Rețeaua de cristal cu azot. Niobiu. Proprietățile niobiului. Utilizarea de niobiu. Producția de azot în Rusia

niobiu

niobiu -Eu sunt; m. [Lat. Niobiu] Element chimic (Nb), metal alb-cenușiu dur, refractar și maleabil (utilizat la producția de oțeluri rezistente chimic și rezistente la căldură).

◁ niobiu; niobiu, th, th.

niobiu

(lat. Niobium), element chimic din grupa V a sistemului periodic. Numită pentru Niobe - fiica tantalului mitologic (asemănarea proprietăților lui Nb și Ta) Metal refractar gri deschis, densitate 8,57 g / cm 3, t mp 2477 ° C, temperatura de tranziție supraconductor 9,28 K. Foarte stabilă chimic. Minerale: pyrochlore, columbite, loparite, etc. O componentă a oțelurilor rezistente chimic și rezistente la căldură, din care sunt fabricate părți de rachete, motoare cu jet, echipamente de rafinare chimice și petrol. Elementele de combustibil (tijele de combustibil) ale reactoarelor nucleare sunt acoperite cu niobiu și aliajele sale. Stannidele Nb 3 Sn, germanida Nb 3 Ge, aliajele de niobiu cu Sn, Ti și Zr sunt utilizate pentru a produce solenoide superconductoare (Nb 3 Ge este un superconductor cu o temperatură de tranziție supraconductoare de 23,2 K).

niobiu

NIOBIUS (lat.Niobium, în numele lui Niobe (cm. Niobe)), Nb (citiți „niobiu”), un element chimic cu număr atomic 41, masă atomică 92.9064. Niobiul natural este format dintr-un izotop stabil, 93 Nb. Configurarea a două externe straturi electronice 4s 2 p 6 d 4 5s 1 ... Gradele de oxidare +5, +4, +3, +2 și +1 (valențele V IV, III, II și I). Situat în grupul V, în a cincea perioadă a tabelului periodic al elementelor.
Raza atomică 0,145 nm, raza ionului Nb 5+ - de la 0,062 nm (numărul de coordonare 4) la 0,088 nm (8), ionul Nb 4+ - de la 0,082 la 0,092 nm, ionul Nb 3+ - 0,086 nm, ionul Nb 2+ - 0,085 nm. Energiile de ionizare secvențiale sunt 6,88, 14,32, 25,05, 38,3 și 50,6 eV. Funcția de lucru a electronilor este de 4.01 eV. Electronegativitate Pauling (cm. POLING Linus) 1,6.
Descoperirea istoriei
Descoperit în 1801 de H. Hatchet (cm. HUTCHET Charles)... Cercetând un mineral negru trimis din America, el a izolat un oxid dintr-un element nou, pe care l-a numit columbiu, și mineralul care îl conține, columbit. Un an mai târziu, de la același mineral A. G. Ekeberg (cm. EKEBERG Anders Gustav) a izolat un alt oxid, pe care l-a numit tantal (cm. TANTALUM (element chimic))... Proprietățile Columbium și Ta au fost foarte apropiate și au fost considerate un element pentru o perioadă foarte lungă de timp. În 1844 G. Rose (cm. ROSE (oameni de știință germani, frați)) au dovedit că sunt două elemente diferite. El a păstrat numele tantalum și celălalt numit niobium. Abia în 1950 IUPAC (Organizația Mondială a Chimiștilor) a atribuit în cele din urmă numele de niobiu elementului 41. Metallic Nb a fost primit pentru prima dată în 1866 de K. Blomstrand (cm. BLOMSTRAND Christian Wilhelm).
Fiind în natură
Conținut în scoarța terestră 2 - 10 -3% în greutate. Niobiul nu apare în forma sa liberă, ci însoțește tantalul în natură. Dintre minereuri, cele mai importante sunt columbitul-tantalitul. (cm. COLUMBIT) (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6, piroclor (cm. PYROCHLOR) și loparit (cm. LOPARIT).
primire
Aproximativ 95% din Nb este obținut din minereuri de piroclor, columbite-tantalite și loparite. Minereurile sunt concentrate prin metode de gravitație și flotare (cm. flotatie)... Concentrate cu până la 60% Nb 2 O 5 sunt prelucrate până la ferroniobiu (un aliaj de fier și niobiu), Nb 2 O 5 sau NbCl 5. Niobiul este redus din oxid, fluor sau clorură prin aluminiu sau carbotermie. Niobiul extrem de pur se obține prin reducerea temperaturii înalte a NbCl 5 volatil cu hidrogen.
Pulberea de niobiu rezultată este brichetată, sinterizată în vid în cuptoarele cu arc electric sau cu fascicul de electroni.
Proprietati fizice si chimice
Niobium este un metal strălucitor de culoare gri-argintiu, cu o rețea cubică de cristal centrată pe corp, de tip a-Fe, și \u003d 0,3294 nm. Punctul de topire 2477 ° C, punctul de fierbere 4760 ° C, densitatea 8,57 kg / dm 3.
Chimic, niobiul este destul de stabil. Când este calcinat în aer, este oxidat la Nb 2 Aproximativ 5. Aproximativ 10 modificări cristaline au fost descrise pentru acest oxid. Forma b a Nb 2 O 5 este stabilă sub presiune normală. Fuzionând Nb 2 O 5 cu diverși oxizi, se obțin niobați: Ti2 Nb 10 O 29, FeNb 49 O 124. Niabatii pot fi considerați ca săruri ale acizilor niobici ipotetici. Ele sunt împărțite în metaniobați MNbO 3, ortoniobați M 3 NbO 4, pironiobați M 4 Nb 2 O 7 sau poliniobați M 2 O nNb 2 O 5 (M este un cation încărcat singur și n \u003d 2-12). Niabații de cationi cu încărcare dublă și triplă sunt cunoscuți. Niabații reacționează cu HF, topiturile de hidrofluoruri de metale alcaline (KHF 2) și amoniu (cm. AMONIC (în chimie))... Unii niobați cu un raport M 2 O / Nb 2 O 5 ridicat sunt hidrolizați:
6Na 3 NbO 4 + 5H 2 O \u003d Na 8 Nb 6O 19 + 10NaOH
Niobiul formează NbO 2, NbO și o serie de oxizi intermediați între NbO 2.42 și NbO 2.50 și similare structural cu forma b Nb 2 O5.
Cu halogeni (cm. Halogenii) Nb formează pentalide NbHal 5, tetrahalide NbHal 4 și faze NbHal 2,67 -NbHal 3 + x, în care există grupele Nb 3 sau Nb 2. Pentalidele de niobiu sunt ușor hidrolizate cu apă. Punctele de topire ale pentaclorurii de niobiu, pentabromidei și pentaiodurii sunt 205, 267,5 și 310 ° C. Peste 200-250 ° C aceste penthalide sunt volatile.
În prezența vaporilor de apă și a oxigenului, NbCl 5 și NbBr 5 formează oxalide NbOCl 3 (NbOBr 3) - substanțe similare din bumbac.
Interacțiunea Nb și grafit formează carburi Nb 2 C și NbC, compuși solizi termorezistenți. În sistemul Nb - N, există mai multe faze de compoziție variabilă și nitruri Nb 2 N și NbN. Nb se comportă într-un mod similar în sistemele cu fosfor și arsen. Când Nb interacționează cu sulful, se obțin sulfuri: NbS, NbS 2 și NbS 3. S-au sintetizat fluorurile duble Nb și K (Na) - K2.
cerere
50% din niobiu produs este utilizat pentru oțelurile microaliate, 20-30% - pentru obținerea aliajelor inoxidabile și rezistente la căldură. Compușii intermetalici de niobiu (Nb 3 Sn și Nb 3 Ge) sunt folosiți la fabricarea solenoidelor pentru dispozitive supraconductoare. Nitru de azot NbN este utilizat la fabricarea țintelor pentru transmiterea tuburilor de televiziune. Oxizii de niobiu sunt componente ale materialelor refractare, cermetelor, ochelarilor cu indici de refracție mari. Fluoruri duble - în separarea niobiului de materiile prime naturale, în producerea de niobiu metalic. Niabații sunt folosiți în acousto și optoelectronică ca materiale laser.
Acțiune fiziologică
Compușii cu niobiu sunt otrăvitori. Concentrația maximă de niobiu în apă este de 0,01 mg / l.

