Krystalová mřížka niobu. Niob. Vlastnosti niobu. Použití niobu. Produkce niobu v Rusku

Niob

NIOBIUM -I; m. [lat. Niob] Chemický prvek (Nb), šedobílý tvrdý, žáruvzdorný a tvárný kov (používaný při výrobě chemicky odolných a žáruvzdorných ocelí).

◁ Niob; niob, th, th.

niob

(lat. Niob), chemický prvek skupiny V periodické soustavy. Pojmenováno pro Niobe - dceru mytologického Tantala (podobnost vlastností Nb a Ta). Světle šedý žáruvzdorný kov, hustota 8,57 g / cm 3, t tt 2477 ° C, supravodivá teplota přechodu 9,28 K. Chemicky velmi stabilní. Minerály: pyrochlor, columbit, loparit atd. Složka z chemicky odolných a žáruvzdorných ocelí, ze kterých se vyrábějí části raket, proudové motory, chemická zařízení a zařízení na rafinaci ropy. Palivové články (palivové tyče) jaderných reaktorů jsou pokryty niobem a jeho slitinami. Stannid Nb 3 Sn, germanid Nb 3 Ge, slitiny niobu se Sn, Ti a Zr se používají k výrobě supravodivých solenoidů (Nb 3 Ge je supravodič s teplotou supravodivého přechodu 23,2 K).

NIOBIUM

NIOBIUS (lat. Niobium, jménem Niobe (cm. NIOBE)), Nb (čtěte „niob“), chemický prvek s atomovým číslem 41, atomovou hmotností 92,9064. Přírodní niob se skládá z jednoho stabilního izotopu, 93 Nb. Konfigurace dvou externích elektronické vrstvy 4s 2 p 6 d 4 5 s 1 ... Stupně oxidace +5, +4, +3, +2 a +1 (valence V IV, III, II a I). Nachází se ve skupině VV, v 5. období periodické tabulky prvků.
Poloměr atomu je 0,145 nm, poloměr iontu Nb 5+ je od 0,062 nm (koordinační číslo 4) do 0,088 nm (8), iont Nb 4+ je od 0,082 do 0,092 nm, iont Nb 3+ je 0,086 nm a iont Nb 2+ je 0,085 nm. Sekvenční ionizační energie jsou 6,88, 14,32, 25,05, 38,3 a 50,6 eV. Pracovní funkce elektronů je 4,01 eV. Paulingova elektronegativita (cm. POLING Linus) 1,6.
Historie objevů
Objeven v roce 1801 H. Hatchetem (cm. HUTCHET Charles)... Vyšetřováním černého minerálu poslaného z Ameriky izoloval oxid nového prvku, který nazýval columbia, a minerál, který ho obsahuje, columbite. O rok později, ze stejného minerálu A.G.Ekeberg (cm. EKEBERG Anders Gustav) izoloval další oxid, který nazval tantal (cm. TANTAL (chemický prvek))... Vlastnosti Columbia a Ta byly velmi blízké a byly považovány za jeden prvek po velmi dlouhou dobu. V roce 1844 G. Rose (cm. ROSE (němečtí vědci, bratři)) dokázal, že se jedná o dva různé prvky. Zachoval si jméno tantal a druhé pojmenované niob. Teprve v roce 1950 IUPAC (Světová organizace chemiků) definitivně přiřadila názvu niob prvku 41. Kovový Nb poprvé přijal v roce 1866 K. Blomstrand (cm. BLOMSTRAND Christian Wilhelm).
Být v přírodě
Obsah v zemské kůře 2 · 10 -3% hmotnostních. Niob se nevyskytuje ve volné formě; doprovází tantal v přírodě. Z rud je nejdůležitější kolumbit-tantalit. (cm. COLUMBIT) (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6, pyrochlor (cm. PYROCHLOR) a loparite (cm. LOPARIT).
Příjem
Asi 95% Nb se získává z pyrochloru, kolumbit-tantalitu a loparitových rud. Rudy jsou koncentrovány gravitačními metodami a flotací (cm. FLOTATION)... Koncentráty obsahující až 60% Nb205 se zpracovávají na ferroniob (slitina železa a niobu), čistý Nb205 nebo NbCl5. Niob se redukuje ze svého oxidu, fluoridu nebo chloridu hliníkem nebo karbothermií. Vysoce čistý niob se získá vysokoteplotní redukcí těkavého NbCl5 vodíkem.
Výsledný niobový prášek je briketován a slinován ve vakuu v pecích s elektrickým obloukem nebo elektronovým paprskem.
Fyzikální a chemické vlastnosti
Niob je lesklý stříbrošedý kov s kubickou krystalovou mřížkou ve tvaru těla typu a-Fe, a \u003d 0,3294 nm. Bod tání 2477 ° C, bod varu 4760 ° C, hustota 8,57 kg / dm 3.
Chemicky je niob poměrně stabilní. Při kalcinaci na vzduchu se oxiduje na Nb 2 asi 5. Pro tento oxid bylo popsáno asi 10 krystalických modifikací. B-forma Nb205 je za normálního tlaku stabilní. Když se Nb205 kondenzuje s různými oxidy, získají se niobáty: Ti 2Nb 10 O 29, FeNb 49 O 124. Niobáty lze považovat za soli hypotetických niobových kyselin. Jsou rozděleny na metaniobáty MNbO 3, orthoniobáty M 3 NbO 4, pyroniobáty M 4 Nb 2 O 7 nebo polyniobáty M 2 O nNb205 (M je jednotlivě nabitý kation, a n \u003d 2-12). Niobáty dvou a tří nabitých kationtů jsou známy. Niobáty reagují s HF, taveninami hydrofluoridů alkalických kovů (KHF 2) a amoniem (cm. AMMONIUM (v chemii))... Některé niobáty s vysokým poměrem M20 / Nb205 jsou hydrolyzovány:
6Na3NbO4 + 5H20 \u003d Na8Nb6O19 + 10NaOH
Niob tvoří NbO 2, NbO a řadu oxidů mezi NbO 2,42 a NbO 2,50 a strukturně podobných b-formě Nb205.
S halogeny (cm. HALOGENY) Nb tvoří penthalogenidy NbHal 5, tetrahalogenidy NbHal 4 a fáze NbHal 2,67 -NbHal 3 + x, ve kterých jsou skupiny Nb3 nebo Nb2. Penthalogenidy niobu se snadno hydrolyzují vodou. Teploty tání chloridu niobnatého, pentabromidu a pentajodidu jsou 205, 267,5 a 310 ° C. Nad 200-250 ° C jsou tyto penthalogenidy těkavé.
V přítomnosti vodní páry a kyslíku tvoří NbCl 5 a NbBr 5 oxyhalogenidy NbOCl 3 (NbOBr 3) - volné látky podobné bavlně.
Interakce Nb a grafitu tvoří karbidy Nb 2 C a NbC, pevné sloučeniny odolné vůči teplu. V systému Nb - N existuje několik fází různého složení a nitridů Nb2N a NbN. Nb se chová podobným způsobem v systémech s fosforem a arsenem. Když Nb interaguje se sírou, získají se sulfidy: NbS, NbS2 a NbS3. Byly syntetizovány dvojité fluoridy Nb a K (Na) - K2.
aplikace
50% vyrobeného niobu se používá na mikrolegování ocelí, 20–30% - na získávání nerezových a žáruvzdorných slitin. Niobové intermetalické sloučeniny (Nb 3 Sn a Nb 3 Ge) se používají při výrobě solenoidů pro supravodivá zařízení. Nitrid niob NbN se používá při výrobě terčů pro přenos televizních trubic. Oxidy niobu jsou složky žáruvzdorných materiálů, cermetů, skel s vysokými indexy lomu. Dvojité fluoridy - při separaci niobu od přírodních surovin, při výrobě kovového niobu. Niobáty se používají v akusto a optoelektronice jako laserové materiály.
Fyziologické působení
Sloučeniny niobu jsou jedovaté. Maximální limit koncentrace niobu ve vodě je 0,01 mg / l.

encyklopedický slovník. 2009 .

