niobio de la columbita en 1801. El niobio metálico fue obtenido en 1866 por el científico sueco K.V. Blomstrand.
Propiedades del niobio
El niobio es un metal de color acero, tiene una red cúbica centrada en el cuerpo con a = 0.3294 nm; densidad 8570 kg / m 3; punto de fusión 2500 ° С, punto de ebullición 4927 ° С; capacidad calorífica (298 K) 24,6 J / (mol.K); conductividad térmica (273 K) 51,4 W / (m.K); coeficiente de temperatura de expansión lineal (63-1103 K) 7.9.10 -6 K -1; resistencia eléctrica específica (293 K) 16,10 -8 Ohm.m; coeficiente térmico de resistencia eléctrica (273 K) 3.95.10 -3 K -1. La temperatura de transición superconductora es de 9,46 K.
El estado de oxidación es +5, con menos frecuencia de +1 a +4. En términos de propiedades químicas, está cerca del tantalio, extremadamente resistente al frío y, con poco calentamiento, a la acción de muchos medios agresivos, incl. y ácidos. El niobio disuelve solo el ácido fluorhídrico, su mezcla con ácido nítrico y álcali. Anfoterina. Al interactuar con halógenos, forma haluros de niobio. Cuando Nb 2 O 5 se fusiona con sosa, se obtienen sales de ácidos de niobio - niobatos -, aunque los ácidos en sí mismos no existen en estado libre. El niobio puede formar sales dobles y compuestos complejos. No tóxico.
Recibir y usar
Para obtener niobio, el concentrado de niobio se fusiona con hidróxido de sodio o sosa y la aleación resultante se lixivia. El Nb y Ta contenidos en el precipitado no disuelto se separan y el óxido de niobio se reduce por separado del óxido de tantalio. El niobio compacto se produce mediante pulvimetalurgia, arco eléctrico, vacío y fusión por haz de electrones.
El niobio es uno de los componentes principales en la aleación de aceros y aleaciones resistentes al calor. El niobio y sus aleaciones se utilizan como materiales estructurales para partes de motores a reacción, cohetes, turbinas de gas, equipos químicos, dispositivos electrónicos, condensadores eléctricos y dispositivos superconductores. Los niobatos se utilizan ampliamente como materiales ferroeléctricos, piezoeléctricos y láser.