Dicționar enciclopedic. 2009 .

Sinonime:

Vedeți ce este "niobium" în alte dicționare:

- (lat.niobium nou). Unul dintre metalele rare întâlnite în tantalit. Dicționar de cuvinte străine incluse în limba rusă. Chudinov AN, 1910. Metalul NIOBIUM, apare sub formă de oxizi în minerale rare de importanță practică ... Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

- (Niobium), Nb, element chimic din grupa V a sistemului periodic, număr atomic 41, masă atomică 92.9064; metal, tp 2477 shS. Niobiul este utilizat pentru alierea oțelurilor, obținerea aliajelor rezistente la căldură, dure și alte. Niobium este deschis englezilor ... ... Enciclopedie modernă

niobiu - (Niobium), Nb, element chimic din grupa V a sistemului periodic, număr atomic 41, masă atomică 92.9064; metal, tp 2477 ° C. Niobiul este utilizat pentru alierea oțelurilor, obținerea aliajelor rezistente la căldură, dure și alte. Niobium este deschis englezilor ... ... Dicționar ilustrat enciclopedic

- (simbol Nb), element chimic de tranziție gri-alb strălucitor, metal. Descoperită în 1801. De regulă, se găsește în minereurile de piroclor. Un niobiu metal moale și maleabil este utilizat la producția de oțeluri inoxidabile speciale și aliaje ... ... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

Nb (lat.Niobium; din ele.Niobe, fiica lui Tantalus în altă mitologie greacă * a. Niobium; n. Niob, Niobium; f. Niobium; și. Niobio), chim. elementul periodic al grupului V. Sistemul Mendeleev, la. n. 41, la. m. 92.9064. Are un izotop natural 93 Nb ... ... Enciclopedie geologică

NIOBIUM, unul dintre metalele descoperite de chimiști. Dicționarul explicativ al lui Dahl. IN SI. Dahl. 1863 1866 ... Dicționarul explicativ al lui Dahl

niobiu - chim. element, simbol Nb (latină Niobium), la. n. 41, la. m. 92,90; metal gri deschis, densitate 8570 kg / m3, t \u003d 2500 ° С; are un produs chimic ridicat. persistenţă. În natură, apare în minerale împreună cu tantal, separarea cu care provoacă ... ... Enciclopedia politehnică mare

- (Niobiu latin) Nb, element chimic din grupa V a tabelului periodic, număr atomic 41, masă atomică 92.9064. Numită în numele lui Niobe, fiica tantalului mitologic (asemănarea proprietăților lui Nb și Ta). Metal refractar gri deschis, densitate 8,57 ... ... Mare dicționar enciclopedic

- (Niobiu), Nb, chim ... Enciclopedia fizică

Substantiv, număr de sinonime: 2 metal (86) element (159) Dicționar de sinonime ASIS. V.N. Trishin. 2013 ... Dicționar de sinonime

- (Niobium franceză și engleză, Niob germană; chim.), Nb \u003d: 94. în grupa V a tabelului periodic al elementelor se află două metale rare, H. itantalum, care aparțin vanadiului în același mod ca molibdenul și tungstenul la crom; ultimii trei membri metalici ... ... Enciclopedia Brockhaus și Efron

Producția de niobiu, alături de tantal, precum și aliaje tantal-niobiu, are o importanță economică mare din punctul de vedere al utilizării integrate a ambelor metale valoroase.
În multe cazuri, în loc de tantal cu același efect, este posibil să se utilizeze niobiu aproape de acesta în proprietăți sau aliaje de tantal cu niobiu, deoarece aceste metale formează o serie continuă de soluții solide, ale căror proprietăți sunt apropiate de cele ale metalelor părinte.
Un aliaj de tantal cu niobiu poate fi obținut prin amestecarea pulberilor obținute separat de tantal și niobiu, urmată de presarea amestecului și sinterizarea în vid, precum și prin reducerea simultană a îmbinării unui amestec de tantali și compuși de niobiu, de exemplu, un amestec de fluoruri complexe K2TaF7 și K2NbF7, un amestec de cloruri, etc. .P.
De obicei, cu metoda acidului fluorhidric de separare a tantalului și a niobiului, acesta din urmă este separat sub formă de fluorooxiniobate K2NbOF5 * H2O.
Această sare nu este potrivită pentru recuperarea cu sodiu din două motive:
a) apa de cristalizare inclusă în sarea specificată, care reacționează cu sodiu, poate duce la o explozie,
b) oxigenul, care face parte din sare și legat cu niobiu, nu este redus cu sodiu și rămâne sub formă de impuritate a oxidului în produsul de reducere.
Prin urmare, fluorooxiniobate de potasiu trebuie recristalizate printr-o soluție de acid fluorhidric cu o concentrație de HF mai mare de 10%, ca urmare a formării sării K2NbF7, care este potrivit pentru reducerea sodiului.
Niobiul poate fi produs și prin electroliză în condiții similare celor descrise pentru producerea tantalului. Se remarcă o eficiență a curentului mai scăzută decât în \u200b\u200bproducția electrolitică de tantal, precum și dificultăți asociate cu solubilitatea vizibilă a compușilor de niobiu de diferite valențe în electrolit.
De asemenea, este posibilă electroliza dintr-o baie mixtă care conține un amestec de Ta2O5 + Nb2O5 ca componente care se descompun și K2TaF7 ca solvent. În acest caz, se obține un aliaj de niobiu cu tantal.
Pentru a obține niobiu, a fost propusă o metodă pentru reducerea carbonului a pentoxidului de niobiu în vid.

Reducerea pentoxidului de niobiu cu carbon

Pentru a obține niobiu, K. Bolke a dezvoltat o metodă pentru reducerea pentoxidului de niobiu cu carbur de niobiu în vid conform reacției:

În esență, acest proces este redus la reducerea pentoxidului de niobiu cu carbon.
Datorită rezistenței chimice ridicate a pentoxidului de niobiu, reducerea cu carbon la presiunea atmosferică necesită o temperatură ridicată (aproximativ 1800-1900 °), care poate fi obținută într-un cuptor cu tub de grafit.Niobiul are o afinitate ridicată pentru carbon (energie liberă de formare a carburului de niobiu -ΔF ° \u003d 38,2 kcal ), prin urmare, în prezența gazelor carbonace în cuptor și la o rată de difuzie ridicată în faza solidă, care se dezvoltă la o temperatură atât de ridicată, niobiu se dovedește a fi contaminat cu carbură de niobiu, chiar și în cazul compunerii unei încărcări bazate pe reacție

În vid, reacția de reducere cu carbonul are loc la o temperatură mai mică (1600-1700 °),
Brichete sunt preparate dintr-un amestec de pentoxid de niobiu și negru de carbon, preluate în raporturi stoechiometrice pe baza reacției

