Niob - vlastnosti, aplikace a slitiny niobu. Fyzikální a chemické vlastnosti tantalu a niobu


Definice

Niobium  - Čtyřicátý první prvek periodické tabulky. Označení - Nb z latiny „niobium“. Nachází se v pátém období, skupina VBA. Týká se kovů. Základní poplatek je 41.

V zemské kůře obsahuje niob 0,002% (hmot.). Tento prvek je velmi podobný vanadu. Ve svém volném stavu je žáruvzdorný kov, pevný, ale ne křehký, dobře přístupný mechanickému zpracování (obr. 1). Hustota niobu je 8,57 g / cm3, teplota tání je 2500 o C.

Niob je stabilní v mnoha agresivních prostředích. Není ovlivněna kyselinou chlorovodíkovou a aqua regia, protože na povrchu tohoto kovu se tvoří tenký, ale velmi silný a chemicky odolný oxidový film.

Obr. 1. Niob. Vzhled

Atomová a molekulární hmotnost niobu

Definice

Relativní molekulová hmotnost látky (M r)  je číslo, které ukazuje, kolikrát je hmotnost dané molekuly větší než 1/12 hmotnosti atomu uhlíku, a relativní atomová hmotnost prvku (A r)  - kolikrát je průměrná hmotnost atomů chemického prvku více než 1/12 hmotnosti atomu uhlíku.

Protože ve volném stavu niob existuje ve formě monatomických molekul Nb, jeho atomová a molekulová hmotnost se shodují. Jsou rovny 92. 9063.

Izotopy niobu

Je známo, že v přírodě může být niob ve formě jediného stabilního izotopu 93 Nb. Hmotnostní číslo je 93, jádro atomu obsahuje čtyřicet jedna protonů a padesát dva neutronů.

Existují umělé nestabilní izotopy zirkonia s hmotnostními čísly od 81 do 113, jakož i dvacet pět izomerních stavů jader, z nichž nejdelší životnost je izotop 92 Nb s poločasem 34,7 milionu let.

Jonah Niobium

Na vnější energetické úrovni atomu niobu existuje pět elektronů, které jsou valenční:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 3 5s 2.

V důsledku chemické interakce se niob vzdává svých valenčních elektronů, tj. je jejich dárcem a mění se v kladně nabitý ion:

Nb 0 -1e → Nb +;

Nb 0 -2e → Nb 2+;

Nb 0-3e → Nb 3+;

Nb 0 -4e → Nb 4+;

Nb 0-5e → Nb 5+.

Molekula a atom niobu

Ve volném stavu niob existuje ve formě monatomických molekul Nb. Zde jsou některé vlastnosti, které charakterizují atom a niobovou molekulu:

Slitiny niobu

Niob je jednou ze složek mnoha slitin odolných vůči teplu a korozi. Zvláštní význam mají žáruvzdorné slitiny niobu, které se používají při výrobě plynových turbín, proudových motorů, raket.

Niob se také zavádí do nerezových ocelí. Výrazně zlepšuje jejich mechanické vlastnosti a odolnost proti korozi. Ocele obsahující 1 až 4% niobu se vyznačují vysokou tepelnou odolností a používají se jako materiál pro výrobu vysokotlakých kotlů.

Příklady řešení problémů

PŘÍKLAD 1

PŘÍKLAD 2

Úkol Uveďte valenční a oxidační stav niobu ve sloučeninách: Gd2Nb207 a Pb (Nb03) 2.
Odpověď Pro stanovení valence niobu ve sloučeninách obsahujících kyslík je třeba přísně dodržovat následující sled účinků. Vezměme si příklad Gd 2 Nb 2 O 7. Stanovíme počet atomů kyslíku v molekule. Je rovna 7. Vypočítejte celkový počet valenčních jednotek pro kyslík:

Vypočítejte celkový počet valenčních jednotek pro gadolinium:

Zjistíme rozdíl těchto veličin:

Stanovíme počet atomů niobu ve sloučenině. Je rovna 2 m. Valence niobu je rovna IV (8/2 \u003d 4).

Abychom našli oxidační stav niobu ve stejné sloučenině, vezmeme jeho hodnotu jako x a vezmeme v úvahu skutečnost, že náboj molekuly je 0:

2 × 3 + 2 × x + 7 × (-2) \u003d 0

Oxidační stav niobu je +4.

Podobně určujeme, že valenční a oxidační stav niobu v Pb (Nb03) 2 jsou rovny IV a +1, v tomto pořadí.

Pravda, empirický nebo hrubý vzorec: Nb

Molekulová hmotnost: 92 906

Niobium  - prvek podskupiny páté skupiny páté periody periodického systému chemických prvků D. I. Mendeleev, atomové číslo - 41. Je označen symbolem Nb (lat. Niobium). Jednoduchá látka niob (CAS číslo: 7440-03-1) je lesklý stříbrošedý kov s kubickou krystalovou mříží typu a-Fe, а \u003d 0,32294. Izotopy s hmotnostními čísly 81 až 113 jsou známé pro niob.

