Niobij - svojstva, primjena i legure niobija. Fizikalna i kemijska svojstva tantala i niobija


ODREĐIVANJE

niobijum  - Četrdeset i prvi element periodične tablice. Oznaka - Nb od latinskog "niobium". Smještena u petom razdoblju, VBA grupa. Odnosi se na metale. Jezgre naboja je 41.

U zemljinoj kori niobij sadrži 0,002% (masa.). Ovaj je element vrlo sličan vanadijumu. U svom je slobodnom stanju vatrostalni metal, čvrst, ali ne krhak, dobro podložan mehaničkoj obradi (sl. 1 .. Gustoća niobija je 8,57 g / cm 3, talište je 2500 o C.

Niobij je stabilan u mnogim agresivnim okruženjima. Na njega ne utječu solna kiselina i aqua regia, jer se na površini ovog metala formira tanak, ali vrlo jak i kemijski otporan film oksida.

Sl. 1. Niobij. Izgled.

Atomska i molekularna masa niobija

ODREĐIVANJE

Relativna molekulska masa tvari (M r)  je broj koji pokazuje koliko je puta određene molekule veće od 1/12 mase ugljikovog atoma, i relativna atomska masa elementa (A r)  - koliko je puta prosječna masa atoma kemijskog elementa veća od 1/12 mase ugljikovog atoma.

Budući da u slobodnom stanju niobij postoji u obliku monatomskih Nb molekula, njegove atomske i molekularne mase se podudaraju. One su jednake 92,9063.

Izotopi niobija

Poznato je da niobij u prirodi može biti u obliku jednog stabilnog izotopa od 93 Nb. Maseni broj je 93, jezgra atoma sadrži četrdeset i jedan protona i pedeset i dva neutrona.

Postoje umjetni nestabilni izotopi cirkonija s masnim brojevima od 81 do 113, kao i dvadeset i pet izomernih stanja jezgara, među kojima je najviše dugovječan izotop 30 Nb s poluživotom od 34,7 milijuna godina.

Jonah Niobium

Na vanjskoj energetskoj razini atoma niobija, postoji pet elektrona koji su valentni:

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

Kao rezultat kemijske interakcije, niobij odustaje od svojih valentnih elektrona, tj. je njihov donator i pretvara se u pozitivno nabijeni 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+.

Atomi molekula i niobija

U slobodnom stanju niobij postoji u obliku monatomskih Nb molekula. Evo nekih svojstava koja karakteriziraju atom i molekulu niobija:

Niobijeve legure

Niobij je jedna od komponenti mnogih legura otpornih na toplinu i koroziju. Posebno su važni niobijevi leguri otporni na toplinu, koji se koriste u proizvodnji plinskih turbina, mlaznih motora, raketa.

Niobij se također uvodi u nehrđajući čelik. Značajno poboljšava njihova mehanička svojstva i otpornost na koroziju. Čelici koji sadrže 1 do 4% niobija odlikuju se visokom otpornošću na toplinu i koriste se kao materijal za proizvodnju visokotlačnih kotlova.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

PRIMJER 2

zadatak Navedite valenciju i oksidacijsko stanje niobija u spojevima: Gd 2 Nb 2 O 7 i Pb (NbO 3) 2.
Odgovor Za utvrđivanje valencije niobija u spojevima koji sadrže kisik potrebno je strogo poštivati \u200b\u200bslijedeći postupak. Razmotrimo primjer Gd 2 Nb 2 O 7. Određujemo broj atoma kisika u molekuli. To je jednako 7. Izračunajte ukupni broj jedinica valencije za kisik:

Izračunajte ukupan broj valencijskih jedinica za gadolinij:

Otkrivamo razliku ovih količina:

Određujemo broj atoma niobija u spoju. Jednaka je 2 m. Valencija niobija je jednaka IV (8/2 \u003d 4).

Da bismo pronašli oksidacijsko stanje niobija u istom spoju, uzmemo njegovu vrijednost kao x i uzmemo u obzir činjenicu da je naboj molekule 0:

2 × 3 + 2 × x + 7 × (-2) \u003d 0

Oksidacijsko stanje niobija je +4.

Slično određujemo da su valencija i oksidacijsko stanje niobija u Pb (NbO 3) 2 jednaki IV, odnosno +1.

Točna, empirijska ili gruba formula: nb

Molekularna težina: 92,906

niobijum  - element podskupine pete skupine petog razdoblja periodičkog sustava kemijskih elemenata D. I. Mendeleev, atomski broj - 41. Označen je simbolom Nb (lat. Niobium). Jednostavna tvar niobij (CAS broj: 7440-03-1) je sjajni srebrno-sivi metal s kubičnom kristalnom rešetkom karoserije centriranom tipa α-Fe, a \u003d 0,3294. Izotopi s masnim brojevima od 81 do 113 poznati su po niobiju.

