Universitatea de Stat de Mine din Ural
Pe tema: Proprietățile niobiului
Grupa: M-13-3
Student: Mokhnashin Nikita
1. Informații generale despre element
Proprietățile fizice ale niobiului
Proprietățile chimice ale niobiului
Niobiu gratuit
Oxizii de niobiu și sărurile lor
Compușii niobiului
Țări lider în producția de niobiu
1. Informații generale despre element
Omenirea este familiarizată cu elementul care ocupă a 41-a celulă din tabelul Mendeleev de mult timp. Vârsta numelui său actual - niobiu - este cu aproape jumătate de secol mai tânără. S-a întâmplat că articolul #41 a fost deschis de două ori. Prima dată - în 1801, omul de știință englez Charles Hatchet a examinat o probă dintr-un mineral fidel trimis Muzeului Britanic din America. Din acest mineral, a izolat oxidul unui element necunoscut anterior. Hatchet a numit noul element Columbia, marcând astfel originea sa de peste mări. Iar mineralul negru a fost numit columbit. Un an mai târziu, chimistul suedez Ekeberg a izolat din columbită oxidul unui alt element nou numit tantal. Asemănarea compușilor Columbium și tantal a fost atât de mare încât timp de 40 de ani majoritatea chimiștilor au crezut că tantalul și columbiul sunt unul și același element.
În 1844, chimistul german Heinrich Rose a examinat mostre de columbit găsite în Bavaria. A redescoperit oxizii a două metale. Unul dintre ei a fost un oxid al tantalului deja cunoscut. Oxizii erau asemănători, iar pentru a sublinia asemănarea lor, Rose a numit elementul care formează al doilea oxid de niobiu, după Niobe, fiica martirului mitologic Tantalus. Cu toate acestea, Rose, la fel ca Hatchet, nu a putut obține acest element în stare liberă. Niobiul metalic a fost obținut pentru prima dată abia în 1866 de către omul de știință suedez Blomstrand în timpul reducerii clorurii de niobiu cu hidrogen. La sfârşitul secolului al XIX-lea. s-au găsit încă două metode de obţinere a acestui element. Mai întâi Moissan l-a primit într-un cuptor electric, reducând oxidul de niobiu cu carbon, iar apoi Goldschmidt a reușit să restaureze același element cu aluminiu. Și au continuat să numească elementul nr. 41 în diferite țări în mod diferit: în Anglia și SUA - Colombium, în alte țări - niobiu. Sfârșitul acestei discordii a fost pus de Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) în 1950. S-a hotărât să se legitimeze peste tot denumirea elementului „niobiu”, iar numele „columbit” a fost atribuit principalului mineral al niobiu. Formula sa este (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6.
Nu întâmplător niobiul este considerat un element rar: este într-adevăr rar și în cantități mici, întotdeauna sub formă de minerale și niciodată în starea sa nativă. Un detaliu interesant: în diferite publicații de referință clarke (conținutul din scoarța terestră) de niobiu este diferit. Acest lucru se datorează în principal faptului că în ultimii ani au fost găsite noi zăcăminte de minerale care conțin niobiu în țările africane. În „Manualul chimistului”, vol. 1 (M., „Chimie”, 1963) sunt date cifrele: 3,2 · 10-5% (1939), 1 · 10-3% (1949) și 2, 4 10- 3% (1954). Dar chiar și ultimele cifre sunt subestimate: zăcămintele africane descoperite în ultimii ani nu au fost incluse aici. Cu toate acestea, se estimează că aproximativ 1,5 milioane de tone de niobiu metalic pot fi topite din mineralele zăcămintelor deja cunoscute.
Proprietățile fizice ale niobiului
Niobiul este un metal strălucitor de culoare gri-argintiu.
Niobiul elementar este un metal extrem de refractar (2468 ° C) și cu punct de fierbere ridicat (4927 ° C), care este foarte rezistent în multe medii corozive. Toți acizii, cu excepția acidului fluorhidric, nu acționează asupra acestuia. Acizii oxidanți „pasivează” niobiul, acoperindu-l cu o peliculă de oxid protector (nr. 205). Dar la temperaturi ridicate, reactivitatea niobiului crește. Dacă la 150 ... 200 ° C doar un strat mic de suprafață al metalului este oxidat, atunci la 900 ... 1200 ° C grosimea peliculei de oxid crește semnificativ.
Rețeaua cristalină a niobiului este cubică centrată pe corp, cu un parametru a = 3,294 Å.
Metalul pur este ductil și poate fi rulat într-o foaie subțire (până la o grosime de 0,01 mm) în stare rece fără recoacere intermediară.
Este posibil să se constate astfel de proprietăți ale niobiului ca punct de topire și fierbere ridicat, o funcție de lucru mai scăzută a electronilor în comparație cu alte metale refractare - wolfram și molibden. Ultima proprietate caracterizează capacitatea de a emisia de electroni (emisia de electroni), care este utilizată pentru utilizarea niobiului în tehnologia vidului. Niobiul are, de asemenea, o temperatură de tranziție supraconductivă ridicată.
Densitate 8,57 g/cm 3(20 ° C); t pl 2500 ° C; t balot 4927 ° C; presiunea vaporilor (în mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 N/m 2) 1 10 -5(2194 ° C), 1 10 -4(2355 ° C), 6 10 -4(la or pl ), 1 10-3 (2539 ° C).
La temperatura ambiantă, niobiul este stabil în aer. Debutul oxidării (filmele de pată) se observă atunci când metalul este încălzit la 200 - 300 ° C. Peste 500 °, are loc oxidarea rapidă cu formarea de oxid Nb2 O 5.
Conductivitate termică în W/(m·K) la 0°C și 600°C, respectiv 51,4 și 56,2, aceeași în cal/(cm · sec ·°C) 0,125 și 0,156. Rezistenta electrica volumetrica specifica la 0°C 15,22 10 -8ohm m (15,22 10 -6ohm cm). Temperatura de tranziție supraconductoare este de 9,25 K. Niobiul este paramagnetic. Funcția de lucru a electronilor este de 4,01 eV.
Niobiul pur este ușor de presurizat la rece și își păstrează proprietăți mecanice satisfăcătoare la temperaturi ridicate. Rezistența sa finală la 20 și 800 ° C este de 342 și, respectiv, 312 MN / m. 2, același în kgf / mm 234,2 și 31,2; alungire la 20 și 800 ° C, respectiv, 19,2 și 20,7%. Duritatea Brinell a niobiului pur 450, tehnic 750-1800 Mn/m 2... Impuritățile unor elemente, în special hidrogenul, azotul, carbonul și oxigenul, afectează foarte mult ductilitatea și cresc duritatea niobiului.
3. Proprietățile chimice ale niobiului
Niobiul este deosebit de apreciat pentru rezistența sa la substanțele anorganice și organice.
Există o diferență în comportamentul chimic al metalului sub formă de pulbere și a nodulilor. Acesta din urmă este mai stabil. Metalele nu acționează asupra ei, chiar dacă sunt încălzite la temperaturi ridicate. Metalele alcaline lichide și aliajele lor, bismut, plumb, mercur, staniu pot fi în contact cu niobiul pentru o lungă perioadă de timp, fără a-i modifica proprietățile. Chiar și oxidanți puternici precum acidul percloric, „aqua regia”, ca să nu mai vorbim de nitric, sulfuric, clorhidric și toate celelalte, nu pot face nimic cu el. Soluțiile alcaline nu au nici un efect asupra niobiului.
