Universiteti Shtetëror i Minierave Ural
Me temën: Vetitë e niobiumit
Grupi: M-13-3
Studenti: Mokhnashin Nikita
1. Informacion i përgjithshëm për elementin
Vetitë fizike të niobiumit
Vetitë kimike të niobiumit
Niobium në gjendje të lirë
Oksidet e niobiumit dhe kripërat e tyre
Komponimet e niobiumit
Vendet kryesore në prodhimin e niobiumit
1. Informacion i përgjithshëm për elementin
Elementi që zë qelizën e 41-të në tabelën periodike është i njohur për njerëzimin për një kohë të gjatë. Mosha e emrit të saj aktual - niobium - është pothuajse gjysmë shekulli më pak. Kështu ndodhi që elementi #41 u hap dy herë. Herën e parë - në 1801, shkencëtari anglez Charles Hatchet ekzaminoi një mostër të mineralit të duhur të dërguar në Muzeun Britanik nga Amerika. Nga ky mineral, ai izoloi oksidin e një elementi të panjohur më parë. Hatchet e quajti elementin e ri kolumbia, duke shënuar kështu origjinën e tij transatlantike. Dhe minerali i zi quhet kolumbit. Një vit më vonë, kimisti suedez Ekeberg izoloi oksidin e një elementi tjetër të ri nga kolumbiti, të quajtur tantal. Ngjashmëria e përbërjeve të Kolumbisë dhe tantalit ishte aq e madhe sa për 40 vjet shumica e kimistëve besonin se tantal dhe kolumbium ishin një dhe i njëjti element.
Në 1844, kimisti gjerman Heinrich Rose ekzaminoi mostrat e kolumbitit të gjetura në Bavari. Ai zbuloi përsëri oksidet e dy metaleve. Njëri prej tyre ishte një oksid i tantalit tashmë të njohur. Oksidet ishin të ngjashme dhe duke theksuar ngjashmërinë e tyre, Rosé e quajti elementin që formonte oksidin e dytë niobium, sipas emrit të Niobës, vajzës së martirit mitologjik Tantalus. Sidoqoftë, Rose, ashtu si Hatchet, nuk arriti ta merrte këtë element në një gjendje të lirë. Niobiumi metalik u mor për herë të parë vetëm në 1866 nga shkencëtari suedez Blomstrand gjatë reduktimit të klorurit të niobiumit me hidrogjen. Në fund të shekullit XIX. u gjetën edhe dy mënyra të tjera për marrjen e këtij elementi. Moissan e përftoi fillimisht në një furrë elektrike, duke reduktuar oksidin e niobiumit me karbon, dhe më pas Goldschmidt arriti të reduktojë të njëjtin element me alumin. Dhe ata vazhduan ta quajnë elementin nr.41 ndryshe në vende të ndryshme: në Angli dhe SHBA - Kolumbi, në vende të tjera - niobium. Bashkimi Ndërkombëtar i Kimisë së Pastër dhe të Aplikuar (IUPAC) i dha fund kësaj mosmarrëveshjeje në vitin 1950. U vendos që emri i elementit "niobium" të legalizohej kudo dhe emri "kolumbite" iu caktua mineralit kryesor të niobiumit. Formula e tij është (Fe, Mn) (Nb, Ta)2 O 6.
Nuk është rastësi që niobiumi konsiderohet një element i rrallë: me të vërtetë nuk ndodh shpesh dhe në sasi të vogla, dhe gjithmonë në formën e mineraleve dhe asnjëherë në një gjendje amtare. Një detaj kurioz: në botime të ndryshme referencë, clarke (përmbajtja në koren e tokës) e niobiumit është e ndryshme. Kjo kryesisht për faktin se vitet e fundit në vendet afrikane janë gjetur depozita të reja të mineraleve që përmbajnë niobium. Në "Doracakun e një kimisti", vëll 1 (M., "Kimi", 1963), jepen këto shifra: 3.2 10-5% (1939), 1 10-3% (1949) dhe 2, 4. 10-3% (1954). Por edhe shifrat e fundit janë të nënvlerësuara: depozitat afrikane të zbuluara vitet e fundit nuk përfshihen këtu. Megjithatë, vlerësohet se rreth 1.5 milion ton niobium metalik mund të shkrihet nga mineralet e depozitave tashmë të njohura.
Vetitë fizike të niobiumit
Niobiumi është një metal me shkëlqim, gri argjendtë.
Niobiumi elementar është një metal jashtëzakonisht zjarrdurues (2468°C) dhe me vlim të lartë (4927°C), shumë rezistent në shumë mjedise agresive. Të gjitha acidet, me përjashtim të hidrofluorit, nuk veprojnë në të. Acidet oksiduese "pasivojnë" niobiumin, duke e mbuluar atë me një shtresë mbrojtëse oksidi (Nr. 205). Por në temperatura të larta, aktiviteti kimik i niobiumit rritet. Nëse në 150...200°C oksidohet vetëm një shtresë e vogël sipërfaqësore e metalit, atëherë në 900...1200°C trashësia e filmit të oksidit rritet ndjeshëm.
Rrjeta kristalore e niobiumit është kub me qendër trupin me parametrin a = 3,294Å.
Metali i pastër është duktil dhe mund të rrotullohet në një fletë të hollë (deri në një trashësi prej 0,01 mm) në gjendje të ftohtë pa pjekje të ndërmjetme.
Është e mundur të vërehen veti të tilla të niobiumit si një pikë e lartë shkrirjeje dhe vlimi, një funksion më i ulët i punës së elektroneve në krahasim me metalet e tjera zjarrduruese - tungsten dhe molibden. Vetia e fundit karakterizon aftësinë e emetimit të elektroneve (emetimi i elektroneve), i cili përdoret për përdorimin e niobiumit në teknologjinë e elektrovakumit. Niobium gjithashtu ka një temperaturë të lartë të tranzicionit superpërcjellës.
Dendësia 8,57 g/cm 3(20 °С); t pl 2500 ° С; t kip 4927 °С; presioni i avullit (në mm Hg; 1 mm Hg = 133.3 N/m 2) 1 10 -5(2194 °С), 1 10 -4(2355 °С), 6 10 -4(në t pl ), 1 10-3 (2539 °C).
Në temperatura të zakonshme, niobiumi është i qëndrueshëm në ajër. Fillimi i oksidimit (filmi me ngjyrë) vërehet kur metali nxehet në 200 - 300°C. Mbi 500°, ndodh oksidimi i shpejtë me formimin e oksidit Nb2 O 5.
Përçueshmëria termike në W / (m K) në 0 ° C dhe 600 ° C, përkatësisht, 51.4 dhe 56.2, e njëjta në cal / (cm s ° C) 0.125 dhe 0.156. Rezistenca elektrike e vëllimit specifik në 0°C 15,22 10 -8ohm m (15,22 10 -6ohm cm). Temperatura e kalimit në gjendjen superpërcjellëse është 9,25 K. Niobiumi është paramagnetik. Funksioni i punës së elektroneve është 4.01 eV.
Niobiumi i pastër përpunohet lehtësisht nga presioni i ftohtë dhe ruan veti të kënaqshme mekanike në temperatura të larta. Forca e tij përfundimtare në 20 dhe 800°C është përkatësisht 342 dhe 312 MN/m. 2, e njëjta në kgf/mm 234.2 dhe 31.2; zgjatja relative në 20 dhe 800°C, përkatësisht, 19.2 dhe 20.7%. Fortësia e niobiumit të pastër sipas Brinell 450, teknike 750-1800 MN/m 2. Papastërtitë e disa elementeve, veçanërisht hidrogjeni, azoti, karboni dhe oksigjeni, dëmtojnë shumë plasticitetin dhe rrisin fortësinë e niobiumit.
3. Vetitë kimike të niobiumit
Niobiumi vlerësohet veçanërisht për rezistencën e tij ndaj veprimit të substancave inorganike dhe organike.
Ekziston një ndryshim në sjelljen kimike të metalit pluhur dhe me gunga. Kjo e fundit është më e qëndrueshme. Metalet nuk veprojnë mbi të, edhe nëse nxehen në temperatura të larta. Metalet alkali të lëngëta dhe lidhjet e tyre, bismuti, plumbi, merkuri, kallaji mund të jenë në kontakt me niobiumin për një kohë të gjatë pa ndryshuar vetitë e tij. Edhe agjentë të tillë të fortë oksidues si acidi perklorik, "vodka mbretërore", për të mos përmendur nitrik, sulfurik, klorhidrik dhe të gjithë të tjerët nuk mund të bëjnë asgjë me të. Tretësirat alkaline gjithashtu nuk kanë efekt në niobium.