Synonyma:

Podívejte se, co je „niob“ v jiných slovnících:

- (nové lat. niob). Jeden ze vzácných kovů nalezených v tantalitu. Slovník cizích slov obsažených v ruském jazyce. Chudinov AN, 1910. NIOBIUM kov, se vyskytuje ve formě oxidů ve vzácných minerálech praktického významu ... Slovník cizích slov ruského jazyka

- (Niob), Nb, chemický prvek skupiny V periodického systému, atomové číslo 41, atomová hmotnost 92,9064; kov, tp 2477 shS. Niob se používá k legování ocelí, získávání žáruvzdorných, tvrdých a jiných slitin. Niobium je otevřené angličtině ... ... Moderní encyklopedie

Niob - (Niob), Nb, chemický prvek skupiny V periodického systému, atomové číslo 41, atomová hmotnost 92,9064; kov, teplota 2477 ° C Niob se používá k legování ocelí, získávání žáruvzdorných, tvrdých a jiných slitin. Niobium je otevřené angličtině ... ... Ilustrovaný encyklopedický slovník

- (symbol Nb), lesklý šedobílý přechodový chemický prvek, kov. Objeven v roce 1801, zpravidla se nachází v pyrochlorních rudách. Měkký a tvárný kov, niob se používá při výrobě speciálních nerezových ocelí a slitin ... ... Vědecký a technický encyklopedický slovník

Nb (lat. Niobium; od nich Niobe, dcera Tantala v jiné řecké mytologii * a. Niobium; n. Niob, Niobium; f. Niobium; a. Niobio), chem. prvek skupiny V periodický. Mendělejevův systém, at. n. 41, v. m. 92,9064. Má jeden přirozený izotop 93 Nb. ... ... Geologická encyklopedie

NIOBIUM, jeden z kovů objevených chemiky. Dahlův vysvětlující slovník. V A. Dahl. 1863 1866 ... Dahlův vysvětlující slovník

NIOBIUM - chem. prvek, symbol Nb (latinsky Niobium), at. n. 41, v. m. 92,90; světle šedý kov, hustota 8570 kg / m3, t \u003d 2500 ° С; má vysokou chemickou látku. vytrvalost. V přírodě se vyskytuje v minerálech spolu s tantalem, jejichž oddělení způsobuje ... ... Velká polytechnická encyklopedie

- (lat. Niob) Nb, chemický prvek skupiny V periodické soustavy, atomové číslo 41, atomová hmotnost 92,9064. Pojmenováno jménem Niobe, dcery mytologického Tantala (podobnost vlastností Nb a Ta). Světle šedý žárovzdorný kov, hustota 8,57 ... ... Velký encyklopedický slovník

- (Niob), Nb, chem ... Fyzická encyklopedie

Sush., Počet synonym: 2 kovový (86) prvek (159) Slovník synonym ASIS. V.N. Trishin. 2013 ... Slovník synonym

- (Niobium francouzsky a anglicky, Niob německy; chem.), Nb \u003d: 94. ve skupině V periodické tabulky prvků existují dva vzácné kovy, H. itantalum, které patří k vanadu stejným způsobem jako molybden a wolfram k chromu; poslední tři metaloví členové ... ... Encyklopedie Brockhaus a Efron

Výroba niobu spolu s tantalem a slitinami tantalu a niobu má velký ekonomický význam z hlediska integrovaného použití obou cenných kovů.
V mnoha případech je místo tantalu se stejným účinkem možné použít niob, který je mu blízký ve vlastnostech, nebo slitiny tantalu s niobem, protože tyto kovy tvoří souvislou řadu pevných roztoků, jejichž vlastnosti jsou blízké vlastnostem základních kovů.
Slitinu tantalu s niobem lze získat smícháním odděleně získaných prášků tantalu a niobu, následným lisováním směsi a slinováním ve vakuu, jakož i současnou společnou redukcí směsi sloučenin tantalu a niobu, například směsi komplexních fluoridů K2TaF7 a K2NbF7, směsi chloridů, směsi chloridů, P.
Obvykle se metodou separace kyseliny fluorovodíkové tantalu a niobu oddělují niob ve formě fluorooxyniobátu K2NbOF5 * H20.
Tato sůl není vhodná pro redukci sodíku ze dvou důvodů:
a) krystalová voda obsažená ve specifikované soli reagující se sodíkem může vést k výbuchu,
b) kyslík, který je součástí soli a je vázán na niob, není redukován sodíkem a zůstává ve formě oxidové nečistoty v redukčním produktu.
Proto musí být fluorooxyniobát draselný rekrystalizován z roztoku kyseliny fluorovodíkové s koncentrací HF vyšší než 10%, čímž se vytvoří sůl K2NbF7, která je vhodná pro redukci sodíku.
Niob lze také vyrobit elektrolýzou za podmínek podobných těm, které jsou popsány pro výrobu tantalu. Je zaznamenána nižší proudová účinnost než při elektrolytické výrobě tantalu, jakož i obtíže spojené se znatelnou rozpustností sloučenin niobu různých valencí v elektrolytu.
Je také možná elektrolýza ze smíšené lázně, která obsahuje směs Ta205 + Nb205 jako rozkladných složek a K2TaF7 jako rozpouštědla. V tomto případě se získá slitina niobu s tantalem.
Pro získání niobu byla navržena metoda pro redukci uhlíku oxidu niobičného ve vakuu.

Snížení oxidu niobnatého uhlíkem

K získání niobu vyvinul K. Bolke metodu redukce oxidu niobičného pomocí karbidu niobu ve vakuu podle reakce:

V podstatě se tento proces redukuje na redukci oxidu niobičného pomocí uhlíku.
Kvůli vysoké chemické síle oxidu niobičného vyžaduje redukce uhlíkem za atmosférického tlaku vysokou teplotu (asi 1800-1900 °), kterou lze dosáhnout v grafitové trubkové peci. Niob má vysokou afinitu k uhlíku (volná energie tvorby karbidu niobu -ΔF ° \u003d 38,2 kcal) ), proto se v přítomnosti uhlíkatých plynů v peci a při vysoké rychlosti difúze v pevné fázi, která se vyvíjí při tak vysoké teplotě, ukáže, že niob je kontaminován karbidem niobu, i když je dávka sestavena na základě reakce

Ve vakuu probíhá redukční reakce s uhlíkem při nižší teplotě (1600-1700 °),
Brikety se připravují ze směsi oxidu niobičitého a sazí ve stechiometrických poměrech na základě reakce