Priča

Niobij je 1801. godine otkrio engleski znanstvenik Charles Hatchet na mineralima, a poslao ga je John Winthrop iz Britanskog muzeja iz države Massachusetts 1734. (unuk Johna Winthropa Mlađeg). Mineral se zvao kolumbit, a kemijski element nazvan je "Columbia" (Cb) u čast zemlje iz koje je dobiven uzorak - Kolumbija (u to vrijeme sinonim za Sjedinjene Države).
1802. A. G. Ekeberg otkrio je tantal, koji se praktički po svim kemijskim svojstvima podudarao s niobijem, pa se dugo vremena vjerovalo da je to jedan te isti element. Tek 1844. godine njemački kemičar Heinrich Roze utvrdio je da se ovaj element razlikuje od tantala i preimenovao ga u "niobium" u čast kćeri Tantalum Niobe, naglašavajući sličnost tih elemenata. Međutim, u nekim je zemljama (SAD, Engleska) izvorno ime elementa dugo očuvano - Columbia, a tek 1950. odlukom Međunarodne unije teorijske i primijenjene kemije (IUPAC) element je konačno nazvan niobium.
  Čisti niobij prvi je način dobio krajem 19. stoljeća francuski kemičar Henri Moissant elektrotermalnom redukcijom ugljičnog niobijevog oksida u električnoj peći.

Biti u prirodi

Clark niobium - 18 g / t. Sadržaj niobija povećava se od ultrabaznih (0,2 g / t Nb) do kiselih stijena (24 g / t Nb). Niobijum uvijek prati tantal. Bliska kemijska svojstva niobija i tantala određuju njihovu zajedničku prisutnost u istim mineralima i sudjelovanje u općim geološkim procesima. Niobij je u stanju zamijeniti titan u mnogim mineralima koji sadrže titan (sfen, ortit, perovskit, biotit). Oblici niobija u prirodi mogu biti različiti: difuzni (u obliku stijena i prateći minerali magnetskih stijena) i mineralni. Ukupno je poznato više od 100 minerala koji sadrže niobij. Od toga su samo neki od industrijskog značaja: kolumbit-tantalit (,) (Nb, Ta) 2 O 6, piroklora (, Ca, TR, U) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 (OH, F) (Nb 2 O 5 0 - 63%), koristi se loparit (, Ca, Ce) (Ti, Nb) O 3 ((Nb, Ta) 2 O 5 8 - 10%), ponekad se koristi ekseenit, torolit, ilmenorutil, a također se koriste i minerali, koji sadrže niobij u obliku nečistoća (ilmenit, kasiterit, volfram). U alkalno - ultrazvučnim stijenama niobij se raspršuje u mineralima poput perovskita i u eudialiytu. U egzogenim procesima minerali niobija i tantala, postojani, mogu se akumulirati u deluvijalno-aluvijalnim posudama (kolumbitski placeri), ponekad u boksitima izravne kore. Koncentracija niobija u morskoj vodi je 1 · 10–5 mg / l.

depozit

Depoziti niobija nalaze se u SAD-u, Japanu, Rusiji (poluotok Kola), Brazilu, Kanadi.

zemlja 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Australija 160 230 290 230 200 200 200 - - - - -
Brazil 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
Demokratska Republika Kongo - 50 50 13 52 25 - - - - - -
Mozambik - - 5 34 130 34 29 - - - - -
Nigerija 35 30 30 190 170 40 35 - - - - -
Ruanda 28 120 76 22 63 63 80 - - - - -
Ukupno na svijetu 32 600 25 600 29 900 32 800 34 000 38 700 44 500 60 400 62 900 62 900 62 900 63 000

recepcija

Niobijeve rude su obično složene i siromašne metalima. Rudni koncentrati sadrže Nb 2 O 5: pirokloro - najmanje 37%, loparit - 8%, kolumbit - 30-60%. Većina ih se prerađuje aluminijom ili silikotermičkom redukcijom do feroniobija (40-60% Nb) i ferotanthaloniobija. Metalni niobij dobiva se iz rudnih koncentrata pomoću složene tehnologije u tri stupnja:

  • otvaranje koncentrata,
  • razdvajanje niobija i tantala i dobivanje njihovih čistih kemijskih spojeva,
  • obnavljanje i rafiniranje metala niobija i njegovih legura.
  Glavne industrijske metode za proizvodnju niobija i njegovih legura su aluminotermične, natrijum-termalne, karbotermičke: iz smjese Nb 2 O 5 i čađe dobiva se prvi karbid na 1800 ° C u atmosferi vodika, a zatim se metal dobija iz smjese karbida i pentoksida na 1800-1900 ° C u vakuumu ; da se dobiju legure niobija, ovoj se smjesi dodaju legure metalnih oksida; u drugoj izvedbi, niobij je smanjen pri visokoj temperaturi u vakuumu izravno iz Nb 2 O 5 čađe. Natrijska termička metoda niobija reducirana je natrijem iz K2 NbF 7, aluminotermična s aluminijom iz Nb2O5. Kompaktni metal (legura) proizvodi se metalurškim praškastim metodama, sinterovanje greda prešanih iz praha u vakuumu na 2300 ° C ili topljenjem elektronskog snopa i vakuumskih lukova; monokristalni kristali niobija visoke čistoće - talište zona elektronskih snopa bez raspela.

izotopi

Prirodni niobij sastoji se od jednog stabilnog izotopa - 93 Nb. Svi ostali umjetno dobiveni izotopi niobija s masenim brojevima od 81 do 113 su radioaktivni (njih 32 su poznata ukupno). Najdugovječniji izotop je 92 Nb s poluživotom od 34,7 Ma. Poznato je i 25 metastabilnih stanja jezgara njegovih različitih izotopa.