Megjithatë, ekzistojnë tre reagentë që mund të shndërrojnë metalin niobium në komponime kimike. Njëri prej tyre është një shkrirje e hidroksidit të një metali alkali:
Nb + 4NaOH + 5O2 \u003d 4NaNbO3 + 2H2O
Dy të tjerët janë acidi hidrofluorik (HF) ose përzierja e tij me acidin nitrik (HF+HNO). Në këtë rast, formohen komplekse fluori, përbërja e të cilave varet kryesisht nga kushtet e reagimit. Në çdo rast, elementi është pjesë e një anioni të tipit 2- ose 2-.
Nëse marrim niobium pluhur, atëherë ai është disi më aktiv. Për shembull, në nitratin e natriumit të shkrirë, ai madje ndizet, duke u kthyer në një oksid. Niobiumi kompakt fillon të oksidohet kur nxehet mbi 200°C dhe pluhuri mbulohet me një film oksidi tashmë në 150°C. Në këtë rast, manifestohet një nga vetitë e mrekullueshme të këtij metali - ruan plasticitetin.
Në formë tallash, kur nxehet mbi 900°C, digjet plotësisht në Nb2O5. Digjet fuqishëm në një rrjedhë klori:
Nb + 5Cl2 = 2NbCl5
Kur nxehet, ai reagon me squfur. Me shumicën e metaleve, lidhet me vështirësi. Ka ndoshta vetëm dy përjashtime: hekuri, me të cilin formohen tretësira të ngurta me raporte të ndryshme dhe alumini, i cili ka një përbërje Al2Nb me niobium.
Cilat cilësi të niobiumit e ndihmojnë atë t'i rezistojë veprimit të acideve më të forta oksiduese? Rezulton se kjo nuk i referohet vetive të metalit, por veçorive të oksideve të tij. Kur bie në kontakt me agjentët oksidues, në sipërfaqen e metalit shfaqet një shtresë shumë e hollë (dhe për rrjedhojë e padukshme) por shumë e dendur oksidesh. Kjo shtresë bëhet një pengesë e pakapërcyeshme në rrugën e agjentit oksidues në një sipërfaqe të pastër metalike. Vetëm disa reagentë kimikë, në veçanti anioni i fluorit, mund të depërtojnë përmes tij. Prandaj, në thelb metali oksidohet, por praktikisht rezultatet e oksidimit janë të padukshme për shkak të pranisë së një filmi të hollë mbrojtës. Pasiviteti në lidhje me acidin sulfurik të holluar përdoret për të krijuar një ndreqës të rrymës alternative. Është rregulluar thjesht: pllakat e platinit dhe niobiumit janë zhytur në një zgjidhje 0,05 m të acidit sulfurik. Niobiumi në gjendje të pasivuar mund të përcjellë rrymë nëse është një elektrodë negative - një katodë, d.m.th., elektronet mund të kalojnë nëpër shtresën e oksidit vetëm nga ana e metalit. Nga zgjidhja, rruga për elektronet është e mbyllur. Prandaj, kur një rrymë alternative kalon nëpër një pajisje të tillë, kalon vetëm një fazë, për të cilën platini është anoda dhe niobiumi është katoda.
halogjen metalik niobium
4. Niobium në gjendje të lirë
Është aq e bukur sa në një kohë ata u përpoqën të bënin bizhuteri prej saj: me ngjyrën e tij gri të lehtë, niobium i ngjan platinit. Pavarësisht nga pikat e larta të shkrirjes (2500°C) dhe pikat e vlimit (4840°C), çdo produkt mund të bëhet lehtësisht prej tij. Metali është aq duktil sa mund të përpunohet në të ftohtë. Është shumë e rëndësishme që niobiumi të ruajë vetitë e tij mekanike në temperatura të larta. Vërtetë, si në rastin e vanadiumit, edhe papastërtitë e vogla të hidrogjenit, azotit, karbonit dhe oksigjenit ulin shumë duktilitetin dhe rrisin ngurtësinë. Niobiumi bëhet i brishtë në temperaturat që variojnë nga -100 në -200°C.
Marrja e niobiumit në një formë ultra të pastër dhe kompakte është bërë e mundur me përfshirjen e teknologjisë vitet e fundit. I gjithë procesi teknologjik është kompleks dhe kërkon kohë. Në thelb, ajo ndahet në 4 faza:
1.marrja e një koncentrati: ferroniobium ose ferrotantaloniobium;
.hapja e koncentratit - transferimi i niobiumit (dhe tantalit) në çdo përbërje të patretshme për ta ndarë atë nga masa kryesore e koncentratit;
.ndarja e niobiumit dhe tantalit dhe marrja e komponimeve të tyre individuale;
.marrjen dhe rafinimin e metaleve.
Dy fazat e para janë mjaft të thjeshta dhe të zakonshme, megjithëse kërkojnë kohë. Shkalla e ndarjes së niobiumit dhe tantalit përcaktohet nga faza e tretë. Dëshira për të marrë sa më shumë niobium dhe veçanërisht tantal bëri të nevojshme gjetjen e metodave më të fundit të ndarjes: nxjerrjen selektive, shkëmbimin e joneve dhe korrigjimin e përbërjeve të këtyre elementeve me halogjene. Si rezultat, ose një oksid ose pentakloride të tantalit dhe niobiumit merren veçmas. Në fazën e fundit përdoret reduktimi me karbon (blozë) në një rrymë hidrogjeni në 1800°C dhe më pas temperatura ngrihet në 1900°C dhe presioni zvogëlohet. Karbidi i marrë nga bashkëveprimi me qymyrin reagon me Nb2O5:
2Nb2O5 + 5NbC = 9Nb + 5CO3,
dhe shfaqet pluhur niobiumi. Nëse si rezultat i ndarjes së niobiumit nga tantal, fitohet jo një oksid, por një kripë, atëherë ai trajtohet me natrium metalik në 1000 ° C dhe fitohet edhe niobium pluhur. Prandaj, gjatë transformimit të mëtejshëm të pluhurit në një monolit kompakt, rishkrirja kryhet në një furre me hark, dhe shkrirja e rrezeve elektronike dhe zonave përdoret për të marrë kristalet e vetme të niobiumit shumë të pastër.
Oksidet e niobiumit dhe kripërat e tyre
Numri i komponimeve me oksigjen në niobium është i vogël, shumë më pak se në vanadium. Kjo shpjegohet me faktin se në përbërjet që korrespondojnë me gjendjen e oksidimit +4, +3 dhe +2, niobiumi është jashtëzakonisht i paqëndrueshëm. Nëse një atom i këtij elementi filloi të dhurojë elektrone, atëherë ai tenton të heqë dorë nga të pesë në mënyrë që të ekspozojë një konfigurim elektronik të qëndrueshëm.
Nëse krahasojmë jonet e së njëjtës gjendje oksidimi të dy fqinjëve në grup - vanadium dhe niobium, atëherë konstatohet një rritje e vetive ndaj metaleve. Natyra acidike e oksidit Nb2O5 është dukshëm më e dobët se ajo e oksidit të vanadiumit (V). Nuk formon acid kur tretet. Vetëm kur shkrihet me alkale ose karbonate, shfaqen vetitë e tij acidike:
O5 + 3Na2CO3 = 2Na3NbO4 + 3C02
Kjo kripë - ortoniobati i natriumit - është i ngjashëm me të njëjtat kripëra të acideve ortofosforike dhe ortovanadike. Megjithatë, fosfori dhe arseniku kanë formën më të qëndrueshme orto, dhe përpjekjet për të marrë orthoniobate të pastër dështojnë. Kur aliazhi trajtohet me ujë, nuk lëshohet kripë Na3NbO4, por metaniobat NaNbO3. Është një pluhur pa ngjyrë, imët kristalor, vështirë se tretet në ujë të ftohtë. Rrjedhimisht, në niobium në gjendjen më të lartë të oksidimit, jo orto-, por meta-forma e përbërjeve është më e qëndrueshme.
Ndër komponimet e tjera të oksidit të niobiumit (V) me oksidet bazë, njihen dinobatet K4Nb2O7, që të kujtojnë piroacidet, dhe poliniobatet (si hije e acideve polifosforike dhe polivanadike) me formula të përafërta K7Nb5O16.nH2O dhe K8NmH2O19. Kripërat e sipërpërmendura që korrespondojnë me oksidin më të lartë të niobiumit e përmbajnë këtë element në përbërjen e anionit. Forma e këtyre kripërave na lejon t'i konsiderojmë ato derivate të kripërave të niobiumit. acidet. Këto acide nuk mund të merren në formë të pastër, pasi ato mund të konsiderohen më tepër si okside që kanë një lidhje me molekulat e ujit. Për shembull, forma meta është Nb2O5. H2O, ndërsa forma orgo është Nb2O5. 3H2O. Së bashku me këtë lloj përbërjesh, niobium ka edhe të tjerë, ku tashmë është pjesë e kationit. Niobiumi nuk formon kripëra të thjeshta si sulfate, nitrate etj.Në bashkëveprim me hidrosulfatin e natriumit NaHSO4 ose me oksidin nitrik N2O4 shfaqen substanca me kation kompleks: Nb2O2 (SO4) 3. Kationet në këto kripëra ngjajnë me kationin e vanadiumit, me ndryshimin e vetëm që këtu joni është me pesë ngarkesë, ndërsa në vanadium gjendja e oksidimit në jonin vanadil është katër. I njëjti kation NbO3+ përfshihet në disa kripëra komplekse. Oksidi Nb2O5 tretet lehtësisht në acidin fluorik ujor. Kripa komplekse K2 mund të izolohet nga solucione të tilla. H2O.
Në bazë të reaksioneve të shqyrtuara, mund të konkludohet se niobium në gjendjen më të lartë të oksidimit mund të përfshihet si në përbërjen e anioneve ashtu edhe në përbërjen e kationit. Kjo do të thotë se niobiumi pesëvalent është amfoterik, por ende me një mbizotërim të konsiderueshëm të vetive acide.
Ka disa mënyra për të marrë Nb2O5. Së pari, ndërveprimi i niobiumit me oksigjenin gjatë ngrohjes. Së dyti, kalcinimi në ajër i kripërave të niobiumit: sulfid, nitrid ose karbid. Së treti, metoda më e zakonshme është dehidratimi i hidrateve. Oksidi i hidratuar Nb2O5 precipiton nga tretësirat ujore të kripërave me acide të koncentruara. xH2O. Pastaj, kur solucionet hollohen, shfaqet një precipitat i bardhë oksidi. Dehidratimi i precipitatit Nb2O5 xH2O shoqërohet me çlirim nxehtësie. E gjithë masa po nxehet. Kjo ndodh për shkak të shndërrimit të një oksidi amorf në një formë kristalore. Oksidi i niobiumit mund të jetë me dy ngjyra. Në kushte normale, është e bardhë, por kur nxehet, bëhet e verdhë. Megjithatë, sapo oksidi të jetë ftohur, ngjyra zhduket. Oksidi është zjarrdurues (t shkrihet=1460°C) dhe i paqëndrueshëm.
Gjendjet më të ulëta të oksidimit të niobiumit korrespondojnë me NbO2 dhe NbO. E para nga këto dy është një pluhur i zi me një nuancë blu. NbO2 merret nga Nb2O5 duke hequr oksigjenin me magnez ose hidrogjen në një temperaturë prej rreth njëmijë gradë:
O5 + H2 = 2NbO2 + H2O
Në ajër, ky përbërës shndërrohet lehtësisht në oksidin më të lartë Nb2O5. Karakteri i tij është mjaft i fshehtë, pasi oksidi është i pazgjidhshëm as në ujë, as në acide. Megjithatë, ai vlerësohet me një karakter acid në bazë të ndërveprimit me alkalin e nxehtë ujor; në këtë rast, megjithatë, ndodh oksidimi në një jon me pesë ngarkesë.
Duket se ndryshimi i një elektroni nuk është aq i madh, por ndryshe nga Nb2O5, oksidi NbO2 përcjell një rrymë elektrike. Natyrisht, në këtë përbërje ekziston një lidhje metal-metal. Nëse përfitoni nga kjo cilësi, atëherë kur nxehet me një rrymë të fortë alternative, mund të bëni që NbO2 të heqë dorë nga oksigjeni i tij.
Me humbjen e oksigjenit, NbO2 kalon në oksid NbO, dhe më pas i gjithë oksigjeni eliminohet mjaft shpejt. Dihet pak për oksidin e ulët të niobiumit NbO. Ka një shkëlqim metalik dhe duket i ngjashëm me metalin. Përçues i shkëlqyer i energjisë elektrike. Me një fjalë, ai sillet sikur të mos ketë fare oksigjen në përbërjen e tij. Madje, si një metal tipik, ai reagon dhunshëm me klorin kur nxehet dhe kthehet në klorur:
2NbO + 3Cl2=2NbOCl3
Ai zhvendos hidrogjenin nga acidi klorhidrik (sikur të mos jetë fare oksid, por një metal si zinku):
NbO + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2
NbO e pastër mund të merret duke kalcinuar kripën komplekse të përmendur tashmë K2 me natrium metalik:
K2 + 3Na = NbO + 2KF + 3NaF
Oksidi NbO ka pikën më të lartë të shkrirjes nga të gjitha oksidet e niobiumit në 1935°C. Për të pastruar niobin nga oksigjeni, temperatura ngrihet në 2300 - 2350 ° C, më pas, njëkohësisht me avullimin, NbO dekompozohet në oksigjen dhe metal. Ka një rafinim (pastrim) të metalit.
Komponimet e niobiumit
Historia për elementin nuk do të ishte e plotë pa përmendur përbërjet e tij me halogjene, karbide dhe nitride. Kjo është e rëndësishme për dy arsye. Së pari, falë komplekseve të fluorit, është e mundur të ndahet niobiumi nga tantaliumi i tij i përjetshëm. Së dyti, këto përbërje na zbulojnë cilësitë e niobiumit si metal.
Ndërveprimi i halogjeneve me niobiumin metalik:
Mund të përftohen Nb + 5Cl2 = 2NbCl5, të gjitha pentahalidet e mundshme të niobiumit.
Pentafluoridi NbF5 (shkrirja = 76 °C) në gjendje të lëngët dhe në avull është i pangjyrë. Ashtu si pentafluoridi vanadium, ai është polimer në gjendje të lëngshme. Atomet e niobiumit janë të lidhur me njëri-tjetrin nëpërmjet atomeve të fluorit. Në formë të ngurtë, ajo ka një strukturë të përbërë nga katër molekula (Fig. 2).
Oriz. 2. Struktura e NbF5 dhe TaF5 në formë të ngurtë përbëhet nga katër molekula.
Tretësirat në acidin hidrofluorik H2F2 përmbajnë jone të ndryshme komplekse:
H2F2 \u003d H2; + H2O \u003d H2
Kripë kaliumi K2. H2O është i rëndësishëm për ndarjen e niobiumit nga tantal, sepse, ndryshe nga kripa e tantalit, është shumë i tretshëm.
Pentahalidet e mbetura të niobiumit janë me ngjyra të ndezura: NbCl5 e verdhë, NbBr5 e kuqe vjollcë, NbI2 kafe. Të gjitha ato sublime pa dekompozim në një atmosferë të halogjenit përkatës; kur çiftëzohen, ato janë monomere. Pikat e tyre të shkrirjes dhe vlimit rriten me kalimin nga klori në brom dhe jod. Disa nga mënyrat për të marrë pentahalide janë si më poshtë:
2Nb+5I2 2NbI5;O5+5C+5Cl22NbCl5+5CO;.
2NbCl5+5F22NbF5+5Cl2
Pentahalidet treten mirë në tretës organikë: eter, kloroform, alkool. Uji, megjithatë, është plotësisht i dekompozuar - i hidrolizuar. Si rezultat i hidrolizës, fitohen dy acide - hidrohalik dhe niobik. Për shembull,
4H2O = 5HCl + H3NbO4
Kur hidroliza është e padëshirueshme, atëherë futet pak acid i fortë dhe ekuilibri i procesit të përshkruar më sipër zhvendoset drejt NbCl5. Në këtë rast, pentahalide tretet pa iu nënshtruar hidrolizës,
Karbidi i niobiumit meritonte një vlerësim të veçantë nga metalurgët. Në çdo çelik, ka karbon; niobium, duke e lidhur atë në karabit, përmirëson cilësinë e çelikut të lidhur. Zakonisht kur saldoni çelik inox, saldimi ka më pak forcë. Futja e niobiumit në masën 200 g për ton ndihmon në korrigjimin e kësaj mangësie. Kur nxehet, niobium, para të gjitha metaleve të tjera të çelikut, formon një përbërje me karbon - karabit. Ky përbërës është mjaft plastik dhe në të njëjtën kohë i aftë të përballojë temperaturat deri në 3500°C. Një shtresë karabit vetëm gjysmë milimetri e trashë është e mjaftueshme për të mbrojtur metalet dhe, më e rëndësishmja, grafitin nga korrozioni. Karbidi mund të merret duke ngrohur metalin ose oksidin e niobiumit (V) me karbon ose gazra që përmbajnë karbon (CH4, CO).
Nitridi i niobiumit është një përbërës që nuk ndikohet nga asnjë acid dhe madje edhe nga "vodka mbretërore" kur zihet; rezistente ndaj ujit. E vetmja gjë me të cilën mund të detyrohet të ndërveprojë është zierja e alkalit. Në këtë rast, ajo dekompozohet me çlirimin e amoniakut.