Válcování se provádí při 1800 až 1900 ° v grafitové trubkové peci v ochranné atmosféře (vodík, argon) nebo ve vakuu při teplotě 1600 °, dokud se vývoj CO nezastaví. Výsledným produktem jsou mírně slinuté brikety, sestávající z částic práškového šedého karbidu. Karbid se rozemele na prášek v kulovém mlýnu a smísí se s oxidem pento v poměru odpovídajícím reakci (1). Brikety směsi Nb205 + NbC se znovu kalcinují ve vakuu při teplotě přibližně 1600 °.
Aby se zajistilo zpocené odstranění uhlíku ve formě CO, měl by se ke směsi Nb2O5 + NbC přidat malý přebytek oxidu niobičitého. Při následném provozu vysokoteplotního slinování (svařování) tyčí lisovaných z práškového kovového niobu se odstraní přebytek oxidu niobičitého, protože oxidy niobu (jako tantal) těkají ve vakuu při teplotách pod teplotou tání kovu
Vzhledem k nevyhnutelnému času strávenému vytvořením vakua a ochlazením produktu v něm je produktivita vakuové pece při výrobě počátečního karbidu niobu mnohem nižší než produktivita grafitové trubkové pece pracující za atmosférického tlaku, ve které lze kontinuální proces provádět postupováním kazet s briketami ze směsi Nb2O5 + C. Proto je účelnější získat N kontinuálně v grafitové trubkové peci při atmosférickém tlaku, i když při teplotách 1800-1900 °.
Bylo by možné získat kovový niob ve vakuové peci přímo reakcí oxidu uhličitého se sazami podle reakce (2) s mírným přebytkem Nb205 ve vsázce. Když je však směs Nb2O5 + 5NbC vložena do vakuové pece, její produktivita se ve srovnání se směsí Nb2O5 + 5C výrazně zvyšuje, protože směs Nb2O5 + SNbC obsahuje niob (82,4%) 1,5krát více než směs Nb2O5 + 5C ( 57,2%) Kromě toho má první směs přísadu specifická gravitace 1,7krát více než druhá směs (6,25 g / cm3 a 3,7 g / cm3).
Kromě toho je třeba mít na paměti, že karbid niobu, který tvoří převládající část směsi Nb2O5 + 5NbC, je hrubší než dispergovaný Nb2O5 a saze, což je dalším důvodem větší objemové hmotnosti směsi Nb2O5 + 5NbC než směsi Nb2O5 + 5C.
Výsledkem toho všeho je, že do jednotkového objemu kartuše se vejde 2,5–3krát více materiálu (na základě obsahu niobu) ve formě briket ze směsi Nb2O5 + 5NbC než briket ze směsi Nb2O5 + 5C.
V Bolkeově práci neexistují dostatečně přesvědčivé důkazy o nutnosti přísného dodržování doporučeného složení směsi Nb2O5 + 5NbC naplněné do vakuové pece.
Kalcinací směsi Nb205 + 5C v uhlíkové trubkové peci za atmosférického tlaku je možné získat s vysokou produktivitou (v kontinuálním procesu) produkt blízký složení kovovému niobu s malou příměsí uhlíku. Tento prášek bohatý na niob s vysokou měrnou a objemovou hustotou lze poté smíchat s příslušným množstvím Nb205 (s mírným přebytkem Nb205 vzhledem k ekvivalentní uhlíkové nečistotě v niobu) a briketovanou směs kalcinovat ve vakuové peci, aby se odstranil uhlík ve formě CO.
U této možnosti bude kapacita a následně produktivita vakuové pece největší. Malý zbývající přebytek Nb2O5 se odpaří během dalšího vysokoteplotního slinování niobu a ten se změní na kompaktní tvárný kov
Při použití niobu s nízkým obsahem uhlíku místo karbidu niobu k interakci s oxidem pentoxidem mohou nastat některé technologické komplikace. Faktem je, že když se niob s nízkým obsahem uhlíku získá za atmosférického tlaku v reakčním prostoru grafitové trubkové pece, je vždy možné, aby do pece vstoupila příměs dusíku ze vzduchu. Niob, který má vysokou afinitu k dusíku, jej aktivně absorbuje. Při výrobě karbidu niobu je možnost kontaminace produktu dusíkem mnohem menší kvůli vyšší afinitě niobu k uhlíku než k dusíku.
Proto je získání kovového niobu při použití niobu s nízkým obsahem uhlíku jako výchozího materiálu komplikováno potřebou vytvořit podmínky, které vylučují možnost vnikání dusíku do reakčního prostoru, čehož je obtížné dosáhnout v peci s grafitovou trubkou volně připojenou k atmosféře. Pro odstranění dusíku z pece je nutné pec důkladně naplnit čistým vodíkem nebo argonem, sledovat těsnost pláště, zabránit nasávání vzduchu do reakční trubice při plnění náplní směsí Nb2O5 + 5C a při vykládání niobu atd.
Proto lze v každém jednotlivém případě vyřešit otázku výhod možnosti předběžné výroby karbidu niobu nebo niobu s nízkým obsahem uhlíku za atmosférického tlaku (následované kalcinací těchto produktů ve směsi s Nb2O5 ve vakuu).
Výhody procesu redukce uhlíku niobu podle jedné z popsaných možností jsou: použití levného redukčního činidla ve formě sazí a vysoká přímá izolace niobu do hotového kovu
Blízkost vlastností oxidů tantalu a niobu umožňuje použít popsaný způsob výroby tvárného tantalu.

15.08.2019

Armatura - stavební kovové výrobky, jejichž profil může být hladký (třída A1) nebo periodický. Výztuž se používá k posílení a zvýšení pevnosti ...

15.08.2019

Metoda plazmového řezání byla objevena relativně nedávno, ale v průmyslu se používá velmi aktivně, protože byla dobře studována ...

15.08.2019

Vývoj technologie umožňuje zdokonalit pneumatické nástroje. K jejich přívodu se používá stlačený vzduch. Takový nástroj se aktivně používá v průmyslu, pro ...

15.08.2019

Začátek školního roku je pro dítě vážnou zkouškou, protože se jeho obvyklý způsob života rozpadá. Rodiče mu musí pomoci tuto změnu zvládnout. Velmi důležité ...

14.08.2019

Výztuž je komplex prvků, které poskytují dodatečnou pevnost v různých železobetonových konstrukcích. Obvykle se používá s betonem. Uvnitř materiálu ...

14.08.2019

Mohou se setkat všichni řidiči nepředvídané situace... Můžete se dostat do dopravní nehody, systémy a komponenty automobilu mohou nečekaně ...

14.08.2019

Profilovaný plech - vlnitý kovový tuhý plech se zinkovým nebo polymerním povlakem. Tento typ střešního materiálu je velmi běžný a žádaný ...

O rok později švédský chemik Ekeberg izoloval oxid dalšího nového prvku z kolumbitu, zvaného tantal. Podobnost sloučenin Columbia a tantal byla tak velká, že po 40 let většina chemiků věřila, že tantal a columbium jsou jeden a tentýž prvek.

V roce 1844 německý chemik Heinrich Rose zkoumal vzorky kolumbitu nalezené v Bavorsku. Znovu objevil oxidy dvou kovů. Jedním z nich byl oxid již známého tantalu. Oxidy byly podobné, a aby se zdůraznila jejich podobnost, Rose pojmenovala prvek, který tvoří druhý oxid niob, po Niobe, dceři mytologického mučedníka Tantala.

Rose se však stejně jako Hatchet nepodařilo získat tento prvek ve volném stavu.

Kovový niob byl poprvé získán až v roce 1866... švédský vědec Blomstrand při redukci chloridu niobu vodíkem. Na konci XIX století. byly; našel další dva způsoby, jak tento prvek získat. Nejprve ho Moissan přijal v elektrické peci, přičemž oxid niobu redukoval uhlíkem, a poté Goldschmidt dokázal obnovit stejný prvek pomocí hliníku.