Kemijska svojstva

Kemijski je niobijum prilično stabilan, ali inferiorniji u pogledu tantala. Praktično nije pod utjecajem klorovodične, ortofosforne, razrijeđene sumporne, dušične. Metal je otopljen u HF fluorovodičnoj kiselini, mješavini HF i HNO 3, koncentrirane otopine kaustične, kao i koncentrirane sumporne kiseline pri zagrijavanju iznad 150 ° C. Kad se kalcinira na zraku, oksidira u Nb205. Opisano je oko 10 kristalnih modifikacija ovog oksida. Pod normalnim tlakom je β-oblik Nb205 stabilan.

  • Spajanjem Nb 2 O 5 s raznim oksidima dobivaju se niobati: Ti 2 Nb 10 O 29, FeNb 49 O 124. Niobati se mogu smatrati solima hipotetskih niobinskih kiselina. Podijeljeni su u MNbO3 metanobate, M3 NbO 4 ortoniobate, M 4 Nb 2 O 7 pironiobate ili M2O · nNb 2 O 5 poliobabate (M je jednokratno nabijeni kation, n \u003d 2-12). Poznati su niobati dvostruko i trostruko nabijenih kationa.
  • Niobati reagiraju s HF, talinama hidrofluorida alkalnih metala (KHF 2) i amonijem. Neki niobati s visokim omjerom M20 / Nb2O5 hidroliziraju se: 6Na 3 NbO 4 + 5H 2 O \u003d Na 8 Nb 6 O 19 + 10NaOH.
  • Niobij tvori NbO2, NbO, niz oksida intermedijara između NbO2, 42 i NbO2, 50 i strukturno je sličan β-obliku Nb2O5.
  • Uz halogene, niobij tvori pentahalide NbHa 15, tetrahalide NbHa 14 i faze NbHa 12, 67 - NbHa 13 + x, u kojima postoje Nb3 ili Nb2 grupe. Niobijevi pentahalidi lako se hidroliziraju vodom.
  • U prisutnosti vodenih i kisikovih para, NbC 15 i NbBr 5 tvore oksihalide NbOC 13 i NbOBr 3 - rastresive tvari poput pamuka.
  • Tijekom interakcije niobija i grafita nastaju karbidi Nb 2 C i NbC, čvrsti spojevi otporni na toplinu. U sustavu Nb - N postoji nekoliko faza promjenjivog sastava i nitrida Nb 2 N i NbN. Niobij se ponaša na sličan način u sustavima s fosforom i arsenom. Tijekom interakcije niobija sa sumpornim sulfidima dobiveni su: NbS, NbS 2 i NbS3. Sintetizirani dvostruki fluoridi Nb i kalija (natrij) - K2.
  • Do sada nije uspio niobij izolirati elektrokemijski iz otopina niobija. Moguća je elektrokemijska proizvodnja legura koje sadrže niobij. Elektrolizom rastvora bezvodne soli može se izolirati metal niobija.

primjena

Korištenje i proizvodnja niobija brzo raste zbog kombinacije njegovih svojstava kao što su vatrostalnost, presjek niskog toplinskog zauzimanja neutrona, sposobnost stvaranja toplinski otpornih, supravodljivih i drugih legura, otpornost na koroziju, svojstva gettera, niska funkcija rada elektrona, dobra hladna obradivost i zavarivanja. Glavna područja primjene niobija su raketna znanost, zrakoplovna i svemirska tehnologija, radiotehnika, elektronika, inženjerstvo kemijskih uređaja i nuklearna energija.

Primjena metala niobija

  • Dijelovi zrakoplova izrađeni su od čistog niobija ili njegovih legura; školjke za uran i plutonij gorivne elemente; spremnici i cijevi za tekuće metale; dijelovi elektrolitičkog kondenzatora; „Vruće“ spojnice elektroničkih (za radarske instalacije) i generacijskih žarulja velike snage (anode, katode, rešetke itd.); oprema otporna na koroziju u kemijskoj industriji.
  • Niobij je legiran s drugim obojenim metalima, uključujući i uran. Na primjer, aluminij, ako se u njega unese samo 0,05% niobija, uopće ne reagira s alkalijama, iako se u njima normalno rastvara. Legura niobija sa 20% bakra ima veliku električnu vodljivost i istovremeno je dvostruko tvrđa i jača od čistog bakra
  • Niobij se koristi u kriotronima - supravodičkim elementima računala. Niobij je također poznat po upotrebi u ubrzavajućim konstrukcijama Velikog hadronskog sudarača.
  • Niobij i tantal koriste se za proizvodnju elektrolitičkih kondenzatora visokih specifičnih kapaciteta. Tantal omogućava proizvodnju kvalitetnijih kondenzatora od niobijevih metala. Međutim, kondenzatori na bazi niobijevog oksida najpouzdaniji su i otporni na vatru.
  Austrija izdaje bimetalne kolekcionarne kovanice u apoenima od 25 eura od srebra i niobija