Laminarea se efectuează la 1800-1900 ° într-un cuptor cu tub de grafit într-o atmosferă de protecție (hidrogen, argon) sau în vid la o temperatură de 1600 ° până la evoluția CO. Produsul rezultat este o brichetă ușor sinterizată, formată din particule de carbură gri pudră. Carburul este măcinat în pulbere într-o moară cu bilă și amestecat cu pentoxid în proporții corespunzătoare reacției (1). Brichetele amestecului Nb2O5 + NbC sunt calcinate din nou la vid, la o temperatură de aproximativ 1600 °.
Pentru a asigura eliminarea transpirată a carbonului sub formă de CO, trebuie adăugat un mic exces de pentoxid de niobiu la amestecul de Nb2O5 + NbC. În funcționarea ulterioară a sinterizării (sudării) la temperaturi ridicate a tijelor presate din niobiu metalic pulverulent, se elimină excesul de pentoxid de niobiu, deoarece oxizii de niobiu (ca tantalul) se volatilizează în vid la temperaturi sub punctul de topire al metalului
Datorită timpului inevitabil petrecut în crearea unui vid și răcirea produsului din el, productivitatea unui cuptor cu vid la fabricarea carburii inițiale de niobiu este mult mai mică decât productivitatea unui cuptor cu tub de grafit care funcționează la presiune atmosferică, în care un proces continuu poate fi realizat prin avansarea cartușelor cu brichete dintr-un amestec de Nb2O5 + C. Prin urmare, este mai mare continuu într-un cuptor cu tub de grafit la presiunea atmosferică, deși la temperaturi de 1800-1900 °.
Ar fi posibil să se obțină niobiu metalic într-un cuptor cu vid direct reacționând pentoxidul cu funingine conform reacției (2) cu un ușor exces de Nb2O5 în sarcină. Cu toate acestea, atunci când un amestec de Nb2O5 + 5NbC este încărcat într-un cuptor cu vid, productivitatea acestuia este semnificativ crescută în comparație cu încărcarea unui amestec de Nb2O5 + 5C, deoarece amestecul Nb2O5 + SNbC conține niobiu (82,4%) de 1,5 ori mai mult decât amestecul Nb2O5 + 5C ( 57,2%) În plus, primul amestec are o greutate specifică aditivă de 1,7 ori mai mare decât al doilea amestec (6,25 g / cm3 și, respectiv, 3,7 g / cm3).
În plus, trebuie reținut faptul că carburul de niobiu, care constituie partea predominantă a amestecului Nb2O5 + 5NbC, este mai grosier decât Nb2O5 și pulberile de funingine, ceea ce este un motiv suplimentar pentru densitatea în vrac mai mare a amestecului Nb2O5 + 5NbC decât amestecul Nb2O5 + 5C.
Ca urmare a tuturor acestor lucruri, un volum unitar al cartușului poate găzdui de 2,5-3 ori mai mult material (bazat pe conținutul de niobiu) sub formă de brichete dintr-un amestec de Nb2O5 + 5NbC decât brichetele dintr-un amestec de Nb2O5 + 5C.
În activitatea lui Bolke, nu există dovezi suficient de convingătoare ale necesității de a respecta cu strictețe compoziția recomandată a amestecului Nb2O5 + 5NbC încărcat în cuptorul cu vid.
Prin calcinarea amestecului Nb2O5 + 5C într-un cuptor cu tub de carbon la presiune atmosferică, este posibil să se obțină cu o productivitate ridicată (într-un proces continuu) un produs apropiat în compoziție de niobiu metalic cu o cantitate mică de carbon. Această pulbere bogată în niobiu cu densitate ridicată și în vrac poate fi apoi amestecată cu o cantitate adecvată de Nb2O5 (cu un exces excesiv de Nb2O5 în raport cu impuritatea echivalentă a carbonului în niobiu) și amestecul brichetat calcinat într-un cuptor cu vid pentru a elimina carbonul sub formă de CO.
Cu această opțiune, capacitatea și, în consecință, productivitatea cuptorului cu vid va fi cea mai mare. Un exces restant de Nb2O5 se va evapora în timpul sinterizării ulterioare a temperaturii înalte de niobiu, iar acesta din urmă se va transforma într-un metal compact maleabil
Când utilizați niobiu cu conținut scăzut de carbon în loc de carbură de niobiu pentru interacțiunea cu pentoxidul, pot apărea unele complicații tehnologice. Cert este că atunci când se obține niobiu cu conținut scăzut de carbon la presiunea atmosferică în spațiul de reacție al unui cuptor cu tub de grafit, este întotdeauna posibil ca un amestec de azot din aer să intre în cuptor. Niobiul, având o afinitate ridicată pentru azot, îl absoarbe activ. În producția de carbură de niobiu, posibilitatea contaminării produsului cu azot este mult mai mică datorită afinității mai mari a niobiului pentru carbon decât a azotului.
Prin urmare, producerea de niobiu metalic folosind niobiu cu conținut scăzut de carbon ca materie primă este complicată de necesitatea creării unor condiții care exclud posibilitatea pătrunderii azotului în spațiul de reacție, lucru dificil de realizat într-un cuptor cu tub de grafit conectat liber la atmosferă. Pentru a elimina azotul din cuptor, este necesar să umpleți complet cuptorul cu hidrogen pur sau argon, respectați etanșitatea carcasei, evitați aspirarea aerului în tubul de reacție atunci când încărcați cartușele cu un amestec de Nb2O5 + 5C și când descărcați niobiu etc.
Prin urmare, problema avantajelor opțiunii producției preliminare de carbură de niobiu sau niobiu cu conținut scăzut de carbon la presiune atmosferică (urmată de calcinarea acestor produse într-un amestec cu Nb2O5 în vid) poate fi rezolvată prin posibilități practice în fiecare caz în parte.
Avantajele procesului de reducere a carbonului a niobiului conform uneia dintre opțiunile descrise sunt: \u200b\u200butilizarea unui agent de reducere ieftin sub formă de funingine și recuperarea directă a niobiului în metalul finit
Proprietatea proprietăților oxalilor de tantal și niobiu face posibilă utilizarea metodei descrise pentru producerea tantalului maleabil.

15.08.2019

Armatura - produse metalice pentru construcții, al căror profil poate fi neted (clasa A1) sau periodic. Armatura este folosită pentru a consolida și a crește rezistența ...

15.08.2019

Metoda de tăiere a plasmei a fost descoperită relativ recent, dar în industrie este utilizată foarte activ, deoarece a fost bine studiată ...

15.08.2019

Dezvoltarea tehnologiei face posibilă îmbunătățirea instrumentelor pneumatice. Aerul comprimat este folosit pentru a le hrăni. Un astfel de instrument este utilizat în mod activ în industrie, pentru ...

15.08.2019

Începutul anului școlar este un test serios pentru copil, deoarece modul său de viață obișnuit se destramă. Părinții trebuie să-l ajute să facă față acestei schimbări. Foarte important ...

14.08.2019

Armarea este un complex de elemente care asigură rezistență suplimentară în diferite structuri de beton armat. De obicei se folosește cu beton. În interiorul materialului, ea ...

14.08.2019

Toți șoferii pot întâmpina situații neprevăzute în timpul călătoriei. Puteți ajunge într-un accident de circulație, sistemele și componentele unei mașini pot ...

14.08.2019

Foaie profilată - o foaie rigidă din metal ondulat cu un strat de zinc sau polimer. Acest tip de material pentru acoperișuri este foarte frecvent ...

Un an mai târziu, chimistul suedez Ekeberg a izolat oxidul unui alt element nou de columbit, numit tantalum. Asemănarea compușilor Columbia și tantal a fost atât de mare încât timp de 40 de ani majoritatea chimiștilor au crezut că tantalul și columbul sunt unul și același element.

În 1844, chimistul german Heinrich Rose a examinat mostre de columbit găsit în Bavaria. El a redescoperit oxizii a două metale. Unul dintre ei era un oxid al tantalului deja cunoscut. Oxizii erau similari și, pentru a sublinia similitudinea lor, Rose a numit elementul care formează cel de-al doilea oxid de niobiu, după Niobe, fiica mitologului martir Tantalus.

Cu toate acestea, Rose, ca și Hatchet, nu a putut să obțină acest element într-o stare liberă.

Niobiul metalic a fost obținut pentru prima dată abia în 1866... de către omul de știință suedez Blomstrand în reducerea clorurii de niobiu cu hidrogen. La sfârșitul secolului XIX. au fost; a găsit alte două modalități de a obține acest element. Mai întâi Moissan l-a primit într-un cuptor electric, reducând oxidul de niobiu cu carbon, apoi Goldschmidt a reușit să restaureze același element cu aluminiu.