A volat prvek číslo 41 v rozdílné země pokračovalo různými způsoby: v Anglii a Spojených státech - Colombium, v jiných zemích - niob. Konec sváru dal Mezinárodní svaz teoretické a aplikované chemie (IUPAC) v roce 1950. Bylo rozhodnuto všude legitimizovat název prvku „niob“ a název „columbite“ zůstal pro hlavní minerál niobu. Jeho vzorec je (Fe, Mn) (Nb,

Elementální niob- extrémně žáruvzdorný (2468 ° C) a vysokovroucí (4927 ° C) kov, velmi odolný v mnoha agresivních prostředích. Všechny kyseliny, s výjimkou kyseliny fluorovodíkové, na ni nepůsobí. Oxidující kyseliny „pasivují“ niob tím, že jej pokryjí ochranným oxidovým filmem (Nb205). Ale při vysokých teplotách se reaktivita niobu zvyšuje. Pokud se při 150 - 200 ° C oxiduje pouze malá povrchová vrstva kovu, pak při 900 - 1200 ° C se tloušťka oxidového filmu výrazně zvyšuje.

Niob aktivně reaguje s mnoha nekovy. Halogeny, dusík, vodík, uhlík, síra tvoří s ním sloučeniny. V tomto případě může niob vykazovat různé valence - od dvou do pěti. Ale hlavní valence tohoto prvku je 5+. Pentavalentní niob může být součástí soli jak jako kation, tak jako jeden z prvků aniontu, což naznačuje amfoterní povahu prvku č. 41.

Soli niobových kyselin se nazývají niobáty. Získávají se v důsledku výměnných reakcí po fúzi oxidu niobičného se sodou:

Nb 2 O 5 + 3 Na 2 CO 3 → 2 Na 3 3 NbO 4 + 3 CO 2.

Soli několika niobových kyselin, zejména metaniobu HNbO3, stejně jako dinobáty a pentaniobáty (K4Nb207, K7Nb506-rnH20), byly poměrně dobře studovány. A soli, ve kterých prvek č. 41 působí jako kation, se obvykle získávají přímou interakcí jednoduchých látek, například 2Nb + 5Cl2 → 2NbCl5.

Jasně zbarvené krystaly jehličí penthalogenidů niobu (NbCl 5 - žlutá, NbBr 5 - fialově červená) se snadno rozpouštějí v organických rozpouštědlech - chloroform, ether, alkohol. Ale když jsou tyto sloučeniny rozpuštěny ve vodě, úplně se rozloží a hydrolyzují za vzniku niobátů:

NbCl5 + 4H20 → 5HCl + H3NbO4.

Hydrolýze lze zabránit přidáním silné kyseliny do vodného roztoku. V takových roztocích se penthalogenidy niobu rozpouštějí bez hydrolýzy.

Niob tvoří dvojné soli a komplexní sloučeniny, nejsnadněji fluoridy. Fluoroniobáty jsou názvy těchto podvojných solí. Získávají se, pokud se k roztoku niobové a fluorovodíkové kyseliny přidá fluorid kovu.

Složení komplexní sloučeniny závisí na poměru složek reagujících v roztoku. Rentgenová analýza jedné z těchto sloučenin ukázala strukturu odpovídající vzorci K2NbF7. Mohou být také vytvořeny niobové oxosloučeniny, například oxofluoroniobát draselný K2NbOF5 * H20.

Chemická charakterizace prvku se samozřejmě neomezuje na tyto informace. Dnes jsou nejdůležitějšími sloučeninami prvku číslo 41 jeho sloučeniny s jinými kovy.

Niob a supravodivost

Úžasný fenomén supravodivosti, kdy při poklesu teploty vodiče dochází k náhlému zmizení elektrického odporu, poprvé pozoroval nizozemský fyzik G. Kamerling-Onnes v roce 1911. Ukázalo se, že je to první supravodič, ale ne ona, ale niob a některé intermetalické sloučeniny niobu byly určeny k tomu, aby se staly prvními technicky důležité supravodivé materiály.

Prakticky důležité jsou dvě charakteristiky supravodičů: hodnota kritické teploty, při které dochází k přechodu do stavu supravodivosti, a kritické magnetické pole (dokonce i Kamerlingh Onnes pozoroval ztrátu supravodičů supravodičem při vystavení dostatečně silnému magnetickému poli).

Nyní je známo více než 2 000 supravodivých kovů, materiálů a sloučenin, ale drtivá většina z nich nepřišla a zřejmě nikdy nepřijde k technologii ani kvůli extrémně nízkým hodnotám kritických parametrů, které byly zmíněny výše, nebo kvůli nepřijatelným technologické vlastnosti... Mezi praktickými supravodiči jsou obzvláště populární slitiny niob-titan. Většina dnes používaných supravodivých magnetů je vyrobena z nich. Jsou plastové, lze z nich vyrábět technická zařízení a vodiče složitých tvarů.

Jako materiál pro páskové supravodiče je cenná slitina niobu s cínem Nb 3 Sn, stanioid niobu, objevený již v roce 1954. Supravodivý prvek nesoucí proud - autobus se 150 000 jádry - je u nás vyroben z niobu stannidu. Tyto vícejádrové supravodivé vodiče jsou určeny pro použití v nových termonukleárních zařízeních „Tokomak-15“.

Pro praxi je zajímavá další niobová intermetalická sloučenina, Nb 3 Ge. Tenký film tohoto složení má rekordně vysokou kritickou teplotu - 24,3 K. Je pravda, že litý Nb 3 Ge má kritickou teplotu pouze 6 K a technologie pro přípravu supravodivých prvků z tohoto materiálu je poměrně komplikovaná.

Ternární slitiny: niob - germanium - hliník, stejně jako některé intermetalické sloučeniny vanadu, mají poměrně vysoké kritické teploty. Největší naděje odborníků na supravodiče jsou ale spojeny s niobem a jeho sloučeninami.

Niobový kov

Kovové niob lze získat redukcí jeho sloučenin, například chloridu niobu nebo fluoroniobátu draselného, \u200b\u200bpři vysokých teplotách:

K 2 NbF 7 + 5Na → Nb + 2KF + 5NaF.

Ale před dosažením této v podstatě konečné fáze výroby prochází niobová ruda mnoha fázemi zpracování. Prvním z nich je těžba rud a výroba koncentrátu. Koncentrát je fúzován s různými tekutinami: louh sodný nebo soda. Výsledná slitina se vyluhuje. Ale úplně se nerozpouští. Nerozpustným zbytkem je niob. Je pravda, že je stále ve složení hydroxidu, není oddělen od svého analogu podskupinou - tantal - a není očištěn od některých nečistot.

Až do roku 1866 nebylo známo, že by byl někdo vhodný pracovní podmínky metoda separace tantalu a niobu. První způsob oddělení těchto extrémně podobných prvků navrhl Jean Charles Galissard de Marignac. Metoda je založena na rozdílné rozpustnosti komplexních sloučenin těchto kovů a nazývá se fluorid. Komplexní fluorid tantalu je nerozpustný ve vodě, zatímco analogická sloučenina niobu je rozpustná.

Fluoridová metoda je složitá a neodděluje úplně niob a tantal. Proto se v dnešní době téměř nikdy nepoužívá. To bylo nahrazeno metodami selektivní extrakce, iontové výměny, rektifikace halogenidů atd. Tyto metody se používají k získání oxidu a chloridu pentavalentního niobu.

Po oddělení niobu a tantalu nastává hlavní operace - redukce. Oxid niobičitý Nb205 se redukuje pomocí hliníku, sodíku, sazí nebo karbidu niobu získaného reakcí Nb205 s uhlíkem; chlorid niobnatý se redukuje kovem sodným nebo amalgámem sodným. Tak se získá práškový niob, který se poté musí přeměnit na monolit, vyrobený z plastu, kompaktní, vhodný ke zpracování. Stejně jako ostatní žáruvzdorné kovy se niob - monolit získává metodami práškové metalurgie, jejichž podstata je následující.