Intermetallidi i niobijeve legure

  • Stannid Nb 3 Sn (triniobijev stannid, poznat i kao niobijev-kositrena legura), Nb 3 Ge germanij (germanij triniobij), NbN nitrid i legure niobija sa titanom (niobij-titan) i cirkonij koriste se za proizvodnju superprevodnih solenoida. Dakle, namota superprevodnih magneta Velikog hadronskog sudarača izrađeni su od 1200 tona kabela iz legure niobija-titana.
  • U mnogim slučajevima niobij i legure tantala zamjenjuju tantal, što daje sjajan ekonomski učinak (niobijum je jeftiniji i gotovo dvostruko lakši od tantala).
  • Ferroniobij se uvodi (do 0,6% niobija) u nehrđajući čelik od krom-nikla kako bi se spriječila njihova intergranularna korozija (uključujući onu koja bi inače započela nakon zavarivanja nehrđajućeg čelika) i uništavanje u drugim vrstama čelika radi poboljšanja njihovih svojstava.
  • Niobium se koristi za kovanje kolekcionarskih kovanica. Stoga, Latvijska banka tvrdi da kolekcionarski novci denominacije 1 lats koriste niobijum zajedno sa srebrom.

Uporaba niobijevih spojeva

  • Nb 2 O 5 - katalizator u kemijskoj industriji;
  • u proizvodnji vatrostalnih materijala, kermeta, posebnih čaša, nitrida, karbida, niobata.
  • Niobijev karbid (t.t. 3480 ° C) u leguri s cirkonijevim karbidom i uranij-235 karbidom najvažniji je strukturni materijal za gorivne elemente čvrsto-faznih nuklearnih raketnih motora.
  • Niobijev nitrid NbN koristi se za proizvodnju tankih i ultra tankih supravodljivih filmova s \u200b\u200bkritičnom temperaturom od 5 do 10 K s uskim prijelazom, reda 0,1 K.

Superprevodni materijali prve generacije

  • Jedan od najčešće korištenih supravodiča (temperatura prelaznog provođenja 9,25 K). Niobijevi spojevi imaju supravodljivu temperaturu prijelaza do 23,2 K (Nb 3 Ge).
  • Najčešće korišteni industrijski superprovodnici su NbTi i Nb 3 Sn.
  • Niobij se također koristi u magnetskim legurama.
  • Koristi se kao legirajući dodatak.
  • Niobijev nitrid koristi se za dobivanje superprovodnih bolometara.
  • Izuzetna izdržljivost niobija i njegovih legura s tantalom u pregrijanom paru cezija-133 čini ga jednim od najpoželjnijih i najjeftinijih građevinskih materijala za termičke generatore velike snage.

Biološka uloga

Trenutno nema podataka o biološkoj ulozi niobija.

Fiziološki učinak

Metalna prašina niobija zapaljiva je i nadražuje oči i kožu. Neki spojevi niobija vrlo su otrovni. MPC niobija u vodi 0,01 mg / L. Kada se guta, izaziva iritaciju unutarnjih organa i naknadnu paralizu udova.

Kemijski element nazvan po drevnoj Niobi - ženi koja se usudila nasmijati se bogovima i za to platila smrću svoje djece. Niobij predstavlja prijelaz čovječanstva od industrijske proizvodnje do digitalne; od parnih lokomotiva do raketnih bacača; od elektrana na ugljen do nuklearne energije. U svijetu je cijena niobija po gramu prilično visoka, kao i potražnja za njim. Većina najnovijih dostignuća znanosti usko je povezana s uporabom ovog metala.

Cijena niobija po gramu

Budući da su glavne metode uporabe niobija povezane s nuklearnim i svemirskim programima, svrstan je u skupinu strateških materijala. Prerada je financijski mnogo isplativija od razvoja i iskopavanja novih ruda, što niobij čini potražnjom na sekundarnom tržištu metala.

Vrijednost cijene za nju određena je iz nekoliko faktora:

  • Čistoća metala. Što je više nečistoća, to je niža cijena.
  • Obrazac dostave.
  • Opseg isporuke. Izravno proporcionalne cijenama metala.
  • Lokacija mjesta sakupljanja otpada. Svaka regija ima različitu potrebu za niobijem i, shodno tome, njegovom cijenom.
  • Prisutnost rijetkih metala. Legure koje sadrže elemente poput tantala, volfram, molibden su više cijene.
  • Vrijednost citata na svjetskim burzama. Upravo su te vrijednosti osnovne pri određivanju cijene.

Pregled približnih cijena u Moskvi:

  • Niobij NB-2. Cijena se kreće između 420-450 rubalja. po kg
  • Niobium čips. 500-510 rub. po kg
  • Snop niobija NBSh00. Razlikuju se u povećanim cijenama zbog neznatnog sadržaja nečistoća. 490-500 rub. po kg
  • Sjedište Niobiuma NBSh-0. 450-460 rub. po kg
  • Niobij NB-1 u obliku šipke. Cijena je 450-480 rubalja. po kg

Unatoč visokim troškovima, potražnja za niobijem u svijetu i dalje raste. To je zbog velikog potencijala u upotrebi i nedostatka metala. Na 10 tona zemlje ima samo 18 grama niobija.

Znanstvena zajednica nastavlja raditi na pretraživanju i razvoju zamjene tako skupog materijala. Ali do sada nisam dobio konkretan rezultat. To znači da se u skoroj budućnosti ne očekuje pad cijene niobija.

