Niobiu - proprietăți, aplicații și aliaje de niobiu. Proprietățile fizice și chimice ale tantalului și niobiului


DETERMINAREA

niobiu  - Al patruzeci și primul element al tabelului periodic. Desemnare - Nb din latina "niobium". Situat în a cincea perioadă, grupul VBA. Se referă la metale. Sarcina de bază este de 41.

În scoarța terestră, niobiul conține 0,002% (masă). Acest element este foarte similar cu vanadiul. În stare liberă, este un metal refractar, solid, dar nu fragil, bine adaptat prelucrării mecanice (Fig. 1. Densitatea niobiei este de 8,57 g / cm 3, punctul de topire este de 2500 o C).

Niobiul este stabil în multe medii agresive. Nu este afectat de acidul clorhidric și de aqua regia, deoarece pe suprafața acestui metal se formează o peliculă de oxid subțire, dar foarte puternică și rezistentă chimic.

Fig. 1. Niobiu. Aspect.

Masa atomică și moleculară a niobiului

DETERMINAREA

Greutatea moleculară relativă a substanței (M r)  este un număr care arată de câte ori masa unei molecule date este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon și masa atomică relativă a unui element (A r)  - de câte ori masa medie a atomilor unui element chimic este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon.

Întrucât în \u200b\u200bstare liberă niobiul există sub formă de molecule monatomice de Nb, masele sale atomice și moleculare coincid. Acestea sunt egale cu 92.9063.

Izotopii de niobiu

Se știe că, în natură, niobiul poate fi sub forma unui singur izotop stabil de 93 Nb. Numărul de masă este 93, nucleul unui atom conține patruzeci și unu de protoni și cincizeci și doi de neutroni.

Există izotopi artificiali instabili de zirconiu cu numere de masă de la 81 la 113, precum și douăzeci și cinci de state izomerice ale nucleelor, dintre care izotopul de 92 Nb, cu un timp de înjumătățire de 34,7 milioane de ani, este cel mai îndelungat.

Iona Niobium

La nivelul energiei externe a atomului de niobiu, există cinci electroni care sunt valenți:

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

Ca urmare a interacțiunii chimice, niobiul renunță la electronii de valență, adică. este donatorul lor și se transformă într-un ion încărcat pozitiv:

Nb 0 -1e → Nb +;

Nb 0 -2e → Nb 2+;

Nb 0-3e → Nb 3+;

Nb 0 -4e → Nb 4+;

Nb 0-5e → Nb 5+.

Molecula și atomul de niobiu

În stare liberă, niobiul există sub formă de molecule de Nb monatomice. Iată câteva proprietăți care caracterizează un atom și o moleculă de niobiu:

Aliajele de niobiu

Niobiul este una dintre componentele multor aliaje rezistente la căldură și coroziune. De o importanță deosebită sunt aliajele de niobiu rezistente la căldură, care sunt utilizate la producerea de turbine cu gaz, motoare cu jet, rachete.

Niobiul este introdus și în oțelurile inoxidabile. Îmbunătățește dramatic proprietățile mecanice și rezistența la coroziune. Oțelurile conținând de la 1 până la 4% niobiu se caracterizează prin rezistență ridicată la căldură și sunt utilizate ca material pentru fabricarea cazanelor de înaltă presiune.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

sarcină Indicați valența și starea de oxidare a niobiului în compuși: Gd 2 Nb 2 O7 și Pb (NbO 3) 2.
Răspunsul Pentru a determina valența niobiului în compușii care conțin oxigen, trebuie să se respecte strict secvența de acțiuni următoare. Luați în considerare exemplul Gd 2 Nb 2 O 7. Determinăm numărul de atomi de oxigen din moleculă. Este egal cu 7. Calculați numărul total de unități de valență pentru oxigen:

Calculați numărul total de unități de valență pentru gadoliniu:

Găsim diferența acestor cantități:

Determinăm numărul de atomi de niobiu din compus. Este egală cu 2 m. Valența niobiului este egală cu IV (8/2 \u003d 4).

Pentru a găsi starea de oxidare a niobiului în același compus, luăm valoarea lui ca x și luăm în considerare faptul că sarcina moleculei este 0:

2 × 3 + 2 × x + 7 × (-2) \u003d 0

Starea de oxidare a niobiului este +4.

În mod similar, determinăm că valența și starea de oxidare a niobiului în Pb (NbO 3) 2 sunt egale cu IV și, respectiv, +1.

Formula adevărată, empirică sau brută: Nb

Greutate moleculară: 92.906

niobiu  - un element dintr-un subgrup din grupa a cincea a celei de-a cincea perioade a sistemului periodic al elementelor chimice D. I. Mendeleev, număr atomic - 41. Este indicat prin simbolul Nb (lat. Niobium). Substanța simplă niobiu (număr CAS: 7440-03-1) este un metal lucios-argintiu cu un strat cubic de cristal centrat pe corp, de tip α-Fe, а \u003d 0,3294. Izotopii cu numere de masă de la 81 la 113 sunt cunoscuți pentru niobiu.