Příběh

Niobium byl objeven v roce 1801 anglickým vědcem Charlesem Hatchetem v minerálech, poslaný zpět do Britského muzea ze státu Massachusetts Johnem Winthropem v roce 1734 (vnuk Johna Winthropa mladšího). Minerál byl nazýván columbit a chemický prvek byl nazýván „Columbia“ (Cb) na počest země, ze které byl vzorek získán - Kolumbie (tehdy synonymem se Spojenými státy).
V roce 1802 objevil A. G. Ekeberg tantal, který se prakticky shodoval se všemi chemickými vlastnostmi s niobem, a proto se po dlouhou dobu věřilo, že jde o jeden a tentýž prvek. Teprve v roce 1844 německý chemik Heinrich Roze prokázal, že tento prvek se liší od tantalu a přejmenoval ho na „niob“ na počest dcery Tantalum Niobe, čímž zdůraznil podobnost mezi těmito prvky. V některých zemích (USA, Anglie) se však původní název prvku dlouho zachoval - Columbia a teprve v roce 1950 byl rozhodnutím Mezinárodní unie teoretické a aplikované chemie (IUPAC) prvek konečně pojmenován niob.
  Čistý niob byl poprvé získán na konci 19. století francouzským chemikem Henri Moissantem elektrotermální redukcí oxidu niobového uhlíku v elektrické peci.

Být v přírodě

Clark niob - 18 g / t. Obsah niobu se zvyšuje z ultrabasických (0,2 g / t Nb) na kyselé horniny (24 g / t Nb). Niob je vždy doprovázen tantalem. Blízké chemické vlastnosti niobu a tantalu určují jejich společnou přítomnost ve stejných minerálech a účast na obecných geologických procesech. Niob je schopen nahradit titan v řadě minerálů obsahujících titan (sfen, orthit, perovskit, biotit). Forma niobu v přírodě může být různá: difúzní (v horninotvorných a pomocných minerálech vyvřelých hornin) a minerálních. Celkem je známo více než 100 minerálů obsahujících niob. Z nich má jen několik z nich průmyslový význam: columbit-tantalit (,) (Nb, Ta) 2O 6, pyrochlor (, Ca, TR, U) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 (OH, F) (Nb 2 O 5 0 - 63%), loparit (, Ca, Ce) (Ti, Nb) O 3 ((Nb, Ta) 2 O 5 8 - 10%), někdy se používá euxenit, torolit, ilmenorutil a také minerály, obsahující niob ve formě nečistot (ilmenit, kasssit, wolfram). V alkalicko - ultrabazických horninách je niob rozptýlen v minerálech, jako je perovskit a v eudialytu. V exogenních procesech se mohou niobové a tantalské minerály, které jsou stabilní, akumulovat v deluviálně-aluviálních placerech (columbitové placery), někdy v bauxitu zvětralé kůry. Koncentrace niobu v mořské vodě je 1,10 −5 mg / l.

Vklady

Vklady niobu se nacházejí v USA, Japonsku, Rusku (poloostrov Kola), Brazílie, Kanada.

Země 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Austrálie 160 230 290 230 200 200 200 - - - - -
Brazílie 30 000 22 000 26 000 29 000 29 900 35 000 40 000 57 300 58 000 58 000 58 000 58 000
Kanada 2290 3200 3410 3280 3400 3310 4167 3020 4380 4330 4420 4400
Demokratická republika Kongo - 50 50 13 52 25 - - - - - -
Mozambik - - 5 34 130 34 29 - - - - -
Nigérie 35 30 30 190 170 40 35 - - - - -
Rwandě 28 120 76 22 63 63 80 - - - - -
Celkem na světě 32 600 25 600 29 900 32 800 34 000 38 700 44 500 60 400 62 900 62 900 62 900 63 000

Získávání

Niobové rudy jsou obvykle komplexní a chudé na kov. Rudné koncentráty obsahují Nb205: pyrochlor - nejméně 37%, loparit - 8%, columbit - 30-60%. Většina z nich je zpracovávána hliníkem nebo silikotermickou redukcí na ferroniob (40-60% Nb) a ferrotanthaloniob. Kovové niob se získává z rudných koncentrátů pomocí složité technologie ve třech fázích:

  • otevření koncentrátu,
  • separace niobu a tantalu a získání jejich čistých chemických sloučenin,
  • restaurování a rafinace niobového kovu a jeho slitin.
  Hlavními průmyslovými metodami pro výrobu niobu a jeho slitin jsou aluminotermické, sodné termické, karbotermické látky: ze směsi Nb205 a sazí se první karbid získá při 1800 ° C ve vodíkové atmosféře, poté se kov získá ze směsi karbidu a oxidu pentooxidu při 1800-1900 ° C ve vakuu ; pro získání slitin niobu se do této směsi přidají slitiny oxidů kovů; v dalším provedení je niob redukován při vysoké teplotě ve vakuu přímo z sazí Nb205. Sodná tepelná metoda niobu se redukuje sodíkem z K2NbF7, hlinitermická hliník z Nb205. Kompaktní kov (slitina) se vyrábí metodami práškové metalurgie, slinováním paprsků lisovaných z prášků ve vakuu při 2300 ° C nebo tavením elektronovým paprskem a vakuovým obloukem; vysoce čisté niobové monokrystaly - tavení zóny elektronového svazku bez kelímku.