Za reguliranje cijena i povećanje brzine trgovine predviđaju se sljedeće kategorije za niobijske proizvode:

  • Niobijski ingoti. Njihova veličina i težina standardizirani su GOST 16099-70. Ovisno o čistoći metala, oni su podijeljeni u 3 razreda: niobij NB-1, niobij NB-2 i, sukladno tome, niobij NB-3.
  • Sjedište Niobija. Ima veći postotak nečistoća.
  • Niobijska folija. Sastavljen je do debljine 0,01 mm.
  • Niobium bar. Prema TU 48-4-241-73 isporučuju je marke NbP1 i NbP2.

Fizička svojstva niobija

Metal je siv s bijelim nijansama. Odnosi se na grupu vatrostalnih legura. Talište je 2500 ºS. Točka ključanja 4927 ºS. Razlikuje se po povećanoj vrijednosti otpornosti na toplinu. Ne gubi svoja svojstva pri radnim temperaturama iznad 900 ºS.

Mehaničke karakteristike također su na visokoj razini. Gustoća je 8570 kg / m3 sa sličnom količinom čelika 7850 kg / m3. On je stabilan protiv rada i pri dinamičnim i cikličnim opterećenjima. Vučna čvrstoća iznosi 34,2 kg / mm2. Ima visoku duktilnost. Koeficijent relativnog izduženja varira između 19-21%, što omogućava dobivanje valjanih listova s \u200b\u200bniobijem debljine do 0,1 mm.

Tvrdoća je povezana s čistoćom metala od štetnih nečistoća i povećava se s povećanjem njihovog sastava. Čisti niobij ima 450 Brinell-ovih tvrdoća.

Niobijum se dobro podnosi tlačnom tretmanu na temperaturama nižim od -30 ° C i slabo rezanju.

Toplinska vodljivost se ne mijenja značajno kod velikih kolebanja temperature. Na primjer, na 20 ° C iznosi 51,4 W / (m K), a na 620 C povećava se za samo 4 jedinice. Niobij se natječe u električnoj vodljivosti s elementima kao što su bakar i aluminij. Električni otpor - 153,2 nOhm m. Odnosi se na kategoriju supravodljivih materijala. Temperatura pri kojoj legura prelazi u način rada superprevodnika je 9.171 K.

Izuzetno otporan na kisela stanja. Takve uobičajene kiseline poput sumporne, klorovodične, fosforne, dušične ne utječu na njegovu kemijsku strukturu.

Pri temperaturama iznad 250 ° C, niobij počinje aktivno oksidirati kisikom, kao i ulazi u kemijske reakcije s molekulama vodika i dušika. Ovi procesi povećavaju krhkost metala, smanjujući na taj način njegovu čvrstoću.

  • Ne odnosi se na alergene materijale. Ako se unese u ljudsko tijelo, ne izaziva reakciju odbacivanja od strane tijela.
  • To je metal prve skupine za zavarivanje. Zavarivanja su tijesna i ne zahtijevaju pripremne operacije. Otporan na pucanje.

Vrste legura

Prema vrijednosti mehaničkih svojstava na povišenim temperaturama niobijeve legure dijele se na:

  1. Mala čvrstoća. Djeluju u granicama od 1100-1150 ºS. Imaju jednostavan skup legirajućih elemenata. To uglavnom uključuje cirkonij, titan, tantal, vanadij, hafnijum. Čvrstoća je 18-24 kg / mm2. Nakon prelaska praga kritične temperature naglo pada i postaje sličan čistom niobiju. Glavna prednost su visoka svojstva plastike na temperaturama do 30 ° C i dobra obradivost tlakom.
  2. Srednja čvrstoća. Njihova radna temperatura je u opsegu 1200-1250 ºS. Osim gore navedenih legirajućih elemenata sadrže nečistoće volframa, molibdena, tantala. Glavna svrha ovih aditiva je očuvanje mehaničkih svojstava s povećanjem temperature. Imaju umjerenu duktilnost i dobro se obrađuju pritiskom. Upečatljiv primjer legure je niobij 5VMTS.
  3. Legure visoke čvrstoće. Koriste se na temperaturama do 1300 ºS. S kratkotrajnom izloženošću i do 1500 ºS. Razlikuju se po kemijskom sastavu veće složenosti. 25% se sastoji od aditiva, čiji je glavni udio volfram i molibden. Neke vrste ovih legura karakteriziraju visok udio ugljika, što pozitivno utječe na vrijednost njihove toplinske otpornosti. Glavni nedostatak niobija visoke čvrstoće je njegova niska duktilnost, što otežava obradu. I, u skladu s tim, primanje proizvodnih poluproizvoda.

Treba napomenuti da su gornje kategorije uvjetne prirode i daju samo općenitu predodžbu o načinu primjene određene legure.

Treba spomenuti i spojeve poput feroniobija i niobijevog oksida.

Ferroniobij je spoj niobija sa željezom, gdje je njegov sadržaj na razini od 50%. Osim osnovnih elemenata, uključuje stotine titana, sumpora, fosfora, silicija, ugljika. Točan postotni omjer elemenata normiran je prema GOST 16773-2003.

Niobijev pentaksid kristalni je bijeli prah. Ne podliježe otapanju u kiselini i vodi. Nastaje izgaranjem niobija u kisiku. Potpuno amorfno. Talište 1500 ºS.