Povestea

Niobium a fost descoperit în 1801 de savantul englez Charles Hatchet în mineral, trimis înapoi la Muzeul Britanic din statul Massachusetts de către John Winthrop (nepotul lui John Winthrop cel Tânăr) în 1734. Mineralul a fost numit columbit, iar elementul chimic a fost numit „Columbia” (Cb) în onoarea țării din care s-a obținut eșantionul - Columbia (la acel moment sinonim cu Statele Unite).
În 1802, A. G. Ekeberg a descoperit tantalul, care a coincis practic cu toate proprietățile chimice cu niobiu, și, de aceea, de mult timp s-a crezut că este unul și același element. Abia în 1844, chimistul german Heinrich Roze a stabilit că acest element era diferit de tantal și l-a redenumit „niobium” în onoarea fiicei lui Tantalum Niobe, accentuând astfel similitudinea dintre elemente. Cu toate acestea, în unele țări (SUA, Anglia), numele original al elementului a fost păstrat mult timp - Columbia și abia în 1950 prin decizia Uniunii Internaționale de Chimie Teoretică și Aplicată (IUPAC), elementul a fost numit în cele din urmă niobiu.
  Niobiul pur a fost obținut pentru prima dată la sfârșitul secolului 19 de către chimistul francez Henri Moissant prin reducerea electrotermică a oxidului de niobiu de carbon într-un cuptor electric.

Fiind în natură

Niobiu Clark - 18 g / t. Conținutul de niobiu crește de la ultrabazic (0,2 g / t Nb) la roci acide (24 g / t Nb). Niobiul este întotdeauna însoțit de tantal. Proprietățile chimice strânse ale niobiului și tantalului determină prezența lor comună în aceleași minerale și participarea la procesele geologice generale. Niobiul este capabil să înlocuiască titanul într-o serie de minerale care conțin titan (sferă, ortită, perovskit, biotit). Forma de niobiu în natură poate fi diferită: difuză (în minerale care formează roci și accesorii ale rocilor igene) și minerală. În total, sunt cunoscute peste 100 de minerale care conțin niobiu. Dintre acestea, doar câteva au o importanță industrială: columbit-tantalit (,) (Nb, Ta) 2 O 6, piroclor (, Ca, TR, U) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 (OH, F) (Nb Se folosesc 2 O 5 0 - 63%), loparită (, Ca, Ce) (Ti, Nb) O 3 ((Nb, Ta) 2 O 5 8 - 10%), uneori euxenit, torolit, ilmenorutil și, de asemenea, minerale, conținând niobiu sub formă de impurități (ilmenit, cassiterită, tungsten). În rocile alcaline - ultrabazice, niobiul este dispersat în minerale precum perovskitul și în eudialyte. În procesele exogene, mineralele de niobiu și tantal, fiind stabile, se pot acumula în plasatoare deluvio-aluviale (plasere columbite), uneori în bauxita crustei meteorologice. Concentrația de niobiu în apa de mare este de 1-10 –5 mg / l.

depozit

Depozitele de niobiu sunt situate în SUA, Japonia, Rusia (Peninsula Kola), Brazilia, Canada.

țară 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Australia 160 230 290 230 200 200 200 - - - - -
Brazilia 30 000 22 000 26 000 29 000 29 900 35 000 40 000 57 300 58 000 58 000 58 000 58 000
Canada 2290 3200 3410 3280 3400 3310 4167 3020 4380 4330 4420 4400
Republica Democratică Congo - 50 50 13 52 25 - - - - - -
Mozambic - - 5 34 130 34 29 - - - - -
Nigeria 35 30 30 190 170 40 35 - - - - -
Rwanda 28 120 76 22 63 63 80 - - - - -
Total în lume 32 600 25 600 29 900 32 800 34 000 38 700 44 500 60 400 62 900 62 900 62 900 63 000

recepție

Minereurile de azot sunt de obicei complexe și sărace în metal. Concentratele de minere conțin Nb 2 O 5: piroclor - cel puțin 37%, loparit - 8%, columbit - 30-60%. Cele mai multe dintre ele sunt prelucrate prin aluminiu sau reducerea silicotermelor la ferroniobiu (40-60% Nb) și ferrotantaloniobiu. Niobiul metalic este obținut din concentrate de minere folosind tehnologia complexă în trei etape:

  • deschiderea concentratului,
  • separarea niobiului și tantalului și obținerea compușilor lor chimici puri,
  • restaurarea și rafinarea metalului niobiu și a aliajelor sale.
  Principalele metode industriale pentru producerea de niobiu și aliajele sale sunt aluminotermice, sodice termice, carbotermice: dintr-un amestec de Nb 2 O 5 și funingine, prima carbură este obținută la 1800 ° C într-o atmosferă cu hidrogen, apoi un metal este obținut dintr-un amestec de carbid și pentoxid la 1800-1900 ° C în vid. ; pentru a obține aliaje de niobiu, la acest amestec se adaugă aliaje de oxizi metalici; într-o altă realizare, niobiul este redus la temperatură ridicată într-un vid direct de la Nb 2 O5 negru de carbon. Metoda termică de sodiu a niobiului este redusă cu sodiu de la K2 NbF 7, aluminotermul cu aluminiu de la Nb 2 O 5. Un metal compact (aliaj) este produs prin metode de metalurgie a pulberilor, fascicule de sinterizare presate din pulberi în vid la 2300 ° C sau prin fasciculul de electroni și topirea arcului în vid; Cristale simple cu niobiu de înaltă puritate - topirea zonei de fascicul de electroni fără creuzet.

izotopi

Niobiul natural constă dintr-un singur izotop stabil - 93 Nb. Toate celelalte izotopi de niobiu obținute artificial cu numere de masă de la 81 la 113 sunt radioactive (32 dintre ele sunt cunoscute în total). Cel mai lung izotop este 92 Nb, cu un timp de înjumătățire plasmatică de 34,7 Ma. 25 de stări metastabile ale nucleelor \u200b\u200bdiferitelor izotopi sunt cunoscute.