Izotopy

Přírodní niob sestává z jediného stabilního izotopu - 93 Nb. Všechny ostatní uměle získané izotopy niobu s hmotnostními čísly 81 až 113 jsou radioaktivní (32 z nich je známo celkem). Nejdůležitější izotop je 92 Nb s poločasem rozpadu 34,7 Ma. Je známo také 25 metastabilních stavů jader různých izotopů.

Chemické vlastnosti

Chemicky je niob poměrně stabilní, ale v tomto ohledu nižší než tantal. Prakticky není ovlivněna kyselinou chlorovodíkovou, ortofosforečnou, zředěnou kyselinou sírovou, dusíkem. Kov se rozpustí v kyselině fluorovodíkové HF, směsi HF a HNO 3, koncentrovaných roztocích louhu a koncentrované kyseliny sírové při zahřátí nad 150 ° C. Při kalcinaci na vzduchu se oxiduje na Nb205. Pro tento oxid je popsáno asi 10 krystalických modifikací. Za normálního tlaku je p-forma Nb205 stabilní.

  • Sloučením Nb205 s různými oxidy se získají niobáty: Ti2Nb10O29, FeNb 49O124. Niobáty lze považovat za soli hypotetických niobových kyselin. Rozdělují se na metaniobáty MNb03, orthoniobáty M3Nb04, pyroniobáty M4Nb207 nebo polyniobáty M20 · nNb205 (M je jednotlivě nabitý kation, n \u003d 2-12). Jsou známy niobáty dvojnásobně a trojnásobně nabitých kationtů.
  • Niobáty reagují s HF, taveninami hydrofluoridů alkalických kovů (KHF 2) a amonia. Některé niobáty s vysokým poměrem M20 / Nb205 jsou hydrolyzovány: 6Na3Nb04 + 5H20 \u003d Na8Nb6O19 + 10NaOH.
  • Niob tvoří Nb02, NbO, řadu oxidů meziproduktů mezi Nb02, 42 a Nb02, 50 a strukturálně podobnou p-formě Nb205.
  • S halogeny tvoří niob pentahalidy NbHa15, tetrahalogenidy NbHa 14 a fáze NbHa 12, 67 - NbHa 13 + x, ve kterých jsou skupiny Nb3 nebo Nb2. Pentahalidy niobu se snadno hydrolyzují vodou.
  • V přítomnosti par vody a kyslíku tvoří NbC 15 a NbBr5 oxyhalogenidy NbOC 13 a NbOBr 3 - volné bavlněné látky.
  • Při interakci niobu a grafitu vznikají karbidy Nb2C a NbC, pevné látky odolné vůči teplu. V systému Nb - N existuje několik fází variabilního složení a nitridů Nb 2 N a NbN. Niobium se v systémech s fosforem a arsenem chová podobně. Během interakce niobu se sulfidy síry byly získány: NbS, NbS2 a NbS3. Syntetizované dvojité fluoridy Nb a draslík (sodík) - K2.
  • Dosud niob nebyl schopen izolovat niob z vodných roztoků. Je možná elektrochemická výroba slitin obsahujících niob. Elektrolýzou tavenin bezvodé soli lze izolovat kovový niob.

Aplikace

Použití a výroba niobu rychle roste, a to díky kombinaci jeho vlastností, jako je žáruvzdornost, nízký tepelný průřez záchytů neutronů, schopnost tvořit žáruvzdorné, supravodivé a jiné slitiny, korozní odolnost, geterové vlastnosti, nízká elektronová pracovní funkce, dobrá zpracovatelnost za studena a svařitelnost. Hlavními oblastmi použití niobu jsou raketová věda, letecká a kosmická technologie, radiotechnika, elektronika, inženýrství chemických přístrojů a jaderná energie.

Použití niobového kovu

  • Části letadel jsou vyrobeny z čistého niobu nebo jeho slitin; pouzdra na palivové články z uranu a plutonia; nádoby a potrubí na tekuté kovy; části elektrolytických kondenzátorů; „Horké“ kování elektronických (pro radarová zařízení) a výkonových generátorových lamp (anody, katody, mřížky atd.); zařízení odolná vůči korozi v chemickém průmyslu.
  • Niob je legován s jinými neželeznými kovy, včetně uranu. Například hliník, pokud je do něj zavedeno pouze 0,05% niobu, nereaguje s alkáliemi vůbec, i když za normálních podmínek se v nich rozpustí. Slitina niobu s 20% mědi má vysokou elektrickou vodivost a současně je dvakrát tvrdší a silnější než čistá měď
  • Niob se používá v kryotronech - supravodivých prvcích počítačů. Niob je také známý tím, že je používán v urychlovacích strukturách velkého hadronového srážce.
  • Niob a tantal se používají k výrobě vysoce specifických kapacitních elektrolytických kondenzátorů. Tantal umožňuje výrobu kondenzátorů vyšší kvality než niobový kov. Kondenzátory na bázi oxidu niobu jsou však nejspolehlivější a nejodolnější vůči ohni.
  Rakousko vydává bimetalické sběratelské mince v hodnotě 25 EUR ze stříbra a niobu