Și să apelezi la numărul 41 în tari diferite a continuat în moduri diferite: în Anglia și Statele Unite - Columbia, în alte țări - niobiu. Sfârșitul discordiei a fost pus de Uniunea Internațională de Chimie Teoretică și Aplicată (IUPAC) în 1950. S-a decis legitimarea denumirii elementului „niobiu” peste tot, iar denumirea „columbit” a rămas pentru mineralul principal al niobiului. Formula sa este (Fe, Mn) (Nb,

Elementar niobiu- metal extrem de refractar (2468 ° C) și cu fierbere ridicată (4927 ° C), foarte rezistent în multe medii corozive. Toți acizii, cu excepția acidului fluorhidric, nu acționează asupra acestuia. Acizii oxidanți „pasivează” niobiu prin acoperirea lui cu o peliculă protectoare cu oxid (Nb 2 O 5). Dar la temperaturi ridicate, reactivitatea niobiului crește. Dacă la 150-200 ° C se oxidează doar un strat de suprafață mic al metalului, atunci la 900-1200 ° C grosimea filmului de oxid crește semnificativ.

Niobiul reacționează activ cu multe non-metale. Halogeni, azot, hidrogen, carbon, sulf formează compuși cu acesta. În acest caz, niobiul poate prezenta valențe diferite - de la doi la cinci. Dar valența principală a acestui element este 5+. Niobiul pentavalent poate fi parte a sării atât ca cation, cât și ca unul dintre elementele anionului, ceea ce indică natura amfoterică a elementului 41.

Sărurile acizilor niobici se numesc niobați. Sunt obținute ca rezultat al reacțiilor de schimb după fuziunea pentoxidului de niobiu cu sifon:

Nb 2 O 5 + 3Na 2 CO 3 → 2Na 3 NbO 4 + 3CO2.

Sărurile mai multor acizi niobici, în primul rând metaniobium HNbO 3, precum și diniiobați și pentaniobați (K 4 Nb 2 O 7, K 7 Nb 5 O 16-rnH 2 O), au fost destul de bine studiate. Și sărurile, în care elementul nr. 41 acționează ca un cation, sunt obținute de obicei prin interacțiunea directă a substanțelor simple, de exemplu 2Nb + 5Cl 2 → 2NbCl 5.

Cristale colorate strălucitoare ca acul de pentalide de niobiu (NbCl 5 - galben, NbBr 5 - roșu-purpuriu) se dizolvă ușor în solvenți organici - cloroform, eter, alcool. Dar, atunci când dizolvați în apă, acești compuși se descompun complet, hidrolizați pentru a forma niobați:

NbCl 5 + 4H2 O → 5HCl + H3 NbO4.

Hidroliza poate fi prevenită prin adăugarea unui acid puternic la soluția apoasă. În astfel de soluții, pentalidele de niobiu se dizolvă fără hidroliză.

Niobiul formează săruri duble și compuși complexi, cel mai ușor fluoruri. Fluoroniobatele sunt numele acestor săruri duble. Se obțin dacă se adaugă o fluorură de metal la o soluție de acizi niobici și hidrofluorici.

Compoziția compusului complex depinde de raportul dintre componentele care reacționează în soluție. Analiza radiografiei a unuia dintre acești compuși a arătat o structură corespunzătoare formulei K 2 NbF 7. Compușii oxo de niobiu pot fi, de asemenea, formați, de exemplu, oxofluoroniobate de potasiu K 2 NbOF 5 * H 2 O.

Caracterizarea chimică a unui element nu se limitează, desigur, la aceste informații. Astăzi, cel mai important dintre compușii elementului 41 sunt compușii săi cu alte metale.

Niobiu și superconductivitate

Fenomenul uimitor al superconductivității, când cu o scădere a temperaturii unui conductor, apare o dispariție bruscă a rezistenței electrice în el, a fost observat pentru prima dată de fizicianul olandez G. Kamerling-Onnes în 1911. S-a dovedit a fi primul superconductor, dar nu și ea, ci niobiu și unii compuși intermetalici de niobiu au fost destinați să devină primul tehnic materiale supraconductoare importante.

Două caracteristici ale supraconductorilor sunt practic importante: valoarea temperaturii critice la care are loc tranziția la starea de supraconductor și câmpul magnetic critic (chiar și Kamerlingh Onnes a observat pierderea superconductivității de către un superconductor atunci când a fost expusă la un câmp magnetic suficient de puternic).

Acum sunt cunoscute peste 2.000 de metale, materiale și compuși supraconductori, dar majoritatea covârșitoare nu au venit și se pare că nu vor ajunge niciodată la tehnologie, fie din cauza valorilor extrem de mici ale parametrilor critici, menționate mai sus, fie din cauza inacceptabile. caracteristici tehnologice... Dintre superconductorii de importanță practică, aliajele niobiu-titan sunt deosebit de populare. Majoritatea magneților supraconductori folosiți astăzi sunt fabricate din ei. Sunt din plastic, pot fi folosite pentru confecționarea dispozitivelor tehnice și a conductoarelor de forme complexe.

Ca material pentru supraconductoarele cu bandă, este valoroasă un aliaj de niobiu cu staniu Nb 3 Sn, stannidă de niobiu, descoperit în 1954. Elementul supraconductor care transportă curent - un autobuz cu 150.000 de miez - este fabricat din stannidă de niobiu în țara noastră. Astfel de conductori supraconductori cu mai multe nuclee sunt destinați utilizării în noile instalații termonucleare „Tokomak-15”.

Un alt compus intermetalic de niobiu, Nb 3 Ge, este de interes pentru practică. O peliculă subțire din această compoziție are o temperatură critică ridicată - 24,3 K. Adevărat, turnul Nb 3 Ge are o temperatură critică de numai 6 K, iar tehnologia pentru prepararea elementelor supraconductoare din acest material este destul de complicată.

Aliajele ternare: niobiu - germaniu - aluminiu, precum și unii compuși intermetalici de vanadiu au temperaturi critice destul de ridicate. Și totuși, cu niobiul și compușii săi se pun cele mai mari speranțe ale specialiștilor în supraconductori.

Niobiu metal

Niobiul metalic poate fi obținut prin reducerea compușilor săi, de exemplu clorură de niobiu sau fluoroniobat de potasiu, la temperaturi ridicate:

K 2 NbF 7 + 5Na → Nb + 2KF + 5NaF.

Dar înainte de a ajunge la această etapă finală de producție, minereul de niobiu trece prin multe etape de prelucrare. Primul dintre ele este beneficiul de minereuri și producția de concentrat. Concentratul este fuzionat cu diferite lichide: sodă caustică sau sifon. Aliajul rezultat este scurs. Dar nu se dizolvă complet. Reziduul insolubil este niobiu. Adevărat, este încă în compoziția hidroxidului, nu este separat de analogul său prin subgrup - tantal - și nu este purificat de unele impurități.

Până în 1866, nimeni nu era cunoscut potrivit conditii de lucru metoda de separare a tantalului și a niobiului. Prima metodă de separare a acestor elemente extrem de similare a fost propusă de Jean Charles Galissard de Marignac. Metoda se bazează pe solubilitatea diferită a compușilor complecși ai acestor metale și se numește fluorură. Fluorura de tantal complex este insolubilă în apă, în timp ce compusul analog de niobiu este solubil.

Metoda fluorului este complexă și nu separă complet niobiul și tantalul. Prin urmare, în aceste zile este aproape niciodată folosit. Acesta a fost înlocuit cu metode de extracție selectivă, schimb de ioni, rectificarea halogenurilor, etc. Aceste metode sunt utilizate pentru a obține oxid și clorură de niobiu pentavalent.