Proprietăți chimice

Chimic, niobiul este destul de stabil, dar este inferior în ceea ce privește tantalul. Practic nu este afectat de azot clorhidric, ortofosforic, sulfuric diluat. Metalul este dizolvat în acidul fluorhidric HF, un amestec de HF și HNO 3, soluții concentrate de caustică, precum și acid sulfuric concentrat atunci când este încălzit peste 150 ° C. Când este calcinat în aer, acesta este oxidat la Nb2O5. Aproximativ 10 modificări cristaline sunt descrise pentru acest oxid. Sub presiune normală, forma β a Nb205 este stabilă.

  • Fuzionând Nb 2 O 5 cu diverși oxizi, se obțin niobați: Ti2 Nb 10 O 29, FeNb 49 O 124. Niabații pot fi considerați ca săruri ale acizilor niobici ipotetici. Acestea sunt împărțite în metaniobați MNbO 3, ortoniobați M 3 NbO 4, pironiobați M 4 Nb 2 O 7 sau poliniobati M 2 O · nNb 2 O 5 (M este un cation încărcat singur, n \u003d 2-12). Niabații de cationi cu încărcare dublă și triplă sunt cunoscuți.
  • Niabații reacționează cu HF, se topesc hidrofluoruri de metale alcaline (KHF 2) și amoniu. Unii niobați cu un raport ridicat de M2O / Nb2O5 sunt hidrolizați: 6Na 3 NbO 4 + 5H 2 O \u003d Na 8 Nb 6 O 19 + 10NaOH.
  • Niobium formează NbO 2, NbO, o serie de oxizi intermediați între NbO 2, 42 și NbO 2, 50 și structural similare cu forma β a Nb 2 O 5.
  • Cu halogeni, niobium formează pentahalide NbHa 15, tetrahalide NbHa 14 și faze NbHa 12, 67 - NbHa 13 + x, în care există grupe Nb 3 sau Nb 2. Pentahalidele de niobiu sunt ușor hidrolizate de apă.
  • În prezența vaporilor de apă și oxigen, NbC 15 și NbBr 5 formează oxalide NbOC 13 și NbOBr 3 - substanțe similare din bumbac.
  • În interacțiunea dintre niobiu și grafit, se formează carburi Nb2 C și NbC, compuși solizi termorezistenți. În sistemul Nb - N, există mai multe faze de compoziție variabilă și nitruri Nb 2 N și NbN. Niobiul se comportă într-un mod similar în sistemele cu fosfor și arsen. În timpul interacțiunii de niobiu cu sulfuri de sulf s-au obținut: NbS, NbS 2 și NbS 3. Fluoruri duble sintetizate de Nb și potasiu (sodiu) - K2.
  • Până în prezent, niobiul nu a reușit să izoleze electrochimic de soluțiile de niobiu. Este posibilă producerea electrochimică a aliajelor care conțin niobiu. Prin electroliza topiturilor de sare anhidre, metalul niobic poate fi izolat.

cerere

Utilizarea și producția de niobiu este în creștere rapidă, datorită unei combinații a proprietăților sale, cum ar fi refractaritatea, secțiunea transversală de captare a neutronilor termici scăzute, capacitatea de a forma rezistente la căldură, superconductoare și alte aliaje, rezistență la coroziune, proprietăți de obținere, funcție scăzută de lucru a electronilor, bună lucrabilitate la rece și sudabilitate. Principalele domenii de aplicare a niobiului sunt știința rachetelor, tehnologia aviației și spațiului, inginerie radio, electronică, inginerie aparatură chimică și energie nucleară.

Utilizarea metalului niobiu

  • Piesele aeronavelor sunt fabricate din niobiu pur sau din aliajele sale; cochilii pentru elemente de combustibil pentru uraniu și plutoniu; recipiente și conducte pentru metale lichide; piese condensatoare electrolitice; Racorduri „la cald” de electronice (pentru instalații radar) și lămpi generatoare de mare putere (anoduri, catode, rețele etc.); echipamente rezistente la coroziune în industria chimică.
  • Niobiul este aliat cu alte metale neferoase, inclusiv uraniu. De exemplu, aluminiu, dacă în el este introdus doar 0,05% niobiu, nu reacționează deloc cu alcaline, deși în condiții normale se dizolvă în ele. Un aliaj de niobiu cu 20% cupru are o conductivitate electrică ridicată și, în același timp, este de două ori mai dur și mai puternic decât cuprul pur
  • Niobiul este utilizat în criotroni - elemente supraconductoare ale computerelor. Niobium este, de asemenea, cunoscut pentru a fi utilizat în accelerarea structurilor colectorului mare de Hadron.
  • Niobiu și tantal sunt utilizate pentru producerea condensatoarelor electrolitice cu capacitate specifică înaltă. Tantalul permite producerea de condensatoare de calitate superioară decât metalul niobic. Cu toate acestea, condensatoarele pe bază de oxid de niobiu sunt cele mai fiabile și rezistente la foc.
  Austria emite monede de colecție bimetalică în numere de 25 de euro din argint și niobiu