Intermetalidy a slitiny niobu

  • K produkci supravodivých solenoidů se používají stannid Nb 3 Sn (stannid triniobium, také známý jako slitina niobu a cínu), germanid Nb 3 Ge (germanium triniobium), nitrid NbN a slitiny niobu s titanem (niobium-titan) a zirkonium. Vinutí supravodivých magnetů Large Hadron Collider jsou tedy vyrobeny z 1200 tun kabelu ze slitiny niob-titan.
  • V mnoha případech niob a slitiny s tantalem nahrazují tantal, což dává velký ekonomický efekt (niob je levnější a téměř dvakrát lehčí než tantal).
  • Ferroniobium se zavádí (až 0,6% niobu) do nerezových chrom-niklových ocelí, aby se zabránilo jejich intergranulární korozi (včetně těch, které by se jinak začaly po svařování nerezové oceli) a destrukci v jiných typech oceli za účelem zlepšení jejich vlastností.
  • Niob se používá k ražbě sběratelských mincí. Bank of Latvia tedy tvrdí, že sběratelské mince nominální hodnoty 1 lats používají niob spolu se stříbrem.

Použití sloučenin niobu

  • Nb205 - katalyzátor v chemickém průmyslu;
  • ve výrobě žáruvzdorných materiálů, cermetů, speciálních skel, nitridů, karbidů, niobátů.
  • Karbid niobu (t.t. 3480 ° C) ve slitině s karbidem zirkonia a karbidem uranu-235 je nejdůležitějším konstrukčním materiálem pro palivové články jaderných raketových motorů na pevné fázi.
  • Nitrid niobu NbN se používá k výrobě tenkých a ultratenkých supravodivých filmů s kritickou teplotou 5 až 10 K s úzkým přechodem řádově 0,1 K.

Supravodivé materiály první generace

  • Jeden z nejpoužívanějších supravodičů (supravodivá teplota přechodu 9,25 K). Sloučeniny niobu mají supravodivou teplotu přechodu až 23,2 K (Nb 3 Ge).
  • Nejčastěji používané průmyslové supravodiče jsou NbTi a Nb 3 Sn.
  • Niob se také používá v magnetických slitinách.
  • Používá se jako legovací přísada.
  • Niobium nitrid se používá k výrobě supravodivých bolometrů.
  • Výjimečná trvanlivost niobu a jeho slitin tantalu v přehřátém páru cesia-133 z něj činí jeden z nejvýhodnějších a nejlevnějších strukturálních materiálů pro vysoce výkonné termionické generátory.

Biologická role

V současné době neexistují žádné informace o biologické úloze niobu.

Fyziologický účinek

Kovový prach niobu je hořlavý a dráždí oči a pokožku. Některé sloučeniny niobu jsou velmi toxické. MPC niob ve vodě 0,01 mg / l. Při požití způsobuje podráždění vnitřních orgánů a následnou paralýzu končetin.

Chemický prvek pojmenovaný po starověké Niobe - žena, která se odvážila smát bohům a zaplatila za ni smrtí svých dětí. Niob představuje přechod lidstva z průmyslové výroby na digitální; od parních lokomotiv po odpalovače raket; od uhelných elektráren k jaderné energii. Ve světě je cena niobu za gram poměrně vysoká, stejně jako poptávka po něm. Většina nejnovějších vědeckých poznatků úzce souvisí s používáním tohoto kovu.

Cena niobu za gram

Protože hlavní metody používání niobu souvisí s jadernými a vesmírnými programy, je zařazen do skupiny strategických materiálů. Zpracování je finančně výhodnější než vývoj a těžba nových rud, díky čemuž je niob v poptávce na sekundárním trhu s kovem.

Hodnota ceny je určována několika faktory:

  • Čistota kovu. Čím více nečistot, tím nižší cena.
  • Dodací formulář.
  • Rozsah dodávky. Přímo úměrné cenám kovů.
  • Umístění sběrného místa šrotu. Každý region má jinou potřebu niobu, a tedy i jeho ceny.
  • Přítomnost vzácných kovů. Slitiny obsahující prvky jako tantal, wolfram, molybden jsou vyšší ceny.
  • Hodnota kotací na světových burzách. Právě tyto hodnoty jsou při stanovení ceny základní.

Přibližná cena v Moskvě:

  • Niobium NB-2. Cena se pohybuje mezi 420-450 rublů. na kg
  • Niobiové čipy. 500-510 rub. na kg
  • Stoh niobu NBSh00. Liší se ve zvýšených cenách kvůli zanedbatelnému obsahu nečistot. 490-500 rub. na kg
  • Ústředí niobu NBSh-0. 450-460 rub. na kg
  • Niobium NB-1 ve formě tyčinky. Cena je 450-480 rublů. na kg

Přes vysoké náklady roste poptávka po niobu na světě. Důvodem je obrovský potenciál při používání a nedostatek kovu. Existuje pouze 18 gramů niobu na 10 tun půdy.

Vědecká komunita nadále pracuje na hledání a vývoji náhrady za takový drahý materiál. Ale zatím jsem nedostal konkrétní výsledek. To znamená, že v blízké budoucnosti se neočekává pokles cen niobu.