Ze získaného kovového prášku za vysokého tlaku (1 t / cm 2) se lisují takzvané tyče obdélníkového nebo čtvercového průřezu. Ve vakuu při 2300 ° C jsou tyto tyče slinovány, spojeny do tyčí, které jsou roztaveny ve vakuových obloukových pecích, a tyče v těchto pecích fungují jako elektroda. Tento proces se nazývá tavení spotřební elektrody.

Monokrystalický plastický niob se získá tavením kelímku ve volné zóně elektronovým paprskem. Jeho podstatou je, že silný elektronový paprsek je směrován na práškový niob (operace lisování a slinování jsou vyloučeny!), Který prášek roztaví. Kapky kovu stékají dolů na niobový ingot, který postupně roste a je odstraňován z pracovní komory.

Jak vidíte, cesta niobu z rudy do kovu je v každém případě poměrně dlouhá a způsoby výroby jsou složité.

Nejlogičtější je začít příběh o použití niobu metalurgií, protože právě v metalurgii je nejrozšířenější. Jak v metalurgii neželezných kovů, tak v železném průmyslu.

Niobová legovaná ocel má dobrou odolnost proti korozi. "No a co? - řekne další sofistikovaný čtenář. „Chrom také zvyšuje odolnost oceli proti korozi a je mnohem levnější než niob.“ Tento čtenář je správný a špatný zároveň. Špatně, protože zapomněl na jednu věc.

V chromniklové oceli, stejně jako v jakékoli jiné oceli, je vždy uhlík. Ale uhlík se kombinuje s chromem za vzniku karbidu, což činí ocel křehčí. Niob má větší afinitu k uhlíku než chrom. Když se tedy do oceli přidá niob, nutně se vytvoří karbid niobu. Ocel legovaná niobem získává vysoké antikorozní vlastnosti a neztrácí svou tažnost. Požadovaného účinku se dosáhne, když se k tuně oceli přidá pouze 200 g kovového niobu. A chrom-manganová ocel, niob poskytuje vysokou odolnost proti opotřebení.

Mnoho neželezných kovů je také legováno niobem. Takže hliník, který se snadno rozpouští v alkáliích, s nimi nereaguje, pokud je do něj přidáno pouze 0,05% niobu. A měď, známá svou měkkostí a mnoha svými slitinami, vypadá, že niob tvrdne. Zvyšuje pevnost kovů, jako je titan, molybden, zirkon, a zároveň zvyšuje jejich tepelnou odolnost a tepelnou odolnost.

Nyní vlastnosti a schopnosti niobu oceňují na jejich skutečné hodnotě letectví, strojírenství, radiotechnika, chemický průmysl, jaderná energie. Všichni se stali spotřebiteli niobu.

Jedinečná vlastnost - absence znatelné interakce niobu s uranem při teplotách až 1100 ° C a navíc dobrá tepelná vodivost, malý efektivní absorpční průřez pro tepelné neutrony způsobily, že niob je vážným konkurentem kovů uznávaných v jaderném průmyslu - hliníku, beryliu a zirkoniu. Kromě toho je umělá (indukovaná) radioaktivita niobu nízká. Lze jej proto použít k výrobě kontejnerů pro skladování radioaktivního odpadu nebo zařízení k jejich použití.

Chemický průmysl spotřebovává relativně málo niobu, ale to je způsobeno pouze jeho nedostatkem. Zařízení na výrobu vysoce čistých kyselin se někdy vyrábí ze slitin obsahujících niob a méně často z plošného niobu. Schopnost niobu ovlivňovat rychlost některých chemických reakcí se používá například při syntéze alkoholu z butadienu.

Raketová a vesmírná technologie se také stala spotřebiteli prvku 41. Není žádným tajemstvím, že některá množství tohoto prvku již rotují na oběžných drahách Země. Některé části raket a palubního vybavení satelitů umělých zemin jsou vyrobeny ze slitin obsahujících niob a čistého niobu.

MINERÁLY NIOBIUM. Columbit (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6 byl první niobový minerál, který lidstvo zná. A tentýž minerál je nejbohatší na prvek číslo 41. Podíl oxidů niobu a tantalu tvoří až 80% hmotnosti kolumbitu. V pyrochloru (Ca, Na) 2 (Nb, Ta, Ti) 206 (O, OH, F) a v dalším (Na, Ce, Ca) 2 (Nb, Ti) 2O6 je mnohem méně niobu. Celkově je známo více než 100 minerálů, mezi něž patří niob. Existují významná ložiska těchto minerálů v různých zemích: USA, Kanada, Norsko, Finsko, ale největší dodavatel niobové koncentráty na světovém trhu se staly africkým státem Nigérie. V Rusku jsou velké zásoby loparitu, byly nalezeny na poloostrově Kola.

RŮŽOVÝ KARBID. Monokarbid niobu NbC je plastická látka s charakteristickým růžovým leskem. Tato důležitá sloučenina se poměrně snadno vytváří interakcí kovového niobu s uhlovodíky. Kombinace dobré tažnosti a odolnosti proti vysoké teplotě s příjemným „vzhledem“ učinila z niobu monokarbidu cenný potahový materiál. Vrstvy této látky o tloušťce pouze 0,5 mm spolehlivě chrání mnoho materiálů před korozí při vysokých teplotách, zejména grafit, který je prakticky nechráněn jinými povlaky. NbC se také používá jako konstrukční materiál při výrobě raket a turbín.

NERVY NUTNÉ NIOBIEM. Vysoká odolnost niobu proti korozi umožnila jeho použití v medicíně. Niobové nitě nedráždí živou tkáň a jsou s ní dobře spojeny. Rekonstrukční chirurgie úspěšně použila takové nitě k sešití potrhaných šlach, krevních cév a dokonce i nervů.

VNĚJŠÍ NENÍ ROZHODNUTÍ Niob má nejen sadu vlastností potřebných pro tuto techniku, ale také vypadá docela krásně. Klenotníci se pokusili použít tento bílý lesklý kov k výrobě pouzder na náramkové hodinky. Slitiny niobu s wolframem nebo rheniem někdy nahrazují ušlechtilé kovy: zlato, platinu, iridium. To je obzvláště důležité, protože slitina niobu s rheniem nejenže vypadá jako kovové iridium, ale je téměř stejně odolná proti opotřebení. To umožnilo některým zemím upustit od drahého iridia při výrobě pájení pro plnicí pera.

NIOBIUM A SVAŘOVÁNÍ. Na konci dvacátých let začalo elektrické a plynové svařování nahrazovat nýtovací a jiné způsoby spojování jednotek a dílů. Svařování zlepšilo kvalitu výrobků, zrychlilo a snížilo náklady na montážní procesy. Svařování se zdálo zvláště slibné při instalaci velkých instalací pracujících v korozivním prostředí nebo pod vysokým tlakem. Ale pak se ukázalo, že při svařování nerezové oceli má svar mnohem nižší pevnost než samotná ocel. Pro zlepšení vlastností švu byly do „nerezové oceli“ zavedeny různé přísady. Nejlepší z nich bylo niob.

SNÍŽENÉ ÚDAJE. Není náhodou, že niob je považován za vzácný prvek: je skutečně vzácný a v malém množství, vždy ve formě minerálů a nikdy v původním stavu. Zajímavý detail: v různých referenční knihy Clarke (obsah v zemské kůře) niobu je jiný. Důvodem je zejména skutečnost, že v posledních letech byla v afrických zemích nalezena nová ložiska minerálů obsahujících niob. V "Chemist's Handbook", svazek I (Moskva, "Chemistry", 1963) jsou uvedena čísla: 3,2-10 -5%, 1 * 10-3% a 2,4 * 10-3%. Ale i nejnovější čísla jsou podceňována: nebyly zde zahrnuty africké vklady objevené v posledních letech. Přesto se odhaduje, že z minerálů již známých ložisek lze vytavit přibližně 1,5 milionu tun kovového niobu.