Intermetalide și aliaje Niobium

  • Stannidă Nb 3 Sn (triniobiu stannidic, cunoscut și sub denumirea de aliaj niobiu-staniu), germanidă Nb 3 Ge (germaniu triniobiu), nitrură NbN și aliaje de niobiu cu titan (niobiu-titan) și zirconiu sunt utilizate pentru a produce solenoide superconductoare. Așadar, înfășurările magneților supraconductori ai colectorului mare de Hadron sunt fabricate din 1200 tone de cablu dintr-un aliaj de niobiu-titan.
  • În multe cazuri, niobiul și aliajele cu tantal înlocuiesc tantalul, ceea ce dă un efect economic mare (niobiul este mai ieftin și aproape de două ori mai ușor decât tantalul).
  • Ferroniobiul este introdus (până la 0,6% niobiu) în oțelurile cromo-nichel inoxidabile pentru a preveni coroziunea intergranulară (inclusiv cea care altfel ar fi început după sudarea oțelului inoxidabil) și distrugerea în alte tipuri de oțel pentru a le îmbunătăți proprietățile.
  • Niobiul este utilizat pentru montarea colecțiilor de monedă. Astfel, Banca Letoniei susține că monedele colectabile cu denumirea 1 lats folosesc niobiu împreună cu argintul.

Utilizarea compușilor niobici

  • Nb 2 O 5 este un catalizator în industria chimică;
  • în producția de refractare, cermete, pahare speciale, nitrură, carbură, niobați.
  • Carburul de niobiu (mp 3480 ° C) într-un aliaj cu carbură de zirconiu și carbură de uraniu-235 este cel mai important material structural pentru elementele de combustibil ale motoarelor cu rachete nucleare cu fază solidă.
  • Nitru de azot NbN este utilizat pentru a produce filme subconductoare subțiri și ultratinice, cu o temperatură critică de 5 până la 10 K cu o tranziție îngustă, de ordinul 0,1 K.

Materiale supraconductoare de primă generație

  • Unul dintre cei mai folosiți superconductori (temperatura de tranziție supraconductor 9,25 K). Compușii niobici au o temperatură de tranziție superconductoare de până la 23,2 K (Nb 3 Ge).
  • Cei mai des folosiți superconductori industriali sunt NbTi și Nb 3 Sn.
  • Niobiul este folosit și în aliaje magnetice.
  • Este utilizat ca aditiv de aliere.
  • Nitrura de azot se folosește pentru producerea bolometrelor supraconductoare.
  • Durabilitatea excepțională a niobiului și a aliajelor sale cu tantal într-o pereche supraîncălzită de cesiu-133 îl face unul dintre cele mai preferate și mai ieftine materiale structurale pentru generatoarele termionice de mare putere.

Rolul biologic

În prezent nu există informații cu privire la rolul biologic al niobiului.

Efect fiziologic

Praful metalic cu niobiu este inflamabil și irită ochii și pielea. Unii compuși niobici sunt foarte toxici. MPC niobiu în apă 0,01 mg / L. Atunci când este ingerat, provoacă iritarea organelor interne și paralizia ulterioară a membrelor.

Element chimic numit după vechiul Niobe - o femeie care a îndrăznit să râdă de zei și a plătit-o cu moartea copiilor ei. Niobium reprezintă tranziția omenirii de la producția industrială la cea digitală; de la locomotive cu aburi până la lansatoare de rachete; de la centrale electrice pe cărbune până la energie nucleară. În lume, prețul de niobiu pe gram este destul de mare, precum și cererea pentru acesta. Majoritatea ultimelor progrese în știință sunt strâns legate de utilizarea acestui metal.

Prețul de niobiu pe gram

Întrucât principalele metode de utilizare a niobiului sunt legate de programele nucleare și spațiale, acesta este atribuit grupului de materiale strategice. Prelucrarea este mult mai profitabilă din punct de vedere financiar decât dezvoltarea și exploatarea de minereuri noi, ceea ce face ca cererea de niobiu pe piața secundară a metalelor.

Valoarea prețului pentru acesta este determinată de mai mulți factori:

  • Puritatea metalului. Cu cât sunt mai multe impurități, cu atât prețul este mai mic.
  • Formular de livrare.
  • Domeniul de livrare. Direct proporțional cu prețurile metalelor.
  • Locația punctului de colectare a resturilor. Fiecare regiune are o nevoie diferită de niobiu și, în consecință, prețul acesteia.
  • Prezența metalelor rare. Alezele care conțin elemente precum tantalul, wolframul, molibdenul sunt mai mari ca preț.
  • Valoarea cotațiilor la schimburile mondiale. Aceste valori sunt de bază atunci când stabiliți prețul.