Primjena niobija

Sva navedena svojstva čine metal izuzetno popularnim u raznim industrijama. Među mnogim načinima njegove upotrebe razlikuju se sljedeći položaji:

  • Upotreba u metalurgiji kao legirajući element. Štoviše, i crne i obojene legure legirane su niobijem. Na primjer, dodavanjem samo 0,02% tog sastava od nehrđajućeg čelika 12X18H10T povećava se njegova otpornost na habanje za 50%. Poboljšan niobijem (0,04%), aluminij postaje potpuno imun na alkaliju. Niobij djeluje na bakar otvrdnjujući čelik, povećavajući njegova mehanička svojstva redoslijedom veličine. Imajte na umu da je čak i uran dopiran niobijem.
  • Niobijev pentoksid glavna je komponenta u proizvodnji visoko vatrostalne keramike. Također je pronašao primjenu u odbrambenoj industriji: oklopno staklo vojne opreme, optika s velikim kutom loma i još mnogo toga.
  • Ferroniobium se koristi za legiranje čelika. Njegova glavna zadaća je povećati otpornost na koroziju.
  • U elektrotehnici se koriste za proizvodnju kondenzatora i ispravljača struje. Takve kondenzatore karakterizira visoki kapacitet i otpornost na izolaciju, male veličine.
  • Spojevi silicija i germanija s niobijem u području elektronike se široko koriste. Izrađuju nadprovodne solenoide i elemente generatora struje.

    • Postoji prilično velik broj elemenata koji, u kombinaciji s drugim tvarima, tvore legure s posebnim karakteristikama. Primjer je niobij - element koji se prvo zvao "Columbia" (po nazivu rijeke tamo gdje je prvo pronađen), ali je kasnije preimenovan. Niobij je metal prilično neobičnih svojstava, o kojem ćemo kasnije detaljnije govoriti.

    Primite stavku

    Kada se uzmu u obzir svojstva niobija, valja napomenuti da je sadržaj ovog metala u toni stijene relativno mali, približno 18 grama. Zato je nakon njegovog otkrića izvedeno prilično pokušaja umjetnog dobivanja metala. Zbog bliskog kemijskog sastava, ta se tvar često ekstrahira zajedno s tantalom.

    Naslage niobija nalaze se gotovo u cijelom svijetu. Mine su u Kongu, Ruandi, Brazilu i mnogim drugim zemljama primjer. Međutim, ovaj se element ne može nazvati uobičajenim, u mnogim se regijama praktično ne nalazi čak i u niskim koncentracijama.

    Relativno niska koncentracija tvari u zemljinoj stijeni pogoršava se poteškoćama koje nastaju kad se dobije iz koncentrata. Vrijedno je uzeti u obzir da se niobij NBSH može dobiti samo iz stijena koje su zasićene tantalom. Značajke proizvodnog procesa su sljedeće točke:

    1. Prvo se u postrojenje dovodi koncentrirana ruda koja prolazi kroz nekoliko faza rafiniranja. U proizvodnji niobija dobivena ruda dijeli se na čiste elemente, uključujući tantal.
    2. Posljednji postupak obrade je rafiniranje metala.

    Unatoč poteškoćama u vađenju i obradi rude o kojoj se radi, proizvodnja dotične legure svake se godine znatno povećava. To je zbog činjenice da metal ima izvanredne performanse i široko se koristi u širokoj industriji.

    Niobijevi oksidi

    Predmetni kemijski element može postati osnova raznih spojeva. Najčešći se može nazvati niobijev pentoksid. Među značajkama ovog spoja mogu se primijetiti sljedeće točke:

    1. Niobijev oksid bijeli je kristalni prah koji ima kremast ton.
    2. Tvar nije topiva u vodi.
    3. Rezultirajuća tvar zadržava svoju strukturu kada se miješa s većinom kiselina.

    Sljedeća svojstva mogu se također pripisati značajkama niobijevog pentoksida:

    1. Povećana trajnost.
    2. Visoka vatrostalnost. Tvar je u stanju podnijeti temperaturu do 1490 Celzijevih stupnjeva.
    3. Kada se zagrijava, površina oksidira.
    4. Reagira na klor, može se smanjiti vodikom.

    U većini slučajeva niobijev hidroksid koristi se za proizvodnju visokolegiranih vrsta čelika koji imaju vrlo atraktivne karakteristike u radu.

    Fizička i kemijska svojstva

    Niobij ima kemijska svojstva slična onima tantala. S obzirom na glavne karakteristike niobija, morate obratiti pažnju na sljedeće točke:

    1. Otpornost na razne vrste korozije. Legure dobivene uvođenjem ovog elementa u sastav imaju visoke osobine otpornosti na koroziju.
    2. Dotični kemijski element pokazuje visoku talište. Kao što pokazuje praksa, većina legura ima talište veće od 1.400 Celzijevih stupnjeva. To komplicira proces obrade, ali čini metale neophodnim u raznim područjima aktivnosti.
    3. Glavna fizikalna svojstva također su karakterizirana lakoćom zavarivanja dobivenih legura.
    4. Pri negativnim temperaturama struktura elementa ostaje gotovo nepromijenjena, što vam omogućuje spremanje operativnih svojstava metala.
    5. Posebna struktura atoma niobija određuje supravodljive kvalitete materijala.
    6. Atomska masa je 92,9, valencija ovisi o sastavu.