Ve skutečnosti je niob, stejně jako všechny ostatní kovy, šedý. Nicméně pomocí pasivující vrstva oxidu, rozžhavíme náš kov krásné květiny... Ale niob není jen pěkně vypadající kov. Stejně jako tantal je odolný vůči mnoha chemikáliím a lze jej snadno vytvořit i při nízkých teplotách.

Niob se v tom liší vysoká odolnost proti korozi kombinuje se s nízká hmotnost... Tento materiál používáme k výrobě vložek na mince všech barev, odpařovacích misek odolných proti korozi pro použití v technologii potahování a tvarově stabilních kelímků pro pěstování diamantů. Vzhledem k vysoké úrovni biokompatibility se niob používá také jako materiál implantátu. Vysoká teplota přechodu také činí niob ideálním materiálem pro supravodivé kabely a magnety.

Čistota zaručena

Můžete si být jisti kvalitou našich výrobků. Jako výchozí materiál používáme pouze nejčistší niob. Takto vám extrémně zaručujeme vysoká čistota materiálu.

Mince a diamanty. Oblasti použití niobu.

Aplikace našeho niobu jsou stejně rozmanité jako vlastnosti samotného materiálu. Níže vám stručně představíme dva z nich:

Cenné a barevné

Naše niob se při výrobě mincí objevuje v nejpříznivějším světle. V důsledku eloxování se na povrchu niobu vytvoří tenká vrstva oxidu. Kvůli lomu světla tato vrstva září v různých barvách. Tyto barvy můžeme ovlivnit změnou tloušťky vrstvy. Červená až modrá: Je možná jakákoli barva.

Vynikající tvarovatelnost a trvanlivost

Jeho vysoká odolnost proti korozi a vynikající tvarovatelnost činí z niobu ideální kelímkový materiál pro výrobu syntetického polykrystalického diamantu (PCD). Naše niobové kelímky se používají pro vysokoteplotní vysokotlakou syntézu.

Čistě roztavený niob

Náš fúzní niob dodáváme ve formě listů, pásů nebo tyčí. Z ní můžeme také vyrábět produkty složité geometrie. Náš čistý niob má následující vlastnosti:

• vysoká teplota tání 2468 ° C
• vysoká tažnost při pokojové teplotě
• rekrystalizace při teplotách od 850 do 1300 ° C
  (v závislosti na stupni deformace a čistoty)
• vysoká odolnost ve vodných roztocích a kovových taveninách
• vysoká rozpustnost uhlíku, kyslíku, dusíku a vodíku (riziko zvýšené křehkosti)
• supravodivost
• vysoká úroveň biokompatibility

Dobré v každém směru: vlastnosti niobu.

Niob patří do skupiny žáruvzdorné kovy... Žáruvzdorné kovy jsou kovy, které mají teplotu tání vyšší než je teplota platiny (1772 ° C). V žáruvzdorných kovech je energie vázající jednotlivé atomy extrémně vysoká. Žáruvzdorné kovy se liší vysoká teplota tání v kombinaci s nízký tlak páry, vysoký modul pružnosti a vysoká tepelná stabilita... Kromě toho mají žáruvzdorné kovy nízký koeficient tepelné roztažnosti... Ve srovnání s jinými žáruvzdornými kovy má niob relativně nízkou hustotu - pouze 8,57 g / cm3.

V periodické tabulce chemických prvků je niob ve stejném období jako molybden. Jeho hustota a teplota tání jsou proto srovnatelné s hustotou a teplotou tání molybdenu. Stejně jako tantal je niob náchylný k vodíkové křehkosti. Z tohoto důvodu se tepelné zpracování niobu provádí ve vysokém vakuu a ne ve vodíkovém prostředí. Niob i tantal mají také vysokou odolnost proti korozi ve všech kyselinách a dobrou tvarovatelnost.

Niob má nejvyšší teplota spojení mezi všemi prvky a je -263,95 ° C... Pod touto teplotou je niob supravodivý. Niob má navíc řadu extrémně specifických vlastností:

Vlastnosti
Protonové číslo		41
Atomová hmotnost		92,91
Teplota tání		2468 ° C / 2741 ° K.
Teplota varu		4744 ° C / 5017 ° K
Atomový objem		1,80 · 10 -29 [m 3]
Tlak páry	při 1800 ° C při 2200 ° C	5 · 10 -6 [Pa] 4 · 10 -3 [Pa]
Hustota při 20 ° C (293 ° K)		8,57 [g / cm3]
Krystalická struktura		centrovaný na tělo
Mřížková konstanta		329 [pm]
Tvrdost při 20 ° C (293 ° K)	deformovaný překrystalováno	110–180 60–110
Modul pružnosti při 20 ° C (293 ° K)		104 [GPa]
Poissonův poměr		0,35
Koeficient lineární tepelné roztažnosti při 20 ° C (293 ° K)		7,1 · 10 –6 [m / (m · K)]
Tepelná vodivost při 20 ° C (293 ° K)		53,7 [W / (m K)]
Specifické teplo při 20 ° C (293 ° K)		0,27 [J / (g · K)]
Vodivost při 20 ° C (293 ° K)		7,1 · 10 6
Elektrický odpor při 20 ° C (293 ° K)		0,141 [(Ohm · mm 2) / m]
Rychlost zvuku při 20 ° C (293 ° K)	Podélná vlna Příčná vlna	4920 [m / s] 2100 [m / s]
Elektronová pracovní funkce		4,3 [eV]
Průřez zachycení tepelných neutronů		1,15 · 10 -28 [m 2]
Teplota rekrystalizace (doba žíhání: 1 hodina)		850-1300 ° C
Supravodivost (teplota přechodu)		< -263,95 °C / < 9,2 °K

Termofyzikální vlastnosti

Stejně jako všechny žáruvzdorné kovy má niob vysokou teplotu tání a relativně vysokou hustotu. Tepelná vodivost niobu je srovnatelná s tepelnou vodivostí tantalu, ale nižší než vodivost wolframu. Koeficient tepelné roztažnosti niobu je vyšší než koeficient wolframu, ale stále významně nižší než koeficient železa nebo hliníku.

Termofyzikální vlastnosti niobu se mění s teplotou:

Koeficient lineární tepelné roztažnosti niobu a tantalu

Specifické teplo niobu a tantalu

Tepelná vodivost niobu a tantalu

Mechanické vlastnosti

Mechanické vlastnosti niobu závisí především na něm čistota a zejména obsah kyslíku, dusíku, vodíku a uhlíku. I malá koncentrace těchto prvků může mít významný dopad. Mezi další faktory ovlivňující vlastnosti niobu patří produkční technologie, stupeň deformace a tepelné zpracování.

Jako téměř všechny žáruvzdorné kovy má i niob kubická krystalová mřížka zaměřená na tělo... Teplota křehkého a tvárného přechodu niobu je nižší než teplota místnosti. Z tohoto důvodu niob velmi snadno se tvoří.

Při pokojové teplotě je prodloužení při přetržení větší než 20%. Se zvyšujícím se stupněm tváření za studena se zvyšuje jeho pevnost a tvrdost, ale zároveň se snižuje prodloužení při přetržení. I když materiál ztrácí svou tažnost, nestává se křehkým.