Evaluare preț aproximativ pentru Moscova:

  • Niobium NB-2. Prețul variază între 420-450 de ruble. per kg
  • Jetoane de niobiu. 500-510 freca. per kg
  • Un teanc de niobiu NBSh00. Diferențează prețurile crescute din cauza conținutului nesemnificativ de impurități. 490-500 rub. per kg
  • Sediul central al Niobium NBSh-0. 450-460 rub. per kg
  • Niobium NB-1 sub formă de bară. Prețul este de 450-480 de ruble. per kg

În ciuda costurilor ridicate, cererea de niobiu în lume continuă să crească. Acest lucru se datorează potențialului său enorm de utilizare și a lipsei de metal. 10 tone de teren reprezintă doar 18 grame de niobiu.

Comunitatea științifică continuă să lucreze la căutarea și dezvoltarea unui înlocuitor pentru astfel de materiale scumpe. Dar până acum nu am primit un rezultat specific. Aceasta înseamnă că, în viitorul apropiat, nu este de așteptat o scădere a niobiului în preț.

Pentru a reglementa prețurile și a crește viteza comerțului, sunt furnizate următoarele categorii pentru produsele cu niobiu:

  • Lingouri de niobiu. Mărimea și greutatea lor sunt standardizate de GOST 16099-70. În funcție de puritatea metalului, acestea sunt împărțite în 3 grade: niobiu NB-1, niobiu NB-2 și, în consecință, niobiu NB-3.
  • Sediul Niobium. Are un procent mai mare de impurități.
  • Folie de niobiu. Este alcătuit până la 0,01 mm grosime.
  • Bara de niobiu. Conform TU 48-4-241-73, acesta este livrat de către mărcile NbP1 și NbP2.

Proprietățile fizice ale niobiului

Metalul este gri cu o nuanță albă. Se referă la grupa aliajelor refractare. Punctul de topire este de 2500 ºС. Punctul de fierbere 4927 ºС. Se diferențiază în valoarea crescută a rezistenței la căldură. Nu-și pierde proprietățile la temperaturi de funcționare peste 900 º 900.

Caracteristicile mecanice sunt de asemenea la un nivel ridicat. Densitatea este de 8570 kg / m3 cu o rată similară de oțel 7850 kg / m3. Este constant împotriva muncii atât la sarcini dinamice, cât și ciclice. Rezistența la tracțiune este de 34,2 kg / mm2. Are o ductilitate ridicată. Coeficientul relativ de alungire variază între 19-21%, ceea ce face posibilă obținerea de foi de laminat cu niobiu cu o grosime de până la 0,1 mm.

Duritatea este asociată cu puritatea metalului din impuritățile dăunătoare și crește cu o creștere a compoziției lor. Niobiul pur are 450 de puncte de duritate Brinell.

Niobiul se pretează bine la tratarea sub presiune la temperaturi sub -30 ºС și tăiere slabă.

Conductivitatea termică nu se schimbă semnificativ cu fluctuații mari de temperatură. De exemplu, la 20 ºС este de 51,4 W / (m K), iar la 620 C crește cu doar 4 unități. Niobiul concurează în conductibilitatea electrică cu elemente precum cupru și aluminiu. Rezistența electrică - 153,2 nOhm m. Se referă la categoria materialelor supraconductoare. Temperatura la care aliajul trece în modul superconductor este 9,171 K.

Extrem de rezistent la condiții acide. Acizii obișnuiți ca sulful, clorhidratul, fosforicul și nitricul nu afectează structura chimică a acestuia.

La temperaturi peste 250 ° C, niobiul începe să fie oxidat în mod activ de oxigen, precum și să intre în reacții chimice cu molecule de hidrogen și azot. Aceste procese cresc fragilitatea metalului, reducând astfel rezistența acestuia.

  • Nu se aplică materialelor alergice. Când este introdus în corpul uman, acesta nu provoacă o reacție de respingere din partea corpului.
  • Este metalul primului grup de sudabilitate. Sudurile sunt strânse și nu necesită operații pregătitoare. Rezistent la fisurare.

Soiuri de aliaje

În funcție de valoarea proprietăților mecanice la temperaturi ridicate, aliajele de niobiu se împart în:

  1. Rezistență scăzută. Acestea lucrează în limitele de 1100-1150 º. Au un set simplu de elemente de aliere. Aceasta include în principal zirconiu, titan, tantal, vanadiu, hafniu. Forța este de 18-24 kg / mm2. După trecerea pragului de temperatură critică, acesta scade brusc și devine similar cu niobiul pur. Avantajul principal este proprietățile ridicate ale plasticului la temperaturi de până la 30 ºС și o bună lucrabilitate prin presiune.
  2. Rezistență medie Temperatura de funcționare a acestora este în intervalul 1200-1250 ºС. În plus față de elementele de aliere de mai sus, conțin impurități de tungsten, molibden, tantal. Scopul principal al acestor aditivi este păstrarea proprietăților mecanice cu creșterea temperaturii. Au ductilitate moderată și sunt bine procesate prin presiune. Un exemplu frapant al aliajului este niobiul 5VMTS.
  3. Aliaje de mare rezistență. Sunt utilizate la temperaturi de până la 1300 º º. Cu expunere pe termen scurt de până la 1500 º º. Acestea diferă prin compoziția chimică cu o complexitate mai mare. 25% constau în aditivi, a căror pondere principală este tungstenul și molibdenul. Unele tipuri de aceste aliaje sunt caracterizate printr-un conținut ridicat de carbon, care afectează pozitiv valoarea rezistenței lor la căldură. Principalul dezavantaj al niobiului cu rezistență ridicată este ductilitatea sa scăzută, ceea ce complică procesarea. Și, în consecință, primirea produselor semifabricate de producție.