Există, totuși, trei reactivi care pot transforma niobiul metal în compuși chimici. Unul dintre ele este un hidroxid topit al unui metal alcalin:
Nb + 4NaOH + 5О2 = 4NaNbO3 + 2H2О
Celelalte două sunt acidul fluorhidric (HF) sau amestecul acestuia cu acid azotic (HF + HNO). În acest caz, se formează complexe de fluorură, a căror compoziție depinde în mare măsură de condițiile de reacție. Elementul este în orice caz inclus în anionul de tip 2 sau 2.
Dacă luăm niobiu sub formă de pudră, atunci este ceva mai activ. De exemplu, în nitratul de sodiu topit, chiar se aprinde, transformându-se în oxid. Niobiul compact începe să se oxideze atunci când este încălzit peste 200 ° C, iar pulberea este acoperită cu o peliculă de oxid deja la 150 ° C. În același timp, se manifestă una dintre proprietățile minunate ale acestui metal - își păstrează plasticitatea.
Sub formă de rumeguș, când este încălzit peste 900 ° C, arde complet la Nb2O5. Arde puternic într-un jet de clor:
Nb + 5Cl2 = 2NbCl5
Reacționează cu sulful când este încălzit. Este dificil de aliat cu majoritatea metalelor. Excepții, probabil, sunt doar două: fierul, cu care se formează soluții solide de diferite rapoarte și aluminiul, care are un compus Al2Nb cu niobiu.
Ce calități ale niobiului îl ajută să reziste la acțiunea celor mai puternici agenți de oxidare a acidului? Se pare că acest lucru nu se referă la proprietățile metalului, ci la caracteristicile oxizilor săi. La contactul cu agenții oxidanți, pe suprafața metalului apare un strat de oxizi foarte subțire (și deci invizibil), dar foarte dens. Acest strat devine un obstacol de netrecut pe calea agentului de oxidare către o suprafață metalică curată. Doar unii reactivi chimici, în special anionul fluor, pot pătrunde prin ea. Prin urmare, în esență metalul este oxidat, dar practic nu se observă niciun rezultat de oxidare datorită prezenței unei pelicule de protecție subțiri. Pasivitatea față de acidul sulfuric diluat este utilizată pentru a crea un redresor de curent alternativ. Este aranjat simplu: plăcile de platină și niobiu sunt scufundate într-o soluție de acid sulfuric de 0,05 m. Niobiul în stare pasivată poate conduce curentul dacă este un electrod negativ - un catod, adică electronii pot trece prin stratul de oxid numai din partea metalică. Calea electronilor din soluție este închisă. Prin urmare, atunci când un curent alternativ este trecut printr-un astfel de dispozitiv, atunci trece o singură fază, pentru care platina este anodul, iar niobiul este catodul.
halogen de niobiu metalic
4. Niobiu în stare liberă
Este atât de frumos încât, la un moment dat, au încercat să facă bijuterii din el: cu culoarea sa gri deschis, niobiul seamănă cu platina. În ciuda punctului de topire ridicat (2500 ° C) și a punctelor de fierbere (4840 ° C), orice produs poate fi ușor fabricat din acesta. Metalul este atât de ductil încât poate fi prelucrat la rece. Este foarte important ca niobiul să-și păstreze proprietățile mecanice la temperaturi ridicate. Adevărat, ca și în cazul vanadiului, chiar și impuritățile mici de hidrogen, azot, carbon și oxigen reduc foarte mult plasticitatea și cresc duritatea. Niobiul devine fragil la temperaturi cuprinse între -100 și -200 ° C.
Obținerea niobiului într-o formă ultrapură și compactă a devenit posibilă odată cu implicarea tehnologiei în ultimii ani. Întregul proces tehnologic este complex și necesită timp. Practic, este împărțit în 4 etape:
1.obţinerea unui concentrat: ferroniobium sau ferrotantaloniobium;
.deschiderea concentratului - transfer de niobiu (și tantal) în orice compuși insolubili pentru a-l separa de cea mai mare parte a concentratului;
.separarea niobiului și tantalului și obținerea compușilor lor individuali;
.obţinerea şi rafinarea metalelor.
Primii doi pași sunt destul de simpli și obișnuiți, deși necesită timp. Gradul de separare a niobiului și tantalului este determinat de a treia etapă. Dorința de a obține cât mai mult niobiu și mai ales tantal a forțat căutarea celor mai noi metode de separare: extracția selectivă, schimbul de ioni, rectificarea compușilor acestor elemente cu halogeni. Ca rezultat, fie oxid, fie pentacloruri de tantal și niobiu sunt obținute separat. În ultima etapă, reducerea cu cărbune (funingine) este utilizată într-un curent de hidrogen la 1800 ° C, iar apoi temperatura este crescută la 1900 ° C și presiunea este scăzută. Carbura obținută prin interacțiunea cu cărbunele reacţionează cu Nb2O5:
2Nb2O5 + 5NbC = 9Nb + 5CO3,
iar pulberea de niobiu apare. Dacă, în urma separării niobiului de tantal, nu se obține un oxid, ci o sare, atunci se tratează cu sodiu metalic la 1000 ° C și se obține și niobiu sub formă de pulbere. Prin urmare, la transformarea ulterioară a pulberii într-un monolit compact, se realizează topirea într-un cuptor cu arc, iar topirea cu fascicul de electroni și zona este utilizată pentru a obține cristale simple de niobiu foarte pur.
Oxizii de niobiu și sărurile lor
Numărul de compuși cu oxigen din niobiu este mic, mult mai mic decât cel al vanadiului. Acest lucru se explică prin faptul că în compușii corespunzători stării de oxidare +4, +3 și +2, niobiul este extrem de instabil. Dacă atomul acestui element a început să doneze electroni, atunci tinde să-i doneze pe toți cinci pentru a dezvălui o configurație electronică stabilă.
Dacă comparăm ionii din aceeași stare de oxidare a doi vecini din grup - vanadiu și niobiu, atunci se constată o creștere a proprietăților față de metale. Caracterul acid al oxidului de Nb2O5 este vizibil mai slab decât cel al oxidului de vanadiu (V). Nu formează acid când este dizolvat. Numai la fuziunea cu alcaline sau carbonați apar proprietățile sale acide:
O5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3NbO4 + ЗС02
Această sare - ortoniobat de sodiu - este similară cu aceleași săruri ale acidului ortofosforic și ortovanadic. Cu toate acestea, în fosfor și arsenic, ortoforma este cea mai stabilă, iar încercarea de a obține orthoniobat în forma sa pură eșuează. La procesarea aliajului cu apă, nu sarea Na3NbO4 este eliberată, ci metaniobatul de NaNbO3. Este o pulbere cristalină fină incoloră greu solubilă în apă rece. În consecință, în niobiul aflat în cea mai mare stare de oxidare, nu orto-, ci meta-forma compușilor este mai stabilă.
Printre alți compuși ai oxidului de niobiu (V) cu oxizi bazici, sunt cunoscuți diniobații K4Nb2O7, care amintesc de piroacizi, și poliniobații (ca umbră a acizilor polifosforici și polivanadiului) cu formulele aproximative K7Nb5O16.nH2O și K8Nb6O19. Sărurile menționate, corespunzătoare oxidului de niobiu superior, conțin acest element în anion. Forma acestor săruri ne permite să le considerăm derivate ale niobiului. acizi. Acești acizi nu pot fi obținuți în forma lor pură, deoarece pot fi considerați mai degrabă ca oxizi care au o legătură cu moleculele de apă. De exemplu, metaforma este Nb2O5. H2O, iar forma orgo este Nb2O5. 3H2O. Alături de astfel de compuși, niobiul are și alții, unde este deja inclus în cation. Niobiul nu formează săruri simple precum sulfații, nitrații etc. La interacțiunea cu hidrosulfatul de sodiu NaHSO4 sau cu oxidul de azot N2O4 apar substanțe cu un cation complex: Nb2O2 (SO4) 3. Cationii din aceste săruri seamănă cu cationul vanadiu cu singura diferență că aici ionul este încărcat cu cinci încărcări, în timp ce în vanadiu starea de oxidare în ionul vanadil este de patru. Același cation NbO3 + este inclus în compoziția unor săruri complexe. Oxidul de Nb2O5 se dizolvă destul de ușor în acid fluorhidric apos. Sarea complexă K2 poate fi izolată din astfel de soluții. H2O.