Nitridi NbN është gri i hapur me një nuancë të verdhë. Është zjarrdurues (temp. pl. 2300 ° C), ka një veçori të jashtëzakonshme - në një temperaturë afër zeros absolute (15,6 K, ose -267,4 ° C), ka superpërçueshmëri.
Nga komponimet që përmbajnë niobium në një gjendje oksidimi më të ulët, halidet janë më të njohura. Të gjitha halidet e poshtme janë lëndë të ngurta kristalore të errëta (nga e kuqja e errët në të zezë). Qëndrueshmëria e tyre zvogëlohet me zvogëlimin e shkallës së oksidimit të metalit.
Përdorimi i niobiumit në industri të ndryshme
Përdorimi i niobiumit për lidhjen e metaleve
Çeliku i lidhur me niobium ka rezistencë të mirë korrozioni. Kromi gjithashtu rrit rezistencën ndaj korrozionit të çelikut dhe është shumë më i lirë se niobium. Ky lexues ka të drejtë dhe të gabuar në të njëjtën kohë. Gabim sepse harrova një gjë.
Në çelikun krom-nikel, si në çdo tjetër, ka gjithmonë karbon. Por karboni kombinohet me kromin për të formuar karabit, gjë që e bën çelikun më të brishtë. Niobium ka një prirje më të madhe për karbonin sesa kromi. Prandaj, kur niobium i shtohet çelikut, formohet domosdoshmërisht karabi i niobit. Çeliku i lidhur me niobium fiton veti të larta kundër korrozionit dhe nuk e humb duktilitetin e tij. Efekti i dëshiruar arrihet kur një ton çeliku i shtohen vetëm 200 g niobium metalik. Dhe niobiumi i çelikut krom-mangaik jep rezistencë të lartë ndaj konsumit.
Shumë metale me ngjyra janë gjithashtu të lidhura me niobium. Pra, alumini, i cili tretet lehtësisht në alkale, nuk reagon me to nëse i shtohet vetëm 0,05% niobium. Dhe bakri, i njohur për butësinë e tij dhe shumë prej lidhjeve të tij, niobium duket se ngurtësohet. Rrit forcën e metaleve si titani, molibden, zirkon, dhe në të njëjtën kohë rrit rezistencën e tyre ndaj nxehtësisë dhe rezistencën ndaj nxehtësisë.
Tani vetitë dhe aftësitë e niobiumit vlerësohen nga aviacioni, inxhinieria mekanike, inxhinieria radio, industria kimike dhe energjia bërthamore. Të gjithë ata u bënë konsumatorë të niobiumit.
Vetia unike - mungesa e një ndërveprimi të dukshëm të niobit me uraniumin në temperatura deri në 1100 ° C dhe, përveç kësaj, përçueshmëria e mirë termike, një seksion kryq i vogël efektiv absorbues për neutronet termike, e bëri niobin një konkurrent serioz për metalet e njohura në industria bërthamore - alumini, beriliumi dhe zirkoniumi. Përveç kësaj, radioaktiviteti artificial (i induktuar) i niobiumit është i ulët. Prandaj, mund të përdoret për të bërë kontejnerë për ruajtjen e mbetjeve radioaktive ose instalime për përdorimin e tyre.
Industria kimike konsumon relativisht pak niobium, por kjo mund të shpjegohet vetëm me mungesën e tij. Nga lidhjet që përmbajnë niobium dhe më rrallë nga niobiumi i fletëve, ndonjëherë prodhohen pajisje për prodhimin e acideve me pastërti të lartë. Aftësia e niobiumit për të ndikuar në shpejtësinë e disa reaksioneve kimike përdoret, për shembull, në sintezën e alkoolit nga butadieni.
Konsumatorët e elementit nr.41 ishin gjithashtu teknologjia raketore dhe hapësinore. Nuk është sekret që disa sasi të këtij elementi tashmë po rrotullohen në orbitat afër Tokës. Nga lidhjet që përmbajnë niobium dhe niobium i pastër, janë bërë disa pjesë të raketave dhe pajisje në bord të satelitëve artificialë të Tokës.
Përdorimi i niobiumit në industri të tjera
Nga fletët dhe shufrat e niobiumit, bëhen "pajisje të nxehta" (d.m.th., pjesë të nxehta) - anoda, rrjeta, katoda të ngrohura në mënyrë indirekte dhe pjesë të tjera të llambave elektronike, veçanërisht llambat e gjeneratorëve të fuqishëm.
Përveç metalit të pastër, për të njëjtat qëllime përdoren lidhjet tantalonium-obium.
Niobiumi u përdor për të bërë kondensatorë elektrolitikë dhe ndreqës. Këtu, përdoret aftësia e niobiumit për të formuar një film të qëndrueshëm oksid gjatë oksidimit anodik. Filmi i oksidit është i qëndrueshëm në elektrolitet acidike dhe kalon rrymën vetëm në drejtimin nga elektroliti në metal. Kondensatorët e niobiumit me një elektrolit të ngurtë karakterizohen nga kapaciteti i lartë në madhësi të vogla, rezistencë e lartë izolimi.
Elementet e kondensatorit të niobiumit janë bërë nga fletë e hollë ose pllaka poroze të shtypura nga pluhurat metalikë.
Rezistenca ndaj korrozionit të niobiumit në acide dhe mjedise të tjera, e kombinuar me përçueshmëri të lartë termike dhe plasticitet, e bëjnë atë një material strukturor të vlefshëm për pajisjet në industritë kimike dhe metalurgjike. Niobium ka një kombinim të vetive që plotësojnë kërkesat e energjisë bërthamore për materialet strukturore.
Deri në 900°C, niobium ndërvepron dobët me uraniumin dhe është i përshtatshëm për prodhimin e predhave mbrojtëse për elementët e karburantit të uraniumit të reaktorëve të energjisë. Në këtë rast, është e mundur të përdoren ftohës të lëngshëm metalikë: natriumi ose një aliazh natriumi me kalium, me të cilin niobium nuk ndërvepron deri në 600°C. Për të rritur mbijetesën e elementëve të karburantit të uraniumit, uraniumi lidhet me niobium (~ 7% niobium). Aditivi i niobiumit stabilizon filmin mbrojtës të oksidit në uranium, i cili rrit rezistencën e tij ndaj avullit të ujit.
Niobiumi është një përbërës i lidhjeve të ndryshme rezistente ndaj nxehtësisë për turbinat me gaz të motorëve reaktiv. Lidhja e molibdenit, titanit, zirkonit, aluminit dhe bakrit me niobium përmirëson ndjeshëm vetitë e këtyre metaleve, si dhe lidhjet e tyre. Ekzistojnë lidhje rezistente ndaj nxehtësisë me bazë niobiumin si një material strukturor për pjesët e motorëve reaktivë dhe raketave (prodhimi i teheve të turbinave, skajet kryesore të krahëve, skajet e hundës së avionëve dhe raketave, lëkurat e raketave). Niobiumi dhe lidhjet e bazuara në të mund të përdoren në temperaturat e punës 1000 - 1200°C.
Karbidi i niobiumit është një përbërës në disa lloje të karabiteve me bazë karabit tungsteni që përdoren për prerjen e çeliqeve.
Niobium përdoret gjerësisht si një shtesë aliazh në çelik. Shtimi i niobiumit në një sasi 6 deri në 10 herë më të madhe se përmbajtja e karbonit të çelikut eliminon korrozionin ndërgranular të çelikut inox dhe mbron saldimet nga shkatërrimi.
Niobiumi futet gjithashtu në përbërjen e çeliqeve të ndryshme rezistente ndaj nxehtësisë (për shembull, për turbinat me gaz), si dhe në përbërjen e çeliqeve të veglave dhe magnetike.
Niobiumi futet në çelik në një aliazh me hekur (ferroniobium) që përmban deri në 60% Nb. Përveç kësaj, ferrotantaloniobium përdoret me një raport të ndryshëm midis tantalit dhe niobit në ferroaliazh.
Në sintezën organike, disa përbërës të niobiumit (kripëra komplekse fluori, okside) përdoren si katalizatorë.
Përdorimi dhe prodhimi i niobiumit po rritet me shpejtësi, gjë që është për shkak të një kombinimi të vetive të tij si refraktariteti, një seksion kryq i vogël termik i kapjes së neutronit, aftësia për të formuar aliazhe rezistente ndaj nxehtësisë, superpërcjellëse dhe të tjera, rezistencë ndaj korrozionit, vetive marrës. , funksioni i punës me elektron të ulët, punueshmëria e mirë në të ftohtë dhe saldueshmëria. Fushat kryesore të aplikimit të niobiumit: shkenca e raketave, aviacioni dhe teknologjia hapësinore, inxhinieria radio, elektronika, ndërtimi i aparateve kimike, inxhinieria e energjisë bërthamore.