    Glavna prednost tvari smatra se vatrostalnošću. Zbog toga se počeo primjenjivati \u200b\u200bu širokoj industriji. Taljenje tvari odvija se na temperaturi od oko 2500 Celzijevih stupnjeva. Neke se legure talože čak i na rekordnoj temperaturi od 4.500 Celzijevih stupnjeva. Gustoća tvari je prilično visoka, iznosi 8,57 grama po kubnom centimetru. Vrijedno je uzeti u obzir da je za metal odlikovan paramagnetizam.

    Sljedeće kiseline ne utječu na kristalnu rešetku:

    1. sumporna;
    2. sol;
    3. fosforna;
    4. bjelilo.

    Ne utječe na metalne i vodene otopine klora. S određenim učinkom na metal, na njegovoj površini formira se film dielektričnog oksida. Zato se metal počeo primjenjivati \u200b\u200bu proizvodnji minijaturnih kondenzatora visokog kapaciteta, koji su također izrađeni od skupljeg tantala.

    Primjena niobija

    Izrađuju se široki spekteri proizvoda od niobija, od kojih je većina povezana s oslobađanjem zrakoplova. Primjer je upotreba niobija u proizvodnji dijelova koji su ugrađeni tijekom sastavljanja projektila ili zrakoplova. Pored toga, možemo razlikovati sljedeću primjenu ovog elementa:

    1. Izrada elemenata od kojih se izrađuju radarske instalacije.
    2. Kao što je ranije napomenuto, kako bi se dobili jeftiniji kapacitivni električni kondenzatori, predmetna legura može se koristiti.
    3. Katode i anode folije izrađene su i pomoću predmetnog elementa koji je povezan s visokom otpornošću na toplinu.
    4. Često možete pronaći dizajne snažnih generacijskih svjetiljki koje imaju mrežu. Da bi ova rešetka mogla podnijeti utjecaje visokih temperatura, izrađena je od predmetne legure.

    Visoke fizikalne i kemijske kvalitete određuju uporabu niobija u proizvodnji cijevi za prijevoz tekućih metala. Pored toga, legure se koriste za proizvodnju spremnika raznih namjena.

    Niobijeve slitine

    Kada razmatramo takve legure, treba imati na umu da se ovaj element često koristi za proizvodnju feroniobija. Ovaj se materijal naširoko koristi u ljevaonici, kao i u proizvodnji elektroničkih premaza. Sastav uključuje:

    1. željezo;
    2. niobij s tantalom;
    3. silicij;
    4. aluminij;
    5. ugljik;
    6. sumpor;
    7. fosfora;
    8. titan.

    Koncentracija glavnih elemenata može varirati u prilično širokom rasponu, o čemu ovise operativne kvalitete materijala.

    Alternativa feroniobijevim legurama je niobij 5VMC. Po primitku volfram, cirkonij i molibden koriste se kao legirajući elementi. U većini se slučajeva ta špinat koristi za proizvodnju namirnica.

    Zaključno, napominjemo da se niobij u nekim zemljama koristi u proizvodnji kovanica. To je zbog relativno visokih troškova materijala. U masovnoj proizvodnji legura koje imaju niobij kao glavni element stvaraju se osebujni ingoti.

    Opis i svojstva niobija

    niobijum  - element koji pripada petoj grupi periodičnog atomskog broja - 41. Elektronska formula niobija  - Nb 4d45sl. Grafička formula niobija  - Nb - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 4 5s 1. Otvoren je 1801. - u originalu nazvan "Columbia", imenom rijeke u kojoj je otkriven. Nakon toga preimenovana.

    Niobij - metal  nijansa od bijelog čelika, ima plastičnost - lako se valja u listove. Elektronska struktura niobija  daje mu određene karakteristike. Primjećuje se navođenje velikog temperaturnog režima tijekom taljenja i vrelišta metala. Zbog toga se, kao svojstva, bilježi ishod elektrona kod elektrona. Superprevodljivost se pojavljuje samo na visokim temperaturama. Za oksidaciju, metalu je potrebna minimalna temperatura od oko 300 ° C i više. U ovom slučaju specifičan niobijev oksid  Nb2O5.

    Svojstva niobija  koji aktivno komuniciraju s određenim plinovima. To je vodik, kisik i dušik, pod njihovim utjecajem mogu promijeniti određene karakteristike. Što je viša temperatura, intenzivnije se apsorbira vodik, što niobij postaje krhkijim, kada kontrolna oznaka dosegne 600 ° C, počinje se odvijati obrnuta evolucija, a metal vraća izgubljene performanse. Nakon toga započinje stvaranje NbN nitrida za čije je taljenje potrebno 2300 ° C.

    Ugljik i plinovi koji ga sadrže započinju svoju interakciju s niobijem pri potrebnoj temperaturi iznad 1200 ° C, što rezultira formiranjem talilnog karbida NbC - t - 3500 ° C. Kao rezultat interakcije silicija i bora s metalom niobija nastaje NbB2 - t topljivi borid - 2900 ° C.

    Element niobija  otporan na gotovo sve poznate kiseline, osim fluorovodične kiseline, a posebno na njegovu smjesu s dušičnom kiselinom. Metal je izložen alkalijama, posebno vrućim. Kada se u njima otopi, dolazi do procesa oksidacije i nastaje niobinska kiselina.