Pro regulaci cen a zvýšení rychlosti obchodu jsou pro produkty niobu stanoveny tyto kategorie:

  • Ingoty niobu. Jejich velikost a hmotnost jsou standardizovány GOST 16099-70. V závislosti na čistotě kovu se dělí na 3 stupně: niob NB-1, niob NB-2 a podle toho niob NB-3.
  • Ředitelství niobu. Má vyšší procento nečistot.
  • Niobová fólie. Je vyrobena až do tloušťky 0,01 mm.
  • Niobium bar. Podle TU 48-4-241-73 je dodáván značkami NbP1 a NbP2.

Fyzikální vlastnosti niobu

Kov je šedý s bílým nádechem. Odkazuje na skupinu žáruvzdorných slitin. Teplota tání je 2500 ° C. Bod varu 4927 ºС. Liší se zvýšenou hodnotou tepelného odporu. Neztrácí své vlastnosti při provozních teplotách nad 900 ° C.

Mechanické vlastnosti jsou také na vysoké úrovni. Hustota je 8570 kg / m3 s podobnou rychlostí oceli 7850 kg / m3. Je stabilní proti práci jak při dynamickém zatížení, tak i cyklickém. Pevnost v tahu je 34,2 kg / mm2. Má vysokou tažnost. Relativní koeficient prodloužení se pohybuje mezi 19-21%, což umožňuje získat z něj plechy válcované niobem o tloušťce až 0,1 mm.

Tvrdost je spojena s čistotou kovu od škodlivých nečistot a zvyšuje se zvýšením jejich složení. Čistý niob má 450 tvrdostí podle Brinella.

Niob je vhodný pro tlakové zpracování při teplotách pod -30 ° C a špatném řezání.

Tepelná vodivost se při velkých výkyvech teploty významně nemění. Například při 20 ° C je to 51,4 W / (m K) a při 620 ° C se zvyšuje pouze o 4 jednotky. Niob soutěží v elektrické vodivosti s prvky jako je měď a hliník. Elektrický odpor - 153,2 nOhm m. Odkazuje na kategorii supravodivých materiálů. Teplota, při které slitina přechází do supravodičového režimu, je 9 571 K.

Extrémně odolný vůči kyselým podmínkám. Takové běžné kyseliny jako kyselina sírová, chlorovodíková, fosforečná, dusičná neovlivňují její chemickou strukturu.

Při teplotách nad 250 ° C se niob aktivně oxiduje kyslíkem a vstupuje do chemických reakcí s molekulami vodíku a dusíku. Tyto procesy zvyšují křehkost kovu a tím snižují jeho pevnost.

  • Nevztahuje se na alergenní materiály. Když je zaveden do lidského těla, nezpůsobuje odmítnutí těla.
  • Je to kov první svařovatelné skupiny. Svary jsou pevné a nevyžadují přípravné operace. Odolné vůči praskání.

Odrůdy slitin

Podle hodnoty mechanických vlastností při zvýšených teplotách se slitiny niobu dělí na:

  1. Nízká pevnost. Pracují v mezích 1100–1150 ºС. Mají jednoduchou sadu legujících prvků. Jedná se zejména o zirkonium, titan, tantal, vanad, hafnium. Pevnost je 18-24 kg / mm2. Po přechodu prahu kritické teploty prudce klesá a stává se podobným čistému niobu. Hlavní výhodou jsou vysoké plastické vlastnosti při teplotách do 30 ° C a dobrá zpracovatelnost tlakem.
  2. Střední síla. Jejich provozní teplota je v rozmezí 1200 - 1250 ºС. Kromě výše uvedených legujících prvků obsahují nečistoty wolfram, molybden, tantal. Hlavním účelem těchto aditiv je zachování mechanických vlastností se zvyšující se teplotou. Mají mírnou tažnost a jsou dobře zpracovávány tlakem. Pozoruhodným příkladem slitiny je niob 5VMTS.
  3. Slitiny s vysokou pevností. Používají se při teplotách až 1300 ºС. Při krátkodobé expozici až 1500 ºС. Liší se chemickým složením vyšší složitosti. 25% tvoří přísady, jejichž hlavní podíl je wolfram a molybden. Některé typy těchto slitin se vyznačují vysokým obsahem uhlíku, který pozitivně ovlivňuje hodnotu jejich tepelné odolnosti. Hlavní nevýhodou vysokopevnostního niobu je jeho nízká tažnost, což komplikuje zpracování. A v souladu s tím příjem výrobních polotovarů.

Je třeba poznamenat, že výše uvedené kategorie jsou svou povahou podmíněné a poskytují pouze obecnou představu o způsobu aplikace konkrétní slitiny.

Je třeba zmínit také o takových sloučeninách, jako je ferroniob a oxid niobu.

Ferroniobium je sloučenina niobu se železem, kde jeho obsah je na úrovni 50%. Kromě základních prvků zahrnuje setiny titanu, síry, fosforu, křemíku, uhlíku. Přesný procentuální poměr prvků je standardizován GOST 16773-2003.

Niobium-pentaxid je krystalický bílý prášek. Není předmětem rozpouštění v kyselině a vodě. Vyrábí se spálením niobu v kyslíku. Úplně amorfní. Bod tání 1500 ° C.