Aplikimet e niobiumit metalik
Pjesët e avionit janë bërë nga niobium i pastër ose lidhjet e tij; predha për elementet e karburantit të uraniumit dhe plutoniumit; kontejnerë dhe tuba; për metale të lëngëta; detajet e kondensatorëve elektrolitikë; pajisje "të nxehta" të llambave elektronike (për instalimet e radarëve) dhe llambave të fuqishme të gjeneratorëve (anoda, katoda, rrjeta, etj.); pajisje rezistente ndaj korrozionit në industrinë kimike.
Niobiumi është i lidhur me metale të tjera me ngjyra, duke përfshirë uraniumin.
Niobiumi përdoret në kriotronet - elementë superpërçues të kompjuterëve. Niobiumi njihet gjithashtu për përdorimin e tij në strukturat përshpejtuese të Përplasësit të Madh të Hadronit.
Komponimet ndërmetalike dhe lidhjet e niobiumit
Stanidi Nb3Sn dhe lidhjet e niobiumit me titan dhe zirkon përdoren për të fabrikuar solenoidet superpërcjellëse.
Niobiumi dhe lidhjet me tantal në shumë raste zëvendësojnë tantalin, i cili jep një efekt të madh ekonomik (niobiumi është më i lirë dhe pothuajse dy herë më i lehtë se tantali).
Ferroniobium futet në çelik inoks krom-nikel për të parandaluar korrozionin dhe shkatërrimin e tyre ndërgranular, dhe në llojet e tjera të çelikut për të përmirësuar vetitë e tyre.
Niobiumi përdoret në prerjen e monedhave kolektive. Kështu, Banka e Letonisë pretendon se niobium përdoret në grumbullimin e monedhave prej 1 lati së bashku me argjendin.
Përdorimi i komponimeve të niobiumit katalizator O5 në industrinë kimike;
në prodhimin e lëndëve zjarrduruese, qermeta, speciale qelqi, nitridi, karbidi, niobati.
Karbidi i niobiumit (mp. 3480 °C) në një aliazh me karbit zirkonium dhe karabit uranium-235 është materiali më i rëndësishëm strukturor për shufrat e karburantit të motorëve reaktiv bërthamorë të fazës së ngurtë.
Nitridi i niobiumit NbN përdoret për prodhimin e filmave të hollë dhe ultra të hollë superpërcjellës me një temperaturë kritike prej 5 deri në 10 K me një tranzicion të ngushtë, të rendit 0,1 K.
Niobium në mjekësi
Rezistenca e lartë ndaj korrozionit të niobiumit bëri të mundur përdorimin e tij në mjekësi. Filamentet e niobiumit nuk irritojnë indet e gjalla dhe bashkohen mirë me të. Kirurgjia rindërtuese ka përdorur me sukses qepje të tilla për të riparuar tendinat e grisura, enët e gjakut dhe madje edhe nervat.
Aplikim në bizhuteri
Niobium jo vetëm që ka një sërë karakteristikash të kërkuara nga teknika, por gjithashtu duket mjaft bukur. Bizhuteritë u përpoqën të përdornin këtë metal të bardhë me shkëlqim për të bërë kuti orëve. Lidhjet e niobiumit me tungsten ose renium ndonjëherë zëvendësojnë metalet fisnike: ari, platini, iridiumi. Kjo e fundit është veçanërisht e rëndësishme, pasi aliazhi i niobiumit me renium jo vetëm që duket si iridiumi metalik, por është pothuajse po aq rezistent ndaj konsumit. Kjo u lejoi disa vendeve të bënin pa iridium të shtrenjtë në prodhimin e saldimit për majat e shatërvanit.
Minierat e niobiumit në Rusi
Vitet e fundit prodhimi botëror i niobiumit ka qenë në nivelin 24-29 mijë tonë.Duhet theksuar se tregu botëror i niobiumit është monopolizuar ndjeshëm nga kompania braziliane CBMM, e cila përbën rreth 85% të prodhimit botëror. të niobiumit.
Japonia është konsumatori kryesor i produkteve që përmbajnë niobium (kryesisht ferroniobium). Ky vend importon çdo vit mbi 4000 ton ferroniobium nga Brazili. Prandaj, çmimet e importit japonez për produktet që përmbajnë niobium mund të merren me shumë besim sa më afër mesatares botërore. Vitet e fundit, ka pasur një tendencë të rritjes së çmimeve të ferroniobiumit. Kjo është për shkak të përdorimit në rritje të tij për prodhimin e çeliqeve me aliazh të ulët të destinuar kryesisht për tubacionet e naftës dhe gazit. Në përgjithësi, duhet theksuar se gjatë 15 viteve të fundit, konsumi botëror i niobiumit është rritur mesatarisht me 4-5% në vit.
Duhet pranuar me keqardhje se Rusia është në margjinat e tregut të niobiumit. Në fillim të viteve 1990, sipas ekspertëve të Giredmet, ish-BRSS prodhoi dhe konsumoi rreth 2000 ton niobium (përsa i përket oksidit të niobiumit). Aktualisht, konsumi i produkteve të niobiumit nga industria ruse nuk kalon vetëm 100 - 200 ton. Duhet të theksohet se në ish-BRSS u krijuan kapacitete të konsiderueshme për prodhimin e niobiumit, të shpërndara nëpër republika të ndryshme - Rusi, Estoni, Kazakistan. . Kjo veçori tradicionale e zhvillimit të industrisë në BRSS e ka vendosur tashmë Rusinë në një pozitë shumë të vështirë për sa i përket shumë llojeve të lëndëve të para dhe metaleve. Tregu i niobiumit fillon me prodhimin e lëndëve të para që përmbajnë niobium. Lloji i tij kryesor në Rusi ishte dhe mbetet koncentrati loparit, i marrë në Lovozersky GOK (tani - Sevredmet SHA, rajoni Murmansk). Para rënies së BRSS, ndërmarrja prodhoi rreth 23 mijë ton koncentrat loparit (përmbajtja e oksidit të niobiumit në të është rreth 8.5%). Më pas, prodhimi i koncentratit ishte vazhdimisht në rënie, në vitet 1996-1998. kompania u ndal në mënyrë të përsëritur për shkak të mungesës së shitjeve. Aktualisht, sipas vlerësimeve, prodhimi i koncentratit loparit në ndërmarrje është në nivelin 700 - 800 tonë në muaj.
Duhet të theksohet se ndërmarrja është mjaft e lidhur rreptësisht me konsumatorin e saj të vetëm - fabrikën e magnezit Solikamsk. Fakti është se koncentrati loparit është një produkt mjaft specifik që merret vetëm në Rusi. Teknologjia e tij e përpunimit është mjaft e ndërlikuar për shkak të kompleksit të metaleve të rralla (niobium, tantal, titan) që përmbahet në të. Për më tepër, koncentrati është radioaktiv, dhe kjo është arsyeja pse të gjitha përpjekjet për të hyrë në tregun botëror me këtë produkt përfunduan të kota. Duhet të theksohet gjithashtu se është e pamundur të merret ferroniobium nga koncentrati i loparitit. Në vitin 2000, në fabrikën Sevredmet, kompania Rosredmet nisi një fabrikë eksperimentale për përpunimin e koncentratit loparit me prodhimin e produkteve komerciale që përmbajnë niobium (oksidi i niobiumit) midis metaleve të tjera.
Tregjet kryesore për produktet e niobiumit të SMZ janë vendet jo-CIS: dërgesat bëhen në SHBA, Japoni dhe vendet evropiane. Pjesa e eksporteve në totalin e prodhimit është mbi 90%. Kapacitete të rëndësishme për prodhimin e niobiumit në BRSS u përqendruan në Estoni - në Shoqatën e Prodhimit Kimik dhe Metalurgjik Sillamäe (Sillamäe). Tani ndërmarrja estoneze quhet "Silmet". Në kohën sovjetike, ndërmarrja përpunonte koncentrat loparit nga GOK Lovoozersky, që nga viti 1992 dërgesa e saj u ndalua. Tani Silmet përpunon vetëm një sasi të vogël të hidroksidit të niobiumit nga uzina e magnezit Solikamsk. Shumica e lëndëve të para që përmbajnë niobium janë aktualisht me burim nga Brazili dhe Nigeria. Menaxhmenti i kompanisë nuk përjashton furnizimin me koncentrat loparit, megjithatë, "Sevredmet" po përpiqet të ndjekë një politikë të përpunimit të tij në vend, pasi eksporti i lëndëve të para është më pak fitimprurës se produktet e gatshme.
Tutoring
Keni nevojë për ndihmë për të mësuar një temë?
Ekspertët tanë do të këshillojnë ose ofrojnë shërbime tutoriale për tema me interes për ju.