După separarea niobiului și tantalului, are loc operația principală - reducerea. Pentoxidul de azot Nb 2 O 5 este redus cu aluminiu, sodiu, negru de carbon sau carbură de niobiu obținute prin reacția Nb 2 O 5 cu carbonul; Pentaclorura de niobiu se reduce cu sodiu metal sau amalgam de sodiu. Astfel, se obține niobiu pudră, care trebuie apoi transformat într-un monolit, fabricat din plastic, compact, potrivit pentru prelucrare. Ca și alte metale refractare, niobiul - un monolit este obținut prin metode de metalurgie a pulberilor, a căror esență este următoarea.

Din pulberea metalică obținută sub presiune înaltă (1 t / cm 2), sunt presate așa-numitele bare de secțiune dreptunghiulară sau pătrată. Într-un vid la 2300 ° C, aceste tije sunt sinterizate, conectate în tije, care sunt topite în cuptoare cu arc de vid, iar tijele din aceste cuptoare acționează ca un electrod. Acest proces se numește topirea consumului de electrozi.

Niobiul din plastic monocristalin este obținut prin topirea fasciculului de electroni din zona liberă a creuzetului. Esența sa este că un fascicul puternic de electroni este îndreptat către niobiu pudră (operațiile de presare și sinterizare sunt excluse!), Ceea ce topește pulberea. Picături de metal curg pe un lingou de niobiu, care crește treptat și este îndepărtat din camera de lucru.

După cum puteți vedea, calea niobiului de la minereu la metal este, în orice caz, destul de lungă, iar metodele de producție sunt complexe.

Cel mai logic este să începeți povestea despre utilizarea niobiului cu metalurgia, deoarece în metalurgie a găsit cea mai largă aplicație. Atât în \u200b\u200bmetalurgia neferoasă, cât și în industria feroasă.

Oțelul din aliaj de niubiu are o bună rezistență la coroziune. "Și ce dacă? - va spune un alt cititor sofisticat. "Cromul crește, de asemenea, rezistența la coroziune a oțelului și este mult mai ieftin decât niobiul." Acest cititor este corect și greșit în același timp. Greșit pentru că a uitat un lucru.

În oțelul crom-nichel, ca în orice alt oțel, există întotdeauna carbon. Dar carbonul se combină cu cromul pentru a forma carbura, ceea ce face oțelul mai fragil. Niobiul are o afinitate mai mare pentru carbon decât cromul. Prin urmare, când se adaugă niobiu la oțel, se formează neapărat carburul de niobiu. Oțelul aliat cu niobiu capătă proprietăți mari anticorozive și nu își pierde ductilitatea. Efectul dorit se obține când se adaugă doar 200 g de niobiu metalic la o tonă de oțel. Și oțelul crom-mangan, niobiul oferă o rezistență ridicată la uzură.

Multe metale neferoase sunt de asemenea aliate cu niobiu. Deci, aluminiu, care se dizolvă cu ușurință în alcaline, nu reacționează cu ele dacă i se adaugă doar 0,05% niobiu. Și cuprul, cunoscut pentru moliciunea sa, și multe dintre aliajele sale, niobiul pare să se întărească. Crește rezistența metalelor cum ar fi titanul, molibdenul, zirconiul și, în același timp, crește rezistența lor la căldură și la căldură.

Acum proprietățile și capacitățile niobiului sunt apreciate la adevărata lor valoare de aviație, inginerie mecanică, inginerie radio, industrie chimică și energie nucleară. Toți au devenit consumatori de niobiu.

O proprietate unică - absența unei interacțiuni vizibile de niobiu cu uraniu la temperaturi de până la 1100 ° C și, în plus, o bună conductibilitate termică, o secțiune mică de absorbție eficientă pentru neutronii termici a făcut din niobiu un concurent serios al metalelor recunoscute în industria nucleară - aluminiu, beriliu și zirconiu. Mai mult, radioactivitatea artificială (indusă) a niobiului este scăzută. Prin urmare, poate fi utilizat pentru a realiza containere pentru depozitarea deșeurilor radioactive sau a instalațiilor pentru utilizarea lor.

Industria chimică consumă relativ puțin niobiu, dar acest lucru se datorează doar deficienței sale. Echipamentele pentru producerea acizilor de înaltă puritate sunt uneori confecționate din aliaje care conțin niobiu și mai rar din foi de niște. Capacitatea niobiului de a influența viteza unor reacții chimice este utilizată, de exemplu, în sinteza alcoolului din butadienă.

Racheta și tehnologia spațială au devenit și consumatori ai elementului nr. 41. Nu este un secret faptul că unele cantități ale acestui element se rotesc deja pe orbitele apropiate de pământ. Unele părți ale rachetelor și echipamentelor de la bord ale sateliților pământeni artificiali sunt realizate din aliaje care conțin niobiu și niobiu pur.

MINERALS NIOBIUM. Columbitul (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6 a fost primul mineral niobiu cunoscut omenirii. Și acest mineral este cel mai bogat în numărul 41. Ponderea oxizilor de niobiu și tantal reprezintă până la 80% din greutatea columbitului. Există mult mai puțin niobiu în piroclor (Ca, Na) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 (O, OH, F) și suplimentar (Na, Ce, Ca) 2 (Nb, Ti) 2 O 6. În total, sunt cunoscute peste 100 de minerale, care includ niobiu. Există depozite semnificative de astfel de minerale în diferite țări: SUA, Canada, Norvegia, Finlanda, dar cel mai mare furnizor concentratele de niobiu pe piața mondială au devenit statul african al Nigeria. În Rusia există rezerve mari de loparit, au fost găsite în Peninsula Kola.

CARBIDE PINK. Monocarburul de niobiu NbC este o substanță plastică cu un luciu rozaliu caracteristic. Acest compus important este destul de ușor format prin interacțiunea niobiului metalic cu hidrocarburile. Combinația dintre o ductilitate bună și o rezistență ridicată la temperatură cu un „aspect” plăcut a făcut din monocarbura niobiului un material valoros de acoperire. Straturile acestei substanțe cu o grosime de numai 0,5 mm protejează în mod fiabil multe materiale de coroziune la temperaturi ridicate, în special grafit, care este practic neprotejat de alte acoperiri. NbC este de asemenea utilizat ca material structural în fabricarea rachetelor și a turbinelor.

NERVURI SUTURATE DE NIOBIUM. Rezistența ridicată la coroziune a niobiului a făcut posibilă utilizarea sa în medicament. Firele de niobiu nu irită țesutul viu și sunt bine împletite cu acesta. Chirurgia reconstructivă a folosit cu succes astfel de fire pentru a sutura tendoanele sfâșiate, vasele de sânge și chiar nervii.

EXTERIOR NU ESTE DECIZIV. Niobium nu numai că posedă un set de proprietăți necesare tehnicii, dar arată și destul de frumos. Bijutierii au încercat să folosească acest metal strălucitor alb pentru confecționarea carcaselor pentru ceasuri de la încheieturi. Aliajele de niobiu cu tungsten sau reniu înlocuiesc uneori metalele prețioase: aur, platină, iridiu. Acesta din urmă este deosebit de important, deoarece aliajul niobiu-reniu nu numai că arată ca iridiu metalic, dar este aproape la fel de rezistent la uzură. Acest lucru a permis unor țări să se descarce cu iridiu scump în producerea de lipit pentru stilouri.

NIOBIUM ȘI SĂLĂȚARE. La sfârșitul anilor 1920, sudarea electrică și a gazului a început să înlocuiască nituirea și alte metode de îmbinare a unităților și pieselor. Sudarea a îmbunătățit calitatea produselor, a accelerat și a redus costurile proceselor de asamblare. Sudarea părea deosebit de promițătoare când asamblați instalații mari care funcționează în medii corozive sau sub presiune ridicată. Dar apoi s-a dovedit că la sudarea oțelului inoxidabil, sudura are o rezistență mult mai mică decât oțelul în sine. Pentru a îmbunătăți proprietățile cusăturii, în „oțelul inoxidabil” au fost introduși diferiți aditivi. Cel mai bun dintre acestea a fost niobiul.