Při 104 GPa a při pokojové teplotě je modul pružnosti niobu nižší než modul pružnosti wolframu, molybdenu nebo tantalu. Modul pružnosti klesá s rostoucí teplotou. Při teplotě asi 1 800 ° C je tato hodnota 50 GPa.

Pružný modul niobu versus wolfram, molybden a tantal

Vzhledem ke své vysoké tažnosti je niob ideální pro formovací procesyjako je ohýbání, děrování, lisování nebo hluboké tažení. Aby se zabránilo svařování za studena doporučuje se používat ocelové nebo tvrdé kovové nástroje. Niob je těžké dát řezání... Čipy nelze snadno oddělit. Z tohoto důvodu doporučujeme používat nástroje s kroky řízení čipu. Niob je jiný vynikající svařitelnost ve srovnání s wolframem a molybdenem.

Máte otázky týkající se obrábění žáruvzdorných kovů? Rádi vám pomůžeme s využitím našich mnohaletých zkušeností.

Chemické vlastnosti

Niob je přirozeně potažen hustou vrstvou oxidu. Oxidová vrstva chrání materiál a poskytuje vysokou odolnost proti korozi. Při pokojové teplotě není niob stabilní pouze v několika anorganických látkách: koncentrovaná kyselina sírová, fluor, fluorovodík, kyselina fluorovodíková a kyselina šťavelová. Niob je stabilní ve vodných roztokech amoniaku.

Alkalické roztoky, kapalný hydroxid sodný a hydroxid draselný také chemicky napadají niob. Díky prvkům, které tvoří intersticiální pevné roztoky, zejména vodíku, může být niob křehký. Korozní odolnost niobu klesá se zvyšující se teplotou a při kontaktu s roztoky obsahujícími několik chemikálií. Při pokojové teplotě je niob zcela stabilní v prostředí jakýchkoli nekovových látek, s výjimkou fluoru. Při teplotách nad asi 150 ° C však niob reaguje s chlorem, bromem, jodem, sírou a fosforem.

Odolnost proti korozi ve vodě, vodných roztocích a nekovech
Voda	Horká voda< 150 °C	vytrvalý
Anorganické kyseliny	Kyselina chlorovodíková< 30 % до 110 °C Kyselina sírová< 98 % до 100 °C Kyselina dusičná< 65 % до 190 °C Kyselina fluorovodíková< 60 % Kyselina fosforečná< 85 % до 90 °C	vytrvalý vytrvalý vytrvalý nestabilní vytrvalý
Organické kyseliny	Octová kyselina< 100 % до 100 °C Kyselina šťavelová< 10 % Kyselina mléčná< 85 % до 150 °C Kyselina víno< 20 % до 150 °C	vytrvalý nestabilní vytrvalý vytrvalý
Alkalické roztoky	Hydroxid sodný< 5 % Hydroxid draselný< 5 % Řešení s amoniakem< 17 % до 20 °C Uhličitan sodný< 20 % до 20 °C	nestabilní nestabilní vytrvalý vytrvalý
Solné roztoky	Chlorid amonný< 150 °C Chlorid vápenatý< 150 °C Chlorid železitý< 150 °C Chlorečnan draselný< 150 °C Biologické tekutiny< 150 °C Síran hořečnatý< 150 °C Dusičnan sodný< 150 °C Chlorid cínatý< 150 °C	vytrvalý vytrvalý vytrvalý vytrvalý vytrvalý vytrvalý vytrvalý vytrvalý
Nekovy	Chlor fluoru< 100 °C Bróm< 100 °C Jód< 100 °C Síra< 100 °C Fosfor< 100 °C Bor< 800 °C	není perzistentní vytrvalý vytrvalý vytrvalý vytrvalý vytrvalý vytrvalý

Niob je stabilní v některých kovových taveninách, jako jsou Ag, Bi, Cd, Cs, Cu, Ga, Hg, ° K, Li, Mg, Na a Pb, za předpokladu, že tyto taveniny obsahují malé množství kyslíku. Al, Fe, Be, Ni, Co a Zn a Sn chemicky napadají niob.

Odolnost proti korozi v kovových taveninách
Hliník	nestabilní	Lithium	odolný při teplotě< 1000 °C
Berýlium	nestabilní	Hořčík	odolný při teplotě< 950 °C
Vést	odolný při teplotě< 850 °C	Sodík	odolný při teplotě< 1000 °C
Kadmium	odolný při teplotě< 400 °C	Nikl	nestabilní
Cesium	odolný při teplotě< 670 °C	Rtuť	odolný při teplotě< 600°C
Žehlička	nestabilní	stříbrný	odolný při teplotě< 1100 °C
Gallium	odolný při teplotě< 400 °C	Vizmut	odolný při teplotě< 550°C
Draslík	odolný při teplotě< 1000 °C	Zinek	nestabilní
měď	odolný při teplotě< 1200 °C	Cín	nestabilní
Kobalt	nestabilní

Niob nereaguje s inertními plyny. Z tohoto důvodu lze jako ochranné plyny použít čisté inertní plyny. Jak teplota stoupá, niob aktivně reaguje s kyslíkem, dusíkem a vodíkem ve vzduchu. Kyslík a dusík lze eliminovat žíháním materiálu za vysokého vakua při teplotách nad 1700 ° C. Vodík je eliminován již při 800 ° C. Tento proces vede ke ztrátě materiálu v důsledku tvorby těkavých oxidů a rekrystalizace struktury.

Chcete použít niob ve své průmyslové peci? Pamatujte, že niob může reagovat se strukturálními částmi vyrobenými ze žáruvzdorných oxidů nebo grafitu. I velmi stabilní oxidy, jako je hliník, hořčík nebo oxid zirkoničitý, lze snížit při vysokých teplotách, pokud přijdou do styku s niobem. Při kontaktu s grafitem se mohou tvořit karbidy, což vede ke zvýšení křehkosti niobu. Ačkoli niob lze obvykle snadno kombinovat s molybdenem nebo wolframem, může reagovat s hexagonálním nitridem boru a nitridem křemíku. Teplotní limity uvedené v tabulce platí pro vakuum. Při použití ochranného plynu jsou tyto teploty přibližně o 100–200 ° C nižší.

Niob, který při kontaktu s vodíkem křehne, lze regenerovat žíháním ve vysokém vakuu při 800 ° C.

Přirozený výskyt a příprava

V roce 1801 vyšetřoval anglický chemik Charles Hatchett těžký černý kámen přivezený z Ameriky. Zjistil, že kámen obsahuje v té době neznámý prvek, který pojmenoval kolumbie podle jeho země původu. Název, pod kterým je nyní znám, niob, mu dal v roce 1844 jeho druhý objevitel Heinrich Rose. Heinrich Rose se stal prvním člověkem, který oddělil niob od tantalu. Před tím nebylo možné tyto dva materiály rozlišit. Rose dala kovu jméno niob jménem dcery krále Tantala Niobie. Chtěl tedy zdůraznit blízký vztah obou kovů. Kovový niob byl poprvé získán redukcí v roce 1864 K.V.Blomstrandem. Niobium dostalo své oficiální jméno až po zhruba 100 letech po mnoha debatách. Mezinárodní asociace teoretické a aplikované chemie uznala „niob“ jako oficiální název kovu.

Niob se nejčastěji vyskytuje přirozeně ve formě kolumbitu, také známého jako niobit, jehož chemický vzorec je (Fe, Mn) [(Nb, Ta) O3] 2. Dalším důležitým zdrojem niobu je pyrochlor, komplexní niobát vápenatý. Vklady této rudy se nacházejí v Austrálii, Brazílii a některých afrických zemích.