Aplikace niobu

Všechny výše uvedené vlastnosti dělají kov velmi populární v různých průmyslových odvětvích. Mezi mnoho způsobů, jak jej použít, jsou následující pozice:

  • Použití v metalurgii jako legující prvek. Kromě toho jsou černé i neželezné slitiny legovány niobem. Například přidání pouze 0,02% do kompozice z nerezové oceli 12X18H10T zvyšuje odolnost proti opotřebení o 50%. Vylepšeno niobem (0,04%), hliník se stává zcela imunní vůči alkáliím. Niob působí na měď jako kal na ocel a zvyšuje její mechanické vlastnosti o řádovou velikost. Všimněte si, že i uran je dotován niobem.
  • Oxid niobičitý je hlavní složkou při výrobě vysoce žáruvzdorné keramiky. Našel také uplatnění v obranném průmyslu: obrněné sklo vojenské techniky, optika s velkým úhlem lomu a další.
  • Ferroniobium se používá pro legování ocelí. Jeho hlavním úkolem je zvýšit odolnost proti korozi.
  • V elektrotechnice se používají k výrobě kondenzátorů a usměrňovačů proudu. Tyto kondenzátory se vyznačují vysokou kapacitní a izolační odolností, malou velikostí.
  • Široce se používají sloučeniny křemíku a germania s niobem v oblasti elektroniky. Vyrábějí supravodivé solenoidy a prvky generátorů proudu.

    • Existuje poměrně velké množství prvků, které v kombinaci s jinými látkami vytvářejí slitiny se zvláštními výkonovými charakteristikami. Příkladem je niob - prvek, který byl poprvé nazván „Columbia“ (podle názvu řeky, kde byl poprvé nalezen), ale později byl přejmenován. Niob je kov s poněkud neobvyklými vlastnostmi, o kterém se budeme podrobněji bavit později.

    Přijmout položku

    Při posuzování vlastností niobu je třeba poznamenat, že obsah tohoto kovu na tunu horniny je relativně malý, přibližně 18 gramů. Proto bylo po jeho objevení provedeno několik pokusů uměle získat kov. Vzhledem k blízkému chemickému složení je tato látka často extrahována společně s tantalem.

    Vklady niobu jsou umístěny téměř po celém světě. Příkladem jsou doly v Kongu, Rwandě, Brazílii a mnoha dalších zemích. Tento prvek však nelze označit za běžný, v mnoha regionech se prakticky nenachází ani v nízkých koncentracích.

    Relativně nízká koncentrace látky v zemské hornině je zhoršena obtížemi, které vznikají, když se získá z koncentrátu. Stojí za zvážení, že niobium NBSH lze získat pouze ze hornin, které jsou nasyceny tantalem. Charakteristiky výrobního procesu jsou následující body:

    1. Nejprve se do závodu přivádí koncentrovaná ruda, která prochází několika fázemi rafinace. Při výrobě niobu je výsledná ruda rozdělena na čisté prvky, včetně tantalu.
    2. Konečným procesem zpracování je rafinace kovů.

    Navzdory obtížím, s nimiž se setkáváme při těžbě a zpracování dotčené rudy, se výroba příslušné slitiny každým rokem výrazně zvyšuje. Důvodem je skutečnost, že kov má výjimečný výkon a je široce používán v celé řadě průmyslových odvětví.

    Oxidy niobu

    Daný chemický prvek se může stát základem různých sloučenin. Nejběžnější lze nazvat niobium pentoxide. Mezi znaky této sloučeniny lze uvést následující body:

    1. Oxid niobu je bílý krystalický prášek, který má krémový odstín.
    2. Látka není rozpustná ve vodě.
    3. Výsledná látka si po smíchání s většinou kyselin zachovává svoji strukturu.

    Následující vlastnosti lze také připsat vlastnostem oxidu niobičitého:

    1. Zvýšená trvanlivost.
    2. Vysoká žáruvzdornost. Látka je schopna odolat teplotám až 1490 stupňů Celsia.
    3. Po zahřátí se povrch oxiduje.
    4. Reakce na chlor může být redukována vodíkem.

    Hydroxid niobu se ve většině případů používá k výrobě vysoce legovaných ocelí, které mají velmi atraktivní funkční vlastnosti.

    Fyzikální a chemické vlastnosti

    Niob má chemické vlastnosti podobné vlastnostem tantalu. Vzhledem k hlavním charakteristikám niobu je třeba věnovat pozornost následujícím bodům:

    1. Odolnost proti různým typům koroze. Slitiny získané zavedením tohoto prvku do kompozice mají vysokou odolnost proti korozi.
    2. Dotyčný chemický prvek vykazuje vysokou teplotu tání. Jak ukazuje praxe, většina slitin má bod tání vyšší než 1400 stupňů Celsia. to komplikuje proces zpracování, ale činí kovy nepostradatelnými v různých oblastech činnosti.
    3. Hlavní fyzikální vlastnosti jsou také charakterizovány snadným svařováním výsledných slitin.
    4. Při negativních teplotách zůstane struktura prvku téměř nezměněna, což vám umožní uložit provozní vlastnosti kovu.
    5. Speciální struktura atomu niobu určuje supravodivé vlastnosti materiálu.
    6. Atomová hmotnost je 92,9, valence závisí na složení.