CIFRE REDUSE Nu este întâmplător că niobiul este considerat un element rar: este într-adevăr rar și în cantități mici, întotdeauna sub formă de minerale și niciodată în starea sa natală. Un detaliu interesant: în diferite carti de referinta Clarke (conținutul în scoarța terestră) de niobiu este diferit. Acest lucru se datorează în principal faptului că în ultimii ani s-au găsit noi depuneri de minerale conținând niobiu în țările africane. În „Manualul chimistului”, vol. I (M., „Chimie”, 1963) se dau cifrele: 3,2-10 -5%, 1 * 10 -3% și 2,4 * 10 -3%. Dar chiar și ultimele cifre sunt subestimate: depozitele africane descoperite în ultimii ani nu au fost incluse aici. Cu toate acestea, se estimează că aproximativ 1,5 milioane de tone de niobiu metalic pot fi topite din mineralele depozitelor deja cunoscute.

De fapt, niobiul, ca toate celelalte metale, este gri. Cu toate acestea, folosind strat de oxid pasivant, ne facem metalul să strălucească flori frumoase... Dar niobiul nu este doar un metal cu aspect frumos. Ca și tantalul, este rezistent la multe substanțe chimice și poate fi format ușor chiar și la temperaturi scăzute.

Niobiul diferă în acest sens nivel ridicat de rezistență la coroziune se combină cu greutate mica... Folosim acest material pentru a produce inserții de monede de toate culorile, boluri de evaporare rezistente la coroziune pentru a fi utilizate în tehnologia de acoperire și creuzete stabile pentru formă pentru creșterea diamantelor. Datorită nivelului ridicat de biocompatibilitate, niobiul este utilizat și ca material de implant. Temperatura ridicată de tranziție face, de asemenea, niobiul un material ideal pentru cabluri și magneți supraconductori.

Puritatea garantată

Puteți fi încrezător în calitatea produselor noastre. Ca materie primă folosim doar cel mai pur niobiu. Astfel vă garantăm extrem puritate ridicată a materialului.

Monede și diamante. Aplicații de niobiu.

Aplicațiile pentru niobiul nostru sunt la fel de variate ca proprietățile materialului în sine. Mai jos vă vom prezenta pe scurt două dintre ele:

Prețios și colorat

Niobiul nostru apare în cea mai favorabilă lumină în producerea de monede. Ca urmare a anodizării, pe suprafața de niobiu se formează un strat subțire de oxid. Datorită refracției luminii, acest strat strălucește în culori diferite. Putem influența aceste culori schimbând grosimea stratului. De la roșu la albastru: orice culoare este posibilă.

Formabilitate și durabilitate excelentă

Rezistența ridicată la coroziune și formabilitatea excelentă fac din niobiu un material creuzet ideal pentru producerea de diamante policristaline sintetice (PCD). Creuzele noastre de niobiu sunt utilizate pentru sinteza de înaltă temperatură la înaltă presiune.

Niobiu pur topit

Ne furnizăm fuziunea niobiu sub formă de foi, benzi sau tije. De asemenea, putem realiza produse de geometrie complexă. Niobiul nostru pur are următoarele proprietăți:

• punctul de topire ridicat de 2468 ° C
• ductilitate ridicată la temperatura camerei
• recristalizare la temperaturi de la 850 la 1300 ° C
  (în funcție de gradul de deformare și curățenie)
• rezistență ridicată în soluții apoase și topituri metalice
• solubilitate ridicată a carbonului, oxigenului, azotului și hidrogenului (risc de fragilitate crescută)
• supraconductibilitate
• nivel ridicat de biocompatibilitate

Bună în toate felurile: caracteristicile niobiului.

Niobiul aparține grupului metale refractare... Metalele refractare sunt metale cu un punct de topire mai mare decât cel al platinei (1772 ° C). În metalele refractare, atomii individuali care leagă energia sunt extrem de mari. Metalele refractare diferă punct de topire ridicat în legătură cu presiune scăzută la abur, modul ridicat de elasticitate și stabilitate termică ridicată... În plus, metalele refractare au coeficient scăzut de expansiune termică... Comparativ cu alte metale refractare, niobiul are o densitate relativ mică - doar 8,57 g / cm3.

În tabelul periodic al elementelor chimice, niobiul se află în aceeași perioadă cu molibdenul. Prin urmare, densitatea și punctul său de topire sunt comparabile cu densitatea și punctul de topire al molibdenului. Ca și tantalul, niobiul este predispus la îmbogățirea hidrogenului. Din acest motiv, tratamentul termic cu niobiu se realizează într-un vid ridicat și nu într-un mediu cu hidrogen. Atât niobiul cât și tantalul au, de asemenea, o rezistență ridicată la coroziune în toți acizii și o bună modelabilitate.

Niobiul are temperatura maximă a joncțiunii printre toate elementele și este -263,95 ° C... Sub această temperatură, niobiul este supraconductor. Mai mult, niobiul are o serie de proprietăți extrem de specifice:

Proprietăți
Numar atomic		41
Masă atomică		92,91
Temperatura de topire		2468 ° C / 2741 ° K
Temperatura de fierbere		4744 ° C / 5017 ° K
Volumul atomic		1,80 · 10 -29 [m 3]
Presiunea la abur	la 1800 ° C la 2200 ° C	5 · 10 -6 [Pa] 4 · 10 -3 [Pa]
Densitate la 20 ° C (293 ° K)		8,57 [g / cm3]
Structură cristalină		cubic centrat pe corp
Constantă de zăbrele		329 [pm]
Duritate la 20 ° C (293 ° K)	deformat recristalizat	110–180 60–110
Modul elastic la 20 ° C (293 ° K)		104 [GPa]
coeficientul lui Poisson		0,35
Coeficientul de expansiune termică liniară la 20 ° C (293 ° K)		7,1 · 10 –6 [m / (m · K)]
Conductivitatea termică la 20 ° C (293 ° K)		53,7 [W / (m K)]
Căldură specifică la 20 ° C (293 ° K)		0,27 [J / (g · K)]
Conductivitate la 20 ° C (293 ° K)		7.1 · 10 6
Rezistivitate electrică la 20 ° C (293 ° K)		0,141 [(Ohm · mm 2) / m]
Viteza sunetului la 20 ° C (293 ° K)	Val longitudinal Val transversal	4920 [m / s] 2100 [m / s]
Funcția de lucru a electronilor		4.3 [eV]
Secțiunea de captare a neutronilor termici		1,15 · 10 -28 [m 2]
Temperatura de recristalizare (timp de recoacere: 1 oră)		850-1300 ° C
Superconductivitate (temperatura de tranziție)		< -263,95 °C / < 9,2 °K

Proprietăți termofizice

Ca toate metalele refractare, niobiul are un punct de topire ridicat și o densitate relativ ridicată. Conductivitatea termică a niobiului este comparabilă cu conductivitatea termică a tantalului, dar mai mică decât cea a tungstenului. Coeficientul de expansiune termică a niobiului este mai mare decât cel al wolframului, dar încă semnificativ mai mic decât cel al fierului sau al aluminiului.

Proprietățile termofizice ale niobiului se schimbă cu temperatura:

Coeficient de extindere termică liniară a niobiului și tantalului

Căldură specifică de niobiu și tantal

Conductivitatea termică a niobiului și tantalului

Proprietăți mecanice

Proprietățile mecanice ale niobiului depind în primul rând de acesta puritate și în special conținutul de oxigen, azot, hidrogen și carbon. Chiar și concentrații mici ale acestor elemente pot avea un impact semnificativ. Alți factori care afectează proprietățile niobiului includ tehnologie de producție, gradul de deformare și tratament termic.

Ca aproape toate metalele refractare, niobiul are rețea de cristal cubic centrată pe corp... Temperatura de tranziție rupt-ductilă a niobiului este sub temperatura camerei. Din acest motiv, niobiu extrem de ușor de format.