Pe baza reacțiilor luate în considerare, se poate concluziona că niobiul în starea sa cea mai ridicată de oxidare poate fi inclus atât în compoziția anionicilor, cât și în compoziția cationului. Aceasta înseamnă că niobiul pentavalent este amfoter, dar totuși cu o predominanță semnificativă a proprietăților acide.
Există mai multe moduri de a obține Nb2O5. În primul rând, interacțiunea niobiului cu oxigenul atunci când este încălzit. În al doilea rând, calcinarea sărurilor de niobiu în aer: sulfură, nitrură sau carbură. În al treilea rând, cea mai comună metodă este deshidratarea hidratului. Oxidul hidratat Nb2O5 se precipită din soluții apoase de săruri cu acizi concentrați. xH2O. Apoi, când soluțiile sunt diluate, se formează un precipitat de oxid alb. Deshidratarea nămolului Nb2O5 xH2O este însoțită de eliberarea de căldură. Toată masa se încălzește. Acest lucru se datorează transformării oxidului amorf într-o formă cristalină. Oxidul de niobiu vine în două culori. În condiții normale, este alb, dar devine galben când este încălzit. Cu toate acestea, de îndată ce oxidul este răcit, culoarea dispare. Oxidul este refractar (punct de topire = 1460 ° C) și nevolatil.
Stările inferioare de oxidare ale niobiului corespund NbО2 și NbО. Prima dintre acestea două este o pulbere neagră cu o strălucire albastră. NbO2 se obține din Nb2O5 prin luarea de oxigen cu magneziu sau hidrogen la o temperatură de aproximativ o mie de grade:
O5 + H2 = 2NbO2 + H2O
În aer, acest compus se transformă cu ușurință înapoi în oxidul superior Nb2O5. Caracterul său este destul de secret, deoarece oxidul nu este insolubil nici în apă, nici în acizi. Cu toate acestea, el este creditat cu un caracter acid pe baza interacțiunii cu alcalii apos fierbinți; în acest caz, totuși, oxidarea are loc la un ion cu cinci încărcări.
S-ar părea că diferența unui electron nu este atât de mare, dar spre deosebire de Nb2O5, oxidul de NbO2 conduce un curent electric. Evident, există o legătură metal-metal în acest compus. Dacă profitați de această calitate, atunci când este încălzit cu un curent alternativ puternic, puteți determina NbO2 să renunțe la oxigenul său.
Odată cu pierderea oxigenului, NbO2 se transformă în oxid NbO, iar apoi tot oxigenul este separat destul de repede. Se știu puține despre oxidul de niobiu inferior NbO. Are un luciu metalic și este asemănător ca aspect cu metalul. Conduce perfect curentul electric. Într-un cuvânt, se comportă ca și cum nu ar exista deloc oxigen în compoziția sa. Chiar și, ca un metal tipic, reacționează violent cu clorul atunci când este încălzit și se transformă în oxiclorură:
2NbO + 3Cl2 = 2NbOCl3
Înlocuiește hidrogenul din acidul clorhidric (de parcă nu ar fi deloc un oxid, ci un metal precum zincul):
NbO + 6HCI = 2NbOCl3 + 3H2
NbO poate fi obținut sub formă pură prin calcinarea sării complexe deja menționate a K2 cu sodiu metalic:
К2 + 3Na = NbO + 2KF + 3NaF
Oxidul de NbO are cel mai înalt punct de topire de 1935 ° C dintre toți oxizii de niobiu. Pentru a purifica niobiul din oxigen, temperatura este crescută la 2300 - 2350 ° C, apoi, simultan cu evaporarea, NbO se descompune în oxigen și metal. Are loc rafinarea (curățarea) metalului.
Compușii niobiului
Povestea despre element nu ar fi completă fără a menționa compușii săi cu halogeni, carburi și nitruri. Acest lucru este important din două motive. În primul rând, datorită complexelor de fluorură, este posibil să se separe niobiul de eternul său companion tantal. În al doilea rând, acești compuși ne dezvăluie calitățile niobiului ca metal.
Interacțiunea halogenilor cu niobiul metalic:
Se pot obține Nb + 5Cl2 = 2NbCl5, toate pentalidele de niobiu posibile.
Pentafluorura NbF5 (punct de topire = 76 ° C) este incoloră în stare lichidă și în vapori. La fel ca pentafluorura de vanadiu, este polimerică în stare lichidă. Atomii de niobiu sunt legați între ei prin atomi de fluor. În formă solidă, are o structură formată din patru molecule (Fig. 2).
Orez. 2. Structura solidă a NbF5 și TaF5 este formată din patru molecule.
Soluțiile în acid fluorhidric H2F2 conțin diverși ioni complecși:
H2F2 = H2 + H2O = H2
sare de potasiu K2. H2O este important pentru separarea niobiului de tantal, deoarece, spre deosebire de sarea de tantal, este foarte solubil.
Restul pentalidelor de niobiu sunt viu colorate: NbCl5 galben, NbBr5 violet-rosu, NbI2 maro. Toate sublime fără descompunere în atmosfera halogenului corespunzător; în pereche sunt monomeri. Punctele de topire și de fierbere ale acestora cresc la trecerea de la clor la brom și iod. Unele dintre modalitățile de obținere a pentalidelor sunt următoarele:
2Nb + 5I2 2NbI5;O5 + 5C + 5CI22NbCl5 + 5CO;.
2NbCl5 + 5F22NbF5 + 5Cl2
Pentalidele sunt ușor solubile în solvenți organici: eter, cloroform, alcool. Cu toate acestea, se descompun complet cu apă - sunt hidrolizate. În urma hidrolizei, se obțin doi acizi - hidrohalogenic și niobic. De exemplu,
4H2O = 5HCI + H3NbO4
Când hidroliza este nedorită, atunci se introduce un acid puternic și echilibrul procesului descris mai sus este deplasat către NbCl5. În acest caz, pentahalogenura se dizolvă fără a suferi hidroliză,
Carbura de niobiu merită o recunoștință specială din partea metalurgiștilor. În orice oțel, există carbon; niobiul, legându-l în carbură, îmbunătățește calitatea oțelului aliat. De obicei, la sudarea oțelului inoxidabil, cusătura are o rezistență mai mică. Introducerea a 200 g per tona de niobiu ajută la corectarea acestei deficiențe. Când este încălzit, niobiul formează un compus cu carbon - carbură, înaintea tuturor celorlalte metale din oțel. Acest compus este destul de plastic și, în același timp, este capabil să reziste la temperaturi de până la 3500 ° C. Un strat de carbură de numai o jumătate de milimetru gros este suficient pentru a proteja metalele și, cel mai important, grafitul de coroziune. Carbura poate fi obținută prin încălzirea unui oxid de metal sau de niobiu (V) cu carbon sau gaze care conțin carbon (CH4, CO).
Nitrura de niobiu este un compus care nu este afectat de niciun acid și chiar de „aqua regia” atunci când este fiert; rezistent la apa. Singurul lucru cu care poate fi forțat să interacționeze este alcalii la fierbere. În acest caz, se descompune odată cu eliberarea de amoniac.