    Za hlavní výhodu látky se považuje žáruvzdornost. To je důvod, proč se stal používaným v celé řadě průmyslových odvětví. Tavení látky se provádí při teplotě asi 2 500 stupňů Celsia. Některé slitiny se dokonce taví při rekordní teplotě 4 500 stupňů Celsia. Hustota látky je poměrně vysoká, činí 8,57 gramů na krychlový centimetr. Stojí za zvážení, že kov je charakterizován paramagnetismem.

    Následující kyseliny neovlivňují krystalovou mřížku:

    1. sírová;
    2. solný;
    3. fosforečná;
    4. bělidlo.

    Nemá vliv na kovové a vodné roztoky chloru. S určitým účinkem na kov se na jeho povrchu vytvoří film dielektrického oxidu. Proto se kov začal používat při výrobě miniaturních vysokokapacitních kondenzátorů, které jsou rovněž vyráběny z dražšího tantalu.

    Aplikace niobu

    Vyrábí se celá řada niobových produktů, z nichž většina je spojena s uvolněním letadel. Příkladem je použití niobu při výrobě součástí, které jsou instalovány během montáže raket nebo letadel. Kromě toho můžeme rozlišit následující použití tohoto prvku:

    1. Výroba prvků, z nichž se vyrábějí radarové instalace.
    2. Jak již bylo uvedeno, za účelem získání levnějších kapacitních elektrických kondenzátorů lze použít příslušnou slitinu.
    3. Katody a fóliové anody se vyrábějí také pomocí dotyčného prvku, který je spojen s vysokou tepelnou odolností.
    4. Často najdete návrhy výkonných generátorových lamp, které mají uvnitř mřížku. Aby tato mřížka odolávala účinkům vysoké teploty, je vyrobena z příslušné slitiny.

    Použití niobu při výrobě trubek pro přepravu tekutých kovů je určeno vysokou fyzikální a chemickou kvalitou. Kromě toho se slitiny používají k výrobě kontejnerů pro různé účely.

    Slitiny niobu

    Vzhledem k těmto slitinám je třeba mít na paměti, že tento prvek se často používá k výrobě ferroniobu. Tento materiál je široce používán ve slévárenském průmyslu i při výrobě elektronických povlaků. Složení zahrnuje:

    1. železo
    2. niob s tantalem;
    3. křemík;
    4. hliník
    5. uhlík;
    6. síra;
    7. fosfor;
    8. titan.

    Koncentrace hlavních prvků se může lišit v poměrně širokém rozmezí, na kterém závisí provozní vlastnosti materiálu.

    Alternativou k ferroniobiovým slitinám je niob 5VMC. Po přijetí jsou jako legující prvky použity wolfram, zirkonium a molybden. Ve většině případů se tato tečka používá k výrobě potravin pro pohodlí hostů.

    Závěrem poznamenáváme, že niob v některých zemích se používá při výrobě mincí. Je to kvůli relativně vysokým nákladům na materiál. Při hromadné výrobě slitin, které mají jako hlavní prvek niob, se vytvářejí zvláštní ingoty.

    Popis a vlastnosti niobu

    Niobium  - 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. Otevřeno v roce 1801 - původně nazvané „Columbia“, jménem řeky, ve které bylo objeveno. Následně přejmenováno.

    Niob - kov  bílý ocelový odstín, má plasticitu - snadno srolovatelný do plechů. Elektronická struktura niobu  dává mu určité vlastnosti. Je zaznamenána indikace velkého teplotního režimu během tání a teploty varu kovu. Z tohoto důvodu je jako funkce zaznamenán elektronový výsledek elektronů. Supravodivost se objevuje pouze při vysokých teplotách. Pro oxidaci vyžaduje kov minimální teplotu asi 300 ° C a vyšší. V tomto případě konkrétní oxid niobu  Nb205.

    Vlastnosti niobu  které aktivně interagují s určitými plyny. To je vodík, kyslík a dusík, pod jejich vlivem mohou změnit určité vlastnosti. Čím vyšší je teplota, tím intenzivněji se absorbuje vodík, čímž se niob stává křehčí, když je dosaženo kontrolní značky 600 ° C, začne se objevovat zpětné uvolňování a kov obnovuje ztracené hodnoty. Poté začíná tvorba nitridu NbN, pro jehož tavení je vyžadováno 2300 ° C.

    Uhlík a plyny, které jej obsahují, začínají interagovat s niobem při požadované teplotě nad 1200 ° С, v důsledku čehož vznikne karbid tání NbC - t - 3500 ° С. V důsledku interakce křemíku a boru s niobovým kovem se vytvoří NbB2-t tající borid - 2900 ° C.

    Prvek niobu  je odolný vůči téměř všem známým kyselinám, kromě kyseliny fluorovodíkové, a zejména její směsi s kyselinou dusičnou. Kov je vystaven zásadám, zejména horkým. Když se v nich rozpustí, dojde k oxidačnímu procesu a vytvoří se kyselina niobová.