La temperatura camerei, alungirea la pauză este mai mare de 20%. Odată cu creșterea gradului de prelucrare la rece a metalului, rezistența și duritatea acestuia cresc, dar în același timp, alungirea la rupere scade. Deși materialul își pierde ductilitatea, nu devine fragil.

La 104 GPa și la temperatura camerei, modulul elastic al niobiului este mai mic decât cel al tungstenului, molibdenului sau al tantalului. Modulul elastic scade odată cu creșterea temperaturii. La o temperatură de aproximativ 1800 ° C, această valoare este de 50 GPa.

Modulul elastic al niobului versus tungsten, molibden și tantal

Datorită ductilității sale ridicate, niobiul este ideal pentru procese de modelarecum ar fi îndoirea, perforarea, apăsarea sau desenul profund. A preveni sudare la rece este recomandat să folosești unelte din oțel sau din metal dur. Niobiul este greu de dat tăiere... Jetoanele nu sunt ușor separate. Din acest motiv, vă recomandăm să folosiți instrumente cu pași de control a cipurilor. Niobiul este diferit sudabilitate excelentă în comparație cu wolframul și molibdenul.

Aveți întrebări despre prelucrarea metalelor refractare? Vom fi bucuroși să vă ajutăm folosind mulți ani de experiență.

Proprietăți chimice

Niobiul este acoperit în mod natural cu un strat dens de oxid. Stratul de oxid protejează materialul și oferă o rezistență mare la coroziune. La temperatura camerei, niobiul nu este stabil în doar câteva substanțe anorganice: acid sulfuric concentrat, fluor, fluorură de hidrogen, acid fluorhidric și acid oxalic. Niobiul este stabil în soluții apoase de amoniac.

Soluțiile alcaline, hidroxidul de sodiu lichid și hidroxidul de potasiu, de asemenea, atacă chimic niobiul. Elementele care formează soluții solide interstițiale, în special hidrogenul, pot face, de asemenea, niobiu fragil. Rezistența la coroziune a niobiului scade odată cu creșterea temperaturii și în contact cu soluții care conțin mai multe substanțe chimice. La temperatura camerei, niobiul este complet stabil în mediul oricărei substanțe nemetalice, cu excepția fluorului. Cu toate acestea, la temperaturi peste 150 ° C, niobiul reacționează cu clor, brom, iod, sulf și fosfor.

Rezistența la coroziune în apă, soluții apoase și nemetale
Apă	Apa fierbinte< 150 °C	persistent
Acizi anorganici	Acid clorhidric< 30 % до 110 °C Acid sulfuric< 98 % до 100 °C Acid azotic< 65 % до 190 °C Acid hidrofloric< 60 % Acid fosforic< 85 % до 90 °C	persistent persistent persistent instabil persistent
Acizi organici	Acid acetic< 100 % до 100 °C Acid oxalic< 10 % Acid lactic< 85 % до 150 °C Acidul vinului< 20 % до 150 °C	persistent instabil persistent persistent
Soluții alcaline	Hidroxid de sodiu< 5 % Hidroxid de potasiu< 5 % Soluții de amoniac< 17 % до 20 °C Bicarbonat de sodiu< 20 % до 20 °C	instabil instabil persistent persistent
Soluții de sare	Clorură de amoniu< 150 °C Clorura de calciu< 150 °C Clorura de fier< 150 °C Clorură de potasiu< 150 °C Lichidele biologice< 150 °C Sulfat de magneziu< 150 °C Nitrat de sodiu< 150 °C Clorură de staniu< 150 °C	persistent persistent persistent persistent persistent persistent persistent persistent
nemetale	Clor fluor< 100 °C Brom< 100 °C Iod< 100 °C Sulf< 100 °C Fosfor< 100 °C Bor< 800 °C	nu persistente persistent persistent persistent persistent persistent persistent

Niobiul este stabil în unele topiri metalice precum Ag, Bi, Cd, Cs, Cu, Ga, Hg, ° K, Li, Mg, Na și Pb, cu condiția ca aceste topiri să conțină o cantitate mică de oxigen. Al, Fe, Be, Ni, Co, și Zn și Sn atacă chimic niobiul.

Rezistența la coroziune în metal se topește
Aluminiu	instabil	litiu	rezistent la temperatură< 1000 °C
Beriliu	instabil	Magneziu	rezistent la temperatură< 950 °C
Conduce	rezistent la temperatură< 850 °C	Sodiu	rezistent la temperatură< 1000 °C
Cadmiu	rezistent la temperatură< 400 °C	Nichel	instabil
cesiu	rezistent la temperatură< 670 °C	Mercur	rezistent la temperatură< 600°C
Fier	instabil	Argint	rezistent la temperatură< 1100 °C
Galiu	rezistent la temperatură< 400 °C	Bismut	rezistent la temperatură< 550°C
Potasiu	rezistent la temperatură< 1000 °C	Zinc	instabil
cupru	rezistent la temperatură< 1200 °C	Staniu	instabil
Cobalt	instabil

Niobiul nu reacționează cu gazele inerte. Din acest motiv, gazele inerte pure pot fi utilizate ca gaze de protecție. Cu toate acestea, pe măsură ce temperatura crește, niobiul reacționează activ cu oxigenul, azotul și hidrogenul din aer. Oxigenul și azotul pot fi eliminate prin acoperirea materialului sub vid ridicat la temperaturi peste 1700 ° C. Hidrogenul este eliminat deja la 800 ° C. Acest proces duce la pierderea materialului datorită formării oxizilor volatili și recristalizării structurii.

Vrei să folosești niobiu în cuptorul tău industrial? Vă rugăm să rețineți că niobiul poate reacționa cu piese structurale din oxizi refractari sau grafit. Chiar și oxizii foarte stabili, cum ar fi alumina, magneziul sau oxidul de zirconiu pot fi reduse la temperaturi ridicate dacă intră în contact cu niobiu. La contactul cu grafitul, se pot forma carburi, ceea ce duce la o creștere a fragilității niobiului. Deși niobiul poate fi de obicei ușor combinat cu molibdenul sau tungstenul, acesta poate reacționa cu nitrură de bor hexagonală și nitrură de siliciu. Limitele de temperatură indicate în tabel sunt valabile pentru vid. Când folosiți gaz de protecție, aceste temperaturi sunt cu aproximativ 100-200 ° C mai mici.

Niobiul, care a devenit fragil în contact cu hidrogenul, poate fi regenerat prin recoacere în vid ridicat la 800 ° C.

Apariția și pregătirea naturală

În 1801, chimistul englez Charles Hatchett a investigat o piatră neagră grea, importată din America. El a descoperit că piatra conține un element necunoscut la acea vreme, pe care l-a numit columbia de țara sa de origine. Numele cu care este cunoscut acum - niobiu - i-a fost dat în 1844 de al doilea descoperitor, Heinrich Rose. Heinrich Rose a devenit prima persoană care a separat niobiul de tantal. Înainte de aceasta, era imposibil să distingi aceste două materiale. Rose i-a dat metalului un nume niobiu pe numele fiicei regelui Tantalus Niobia. Astfel, el a vrut să sublinieze relația strânsă a celor două metale. Niobiul metalic a fost obținut pentru prima dată prin reducerea în 1864 de K.V. Blomstrand. Niobium și-a primit numele oficial abia după aproximativ 100 de ani după multe dezbateri. Asociația Internațională de Chimie Teoretică și Aplicată a recunoscut „niobiul” drept denumirea oficială a metalului.

Niobiul este cel mai frecvent întâlnit în mod natural sub formă de columbit, cunoscut și sub denumirea de niobită, a cărei formulă chimică este (Fe, Mn) [(Nb, Ta) O3] 2. O altă sursă importantă de niobiu este pyrochlore, un niobat de calciu complex. Depozitele acestui minereu se găsesc în Australia, Brazilia și unele țări africane.