Nitrura de NbN este gri deschis cu o nuanță gălbuie. Este refractar (temp. 2300 ° C), are o caracteristică remarcabilă - la o temperatură apropiată de zero absolut (15,6 K, sau -267,4 ° C), are supraconductivitate.
Dintre compușii care conțin niobiu într-o stare de oxidare inferioară, halogenurile sunt cele mai cunoscute. Toate halogenurile inferioare sunt solide cristaline închise (de la roșu închis la negru). Stabilitatea lor scade pe măsură ce starea de oxidare a metalului scade.
Aplicarea niobiului în diverse industrii
Utilizarea niobiului pentru alierea metalelor
Oțelul aliat cu niobiu are o rezistență bună la coroziune. De asemenea, cromul crește rezistența la coroziune a oțelului și este mult mai ieftin decât niobiul. Acest cititor are dreptate și greșit în același timp. Greșit pentru că am uitat de un lucru.
În oțelul crom-nichel, ca în orice alt oțel, există întotdeauna carbon. Dar carbonul se combină cu cromul pentru a forma carbură, ceea ce face oțelul mai casant. Niobiul are o afinitate mai mare pentru carbon decât crom. Prin urmare, atunci când niobiul este adăugat la oțel, se formează în mod necesar carbura de niobiu. Oțelul aliat cu niobiu capătă proprietăți anticorozive ridicate și nu își pierde ductilitatea. Efectul dorit se obține atunci când la o tonă de oțel se adaugă doar 200 g de niobiu metalic. Iar niobiul conferă oțelului crom-mangait rezistență ridicată la uzură.
Multe metale neferoase sunt, de asemenea, aliate cu niobiu. Deci, aluminiul, care se dizolvă ușor în alcalii, nu reacționează cu ele dacă i se adaugă doar 0,05% niobiu. Și cuprul, cunoscut pentru moliciunea sa și multe dintre aliajele sale, niobiul pare să se întărească. Mărește rezistența metalelor precum titanul, molibdenul, zirconiul și, în același timp, le crește rezistența la căldură și rezistența la căldură.
Acum, proprietățile și capacitățile niobiului sunt apreciate la adevărata lor valoare de către aviație, inginerie mecanică, inginerie radio, industria chimică și energia nucleară. Toți au devenit consumatori de niobiu.
O proprietate unică - absența unei interacțiuni vizibile a niobiului cu uraniul la temperaturi de până la 1100 ° C și, în plus, o bună conductivitate termică, o secțiune transversală mică de absorbție eficientă pentru neutronii termici au făcut din niobiu un concurent serios al metalelor recunoscute în domeniul nuclear. industrie - aluminiu, beriliu și zirconiu. În plus, radioactivitatea artificială (indusă) a niobiului este scăzută. Prin urmare, poate fi folosit pentru realizarea de containere pentru depozitarea deșeurilor radioactive sau instalații pentru utilizarea acestora.
Industria chimică consumă relativ puțin niobiu, dar acest lucru se datorează doar deficitului său. Echipamentele pentru producerea acizilor de înaltă puritate sunt uneori realizate din aliaje care conțin niobiu și, mai rar, din niobiu în foaie. Capacitatea niobiului de a influența viteza unor reacții chimice este utilizată, de exemplu, în sinteza alcoolului din butadienă.
Rachetele și tehnologia spațială au devenit, de asemenea, consumatori ai elementului nr. 41. Nu este un secret pentru nimeni că unele cantități din acest element se rotesc deja pe orbite apropiate de pământ. Unele părți ale rachetelor și echipamentelor de bord ale sateliților de pământ artificial sunt fabricate din aliaje care conțin niobiu și niobiu pur.
Utilizarea niobiului în alte industrii
Foile și barele de niobiu sunt folosite pentru a face „fitting-uri fierbinți” (adică piese încălzite) - anozi, grile, catozi încălziți indirect și alte părți ale lămpilor electronice, în special lămpile generatoare puternice.
Pe lângă metalul pur, aliajele de tantal-niobiu sunt folosite în aceleași scopuri.
Niobiul a fost folosit pentru a face condensatoare electrolitice și redresoare de curent. Aici, am folosit capacitatea niobiului de a forma o peliculă stabilă de oxid în timpul oxidării anodice. Filmul de oxid este stabil în electroliții acizi și trece curentul numai în direcția de la electrolit la metal. Condensatoarele de niobiu cu electrolit solid se caracterizează prin capacitate mare cu dimensiuni reduse, rezistență mare de izolație.
Elementele condensatorului cu niobiu sunt realizate din folie subțire sau plăci poroase presate din pulberi metalice.
Rezistența la coroziune a niobiului în acizi și alte medii, combinată cu conductivitate termică și plasticitate ridicată, îl fac un material structural valoros pentru echipamentele din industriile chimice și metalurgice. Niobiul posedă o combinație de proprietăți care satisfac cerințele industriei de energie nucleară pentru materialele structurale.
Până la 900 ° C, niobiul interacționează slab cu uraniul și este potrivit pentru fabricarea de carcase de protecție pentru elementele de combustibil cu uraniu ale reactoarelor de putere. În acest caz, este posibil să se utilizeze purtători de căldură din metal lichid: sodiu sau un aliaj de sodiu cu potasiu, cu care niobiul nu interacționează până la 600 ° C. Pentru a crește capacitatea de supraviețuire a elementelor combustibile cu uraniu, uraniul este dopat cu niobiu (~ 7% niobiu). Aditivul de niobiu stabilizează pelicula protectoare de oxid de pe uraniu, ceea ce îi mărește rezistența la vaporii de apă.
Niobiul se găsește în diferite superaliaje pentru turbinele cu gaz din motoarele cu reacție. Aliarea cu niobiu a molibdenului, titanului, zirconiului, aluminiului și cuprului îmbunătățește dramatic proprietățile acestor metale, precum și aliajele lor. Există aliaje de înaltă temperatură pe bază de niobiu ca material structural pentru piesele motoarelor cu reacție și rachete (fabricarea palelor de turbine, marginile anterioare ale aripilor, capetele de vârf ale aeronavelor și rachetelor și pielea rachetelor). Niobiul și aliajele pe bază de acesta pot fi utilizate la temperaturi de funcționare de 1000 - 1200 ° C.
Carbura de niobiu se găsește în unele tipuri de carbură de tungsten utilizate pentru tăierea oțelurilor.
Niobiul este utilizat pe scară largă ca aditiv de aliere în oțeluri. Adăugarea de niobiu într-o cantitate de 6 până la 10 ori mai mare decât conținutul de carbon din oțel elimină coroziunea intergranulară a oțelului inoxidabil și protejează sudurile de distrugere.
Niobiul este, de asemenea, utilizat în diferite oțeluri de înaltă temperatură (de exemplu, pentru turbine cu gaz), precum și în oțeluri de scule și magnetice.
Niobiul este introdus în oțel într-un aliaj cu fier (feroniobiu) care conține până la 60% Nb. În plus, ferotantaloniobiul este utilizat cu un raport diferit între tantal și niobiu în feroaliaj.
În sinteza organică, unii compuși ai niobiului (săruri complexe de fluorură, oxizi) sunt utilizați ca catalizatori.
Utilizarea și producția de niobiu crește rapid, ceea ce se datorează combinației proprietăților sale, cum ar fi refractaritatea, secțiunea transversală mică pentru captarea neutronilor termici, capacitatea de a forma aliaje rezistente la căldură, supraconductoare și alte aliaje, rezistență la coroziune, getter. proprietăți, funcție de lucru scăzută a electronilor, lucrabilitate bună la presiune la rece și sudabilitate. Principalele domenii de aplicare ale niobiului: rachetărie, aviație și tehnologie spațială, inginerie radio, electronică, ingineria aparatelor chimice, energie nucleară.