Paraqisni një aplikim duke treguar temën tani për të mësuar në lidhje me mundësinë e marrjes së një konsultimi.
Vlen të fillohet me faktin se niobium është i lidhur pazgjidhshmërisht me një substancë të tillë si tantal. Kjo përkundër faktit se këto materiale nuk u zbuluan në të njëjtën kohë.
Çfarë është niobium
Çfarë dihet sot për një substancë të tillë si niobium? Është një element kimik që ndodhet në grupin e 5-të të tabelës periodike, me një numër atomik 41, si dhe një masë atomike 92,9. Ashtu si shumë metale të tjera, kjo substancë karakterizohet nga një shkëlqim gri-çelik.
Një nga parametrat fizikë më të rëndësishëm të kësaj është refraktariteti i tij. Për shkak të kësaj karakteristike, përdorimi i niobiumit është bërë i përhapur në shumë industri. Pika e shkrirjes së kësaj substance është 2468 gradë Celsius dhe pika e vlimit është 4927 gradë Celsius.
Vetitë kimike të kësaj substance janë gjithashtu në një nivel të lartë. Karakterizohet nga një nivel i lartë i rezistencës ndaj temperaturave negative, si dhe ndaj efekteve të mjediseve më agresive.
Prodhimi
Vlen të thuhet se prania e xehes që përmban elementin Nb (niobium) është shumë më e madhe se ajo e tantalit, por problemi qëndron në mungesën e përmbajtjes së vetë elementit në këtë mineral.
Më shpesh, për të marrë këtë element, kryhet një proces reduktimi termik, në të cilin përfshihet alumini ose silikoni. Si rezultat i këtij operacioni, përftohen komponimet e ferroniobiumit dhe ferrotantaloniobiumit. Vlen të përmendet se prodhimi i një versioni metalik të kësaj substance kryhet nga i njëjti mineral, por përdoret një teknologji më komplekse. Tharkat e niobiumit dhe materialet e tjera të fituara karakterizohen nga karakteristika shumë të larta të performancës.
Metodat për marrjen e niobiumit
Aktualisht, një nga zonat më të zhvilluara për marrjen e këtij materiali janë aluminotermike, natriumi-termike dhe karbotermike. Dallimi midis këtyre llojeve qëndron edhe në prekursorët që përdoren për të reduktuar niobiumin. Le të themi se K2NbF7 përdoret në metodën termike të natriumit. Por, për shembull, me metodën aluminotermike, përdoret pentoksidi i niobiumit.
Nëse flasim për metodën karbotermale të marrjes, atëherë kjo teknologji nënkupton përzierjen e Nb me blozën. Ky proces duhet të zhvillohet në një mjedis me temperaturë të lartë dhe hidrogjen. Si rezultat i këtij operacioni, do të merret karabit niobium. Faza e dytë është se mjedisi hidrogjenor zëvendësohet nga një vakum dhe temperatura ruhet. Në këtë moment, oksidi i tij i shtohet karbitit të niobiumit dhe përftohet vetë metali.
Është e rëndësishme të theksohet se ndër format e metalit të prodhuar, niobium në shufra është mjaft i zakonshëm. Ky produkt është i destinuar për prodhimin e aliazhit me bazë metali, si dhe të produkteve të tjera gjysmë të gatshme.
Mund të prodhohet edhe një shkop i këtij materiali, i cili ndahet në disa kategori në varësi të pastërtisë së substancës. Sasia më e vogël e papastërtive gjendet në shufrën e etiketuar NBSh-00. Klasa NBSh-0 karakterizohet nga një prani më e lartë e elementëve të tillë si hekuri, titani dhe silikoni tantal. Kategoria që ka shkallën më të lartë të papastërtive është NBSh-1. Mund të shtohet se niobium në shufra nuk ka një klasifikim të tillë.
Metodat alternative të prodhimit
Metodat alternative përfshijnë shkrirjen e zonës së rrezeve elektronike pa enë. Ky proces bën të mundur marrjen e kristaleve të vetme të Nb. Thurrat e niobiumit prodhohen duke përdorur këtë metodë. I përket metalurgjisë pluhur. Përdoret për të marrë së pari një aliazh të këtij materiali, dhe më pas mostrën e tij të pastër. Prania e kësaj metode ka bërë që reklamat për blerjen e niobiumit të jenë mjaft të zakonshme. Kjo metodë bën të mundur përdorimin jo të vetë mineralit, i cili është mjaft i vështirë për t'u nxjerrë, ose një koncentrat prej tij, por lëndët e para dytësore për të marrë metal të pastër.
Një tjetër metodë alternative e prodhimit është rrotullimi i niobiumit. Vlen të përmendet se shumica e kompanive të ndryshme preferojnë të blejnë shufra, tela ose fletë metalike.
Rrotullohet dhe fletë metalike
Petë nga ky material është një produkt gjysëm i gatshëm mjaft i zakonshëm. Është fleta më e hollë e mbështjellë e kësaj substance. Përdoret për prodhimin e disa produkteve dhe pjesëve. Fleta e niobiumit përftohet nga lëndët e para të pastra me rrokullisje të ftohtë Nb. Produktet që rezultojnë karakterizohen nga tregues të tillë si rezistenca e lartë ndaj korrozionit, mjediset agresive dhe temperaturat e larta. Rrotullimi i niobiumit dhe shufrave të tij jep gjithashtu karakteristika të tilla si rezistencë ndaj konsumit të produktit, duktilitet të lartë dhe përpunueshmëri të mirë.
Produktet e marra në këtë mënyrë përdoren më shpesh në fusha të tilla si ndërtimi i avionëve, shkenca e raketave, mjekësia (kirurgjia), inxhinieria radio, inxhinieria elektrike, inxhinieria bërthamore, inxhinieria e energjisë bërthamore. Fleta e niobiumit paketohet në mbështjellje dhe ruhet në një vend të thatë të mbrojtur nga hyrja e lagështisë, si dhe në një vend të mbrojtur nga ndikimet mekanike nga jashtë.
Aplikimi në elektroda dhe lidhje
Përdorimi i niobiumit është shumë i përhapur. Mund të përdoret, si kromi dhe nikeli, si një material që është pjesë e aliazhit të hekurit që përdoret për të bërë elektroda. Për shkak të faktit se niobium, si tantal, është në gjendje të formojë një karabit super të fortë, ai shpesh përdoret për të prodhuar lidhje super të forta. Mund të shtohet se aktualisht ata po përpiqen me ndihmën e këtij materiali të përmirësojnë vetitë e lidhjeve të marra në bazë të
Meqenëse niobiumi është një lëndë e parë e aftë për të krijuar elementë karabit, ai, si tantal, përdoret si një përzierje aliazh në prodhimin e çelikut. Duhet të theksohet se për një kohë të gjatë përdorimi i niobiumit si një papastërti ndaj tantalit konsiderohej një efekt negativ. Megjithatë, sot mendimi ka ndryshuar. U zbulua se Nb mund të veprojë si zëvendësues i tantalit dhe me sukses të madh, pasi, për shkak të masës më të ulët atomike, mund të përdoret një sasi më e vogël e substancës, duke ruajtur të gjitha aftësitë dhe efektet e vjetra të produktit.
Aplikimi në inxhinieri elektrike
Vlen të theksohet se përdorimi i niobiumit, ashtu si vëllai i tij tantal, është i mundur në ndreqës, për faktin se ato kanë vetinë e përçueshmërisë unipolare, domethënë këto substanca kalojnë rrymë elektrike vetëm në një drejtim. Është e mundur të përdoret ky metal për të krijuar pajisje të tilla si anoda, të cilat përdoren në gjeneratorët me fuqi të lartë dhe llambat amplifikuese.
Është shumë e rëndësishme të theksohet se përdorimi i niobiumit ka arritur në industrinë e energjisë bërthamore. Në këtë industri, produktet e prodhuara nga kjo substancë përdoren si materiale strukturore. Kjo është e mundur sepse prania e Nb në pjesë i bën ato rezistente ndaj nxehtësisë dhe gjithashtu u jep atyre cilësi të larta të rezistencës kimike.
Karakteristikat e shkëlqyera fizike të këtij metali kanë çuar në përdorimin e tij të gjerë në raketa, avionë reaktivë dhe turbina me gaz.
Prodhimi i niobiumit në Rusi
Nëse flasim për rezervat e këtij minerali, atëherë janë rreth 16 milionë tonë në total. Depozita më e madhe, që zë afërsisht 70% të vëllimit të përgjithshëm, ndodhet në Brazil. Në territorin e Rusisë, rreth 25% e rezervave të këtij minerali ndodhen. Ky tregues konsiderohet një pjesë e rëndësishme e të gjitha rezervave të niobiumit. Depozita më e madhe e kësaj substance ndodhet në Siberinë Lindore, si dhe në Lindjen e Largët. Sot, në territorin e Federatës Ruse, kompania Lovozersky GOK është e angazhuar në nxjerrjen dhe prodhimin e kësaj substance. Mund të shihet se kompania Stalmag ishte gjithashtu e angazhuar në prodhimin e niobiumit në Rusi. Ajo zhvilloi depozitimin tatar të këtij minerali, por u mbyll në vitin 2010.