Minereurile minate sunt prelucrate în mai multe etape diferite pentru a obține concentrate de până la 70% (Ta, Nb) 2O5. Apoi se dizolvă în acizi clorhidrici și sulfuri. După aceea, compușii de fluorură de tantal și niobiu sunt separați folosind un proces de extracție. Fluorura de niobiu este oxidată cu oxigen pentru a forma pentoxidul de niobiu și apoi redusă cu carbon la 2000 ° C pentru a forma metal niobiu. După aceea, ultracure niobiu este obținut folosind un procedeu suplimentar de remeltare a fasciculului de electroni.

Descrierea și proprietățile niobiului

niobiu - element aparținând celei de-a cincea grupe a numărului atomic periodic - 41. Formula electronică de niobiu - Nb 4d45sl. Formula grafică de niobiu - Nb - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 4 5s 1. Descoperită în 1801 - denumită inițial „Columbia” după numele râului în care a fost descoperit. Mai târziu redenumită.

Niobiu - metal nuanță de oțel-alb, are ductilitate - ușor rulat în foi. Structura electronică a niobiului îl înzestrează cu anumite caracteristici. Se observă un regim de temperatură ridicată în timpul topirii și punctul de fierbere al metalului. Datorită acestui fapt, exodul electronic al electronilor este notat ca o caracteristică. Superconductivitatea se manifestă numai la temperaturi ridicate. Pentru oxidare, metalul necesită o temperatură minimă de aproximativ 300 ° C și peste. În acest caz, un specific oxid de niobiu Nb2O5.

Niobiu, proprietăți care interacționează activ cu unele gaze. Acestea sunt hidrogen, oxigen și azot, sub influența lor poate schimba anumite caracteristici. Cu cât temperatura este mai ridicată, cu atât mai intens este absorbit hidrogenul, ceea ce face ca niobiul să fie mai fragil. Când se atinge semnul de referință de 600 ° C, începe să apară evoluția inversă, iar metalul restabilește valorile pierdute. După aceea, începe formarea nitrurii de NbN, care necesită 2300 ° C să se topească.

Carbonul și gazele care îl conțin încep să interacționeze cu niobiu la temperatura necesară peste 1200 ° C, rezultând formarea carburii de NbC - temperatura de topire - 3500 ° С. Ca urmare a interacțiunii siliciu și bor cu metalul niobiu, se formează borida NbB2 - temperatura de topire - 2900 ° С.

Elementul de niobiu rezistent la aproape toți acizii cunoscuți, cu excepția acidului fluorhidric și în special a amestecului său cu acidul azotic. Metalul este susceptibil la alcaline, în special la cele fierbinți. La dizolvarea lor, se produce un proces de oxidare și se formează acid niobic.

Producția și originea niobiului

Conținutul de metal pe tonă de rocă împrumutată este relativ scăzut - doar 18 g pe tonă. Conținutul este crescut în roci mai acide. Cel mai adesea în aceeași hală se găsesc niobiu și tantal, datorită proprietăților chimice apropiate, care le permit să fie într-un singur mineral și să participe la procese comune... Adesea, în unele minerale care conțin titan, apare un fenomen înlocuitor - "Niobiu - titan".

Se cunoaște că aproximativ o sută de minerale diferite conțin niobiu. Dar în industrie se folosesc unități. Acestea sunt piroclor, loparit, torolit, etc. În rocile ultrabazice și alcaline, niobiul se găsește în perovskit și eudialyte.

Depozite de azot disponibil în Brazilia, Australia, Canada, Congo, Nigeria și Rwanda.

Producție de azot un proces destul de complex cu trei etape principale. Pentru început, concentratul este deschis, apoi niobiul este separat în compuși puri. Etapa finală este procesele de reducere și rafinarea metalelor. Cele mai frecvente metode sunt metode carboterme, aluminotermice și termice de sodiu.

De exemplu, amestecând oxid de niobiu și funingine la temperaturi ridicate într-un mediu cu hidrogen, se obține carbura, apoi amestecând carbură și oxid de niobiu la aceleași temperaturi, dar deja în vid complet, se obține un metal, din care se obțin diverse aliaje de niobiu... Este posibil să se obțină aliaje de niobiu prin metode de metalurgie a pulberilor, folosind metode de topire a arcului cu vid și cu fascicul de electroni.

Aplicații Niobium

Datorită proprietăților sale unice, niobiul este utilizat în multe domenii ale industriei. Aliajele de niobiu au proprietăți de refractaritate, rezistență la căldură, supraconductivitate, getter și anticorozive În plus, este destul de ușor de prelucrat și sudat. Este utilizat pe scară largă în tehnologia spațiului și aviației, ingineriei radio și electrice, industriei chimice și energiei nucleare. În lămpile generatoare, multe elemente de încălzire sunt realizate odată cu utilizarea sa. De asemenea, în aceste scopuri, se folosește aliajul său cu tantal.

Redresoarele electrice și condensatoarele electrolitice conțin, de asemenea, o anumită cantitate din acest metal. Utilizarea sa în aceste dispozitive se datorează debitului caracteristic și proprietăților de oxidare. Condensatoarele care includ acest metal, cu o dimensiune relativ mică, au o rezistență ridicată. Toate elementele condensatoarelor sunt fabricate din folie specială. Se presează din pulbere de niobiu.

Rezistența la diverși acizi, conductivitatea termică ridicată și fiabilitatea structurii determină popularitatea acesteia în chimie și metalurgie, atunci când se creează diferite dispozitive și structuri. Combinația proprietăților pozitive ale acestui important metal este la cerere chiar și în industria energiei nucleare.

Datorită efectului slab al niobiului cu uraniu industrial, la temperaturi relativ scăzute (900 ° C), metalul este potrivit pentru crearea unui strat protector pe reactoare nucleare... Cu o astfel de coajă, devine posibilă utilizarea lichidelor de răcire cu sodiu, cu care interacționează cu greu. Niobiul prelungește în mod semnificativ durata de viață a elementelor de uraniu, creând un oxid protector pe suprafața lor împotriva efectelor nocive ale vaporilor de apă.

Proprietățile rezistente la căldură ale unora pot fi îmbunătățite prin alierea cu niobiu. Aliajele de niobiu s-au dovedit, de asemenea, destul de bine. De exemplu, acesta este un aliaj niobiu - zirconiucu proprietăți remarcabile. Aceste aliaje sunt utilizate pentru a produce diverse piese pentru nave spațiale și aeronave, precum și piei lor. Temperatura de lucru a unui astfel de aliaj poate ajunge până la 1200 ° C.

Unele aliaje de oțel conțin carbur de niobiu pentru a îmbunătăți proprietățile aliajului. O adăugare relativ mică de niobiu în oțel inoxidabil îmbunătățește proprietățile sale anticorozive și îmbunătățește calitatea obținută suduri... Multe oțeluri de scule conțin, de asemenea, niobiu. Ca cataliză, diverșii compuși ai acesteia sunt implicați în procesele de sinteză organică artificială.

Prețul niobiului

Principala formă de vânzare pe piața globală este lingouri de niobiu, dar alte forme de depozitare sunt destul de posibile. Întotdeauna a existat o cerere în lume niobiu, preț care până la începutul anului 2000 a fost păstrat la un nivel stabil. Creșterea constantă a cererii asociate cu dezvoltarea economiilor din multe țări și o creștere a volumului producției în domeniul tehnologiilor inovatoare, industria metalurgică și chimică a contribuit la o creștere accentuată a prețurilor până în 2007, de la 12 USD la 32 dolari pe kilogram de metal.

În anii următori, din cauza crizei globale din sectorul economic, până în 2012, a existat o ușoară scădere. Ratele cifrei de afaceri au scăzut corespunzător. Dar deja până în 2012, prețurile au crescut din nou, și chiar atunci cumpără niobiu a fost posibil doar pentru 60 de dolari pe kilogram și creșterea nu s-a oprit încă. De multă vreme s-a pus problema unor înlocuitori echivalenți, dar mai accesibili. Și sunt disponibile, dar proprietățile lor sunt clar inferioare niobiului. Prin urmare, este încă în preț.