Aplicarea niobiului metalic
Părțile aeronavei sunt fabricate din niobiu pur sau din aliajele acestuia; carcase pentru elemente de combustibil cu uraniu și plutoniu; containere și țevi; pentru metale lichide; Piese pentru condensatoare electrolitice; Fitinguri „la cald” pentru lămpi electronice (pentru instalații radar) și generatoare puternice (anozi, catozi, grile etc.); echipamente rezistente la coroziune în industria chimică.
Niobiul este aliat cu alte metale neferoase, inclusiv cu uraniu.
Niobiul este folosit în criotroni - elemente supraconductoare ale computerelor. Niobiul este, de asemenea, cunoscut pentru că este folosit în structurile de accelerare la Large Hadron Collider.
Compuși și aliaje intermetalice de niobiu
Stanniura Nb3Sn și aliajele de niobiu-titan-zirconiu sunt folosite pentru a face solenoizi supraconductori.
Niobiul și aliajele cu tantal înlocuiesc în multe cazuri tantul, ceea ce dă un mare efect economic (niobiul este mai ieftin și aproape de două ori mai ușor decât tantalul).
Ferroniobiul este introdus în oțelurile inoxidabile crom-nichel pentru a preveni coroziunea și distrugerea lor intergranulară și în alte tipuri de oțel pentru a le îmbunătăți proprietățile.
Niobiul este folosit pentru baterea monedelor de colecție. Astfel, Banca Letoniei susține că niobiul este folosit împreună cu argintul în monedele de 1 lat de colecție.
Aplicarea compușilor de niobiu catalizator O5 în industria chimică;
in productia de refractare, cermet, speciale. sticlă, nitrură, carbură, niobați.
Carbura de niobiu (p.t. 3480 ° C) într-un aliaj cu carbură de zirconiu și carbură de uraniu-235 este cel mai important material structural pentru elementele combustibile ale motoarelor nucleare cu reacție în fază solidă.
Nitrura de niobiu NbN este utilizată pentru producerea de filme supraconductoare subțiri și ultrasubțiri cu o temperatură critică de 5 până la 10 K cu o tranziție îngustă de ordinul a 0,1 K
Niobiul în medicină
Rezistența ridicată la coroziune a niobiului a făcut posibilă utilizarea acestuia în medicină. Firele de niobiu nu irită țesutul viu și sunt bine îmbinate cu el. Chirurgia reconstructivă a folosit cu succes astfel de fire pentru a sutura tendoanele rupte, vasele de sânge și chiar nervii.
Aplicare în bijuterii
Niobiul nu numai că posedă un set de proprietăți necesare tehnicii, dar arată și destul de frumos. Bijutierii au încercat să folosească acest metal alb strălucitor pentru fabricarea de carcase pentru ceasuri de mână. Aliajele de niobiu cu wolfram sau reniu înlocuiesc uneori metalele nobile: aur, platină, iridiu. Acesta din urmă este deosebit de important, deoarece aliajul de niobiu cu reniu nu numai că arată ca iridiu metalic, dar este aproape la fel de rezistent la uzură. Acest lucru a permis unor țări să renunțe la iridiu scump în producția de lipit pentru stilouri.
Exploatarea niobiului în Rusia
În ultimii ani, producția mondială de niobiu a fost la nivelul de 24-29 mii de tone.De remarcat că piața mondială de niobiu este monopolizată în mod semnificativ de compania braziliană CBMM, care reprezintă aproximativ 85% din producția mondială de niobiu.
Japonia este principalul consumator de produse care conțin niobiu (ferroniobiul îi aparține în primul rând). Această țară importă anual peste 4 mii de tone de feroniob din Brazilia. Prin urmare, prețurile de import japoneze pentru produsele care conțin niobiu pot fi considerate cu mare încredere pentru a fi aproape de media mondială. În ultimii ani, a existat o tendință de creștere a prețurilor la ferioniobiu. Acest lucru se datorează aplicației sale în creștere pentru producția de oțeluri slab aliate destinate în principal conductelor de petrol și gaze. În general, trebuie menționat că în ultimii 15 ani, consumul mondial de niobiu a crescut cu o medie de 4-5% anual.
Cu regret, trebuie să recunoaștem că Rusia se află „pe marginea” pieței niobiului. La începutul anilor 90, conform experților lui Giredmet, în fosta URSS erau produse și consumate aproximativ 2 mii de tone de niobiu (în termeni de oxid de niobiu). În prezent, consumul de produse cu niobiu de către industria rusă nu depășește doar 100-200 de tone.De remarcat că în fosta URSS au fost create capacități semnificative de producție de niobiu, împrăștiate în diferite republici - Rusia, Estonia, Kazahstan. Această caracteristică tradițională a dezvoltării industriei în URSS a pus Rusia într-o poziție foarte dificilă în multe tipuri de materii prime și metale. Piața niobiului începe cu producția de materii prime care conțin niobiu. Tipul său principal în Rusia a fost și rămâne concentratul de loparit obținut la Lovozersky GOK (acum - JSC Sevredmet, regiunea Murmansk). Înainte de prăbușirea URSS, întreprinderea a produs aproximativ 23 de mii de tone de concentrat de loparit (conținutul de oxid de niobiu din acesta este de aproximativ 8,5%). Ulterior, producția de concentrat a scăzut constant, în 1996-1998. întreprinderea a fost oprită de mai multe ori din lipsă de vânzări. În prezent, conform estimărilor, producția de concentrat de loparit la întreprindere este la nivelul de 700 - 800 de tone pe lună.
Trebuie remarcat faptul că întreprinderea este destul de rigid legată de singurul său consumator - uzina de magneziu Solikamsk. Faptul este că concentratul de loparit este un produs destul de specific care se obține numai în Rusia. Tehnologia sa de prelucrare este destul de complicată datorită complexului de metale rare pe care îl conține (niobiu, tantal, titan). În plus, concentratul este radioactiv, motiv pentru care toate încercările de a intra pe piața mondială cu acest produs s-au încheiat în zadar. De asemenea, trebuie remarcat faptul că ferioniobiul nu poate fi obținut din concentratul de loparit. În anul 2000, la uzina de la Sevredmet, compania Roredmet a lansat o unitate experimentală de prelucrare a concentratului de loparit pentru a obține, printre alte metale, produse comercializabile care conțin niobiu (oxid de niobiu).
Principalele piețe pentru produsele cu niobiu SMZ sunt țările din afara CSI: livrările se fac în SUA, Japonia și țările europene. Ponderea exporturilor în volumul total al producției este de peste 90%. Capacități semnificative pentru producția de niobiu în URSS au fost concentrate în Estonia - la Asociația de producție chimică și metalurgică Sillamäe (Sillamäe). Acum compania estonă se numește Silmet. În perioada sovietică, întreprinderea procesa concentrat de loparit de la Lovoozersky GOK, din 1992, livrarea sa a fost oprită. Silmet procesează în prezent doar un volum mic de hidroxid de niobiu la uzina de magneziu din Solikamsk. Majoritatea materiilor prime care conțin niobiu sunt primite în prezent de companie din Brazilia și Nigeria. Conducerea companiei nu exclude furnizarea de concentrat de loparit, cu toate acestea, Sevredmet încearcă să urmeze o politică de prelucrare la fața locului, deoarece exportul de materii prime este mai puțin profitabil decât produsul finit.