Trebuie menționat că categoriile de mai sus au caracter condiționat și nu oferă decât o idee generală a metodei de aplicare a unui anumit aliaj.

De asemenea, trebuie să se menționeze compuși precum ferroniobiu și oxid de niobiu.

Ferroniobiul este un compus din niobiu cu fier, unde conținutul acestuia din urmă este la nivelul de 50%. Pe lângă elementele de bază, include sutimi de titan, sulf, fosfor, siliciu, carbon. Proporția procentuală exactă a elementelor este standardizată de GOST 16773-2003.

Pentaxidul de niobiu este o pulbere albă cristalină. Nu este supus dizolvării în acid și apă. Este produs prin arderea niobiului în oxigen. Total amorf. Punctul de topire 1500 ºС.

Aplicarea niobiului

Toate proprietățile de mai sus fac din metal extrem de popular în diverse industrii. Printre numeroasele modalități de utilizare, se disting următoarele poziții:

  • Utilizarea în metalurgie ca element de aliere. Mai mult, atât aliajele negre, cât și cele neferoase sunt aliate cu niobiu. De exemplu, adăugarea a doar 0,02% din acesta la compoziția de oțel inoxidabil 12X18H10T crește rezistența la uzură cu 50%. Îmbunătățit de niobiu (0,04%), aluminiu devine complet imun la alcali. Niobiul acționează asupra cuprului ca întărire a oțelului, crescând proprietățile sale mecanice cu un ordin de mărime. Rețineți că, chiar și uraniul este dopat cu niobiu.
  • Pentoxidul de niobiu este componenta principală în fabricarea de ceramice extrem de refractare. De asemenea, a găsit aplicație în industria de apărare: sticlă blindată de echipamente militare, optică cu un unghi mare de refracție și multe altele.
  • Ferroniobiul este utilizat pentru alierea oțelurilor. Sarcina sa principală este de a crește rezistența la coroziune.
  • În inginerie electrică, acestea sunt utilizate pentru fabricarea condensatoarelor și a redresoarelor de curent. Astfel de condensatoare se caracterizează prin capacitate ridicată și rezistență la izolare, de dimensiuni reduse.
  • Compușii de siliciu și germaniu cu niobiu în domeniul electronicii sunt utilizați pe scară largă. Ele produc solenoide supraconductoare și elemente ale generatoarelor de curent.

    • Există un număr destul de mare de elemente care, atunci când sunt combinate cu alte substanțe, formează aliaje cu caracteristici speciale de performanță. Un exemplu este niobiul - un element care a fost numit pentru prima dată „Columbia” (cu numele râului unde a fost găsit pentru prima dată), dar ulterior a fost redenumit. Niobium este un metal cu proprietăți destul de neobișnuite, despre care vom vorbi mai detaliat mai târziu.

    Primește articol

    Atunci când luăm în considerare proprietățile niobiului, trebuie menționat că conținutul acestui metal pe tona de rocă este relativ mic, aproximativ 18 grame. De aceea, după descoperirea sa, au fost făcute câteva încercări de obținere a metalului în mod artificial. Datorită compoziției chimice apropiate, această substanță este adesea extrasă împreună cu tantal.

    Depozitele de niobiu sunt situate aproape în toată lumea. Minele din Congo, Rwanda, Brazilia și multe alte țări sunt exemple. Cu toate acestea, acest element nu poate fi numit comun, în multe regiuni practic nu se găsește nici în concentrații scăzute.

    Concentrația relativ scăzută a substanței din roca pământului este agravată de dificultățile care apar atunci când este obținută din concentrat. Merită luat în considerare faptul că NBSH de niob nu poate fi obținut decât din roci care sunt saturate cu tantal. Caracteristicile procesului de producție sunt următoarele puncte:

    1. În primul rând, minereul concentrat este furnizat instalației, care trece prin mai multe etape de perfecționare. În producția de niobiu, minereul rezultat este împărțit în elemente pure, inclusiv tantal.
    2. Procesul final de prelucrare este rafinarea metalelor.

    În ciuda dificultăților întâmpinate în extracția și prelucrarea minereului în cauză, producția de aliaj în cauză crește semnificativ în fiecare an. Acest lucru se datorează faptului că metalul are performanțe excepționale și este utilizat pe scară largă într-o mare varietate de industrii.

    Oxizi de niobiu

    Elementul chimic în cauză poate deveni baza diferiților compuși. Cel mai frecvent se poate numi pentoxid de niobiu. Printre caracteristicile acestui compus, pot fi menționate următoarele puncte:

    1. Oxidul de niobiu este o pulbere albă cristalină care are o tentă cremoasă.
    2. Substanța nu este solubilă în apă.
    3. Substanța rezultată își păstrează structura atunci când este amestecată cu majoritatea acizilor.

    Următoarele proprietăți pot fi, de asemenea, atribuite caracteristicilor pentoxidului de niobiu:

    1. Durabilitatea crescută.
    2. Refractoritate ridicată. Substanța este capabilă să reziste la temperaturi de până la 1490 grade Celsius.
    3. Când este încălzit, suprafața se oxidează.
    4. Reacționează la clor, poate fi redus cu hidrogen.