    Iskopavanje i podrijetlo Niobija

    Sadržaj metala u toni posuđene stijene relativno je mali - samo 18 g po toni. Sadržaj se povećava u kiselijim stijenama. Najčešće se nalaze u jednom ležištu niobija i tantala, zbog svojih bliskih kemijskih svojstava koja im omogućuju da budu u istom mineralu i sudjeluju u zajedničkim procesima. Često se u nekim mineralima koji sadrže titan pojavljuje zamjenski fenomen - "Niobij je titan."

    Poznato je oko stotinu različitih minerala koji sadrže niobij. Ali u industriji se koriste jedinice. To su piroklora, loparit, torolit itd. U ultrabaznim i alkalnim stijenama niobij nalazi se u perovskitima i eudialiytu.

    Depoziti niobija  Dostupno u Brazilu, Australiji, Kanadi, Kongu, Nigeriji i Ruandi.

    Proizvodnja niobija prilično složen proces, koji ima tri glavne faze. Za početak se otvori koncentrat, a zatim se niobij također podijeli u čiste spojeve. Posljednja faza su procesi oporavka i rafiniranja metala. Od najčešćih metoda mogu se primijetiti karbotermalne, aluminotermičke i natrijeve termalne metode.

    Na primjer, miješanjem niobijevog oksida i čađe na visokim temperaturama u vodikovom mediju dobiva se karbid, zatim miješanjem karbida i niobijevog oksida pri istim temperaturama, ali u potpunom vakuumu, dobiva se metal iz kojeg se dobivaju razne niobijeve legure, Moguće je da se legure niobija mogu dobiti prašnom metalurškom metodom pomoću vakuumskih i elektronskih snopa topljenjem luka.

    Primjena niobija

    Zbog svojih jedinstvenih svojstava niobij se koristi u mnogim industrijama. Niobijeve legure  posjeduju vatrostalnost, otpornost na toplinu, supravodljivost, gipka i antikorozivna svojstva. Osim toga, obrada i zavarivanje prilično je jednostavno. Široko se koristi u svemirskim i zrakoplovnim tehnologijama, radio i elektrotehnici, kemijskoj industriji i nuklearnoj energiji. U generatorskim svjetiljkama s njegovom primjenom izrađeni su mnogi grijaći elementi. Također u ove svrhe koristi se njegova legura s tantalom.

    Električni ispravljači i elektrolitički kondenzatori također sadrže određenu količinu ovog metala. Njegova upotreba u ovim uređajima je zbog karakterističnih svojstava prijenosa i oksidacije. Kondenzatori koji uključuju ovaj metal s relativno malom veličinom imaju veliki otpor. Svi elementi kondenzatora izrađeni su od posebne folije. Prešana je iz praha niobija.

    Otpornost na razne kiseline, visoka toplinska vodljivost i duktilnost građevine određuju njegovu popularnost u kemiji i metalurgiji, istodobno stvarajući razne uređaje i strukture. Kombinacija pozitivnih svojstava ovog važnog metala potražnja je i u nuklearnoj energiji.

    Zbog slabog učinka niobija sa industrijskim uranom, pri relativno niskim temperaturama (900 ° C) metal je pogodan za stvaranje zaštitnog sloja u nuklearnim reaktorima. S takvom školjkom postaje moguće koristiti natrijeve rashladne tekućine, s kojima također gotovo ne djeluje. Niobij značajno produljuje život elemenata urana, stvarajući na njihovoj površini zaštitni oksid od štetnih učinaka vodene pare.

    Da bi se poboljšala otpornost na toplinu nekih, moguće je legiranjem niobijem. Također, legure niobija pokazale su se prilično dobro. Na primjer, ovo je legura niobij - cirkonijkarakterizirana izuzetnim svojstvima. Od takvih legura za svemirske i zrakoplove proizvode se i razne legure, kao i njihovo kućište. Radna temperatura takve legure može doseći i do 1200 ° C.

    Neke legure za obradu čelika uključuju niobijev karbid, koji povećava svojstva legure. Relativno mali porast niobija u nehrđajućem čeliku pojačava njegova antikorozijska svojstva i poboljšava kvalitetu dobivenih zavara. Mnogi čelici alata imaju i dodatak niobija. Različiti spojevi kao kataliza sudjeluju u procesima umjetne organske sinteze.

    Cijena niobija

    Glavni oblik prodaje na globalnom tržištu je niobijska poluga, ali drugi su oblici pohrane sasvim mogući. Oduvijek je postojala potražnja cijena niobija  koja je do početka 2000. ostala na stabilnoj razini. Uvjereni rast potražnje povezan s razvojem gospodarstva mnogih zemalja i porast proizvodnje u području inovativnih tehnologija, metalurške i kemijske industrije pridonijeli su naglom rastu cijena do 2007. godine s 12 na 32 dolara za kilogram metala.

    U sljedećim godinama, zbog globalne krize u gospodarskom sektoru, do 2012. došlo je do laganog pada. Tempo trgovine smanjio se u skladu s tim. No do 2012. godine cijene su opet puzale, pa i tada kupiti niobij  bilo je to moguće samo s 60 dolara po kilogramu, a rast još nije stao. Dugo se postavljalo pitanje o ekvivalentnim, ali pristupačnijim zamjenama. I jesu, ali po svojstvima su očito inferiorni od niobija. Stoga je još uvijek u cijeni.