Îndrumare
Ai nevoie de ajutor pentru a explora un subiect?
Experții noștri vă vor sfătui sau vă vor oferi servicii de îndrumare pe subiecte care vă interesează.
Trimite o cerere cu indicarea temei chiar acum pentru a afla despre posibilitatea de a obtine o consultatie.
Merită să începem cu faptul că niobiul este indisolubil legat de o substanță precum tantalul. Asta chiar și în ciuda faptului că aceste materiale nu au fost descoperite în același timp.
Ce este niobiul
Ce se știe astăzi despre o astfel de substanță precum niobiul? Este un element chimic care se află în grupa a 5-a a tabelului periodic, cu număr atomic 41 și masă atomică 92,9. La fel ca multe alte metale, această substanță are o strălucire gri-oțel.
Unul dintre cei mai importanți parametri fizici ai acestuia este refractaritatea. Datorită acestei caracteristici, utilizarea niobiului a devenit larg răspândită în multe industrii. Punctul de topire al acestei substanțe este de 2468 de grade Celsius, iar punctul de fierbere este de 4927 de grade Celsius.
Proprietățile chimice ale acestei substanțe sunt, de asemenea, la un nivel ridicat. Se caracterizează printr-un nivel ridicat de rezistență la temperaturi negative, precum și la cele mai agresive medii.
Productie
Trebuie spus că prezența minereului care conține elementul Nb (niobiu) este mult mai mare decât cea care conține tantal, însă problema constă în deficitul de conținut al elementului în sine în acest minereu.
Cel mai adesea, pentru a obține acest element, se efectuează un proces de reducere termică, în care este implicat aluminiul sau siliciul. În urma acestei operațiuni se obțin compuși de ferioniobiu și ferotantaloniobiu. Trebuie remarcat faptul că versiunea metalică a acestei substanțe este obținută din același minereu, dar se folosește o tehnologie mai complexă. Crezetele de niobiu și alte materiale obținute se caracterizează prin caracteristici de performanță foarte înaltă.
Metode de obținere a niobiului
În prezent, una dintre cele mai dezvoltate direcții de obținere a acestui material este cea aluminotermală, termică cu sodiu și carbotermal. Diferența dintre aceste tipuri constă și în precursorii care sunt utilizați pentru a reduce niobiul. Să presupunem că K2NbF7 este folosit în metoda termică cu sodiu. Dar, de exemplu, în metoda aluminotermă se folosește pentoxidul de niobiu.
Dacă vorbim despre metoda de producție carbotermală, atunci această tehnologie presupune amestecarea Nb cu funingine. Acest proces ar trebui să aibă loc într-un mediu cu temperatură ridicată și hidrogen. In urma acestei operatii se va obtine carbura de niobiu. A doua etapă este ca mediul de hidrogen să fie înlocuit cu unul în vid, în timp ce temperatura este menținută. În acest moment, oxidul său este adăugat la carbura de niobiu și se obține metalul în sine.
Este important de menționat că niobiul în lingouri este destul de comun printre formele metalului produs. Acest produs este destinat producției de aliaje pe bază de metal, precum și a diferitelor alte produse semifabricate.
Se poate produce și o bară din acest material, care se împarte în mai multe categorii în funcție de puritatea substanței. Cea mai mică cantitate de impurități este conținută în bara cu marcajul NBSh-00. Clasa НБШ-0 se caracterizează printr-o prezență mai mare a unor elemente precum fierul, titanul și siliciul tantal. Categoria care are cel mai mare indice de impuritate este НБШ-1. Se poate adăuga că niobiul din lingouri nu are o astfel de clasificare.
Metode alternative de producție
Metodele alternative includ topirea zonei cu fascicul de electroni fără creuzet. Acest proces face posibilă obținerea de monocristale de Nb. Crezetele de niobiu sunt fabricate folosind această metodă. Aparține metalurgiei pulberilor. Este folosit pentru a obține mai întâi un aliaj din acest material și apoi proba sa pură. Disponibilitatea acestei metode a dus la faptul că reclamele pentru achiziționarea de niobiu sunt destul de comune. Această metodă face posibilă utilizarea pentru a obține metalul pur nu minereul în sine, care este destul de dificil de extras, sau concentratul din acesta, ci materii prime secundare.
O altă metodă alternativă de producție este niobiul laminat. Este de remarcat faptul că majoritatea companiilor preferă să cumpere tije, sârmă sau tablă.
Rulate și folie
Folia realizată din acest material este un semifabricat destul de comun. Este cea mai subțire foaie rulată din această substanță. Este folosit pentru producerea unor produse și piese. Folia de niobiu se obține din materii prime pure prin laminare la rece a lingourilor de Nb. Produsele rezultate sunt caracterizate de indicatori precum rezistența ridicată la coroziune, medii agresive și temperaturi ridicate. Niobiul laminat și lingourile sale oferă, de asemenea, caracteristici precum rezistența produsului la uzură, ductilitate ridicată și prelucrabilitate bună.
Produsele astfel obținute sunt utilizate cel mai adesea în sfere de activitate precum construcțiile de aeronave, rachete, medicină (chirurgie), inginerie radio, inginerie electrică, energie nucleară și energie nucleară. Folia de niobiu este ambalată în bobine și depozitată într-un loc uscat, ferit de umiditate, precum și într-un loc ferit de impactul mecanic din exterior.
Aplicare în electrozi și aliaje
Utilizarea niobiului este foarte răspândită. Poate fi folosit, ca și cromul și nichelul, ca material care face parte din aliajul de fier folosit pentru fabricarea electrozilor. Datorită faptului că niobiul, ca și tantalul, este capabil să formeze carbură superdure, este adesea folosit pentru producerea de aliaje superdure. Se poate adauga ca in prezent se incearca cu ajutorul acestui material sa imbunatateasca proprietatile aliajelor obtinute pe baza de
Deoarece niobiul este o materie primă capabilă să creeze elemente de carbură, acesta, ca și tantalul, este utilizat ca amestec de aliere în producția de oțel. Trebuie remarcat faptul că pentru o lungă perioadă de timp utilizarea niobiului ca impuritate pentru tantal a fost considerată un efect negativ. Cu toate acestea, astăzi părerea s-a schimbat. S-a constatat că Nb poate acționa ca un substitut al tantalului, cu mare succes, deoarece, datorită masei atomice mai mici, se poate folosi mai puțină substanță, păstrând în același timp toate vechile capacități și efecte ale produsului.
Aplicație în inginerie electrică
Merită subliniat faptul că utilizarea niobiului, ca și fratele său tantal, este posibilă în redresoare, datorită faptului că au proprietatea de conductivitate unipolară, adică aceste substanțe trec un curent electric într-o singură direcție. Este posibil să utilizați acest metal pentru a crea dispozitive precum anozi, care sunt utilizați în generatoare puternice și tuburi amplificatoare.
Este foarte important de menționat că utilizarea niobiului a ajuns în industria nucleară. În această industrie, produsele fabricate din această substanță sunt folosite ca materiale de construcție. Acest lucru a devenit posibil deoarece prezența Nb în piese le face rezistente la căldură și, de asemenea, le conferă calități ridicate de rezistență chimică.
Caracteristicile fizice excelente ale acestui metal au dus la faptul că este utilizat pe scară largă în tehnologia rachetelor, în avioanele cu reacție și în turbinele cu gaz.