Těžené rudy se zpracovávají v několika různých fázích, aby se získaly koncentráty až do 70% (Ta, Nb) 2O5. Poté se rozpustí v kyselině fluorovodíkové a kyselině sírové. Poté se sloučeniny fluoridu tantalu a niobu oddělí pomocí extrakčního procesu. Niob-fluorid se oxiduje kyslíkem za vzniku oxidu niobičitého a poté se redukuje uhlíkem při 2 000 ° C za vzniku niobového kovu. Poté se pomocí dalšího procesu přetavování elektronového paprsku získá ultračistý niob.

Popis a vlastnosti niobu

Niob - prvek patřící do páté skupiny periodického, atomového čísla - 41. Elektronický vzorec niobu - Nb 4d45sl. Grafický vzorec niobu - Nb - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 4 5s 1. Objeveno v roce 1801 - původně pojmenované „Kolumbie“ podle názvu řeky, ve které bylo objeveno. Později přejmenován.

Niob - kov ocelově bílý odstín, má tažnost - snadno se svinuje do plechů. Elektronová struktura niobu dává mu určité vlastnosti. Je zaznamenána indikace režimu vysoké teploty během tavení a teplota varu kovu. Z tohoto důvodu je elektronický exodus elektronů známý jako rys. Supravodivost se projevuje pouze při vysokých teplotách. Pro oxidaci vyžaduje kov minimální teplotu přibližně 300 ° C a vyšší. V tomto případě konkrétní oxid niobu Nb2O5.

Niob, vlastnosti které aktivně interagují s některými plyny. Jedná se o vodík, kyslík a dusík, pod jejich vlivem může změnit určité vlastnosti. Čím vyšší je teplota, tím intenzivněji je vodík absorbován, což činí niob křehčím. Po dosažení referenční značky 600 ° C začne docházet k opačnému vývoji a kov obnovuje ztracené hodnoty. Poté začíná tvorba nitridu NbN, jehož roztavení vyžaduje 2300 ° C.

Uhlík a plyny, které ho obsahují, začínají svou interakci s niobem při požadované teplotě nad 1 200 ° C, což vede ke vzniku karbidu NbC - teplota tání - 3 500 ° C. V důsledku interakce křemíku a boru s kovem niobu vzniká borid NbB2 - teplota tání - 2 900 ° С.

Niobový prvek odolný vůči téměř všem známým kyselinám, s výjimkou kyseliny fluorovodíkové, zejména její směsi s kyselinou dusičnou. Kov je citlivý na alkálie, zejména horké. Po jejich rozpuštění proběhne oxidační proces a vytvoří se kyselina niobová.

Těžba a původ niobu

Obsah kovu na tunu vypůjčené horniny je relativně nízký - pouze 18 g na tunu. Obsah je zvýšen v kyselějších horninách. Nejčastěji se nacházejí ve stejné hale niob a tantal, na úkor svých blízkých chemické vlastnostikteré jim umožňují být v jednom minerálu a účastnit se běžné procesy... U některých minerálů obsahujících titan se často vyskytuje substituční jev - "Niob - titan".

Je známo asi sto různých minerálů, které obsahují niob. Ale v průmyslu se používají jednotky. Jedná se o pyrochlor, loparit, torolit atd. V ultrabazických a alkalických horninách se niob nachází v perovskitu a eudialytu.

Niobové vklady k dispozici v Brazílii, Austrálii, Kanadě, Kongu, Nigérii a Rwandě.

Produkce niobu poměrně složitý proces se třemi hlavními fázemi. Nejprve se otevře koncentrát, poté se niob rozdělí na čisté sloučeniny. Poslední fází jsou redukční procesy a rafinace kovů. Nejběžnějšími metodami jsou karbotermální, aluminotermální a sodíkové termální metody.

Například smícháním oxidu niobu a sazí při vysokých teplotách v prostředí vodíku se získá karbid, poté smícháním karbidu a oxidu niobu při stejných teplotách, ale již za plného vakua, se získá kov, ze kterého se slitiny niobu... Je možné získat slitiny niobu metodami práškové metalurgie, metodami vakuového tavení a tavení elektronovým paprskem.

Aplikace niobu

Díky svým jedinečným vlastnostem se niob používá v mnoha průmyslových oblastech. Slitiny niobu mají žáruvzdornost, tepelnou odolnost, supravodivost, getr a antikorozní vlastnosti. Kromě toho je poměrně snadné zpracovat a svařovat. Je široce používán v kosmické a letecké technologii, rádiovém a elektrotechnickém průmyslu, chemickém průmyslu a jaderné energetice. V generátorových lampách se s jeho použitím vyrábí mnoho topných prvků. Také pro tyto účely se používá jeho slitina s tantalem.

Elektrické usměrňovače a elektrolytické kondenzátory také obsahují určité množství tohoto kovu. Jeho použití v těchto zařízeních je způsobeno jeho charakteristickými přenosovými a oxidačními vlastnostmi. Kondenzátory, které obsahují tento kov ve svém složení, s relativně malými rozměry, mají vysokou odolnost. Všechny prvky kondenzátoru jsou vyrobeny ze speciální fólie. Je lisován z niobového prášku.

Odolnost proti účinkům různých kyselin, vysoká tepelná vodivost a ohebnost struktury určují její popularitu v chemii a metalurgii při vytváření různých zařízení a struktur. Kombinace pozitivních vlastností tohoto důležitého kovu je žádaná i v jaderné energetice.

Kvůli slabému účinku niobu s průmyslovým uranem je kov při relativně nízkých teplotách (900 ° C) vhodný pro vytvoření ochranné vrstvy na jaderné reaktory... S takovou skořápkou je možné použít chladiva sodíku, s nimiž také těžko interaguje. Niob významně prodlužuje životnost uranových prvků a vytváří na jejich povrchu ochranný oxid proti škodlivým účinkům vodní páry.

Žáruvzdorné vlastnosti některých lze zlepšit legováním niobem. Slitiny niobu se také velmi dobře osvědčily. Jedná se například o slitinu niob - zirkons pozoruhodnými vlastnostmi. Tyto slitiny se používají k výrobě různých dílů pro kosmické lodě a letadla a také pro jejich kůže. Pracovní teplota takové slitiny může dosáhnout až 1200 ° C.

Některé slitiny oceli obsahují karbid niobu pro zlepšení vlastností slitiny. Relativně malý přídavek niobu v nerezové oceli zvyšuje jeho antikorozní vlastnosti a zlepšuje kvalitu získaného produktu svary... Mnoho nástrojových ocelí také obsahuje niob. Jako katalýza jsou její různé sloučeniny zapojeny do procesů umělé organické syntézy.

Cena niobu

Hlavní forma prodeje na globálním trhu je niobové ingoty, ale jsou docela možné i jiné formy ukládání. Na světě vždy existovala poptávka po niob, cena který se do začátku roku 2000 udržoval na stabilní úrovni. Trvalý růst poptávky spojený s rozvojem ekonomik mnoha zemí a nárůst výroby v oblasti inovativních technologií, metalurgického a chemického průmyslu přispěl k prudkému růstu cen do roku 2007 z 12 na 32 dolarů za kilogram kovu.

V následujících letech došlo v důsledku globální krize v hospodářském sektoru až do roku 2012 k mírnému poklesu. Míra obratu se odpovídajícím způsobem snížila. Ale již do roku 2012 se ceny opět zvýšily, a to i tehdy niob koupit bylo to možné jen za 60 $ za kilogram a růst se ještě nezastavil. Otázka rovnocenných, ale cenově dostupnějších náhrad je již dávno nastolena. A jsou k dispozici, ale jejich vlastnosti jsou jasně horší než niob. Proto je stále v ceně.