    În cele mai multe cazuri, hidroxidul de niobiu este utilizat pentru a produce grade de oțel extrem de aliate, care au caracteristici de performanță destul de atractive.

    Proprietăți fizice și chimice

    Niobiul are proprietăți chimice similare cu cele ale tantalului. Având în vedere principalele caracteristici ale niobiului, trebuie să acordați atenție următoarelor puncte:

    1. Rezistență la diferite tipuri de coroziune. Aliajele obținute prin introducerea acestui element în compoziție au calități ridicate de rezistență la coroziune.
    2. Elementul chimic în cauză prezintă un punct de topire ridicat. După cum arată practica, majoritatea aliajelor au un punct de topire de peste 1.400 de grade Celsius. acest lucru complică procesul de prelucrare, dar face indispensabile metalele în diverse domenii de activitate.
    3. Principalele proprietăți fizice se caracterizează și prin ușurința de sudare a aliajelor rezultate.
    4. La temperaturi negative, structura elementului rămâne aproape neschimbată, ceea ce vă permite să economisiți proprietățile operaționale ale metalului.
    5. Structura specială a atomului de niobiu determină calitățile supraconductoare ale materialului.
    6. Masa atomică este 92,9, valența depinde de compoziție.

    Principalul avantaj al substanței este considerat a fi refractaritatea. Acesta este motivul pentru care a devenit utilizat într-o mare varietate de industrii. Topirea substanței are loc la o temperatură de aproximativ 2.500 de grade Celsius. Unele aliaje chiar se topește la o temperatură record de 4.500 de grade Celsius. Densitatea substanței este destul de mare, este de 8,57 grame pe centimetru cub. Merită luat în considerare faptul că metalul este caracterizat de un paramagnetism.

    Următorii acizi nu afectează rețeaua de cristal:

    1. sulfuric;
    2. sare;
    3. fosforic;
    4. înălbitor.

    Nu afectează soluțiile metalice și apoase de clor. Cu un anumit efect asupra metalului, pe suprafața sa se formează un film dielectric cu oxid. Acesta este motivul pentru care metalul a început să fie utilizat în producția de condensatoare miniaturale de mare capacitate, care sunt, de asemenea, fabricate din tantal mai scump.

    Aplicarea niobiului

    Se fabrică o mare varietate de produse cu niobiu, majoritatea fiind asociate cu eliberarea aeronavelor. Un exemplu este utilizarea niobiului la fabricarea pieselor care sunt instalate în timpul asamblării rachetelor sau aeronavelor. În plus, putem distinge următoarea aplicare a acestui element:

    1. Producerea elementelor din care se realizează instalații radar.
    2. După cum s-a menționat anterior, pentru a obține condensatoare electrice capacitive mai ieftine, aliajul în cauză poate fi utilizat.
    3. Catodii și anodii din folie sunt, de asemenea, realizați folosind elementul în cauză, care este asociat cu o rezistență mare la căldură.
    4. Adesea puteți găsi modele de lămpi generatoare puternice, care au o grilă în interior. Pentru ca această grilă să reziste la efectele temperaturii ridicate, este fabricată din aliajul respectiv.

    Calitățile fizice și chimice ridicate determină utilizarea niobiului în producerea conductelor pentru transportul metalelor lichide. În plus, aliajele sunt utilizate pentru a produce containere în diverse scopuri.

    Aliajele de niobiu

    Având în vedere astfel de aliaje, trebuie avut în vedere faptul că deseori acest element este utilizat pentru a produce ferroniobiu. Acest material a fost utilizat pe scară largă în industriile de turnătorie, precum și la fabricarea de acoperiri electronice. Compoziția include:

    1. fier;
    2. niobiu cu tantal;
    3. siliciu;
    4. aluminiu;
    5. carbon;
    6. sulf;
    7. fosfor;
    8. titan.

    Concentrația elementelor principale poate varia într-un interval destul de larg, de care depind calitățile operaționale ale materialului.

    O alternativă la aliajele de ferroniobiu este niobiul 5VMC. La primire, tungstenul, zirconiul și molibdenul sunt utilizate ca elemente de aliere. În majoritatea cazurilor, acest spaw este utilizat pentru producerea de alimente convenabile.

    În concluzie, remarcăm că niobiul în unele țări este utilizat pentru producerea de monede. Acest lucru se datorează costului relativ ridicat al materialului. În producția în masă a aliajelor, care au ca element principal niobiul, sunt create lingouri particulare.

    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. Deschis în 1801 - denumit inițial „Columbia”, cu numele râului în care a fost descoperit. Ulterior redenumită.

    Niobiu - metal  nuanță de oțel alb, are plasticitate - ușor de laminat în foi. Structura electronică a niobiului  îi conferă anumite caracteristici. Se observă un regim de temperatură mare în timpul topirii și punctul de fierbere al metalului. Datorită acestui fapt, ca o caracteristică, se remarcă rezultatul electronilor electronilor. Superconductivitatea apare doar la temperaturi ridicate. Pentru oxidare, metalul necesită o temperatură minimă de aproximativ 300º C și peste. În acest caz, un specific oxid de niobiu  Nb2O5.