Ju gjithashtu mund të shtoni se është e angazhuar në prodhimin e oksidit të niobiumit. Ata e marrin atë duke përpunuar koncentratin loparit. Kjo ndërmarrje prodhon 400 deri në 450 tonë të kësaj substance, pjesa më e madhe e të cilave eksportohet në vende si Shtetet e Bashkuara dhe Gjermania. Një pjesë e oksidit të mbetur shkon në Uzinën Mekanike Chepetsky, e cila prodhon niobium të pastër dhe lidhjet e tij. Ka kapacitete të konsiderueshme që lejojnë prodhimin deri në 100 tonë material në vit.
Metali i niobit dhe kostoja e tij
Përkundër faktit se fushëveprimi i kësaj substance është mjaft i gjerë, qëllimi kryesor është industria hapësinore dhe bërthamore. Për këtë arsye, Nb klasifikohet si një material strategjik.
Parametrat kryesorë që ndikojnë në koston e niobiumit:
- pastërtia e lidhjes, një sasi e madhe e papastërtive ul çmimin;
- forma e furnizimit me material;
- vëllimet e materialit të furnizuar;
- vendndodhjen e pikës së marrjes së xehes (rajone të ndryshme kanë nevojë për sasi të ndryshme të elementit, që do të thotë se çmimi për të është i ndryshëm).
Një listë e përafërt e çmimeve për materialin në Moskë:
- marka e niobiumit NB-2 është në rangun prej 420-450 rubla për kg;
- copat e niobiumit kushtojnë nga 500 në 510 rubla për kg;
- një shufër e markës NBSh-00 kushton nga 490 në 500 rubla për kg.
Vlen të përmendet se, pavarësisht kostos së madhe të këtij produkti, kërkesa për të vetëm po rritet.
Niobiumi (Nb) është një metal i rrallë, i butë, në tranzicion që përdoret në prodhimin e çelikut me cilësi të lartë. Niobiumi është një komponent për prodhimin e lidhjeve, i cili, kur i shtohet materialeve të tjera, përmirëson ndjeshëm vetitë e tyre. Çeliku që përmban niobium ka shumë veti tërheqëse që e bëjnë atë shumë të dëshirueshëm për t'u përdorur në industrinë e automobilave, ndërtimit dhe gazsjellësit. Çeliku i niobiumit është më i fortë, më i lehtë dhe më rezistent ndaj korrozionit.
Niobiumi në formën e ferroniobit standard, i cili përbën më shumë se 90% të prodhimit të niobiumit, është një metal kalimtar, një anëtar i familjes së elementeve të vanadiumit. Karakterizohet nga pika të larta të shkrirjes dhe vlimit. Pavarësisht pikës së tij të lartë të shkrirjes në formë elementare (2,468 °C), niobium ka një densitet të ulët në krahasim me metalet e tjera rezistente ndaj korrozionit. Përveç kësaj, niobium, në kushte të caktuara, ka vetitë e superpërçueshmërisë. Niobiumi është shumë i ngjashëm në vetitë kimike me tantalin.
Depozitat e niobiumit gjenden kryesisht në Brazil dhe Kanada, të cilat përbëjnë afërsisht 99% të prodhimit të përgjithshëm të niobiumit në botë, si dhe në Australi. Shërbimi Gjeologjik i SHBA-së vlerëson rezervat botërore të niobiumit në 4.3 milion ton për sa i përket përmbajtjes së metaleve.
Në natyrë, niobium gjendet në minerale të tilla si piroklori dhe kolumbiti, të cilët përmbajnë niobium dhe tantal në përmasa të ndryshme. Minerali piroklor është minuar kryesisht për hir të niobiumit. Kolumbiti nxirret për të nxjerrë tantalin, ndërsa niobiumi nxirret si nënprodukt. Roskill vlerëson se afërsisht 97% e niobiumit gjendet në mineralin piroklor.
Rezervat në depozitat e niobiumit në 2012, mijë ton *
*Të dhënat e Shërbimit Gjeologjik të SHBA
Xeherorët që përmbajnë piroklor minohen duke përdorur dy metoda kryesore - të izoluara ose të kombinuara. Minierat e hapura janë një metodë e zakonshme në Brazil, ndërsa minierat nëntokësore përdoren në minierën e Niobec në Kanada. Megjithatë, miniera e Niobec në Kanada planifikon të përdorë dy metoda të minierave masive, të hapura dhe nëntokësore, pasi ato kanë potencialin për të rritur ndjeshëm kapacitetin dhe prodhimin e impiantit duke ulur kostot operative.
Pas nxjerrjes së mineralit, ai grimcohet në grimca të vogla dhe pasurohet me notim dhe ndarje magnetike për të hequr hekurin. Në Kanada, acidi nitrik përdoret për të hequr apatitin, ndërsa në Brazil, një proces i veçantë përdoret për të hequr bariumin, fosforin dhe squfurin. Rezultati i këtij trajtimi fizik është një koncentrat piroklori me një përmbajtje Nb2O5 prej 55-60%. Shumica e koncentratit të piroklorit përpunohen në ferroniobium të klasës standarde për përdorim në aplikime industriale ku tolerohen papastërtitë. Për aplikimet që kërkojnë nivele më të larta pastërtie, kërkohet pas-trajtimi për të sjellë niobiumin në nivelet e pastërtisë ~ 99%, të tilla si nivelet e pastërtisë së oksidit të niobiumit të shkallës vakum ose ferroniobiumit.
*Të dhënat e Shërbimit Gjeologjik të SHBA
Kërkesa botërore për niobium u rrit me një normë mesatare vjetore prej 10% midis 2000 dhe 2010. Rritja u nxit nga dy faktorë kryesorë:
1. Kërkesa e qëndrueshme për çelik, veçanërisht në mesin e prodhuesve të çelikut nga vendet BRICS. Kërkesa në këto vende u rrit me 14% në vitin 2010 në 1.414 milion ton dhe vlerësohet të rritet me 4% të tjera në 2011.
Duhet të theksohet se sektorët e automobilave, ndërtimit dhe naftës dhe gazit, të cilët janë konsumatorët më të mëdhenj të ferroniobiumit, priren të jenë shumë të lidhur me rritjen ekonomike dhe gjendja e ekonomisë globale ka ndikimin më të madh në kërkesën për niobium.
Rritja e fortë e PBB-së së vendeve të BRICS kërkon më shumë çelik dhe, në përputhje me rrethanat, përcakton një kërkesë më të lartë për niobium në prodhimin e çelikut. PBB-ja botërore u rrit me 5.1% në 2010, kryesisht për shkak të performancës së fortë të ekonomive BRIC, të cilat u rritën me 8.8% në 2010, veçanërisht Kinës, e cila u rrit me 10.3%. Rritja e PBB-së në vendet BRICS në 2011 dhe 2012 ishte gjithashtu e lartë: 4-10% në sfondin e rritjes ekonomike globale prej ~3-4%. Në dekadën e fundit, vendet e BRICS kanë dominuar peizazhin ekonomik global, duke zënë më shumë se një të tretën e rritjes së PBB-së botërore dhe, për sa i përket fuqisë blerëse, ekonomitë e tyre janë rritur nga një e gjashta e ekonomisë globale në pothuajse një të katërtën. .
Goldman Sachs parashikon që madhësia e ekonomive të BRICS, në tërësi, do të tejkalojë madhësinë e ekonomisë amerikane deri në vitin 2018. Deri në vitin 2020, vendet e BRICS pritet të përbëjnë afërsisht 49.0% të rritjes së PBB-së globale dhe të përbëjnë një të tretën e ekonomisë globale bazuar në fuqinë blerëse.
Perspektiva pozitive e ekonomisë globale është konfirmim i kërkesës së fortë industriale globale, e cila premton mirë për sektorin e çelikut. Rritja e përgjithshme globale e prodhimit të çelikut do të vazhdojë të ndikojë ndjeshëm në kërkesën për niobium.