Producția de niobiu în Rusia
Dacă vorbim despre rezervele acestui minereu, atunci în total sunt aproximativ 16 milioane de tone. Cel mai mare depozit, reprezentând aproximativ 70% din volumul total, este situat în Brazilia. Pe teritoriul Rusiei se află aproximativ 25% din rezervele acestui minereu. Acest indicator este considerat a fi o parte semnificativă a tuturor rezervelor de niobiu. Cel mai mare depozit al acestei substanțe este situat în Siberia de Est, precum și în Orientul Îndepărtat. Astăzi, pe teritoriul Federației Ruse, compania Lovozersky GOK este angajată în extracția și producerea acestei substanțe. Se poate remarca faptul că compania „Stalmag” a fost, de asemenea, angajată în producția de niobiu în Rusia. Ea a dezvoltat zăcământul tătar al acestui minereu, dar a fost închis în 2010.
Puteți adăuga, de asemenea, că este angajat în producția de oxid de niobiu. O obțin prin prelucrarea concentratului de loparit. Această fabrică produce între 400 și 450 de tone din această substanță, cea mai mare parte fiind exportată în țări precum Statele Unite și Germania. O parte din oxidul rămas merge la uzina mecanică Chepetsk, care produce atât niobiu pur, cât și aliajele sale. Acolo sunt amplasate capacități semnificative, permițând producerea a până la 100 de tone de material pe an.
Niobiul metal și costul acestuia
În ciuda faptului că domeniul de aplicare al acestei substanțe este destul de larg, scopul principal este industria spațială și nucleară. Din acest motiv, Nb este clasificat ca material strategic.
Principalii parametri care afectează costul niobiului:
- puritatea aliajului, o cantitate mare de impurități reduce prețul;
- forma de livrare a materialului;
- volumele de material furnizat;
- locația punctului de primire a minereului (diferitele regiuni au nevoie de o cantitate diferită de element, ceea ce înseamnă că prețul acestuia este diferit).
O listă aproximativă de prețuri pentru materiale în Moscova:
- niobiul mărcii NB-2 costă în intervalul 420-450 de ruble pe kg;
- așchii de niobiu costă de la 500 la 510 de ruble pe kg;
- un personal al mărcii NBSh-00 costă de la 490 la 500 de ruble pe kg.
Este de remarcat faptul că, în ciuda costului enorm al acestui produs, cererea pentru acesta este doar în creștere.
Niobiul (Nb) este un metal rar, moale, de tranziție, utilizat în producția de oțel de înaltă calitate. Niobiul este o componentă pentru producerea aliajelor, care, atunci când sunt adăugate altor materiale, le îmbunătățește semnificativ proprietățile. Oțelul care conține niobiu are multe proprietăți atractive care îl fac extrem de dorit pentru utilizare în industria auto, construcții și conducte de gaz. Oțelul cu adaos de niobiu este mai dur, mai ușor și mai rezistent la coroziune.
Niobiul sub formă de ferioniobiu standard, care reprezintă mai mult de 90% din producția de niobiu, este un metal de tranziție, un membru al grupului de elemente Vanadiu. Are puncte ridicate de topire și fierbere. În ciuda punctului său de topire ridicat în formă elementară (2,468 ° C), niobiul are o densitate scăzută în comparație cu alte metale rezistente la coroziune. În plus, niobiul prezintă proprietăți supraconductoare în anumite condiții. În ceea ce privește proprietățile chimice, niobiul este foarte asemănător cu tantalul.
Depozitele de niobiu se găsesc în principal în Brazilia și Canada, care reprezintă aproximativ 99% din producția totală de niobiu din lume, precum și în Australia. US Geological Survey estimează rezervele mondiale de niobiu la 4,3 milioane de tone în ceea ce privește conținutul de metale.
În mod natural, niobiul se găsește în minerale precum piroclorul și columbitul, care conțin niobiu și tantal în proporții diferite. Mineralul piroclor este extras în primul rând de dragul niobiului. Columbitul este extras pentru a recupera tantalul, iar niobiul este recuperat ca produs secundar. Roskill estimează că aproximativ 97% din niobiu se găsește în mineralul piroclor.
Rezerve la depozitele de niobiu în 2012, mii tone *
* Datele US Geological Survey
Minereurile de piroclor sunt extrase folosind două metode principale - izolat sau în combinație. Exploatarea în cariera este o metodă comună în Brazilia, în timp ce mineritul subteran este folosit la mina Niobec din Canada. Cu toate acestea, mina Niobec din Canada intenționează să utilizeze două metode de exploatare în masă - în cariera deschisă și subterană, deoarece acestea au potențialul de a crește semnificativ capacitatea fabricii și volumele de producție, reducând în același timp costurile de operare.
După ce minereul este extras, acesta este zdrobit în particule mici și concentrat prin flotație și separare magnetică pentru a îndepărta fierul. Canada folosește acid azotic pentru a îndepărta apatita, în timp ce Brazilia folosește un proces special pentru a îndepărta bariul, fosforul și sulful. Rezultatul acestui tratament fizic este un concentrat de piroclor cu un conținut de Nb2O5 de 55-60%. Cea mai mare parte a concentratului de piroclor este procesată în ferroniobiu de calitate standard pentru utilizare în aplicații industriale în care impuritățile sunt tolerate. Pentru aplicațiile care necesită niveluri de puritate mai ridicate, este necesară o post-procesare pentru a aduce niobiul la o puritate de ~ 99%, cum ar fi nivelurile de puritate ale oxidului de niobiu sau ferioniobiului în vid, de exemplu.
* Datele US Geological Survey
Cererea globală de niobiu a crescut cu o rată medie anuală de 10% între 2000 și 2010. Creșterea a fost determinată de doi factori cheie:
1. Cerere stabilă de oțel, în special în rândul producătorilor de oțel din țările BRICS. Cererea din aceste țări a crescut cu 14% în 2010 la 1,414 milioane de tone și se estimează că a crescut cu încă 4% în 2011.
Trebuie remarcat faptul că sectoarele auto, construcții și petrol și gaze, care sunt cei mai mari consumatori de ferioniobiu, tind să fie puternic corelate cu creșterea economică, iar starea economiei globale are cel mai mare impact asupra cererii de niobiu.
Creșterea puternică a PIB-ului în țările BRICS necesită mai mult oțel și, în consecință, determină o cerere mai mare de niobiu în producția de oțel. PIB-ul global a crescut cu 5,1% în 2010, în principal datorită performanței puternice a economiilor țărilor BRIC, care au crescut cu 8,8% în 2010, în special China, care a crescut cu 10,3%. Creșterea PIB-ului în țările BRICS în 2011 și 2012 a fost, de asemenea, mare: 4-10% pe fondul creșterii economice mondiale de ~ 3-4%. În ultimul deceniu, țările BRICS au definit peisajul economic global, reprezentând mai mult de o treime din creșterea PIB-ului global și, în ceea ce privește puterea de cumpărare, economiile lor au crescut de la o șaseme din economia globală la aproape un sfert.
Goldman Sachs prezice că dimensiunea economiilor țărilor BRICS, în ansamblu, va depăși dimensiunea economiei americane până în 2018. Până în 2020, țările BRICS vor reprezenta aproximativ 49,0% din creșterea PIB-ului global, iar aceste țări vor reprezenta o treime din economia mondială pe baza puterii de cumpărare.
Perspectivele economice globale pozitive sunt o confirmare a cererii industriale puternice la nivel mondial, care este de bun augur pentru sectorul siderurgic. Creșterea globală completă a producției de oțel va continua să afecteze în mod semnificativ cererea de niobiu.