    Proprietăți de niobiu  care interacționează activ cu anumite gaze. Acesta este hidrogen, oxigen și azot, sub influența lor pot schimba anumite caracteristici. Cu cât temperatura este mai ridicată, cu atât hidrogenul este mai intens absorbit, ceea ce face ca niobiul să fie mai fragil, când marcajul de control atinge 600º C, începe să se producă o evoluție inversă, iar metalul restabilește performanța pierdută. După aceasta, începe formarea nitrurii NbN, pentru topirea căreia este necesară 2300º C.

    Carbonul și gazele care îl conțin încep interacțiunea lor cu niobiu la temperatura necesară peste 1200º C, ca urmare, se formează carbura de topire NbC - t - 3500º C. Ca urmare a interacțiunii siliciu și bor cu metalul niobiu, se formează borb de topire NbB2 - t - 2900ºC.

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

    Minerit și Originea Niobiului

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

    Sunt cunoscute aproximativ o sută de minerale diferite care conțin niobiu. Dar în industrie sunt utilizate unități. Acestea sunt piroclor, loparit, torolit, etc. În rocile ultrabazice și alcaline, niobiul se găsește în perovskit și eudialyte.

    Depozite de niobiu  Disponibil în Brazilia, Australia, Canada, Congo, Nigeria și Rwanda.

    Producție de azot un proces destul de complex, având trei etape principale. Pentru început, concentratul este deschis, apoi niobiul este împărțit și în compuși puri. Etapa finală este procesele de recuperare și rafinarea metalelor. Dintre cele mai frecvente metode, se pot remarca metode carbotermice, aluminotermice și termice de sodiu.

    De exemplu, amestecând oxid de niobiu și negru de carbon la temperaturi ridicate într-un mediu cu hidrogen, se obține carbură, apoi prin amestecarea carbidului și oxidului de niobiu la aceleași temperaturi, dar într-un vid complet, se obține un metal, din care se obțin diverse aliaje de niobiu. Este posibil ca aliaje de niobiu să poată fi obținute prin metode de metalurgie a pulberilor, folosind metode de topire cu arc și cu fascicul de electroni.

    Aplicarea niobiului

    Datorită proprietăților sale unice, niobiul este utilizat în multe industrii. Aliajele de niobiu  au proprietăți refractare, rezistență la căldură, supraconductivitate, getter și proprietăți anticorozive. În plus, este destul de ușor de prelucrat și sudat. Este utilizat pe scară largă în tehnologiile spațiale și de aviație, inginerie radio și electrică, industria chimică și energia nucleară. 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 de acest metal. Utilizarea sa în aceste dispozitive se datorează transmiterii caracteristice și proprietăților de oxidare. Condensatoarele care încorporează acest metal, cu o dimensiune relativ mică, au o rezistență mare. Toate elementele condensatoarelor sunt fabricate din folie specială. Se presează din pulbere de niobiu.

    Rezistența la diverși acizi, conductivitatea termică ridicată și ductilitatea structurii determină popularitatea acesteia în chimie și metalurgie, creând în același timp diferite dispozitive și structuri. Combinația proprietăților pozitive ale acestui important metal este necesară chiar și în energie nucleară.

    Datorită efectului slab al niobiului cu uraniu industrial, la temperaturi relativ scăzute (900 ° C), metalul este potrivit pentru crearea unui strat protector în reactoarele nucleare. Cu o astfel de coajă, devine posibilă utilizarea lichidelor de răcire cu sodiu, cu care, de asemenea, aproape că nu interacționează. Niobiul prelungește semnificativ viața elementelor de uraniu, creând un oxid protector pe suprafața lor, de efectele nocive ale vaporilor de apă.

    Pentru a îmbunătăți proprietățile rezistente la căldură ale unora, este posibil prin alierea cu niobiu. De asemenea, aliajele de niobiu s-au dovedit destul de bine. De exemplu, acesta este un aliaj niobiu - zirconiucaracterizate prin proprietăți remarcabile. Din aceste aliaje sunt fabricate diverse aliaje pentru nave spațiale și aeronave, precum și carcasa acestora. Temperatura de lucru a unui astfel de aliaj poate ajunge până la 1200 ° C.

    Unele aliaje pentru prelucrarea oțelului includ carbură de niobiu, care îmbunătățește proprietățile aliajului. O creștere relativ mică a niobiului din oțel inoxidabil îmbunătățește proprietățile sale anticorozive și îmbunătățește calitatea sudurilor rezultate. Multe oțeluri unelte au, de asemenea, un amestec de niobiu. Ca cataliză, diverșii compuși ai acesteia participă la procesele de sinteză organică artificială.

    Prețul niobiului

    Principala formă de vânzare pe piața globală este linguri de niobiu, dar alte forme de depozitare sunt destul de posibile. Întotdeauna a existat o cerere prețul de niobiu  care până la începutul anului 2000 a rămas la un nivel stabil. Creșterea sigură a cererii asociate cu dezvoltarea economiei în multe țări și creșterea 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. Ritmul comerțului a scăzut în consecință. Însă până în 2012, prețurile s-au înghesuit din nou, și chiar atunci cumpărați niobiu  a fost posibil doar la 60 de dolari pe kilogram, iar creșterea nu s-a oprit încă. Multă vreme s-a pus întrebarea despre înlocuitori echivalenți, dar mai accesibili. Și sunt, dar în ceea ce privește proprietățile, acestea sunt clar inferioare niobiului. Prin urmare, este încă în preț.