2. Rritja e sasisë së niobiumit të përdorur për prodhimin e çelikut.
Ndërsa kërkesat e përdoruesve të fundit për produkte me cilësi më të lartë rriten, fabrikat e çelikut duhet të rrisin përdorimin e niobiumit për të prodhuar çelik që plotëson standardet dhe specifikimet më të larta. Në vitin 2000, 1 ton çeliku iu shtuan 40 gram ferroniobium. Në vitin 2008 ishte tashmë 63 gram për ton. Duke marrë parasysh që niobium përfaqëson një përqindje shumë të vogël të çelikut për sa i përket kostos, por shton vlerë të konsiderueshme duke përmirësuar karakteristikat e tij, veçanërisht forcën, qëndrueshmërinë, lehtësinë dhe fleksibilitetin, përdorimi i këtij metali pritet të vazhdojë të rritet në të gjitha segmentet e përdorimit përfundimtar. .
Rritja e fortë e kërkesës për niobium pritet të vazhdojë në periudhën afatshkurtër dhe afatgjatë pasi tregjet në zhvillim vazhdojnë të rriten dhe janë zhvilluar aplikime për çeliqe me cilësi më të lartë.
Duke pasur parasysh rritjen e prodhimit të çelikut dhe përqindjen në rritje të niobiumit në të, vlerësohet se konsumi global i ferroniobiumit u rrit me ~ 11% nga ~ 78,100 ton në 2010 në ~ 86,000 ton në 2011.
Konsumatorët më të mëdhenj të niobiumit janë Kina, Amerika e Veriut dhe Evropa. Kina, tregu me rritje më të shpejtë në botë për niobiumin, përbënte 25% të konsumit total në 2010. Kjo pasqyron madhësinë e industrisë së saj të çelikut dhe ritmin e shpejtë të rritjes së prodhimit në vitet e fundit. Kina është prodhuesi kryesor në botë i çelikut inox, me përqindjen e prodhimit botëror në rritje nga 1-2% në vitet 1990 në 36.7% në 2010. Kina është gjithashtu prodhuesi më i madh dhe me rritjen më të shpejtë të çeliqeve të lidhur, duke përfshirë çeliqet HSLA.
Prodhimi dhe konsumi i niobiumit në botë, mijë ton*
| vit | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Prodhimi total | 67.9 | 40.6 | 59.4 | 65.7 | 62.9 |
| Konsumi total | 58.1 | 40.6 | 48.9 | 61.5 | 62.9 |
| Bilanci i tregut | 9.8 | -- | 9.4 | -0.4 | -0.4 |
* Të dhënat e Qendrës Ndërkombëtare të Studimit Tantalum-Niobium
Në fillim të viteve 2000, çmimet e niobiumit mbetën relativisht të qëndrueshme, duke filluar nga 12,00 dollarë deri në 13,50 dollarë për kg. Rritja e konsiderueshme ekonomike në tregjet në zhvillim, veçanërisht në ekonomitë BRIC, dhe rritja e përdorimit të niobiumit në prodhimin e çelikut e shtynë çmimin e metalit në 32,63 USD/kg në 2007 dhe më tej në 60,00 USD/kg në 2012. Vetëm në vitin 2008 dhe 2009 çmimet e niobiumit ranë pak në sfondin e krizës ekonomike globale. Megjithatë, kjo rënie ishte shumë më e vogël se ajo e metaleve zëvendësuese.
Nga pikëpamja e konsumatorit, një çmim i qëndrueshëm për niobiumin është një veçori e dëshirueshme pasi lejon parashikimin dhe planifikimin më të mirë të çmimeve në përputhje me rrethanat. Për më tepër, përdoruesit fundorë theksojnë rëndësinë e marrjes së niobiumit nga furnizues të shumtë për të minimizuar ndërprerjet e zinxhirit të furnizimit dhe për të shmangur mbështetjen e tepërt në një prodhues.
Një zëvendësues kryesor i niobiumit është ferrovanadiumi, i cili është rikuperuar kryesisht nga përplasja e përjetuar gjatë krizës financiare. Megjithatë, çmimi relativisht më i lartë i ferrovanadiumit dhe paqëndrueshmëria dukshëm më e lartë kanë kontribuar në zëvendësimin e tij me ferroniobium, i cili ka një histori çmimesh më të parashikueshme.
Duke marrë parasysh vlerën e lartë të shtuar nga përdorimi i niobiumit në procesin e prodhimit të çelikut (d.m.th. forca e shtuar, qëndrueshmëria, rezistenca ndaj korrozionit, rezistenca termike, reduktimi i peshës) dhe pjesës relativisht të vogël të kostos totale, kërkesa nga blerësit e metaleve është mjaft joelastike. Si shembull, niobiumi konsiderohet se përbën Për më tepër, niobium është një shtesë për lidhjet me vlerë të lartë që përdoren në fushat teknike (përbërësit e motorit reaktiv, pajisjet mjekësore, inxhinieria e rëndë) ku respektimi i specifikimeve teknike dhe performanca superiore është një domosdoshmëri. Si rezultat, përqindja e niobiumit të përdorur në prodhimin e çelikut është rritur. Ky trend pritet të vazhdojë edhe në të ardhmen.
Duke pasur parasysh mungesën e shitjeve aktive në tregun e lirë dhe mungesën e konkurrencës në çmime, pak analistë hulumtues bëjnë parashikime për çmimet e ardhshme të niobiumit dhe ata që bëjnë parashikime të tilla priren të jenë më konservatorë. Pavarësisht këtyre faktorëve, niobium pritet të jetë në kërkesë në një periudhë të afërt dhe çmimet për metalin do të mbeten të larta. Disa analistë presin që çmimet e niobiumit të rriten më tej gjatë dy deri në tre vitet e ardhshme bazuar në ndërveprimet e konsumatorëve dhe nevojat e ardhshme.
Sektorët e ndërtimit, automobilave dhe naftës dhe gazit pritet të vazhdojnë të përbëjnë përqindjen më të madhe të konsumit të niobiumit. Këta sektorë u ndikuan negativisht nga kriza financiare e vitit 2008, por janë rikuperuar në vitet në vijim dhe parashikohet të rriten me një ritëm të qëndrueshëm.
Në greqisht të tjera. mitologji * a. niobium; n. Niob, Niobium; f. niobium; dhe. niobio), është një element kimik i grupit V të sistemit periodik të Mendelejevit, numri atomik 41, masa atomike 92,9064. Ka një izotop natyror 93 Nb.
Oksidi i niobiumit u izolua për herë të parë nga kimisti anglez C. Hatchet në 1801 nga kolumbiti. Niobiumi metalik u mor në 1866 nga shkencëtari suedez K. V. Blomstrand.
Karakteristikat e niobiumit
Niobiumi është një metal me ngjyrë çeliku, ka një rrjetë kub me qendër trupin me një = 0,3294 nm; dendësia 8570 kg/m3; pika e shkrirjes 2500°C, pika e vlimit 4927°C; kapaciteti i nxehtësisë (298 K) 24,6 J / (mol.K); përçueshmëri termike (273 K) 51,4 W/(m.K); koeficienti i temperaturës së zgjerimit linear (63-1103 K) 7.9.10 -6 K -1; rezistenca elektrike specifike (293 K) 16.10 -8 Ohm.m; koeficienti termik i rezistencës elektrike (273 K) 3.95.10 -3 K -1. Temperatura e kalimit në gjendjen superpërcjellëse është 9,46 K.
Gjendja e oksidimit është +5, më rrallë nga +1 në +4. Për sa i përket vetive kimike, është afër tantalit, jashtëzakonisht rezistent ndaj të ftohtit dhe, me ngrohje të lehtë, ndaj veprimit të shumë mediave agresive, përfshirë. dhe acidet. Niobiumi shpërndan vetëm acidin hidrofluorik, përzierjen e tij me acidin nitrik dhe alkalet. Amfotereni. Kur ndërvepron me halogjenet, ai formon halogjene të niobiumit. Kur Nb 2 O 5 shkrihet me sode, fitohen kripërat e acidit niobik - niobatet, megjithëse vetë acidet nuk ekzistojnë në gjendje të lirë. Niobiumi mund të formojë kripëra të dyfishta dhe komponime komplekse. Jo toksike.
Marrja dhe përdorimi
Për të marrë niobium, koncentrati i niobiumit shkrihet me sodë kaustike ose sodë, dhe aliazhi që rezulton shpëlahet. Nb dhe Ta që përmbahen në precipitatin e patretur ndahen dhe oksidi i niobiumit reduktohet veçmas nga oksidi i tantalit. Niobium kompakt fitohet nga metalurgjia pluhur, harku elektrik, vakum dhe shkrirja e rrezeve elektronike.
Niobiumi është një nga komponentët kryesorë në lidhjen e çeliqeve dhe lidhjeve rezistente ndaj nxehtësisë. Niobiumi dhe lidhjet e tij përdoren si materiale strukturore për pjesë të motorëve reaktivë, raketash, turbinash me gaz, pajisje kimike, pajisje elektronike, kondensatorë elektrikë dhe pajisje superpërçuese. Niobatet përdoren gjerësisht si materiale ferroelektrike, piezoelektrike dhe lazer.