    Těžba a původ niobu

    Obsah kovu na tunu vypůjčené horniny je relativně malý - pouze 18 g na tunu. Obsah je zvýšen v kyselých horninách. Nejčastěji se nachází v jednom vkladu niob a tantal, díky jejich blízkým chemickým vlastnostem, které jim umožňují být ve stejném minerálu, a účastnit se běžných procesů. U některých minerálů obsahujících titan se často vyskytuje substituční jev - "Niob je titan."

    Je známo asi sto různých minerálů obsahujících niob. Ale v průmyslových jednotkách se používají. Jedná se o pyrochlor, loparit, torolit atd. V ultrabazických a alkalických horninách se niob nachází v perovskitu a eudialytu.

    Vklady niobu  K dispozici v Brazílii, Austrálii, Kanadě, Kongu, Nigérii a Rwandě.

    Výroba niobu docela složitý proces, který má tři hlavní fáze. Nejprve se koncentrát otevře, niob se také rozdělí na čisté sloučeniny. Poslední fází jsou regenerační procesy a rafinace kovů. Z nejčastějších metod lze uvést karbotermické, aluminotermické a sodíkové tepelné metody.

    Například smícháním oxidu niobu a sazí při vysokých teplotách ve vodíkovém médiu se získá karbid, poté smícháním karbidu a oxidu niobu při stejných teplotách, ale v úplném vakuu, se získá kov, ze kterého různé slitiny niobu. Je možné, že slitiny niobu mohou být získány metodami práškové metalurgie za použití vakuového a elektronového svazku metod tavení oblouku.

    Aplikace niobu

    Díky svým jedinečným vlastnostem se niob používá v mnoha průmyslových odvětvích. Slitiny niobu  mají žáruvzdornost, tepelnou odolnost, supravodivost, geterové a antikorozní vlastnosti. Kromě toho je docela snadné zpracovat a svařovat. Je široce používán ve vesmírných a leteckých technologiích, rádiovém a elektrotechnickém průmyslu, chemickém průmyslu a jaderné energii. V generátorových lampách se s jeho použitím vyrábí mnoho topných těles. Také pro tyto účely se používá slitina s tantalem.

    Elektrické usměrňovače a elektrolytické kondenzátory také obsahují určité množství tohoto kovu. Jeho použití v těchto zařízeních je dáno jeho charakteristickými vlastnostmi přenosu a oxidace. Kondenzátory obsahující tento kov s relativně malými rozměry mají velký odpor. Všechny prvky kondenzátorů jsou vyrobeny ze speciální fólie. Lisuje se z niobového prášku.

    Odolnost vůči různým kyselinám, vysoká tepelná vodivost a tažnost struktury, určují její popularitu v chemii a metalurgii při vytváření různých zařízení a struktur. Kombinace pozitivních vlastností tohoto důležitého kovu je žádána i v jaderné energii.

    Kvůli slabému účinku niobu s průmyslovým uranem je kov při relativně nízkých teplotách (900 ° C) vhodný pro vytvoření ochranné vrstvy v jaderných reaktorech. S takovou skořepinou je možné použít sodná chladiva, s nimiž také téměř neinteraguje. Niobium výrazně prodlužuje životnost uranových prvků a vytváří na jejich povrchu ochranný oxid před škodlivými účinky vodní páry.

    Ke zlepšení tepelně odolných vlastností některých je možné legování niobem. Také slitiny niobu se osvědčily velmi dobře. Jedná se například o slitinu niob - zirkoniumvyznačuje se pozoruhodnými vlastnostmi. Z těchto slitin se vyrábějí různé slitiny pro kosmické lodě a letadla, jakož i jejich pláště. Pracovní teplota takové slitiny může dosáhnout až 1200 ° C.

    Některé slitiny pro zpracování oceli zahrnují karbid niobu, který zvyšuje vlastnosti slitiny. Poměrně malé zvýšení niobu v nerezové oceli zvyšuje jeho antikorozní vlastnosti a zlepšuje kvalitu výsledných svarů. Mnoho nástrojových ocelí má také přísadu niobu. Jako katalýza se její různé sloučeniny účastní procesů umělé organické syntézy.

    Cena niobu

    Hlavní forma prodeje na globálním trhu je niobový drahokam, ale jsou možné i jiné formy skladování. Vždy byla poptávka cena niobu  které až do začátku roku 2000 zůstaly na stabilní úrovni. Stabilní růst poptávky spojený s rozvojem ekonomik mnoha zemí a nárůstem výroby v oblasti inovativních technologií, metalurgického a chemického průmyslu přispěl k prudkému nárůstu cen do roku 2007 z 12 USD na 32 USD za kilogram kovu.

    V následujících letech došlo v důsledku celosvětové krize v hospodářském sektoru do roku 2012 k mírnému poklesu. Tempo obchodu se odpovídajícím způsobem snížilo. Ale do roku 2012 se ceny opět vyšplhaly nahoru a dokonce i poté koupit niob  bylo to možné pouze za 60 USD za kilogram a růst se dosud nezastavil. Dlouho se objevila otázka ekvivalentních, ale cenově dostupnějších náhradníků. A jsou, ale pokud jde o vlastnosti, jsou jasně nižší než niob. Proto je stále v ceně.