2. O creștere a cantității de niobiu utilizată pentru producția de oțel.
Pe măsură ce cerințele utilizatorilor finali de oțel pentru produse de calitate superioară cresc, fabricile de oțel trebuie să își intensifice utilizarea niobiului pentru a produce oțel care îndeplinește standarde și specificații mai înalte. În 2000, la 1 tonă de oțel s-au adăugat 40 de grame de feroniob. În 2008, era deja 63 de grame pe tonă. Având în vedere că niobiul reprezintă un procent foarte mic de oțel din punct de vedere al valorii, dar adaugă o valoare semnificativă prin îmbunătățirea caracteristicilor sale, în special rezistența, durabilitatea, ușurința și flexibilitatea, este de așteptat ca utilizarea acestui metal să continue să crească în toate segmentele de utilizare finală. .
Creșterea puternică a cererii de niobiu este de așteptat să continue pe termen scurt și lung, deoarece piețele emergente continuă să crească și aplicații pentru oțeluri de calitate superioară au fost deja dezvoltate.
Luând în considerare producția în creștere de oțel și procentul tot mai mare de niobiu din acesta, se estimează că consumul global de ferioniobiu a crescut cu ~ 11% de la ~ 78.100 de tone în 2010 la ~ 86.000 de tone în 2011.
Cei mai mari consumatori de niobiu sunt China, America de Nord și Europa. China este piața de niobiu cu cea mai rapidă creștere din lume, reprezentând 25% din consumul total în 2010. Acest lucru reflectă dimensiunea industriei siderurgice și creșterea rapidă a producției din ultimii ani. China este cel mai mare producător de oțel inoxidabil din lume, cu o cotă de producție globală în creștere de la 1-2% în anii 1990 la 36,7% în 2010. China este, de asemenea, cel mai mare și cel mai rapid producător de oțeluri aliate, inclusiv oțeluri HSLA.
Producția și consumul de niobiu în lume, mii de tone *
| an | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Productie totala | 67.9 | 40.6 | 59.4 | 65.7 | 62.9 |
| Consum total | 58.1 | 40.6 | 48.9 | 61.5 | 62.9 |
| Echilibrul pieței | 9.8 | -- | 9.4 | -0.4 | -0.4 |
* date de la Centrul Internațional de Studii Tantal-Niobium
La începutul anilor 2000, prețurile niobiului au rămas relativ stabile, variind de la 12,00 USD la 13,50 USD per kilogram. Creșterea economică substanțială pe piețele emergente, în special în economiile BRIC, și utilizarea crescută a niobiului în producția de oțel, au determinat creșterea prețurilor metalelor la 32,63 USD/kg în 2007 și să crească în continuare la 60,00 USD/kg în 2012. Abia în 2008 și 2009, prețurile la niobiu au scăzut ușor pe fondul crizei economice globale. Cu toate acestea, această scădere a fost mult mai mică decât cea a metalelor de substituție.
Din punctul de vedere al consumatorului, un preț stabil pentru niobiu este o caracteristică de dorit, deoarece permite o mai bună predicție și o planificare a costurilor în consecință. În plus, utilizatorii finali subliniază importanța aprovizionării cu niobiu de la mai mulți furnizori pentru a minimiza întreruperea lanțului de aprovizionare și pentru a evita încrederea excesivă într-un singur producător.
Înlocuitorul cheie al niobiului este ferovanadiul, piața pentru care și-a revenit în mare măsură după prăbușirea din timpul crizei financiare. Cu toate acestea, prețul comparativ mai mare al ferovanadiului și volatilitatea semnificativ mai mare au contribuit la înlocuirea acestuia cu ferroniobiu, care are un istoric de preț mai previzibil.
Având în vedere valoarea adăugată ridicată din utilizarea niobiului în procesul de fabricare a oțelului (adică rezistență adăugată, durabilitate, rezistență la coroziune, rezistență termică, reducerea greutății) și o pondere relativ mică din costul total, cererea din partea cumpărătorilor de metale este destul de inelastică. Ca exemplu, se crede că niobiul constituie, de asemenea, un aditiv pentru aliajele de mare valoare care sunt utilizate în domenii tehnice (componente de motoare cu reacție, echipamente medicale, inginerie grea) în care respectarea cerințelor tehnice și performanța superioară este o necesitate. Ca urmare, ponderea utilizării niobiului în producția de oțel a crescut. Este de așteptat ca această tendință să continue și în viitor.
Având în vedere lipsa vânzărilor active pe piața liberă și, în consecință, lipsa prețurilor competitive, puțini analiști din cercetare fac predicții despre prețurile viitoare la niobiu, iar cei care fac astfel de predicții se comportă mai conservator. În ciuda acestor factori, se așteaptă că niobiul va avea o cerere mare pe termen scurt, iar prețurile metalelor rămân ridicate. Unii analisti se asteapta la cresteri suplimentare ale preturilor niobiului in urmatorii doi-trei ani, pe baza interactiunilor consumatorilor si a cererii viitoare.
Se așteaptă ca sectorul construcțiilor, auto și petrol și gaze să continue să reprezinte cel mai mare procent din consumul de niobiu. Aceste sectoare au fost afectate negativ de criza financiară din 2008, dar și-au revenit în anii următori și se preconizează că vor crește într-un ritm constant.
În greacă veche. mitologie * a. niobiu; n. Niob, Niobiu; f. niobiu; și. niobio), este un element chimic din grupa V a sistemului periodic al lui Mendeleev, număr atomic 41, masă atomică 92,9064. Are un izotop natural 93 Nb.
Oxidul de niobiu a fost izolat pentru prima dată din columbit de către chimistul englez C. Hatchet în 1801. Niobiul metalic a fost obținut în 1866 de omul de știință suedez K.V. Blomstrand.
Proprietățile niobiului
Niobiul este un metal de culoarea oțelului, are o rețea cubică centrată pe corp cu a = 0,3294 nm; densitate 8570 kg / m 3; punctul de topire 2500 ° С, punctul de fierbere 4927 ° С; capacitate termică (298 K) 24,6 J/(mol.K); conductivitate termică (273 K) 51,4 W / (m.K); coeficient de temperatură de dilatare liniară (63-1103 K) 7,9,10 -6 K -1; rezistenta electrica specifica (293 K) 16,10 -8 Ohm.m; coeficientul termic al rezistentei electrice (273 K) 3,95,10 -3 K -1. Temperatura de tranziție supraconductoare este de 9,46 K.
Starea de oxidare este +5, mai rar de la +1 la +4. Din punct de vedere al proprietăților chimice, este apropiat de tantal, extrem de rezistent la frig și, cu încălzire scăzută, la acțiunea multor medii agresive, incl. si acizi. Niobiul dizolvă numai acidul fluorhidric, amestecul acestuia cu acid azotic și alcali. Amfoterină. Când interacționează cu halogenii, formează halogenuri de niobiu. Când Nb 2 O 5 este fuzionat cu sodă, se obțin săruri ale acizilor de niobiu - niobați -, deși acizii în sine nu există în stare liberă. Niobiul poate forma săruri duble și compuși complecși. Non-toxic.
Primirea și utilizarea
Pentru a obține niobiu, concentratul de niobiu este topit cu hidroxid de sodiu sau sodă, iar aliajul rezultat este levigat. Nb și Ta conținute în precipitatul nedizolvat sunt separate, iar oxidul de niobiu este redus separat de oxidul de tantal. Niobiul compact este produs prin metalurgia pulberilor, arc electric, vid și topire cu fascicul de electroni.
Niobiul este unul dintre componentele principale în aliarea oțelurilor și aliajelor rezistente la căldură. Niobiul și aliajele sale sunt utilizate ca materiale structurale pentru părți ale motoarelor cu reacție, rachete, turbine cu gaz, echipamente chimice, dispozitive electronice, condensatoare electrice și dispozitive supraconductoare. Niobații sunt utilizați pe scară largă ca materiale feroelectrice, piezoelectrice și laser.
