Ниобий: свойства, характеристики, как производят в России, где применяется


Уникальность металла ниобия, чье применение настолько широко в перспективе, порождает рост спроса на него, несмотря на сложную добычу и высокие цены. Необходим в ядерной отрасли.

Понятие, свойства, характеристики

Ниобий – элемент, относящийся к пятой группе, Пятому периоду периодической системы Д. Менделеева. Имеет атомный номер 41. Химическое вещество является блестящим переходным металлом. Цвет – серебристо-серый, кристаллическая решетка – кубическая, объемноцентрированная, типа α-Fe, а = 0,3294.

Формула ниобия выглядит как Nb. Исходя из физических свойств, получает полную электронную конфигурацию атома: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s1

Впервые его открыли в 1 801 г. Чарльз Хэтчет обнаружил элемент в минерале, что хранился в Британском музее. Туда же он попал в 1 734 г. от Джона Уинтропа. Саму находку прозвали колумбитом, а в таблице Менделеева появился колумбий – в честь места обнаружения образца. В 1 802 году Экеберг решил, что найденный в колумбите элемент – тантал, открытый им. Но в 1 844-м Генриху Розе удалось доказать уникальность ниобия. Это он дал такое наименование – Ниобой звали дочь древнегреческого царя, чье имя носил схожий металл-предшественник.

В чистом виде его получили в конце 19 века. Французский химик Анри Муассан восстановил оксид ниобия углеродом в электронной печи – так был реализован электротермический путь его добычи.

Ниобий имеет свойствафизические и химические. В перечне первых следует назвать, что он – пластичный металл, тугоплавкий и переходный, чье состояние меняется в зависимости от температуры. Плавится при 2 468 градусах по Цельсию. Обладает плотностью 8,57 грамм на квадратный сантиметр. Закипает при 4 742 градусах.

Химические показатели:

  • Тантал устойчивее ниобия, хотя и тоже довольно крепок. На него не оказать воздействие азотной, соляной, ортофосфорной, серной кислотами. Но можно растворить в плавиковой и смеси с HNO3. А также в едких щелочах, концентрированной H₂SO₄.
  • Окисляется до Nb2О5 при прокаливании на воздухе. Существует 10 кристаллических модификаций оксида. Из него образуются ниобаты. Можно получить и другие оксиды.
  • Пентагалогениды, образованные при взаимодействии с галогенами, гидролизуются с водой.
  • Nb, взаимодействуя с графитом, образует карбид.
  • При использовании паров воды и кислорода получают рыхлые ватообразные вещества.

Свойства на видео:

Производство

Nb встречается в Японии, Канаде, США, Бразилии и на Кольском полуострове в России. Список добывающих его стран больше.

Руда Nb богата комплексами, а металла мало. В них много оксида ниобия: пирохлоровых, лопаритовых и колумбитовых концентратов. Их перерабатывают путем алюмо- и силикотермического восстановления, образуя ферротанталониобий и феррониобий.

Для получения металла нужно пройти три стадии:

  1. Вскрыть рудный концентрат.
  2. Разделить ниобий от тантала, получить чистые соединения.
  3. Восстановить и рафинировать металл, сплавы.

Методы получения ниобия

В промышленных масштабах его получают тремя методами:

  1. Алюмотермическим. Через восстановление алюминием из оксида ниобия.
  2. Натрийтермическим. Элемент восстанавливают с помощью натрия из K2NbF
  3. Карботермическим. Берутся оксид ниобия, сажа, и при 1 800 градусах по Цельсию получают карбид водорода (в атмосфере). Смесь карбида и пятиокись уже в вакууме образуют металл (температура 1 800-1 900 градусов). Если нужен сплав ниобия, то добавляются кислы легирующих металлов. Можно также восстановить его в вакууме сажей из оксида.

Альтернативные способы производства

Для производства компактного металла используется метод порошковой металлургии. Плавка применяется электронно-лучевая и вакуумная дуговая. Для образования монокристаллов – бестигельная электронно-лучевая зонная плавка.

С помощью этого способа достаточно иметь вторсырье, а не руду, и из нее получать чистый металл из сплава.

Прокат ниобия – тоже альтернативный метод в производстве.

Прокат и фольга

Распространенным полуфабрикатом из данного металла является фольга – тонкий лист проката. Из него делают изделия, детали. Фольгу получают через холодный прокат слитков ниобия (из чистого сырья).

Изделия из нее крепки и устойчивы к внешним воздействиям, высоким температурам, коррозии. Они высоко пластичны, поддаются обработке, не изнашиваются длительное время. Что важно для сфер, где используются эти продукты – в авиа- и ракетостроении, медицине, радиотехнике, атомной и ядерной энергетике, электротехнике.

Фольга хранится в катушках в сухих и защищенных местах.

Применение в электродах и сплавах

Применение ниобия распространено широко, но освоено пока немного. Ниобий, как и хром, применяют в производстве электродов. Его используют в сверхтвердых сплавах, ведь он проявляется как карбид.

Ниобий в стали полезен как легирующая смесь.

В качестве лигатуры используется в сплавах:

  • титана,
  • ванадия,
  • вольфрама,
  • молибдена,
  • циркония.

Применение в электрической технике

Хорошо использовать элемент в выпрямителях – он обладает униполярной проводимостью. Имеется вероятность его применения в анодах, что необходимы для усилительных ламп и мощных генераторов.

Производство ниобия в России

Ниобий в России содержится в руде, что составляет 25% от всех мировых запасов. Это довольно большое количество. Добычей металла занимаются на Дальнем Востоке, в Восточной Сибири. Курирует эти процессы компания Ловозерский ГОК. Ранее по данному направлению работали и в «Стальмаге».

Оксид ниобия производят на Соликамском магниевом заводе. Он перерабатывается из лопаритового концентрата. Предприятие выпускает 400-450 т. вещества. Его активно покупают в Германии и Америке. Другая часть полученного продукта используется Чепецким механическим заводом, что вырабатывает сплавы ниобия и чистый элемент. Организация делает 100 т. продукции в год.

Металл из ниобия и его стоимость

Металл ниобийстратегический материал, в основном используемый в космической и ядерной промышленности. Отсюда и его высокая стоимость. НБ-2 в столице можно приобрести за 400 руб./кг, стружку – 500, штабик НБШ-00 – 500.

Оцените статью:
[Всего: 0   Средний:  0/5]

Введите Email, чтобы оперативно получать новые материалы блога прямо на почту


Понравилась статья? Поделитесь с друзьями:


Линии Любви

Популярные статьи:

Интересно почитать:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *