Zastosowanie niobu. Produkcja niobu w Rosji

Uralski Państwowy Uniwersytet Górniczy

Na temat: Właściwości niobu

Grupa: M-13-3

Uczeń: Mokhnashin Nikita

1. Ogólne informacje o elemencie

Właściwości fizyczne niobu

Właściwości chemiczne niobu

Niob w stanie wolnym

Tlenki niobu i ich sole

Związki niobu

Wiodące kraje w produkcji niobu

1. Ogólne informacje o elemencie

Ludzkość zna pierwiastek zajmujący 41. komórkę układu okresowego od dawna. Jego obecna nazwa, niob, jest prawie pół wieku młodsza. Tak się złożyło, że element nr 41 został dwukrotnie otwarty. Po raz pierwszy - w 1801 roku angielski naukowiec Charles Hatchet zbadał próbkę prawdziwego minerału przesłaną z Ameryki do British Museum. Z tego minerału wyizolował tlenek nieznanego wcześniej pierwiastka. Hatchet nazwał nowy pierwiastek kolumbium, zwracając w ten sposób uwagę na jego zagraniczne pochodzenie. A czarny minerał nazwano kolumbitem. Rok później szwedzki chemik Ekeberg wyizolował z kolumbitu tlenek innego nowego pierwiastka, zwanego tantalem. Podobieństwo między związkami Kolumbia i tantal było tak duże, że przez 40 lat większość chemików wierzyła, że ​​tantal i kolumb to ten sam pierwiastek.

W 1844 roku niemiecki chemik Heinrich Rose zbadał próbki kolumbitu znalezione w Bawarii. Ponownie odkrył tlenki dwóch metali. Jednym z nich był tlenek znanego już tantalu. Tlenki były podobne i podkreślając ich podobieństwo, Rose nazwała pierwiastek tworzący drugi tlenek niobu imieniem Niobe, córki mitologicznego męczennika Tantala. Jednak Rose, podobnie jak Hatchet, nie była w stanie uzyskać tego pierwiastka w stanie wolnym. Niob metaliczny został po raz pierwszy otrzymany dopiero w 1866 roku przez szwedzkiego naukowca Blomstranda podczas redukcji chlorku niobu wodorem. Pod koniec XIX wieku. Znaleziono jeszcze dwa sposoby uzyskania tego pierwiastka. Najpierw Moissan uzyskał go w piecu elektrycznym, redukując tlenek niobu węglem, a następnie Goldschmidtowi udało się zredukować ten sam pierwiastek za pomocą aluminium. A pierwiastek nr 41 nadal był inaczej nazywany w różnych krajach: w Anglii i USA - Kolumbia, w innych krajach - niob. Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) położyła kres tym kontrowersjom w 1950 roku. Postanowiono zalegalizować wszędzie nazwę pierwiastka „niob”, a nazwą „kolumbit” nadano głównemu minerałowi niobu. Jego wzór to (Fe, Mn)(Nb, Ta)2 O 6.

To nie przypadek, że niob uważany jest za pierwiastek rzadki: rzeczywiście występuje rzadko i w małych ilościach, zawsze w postaci minerałów i nigdy w stanie rodzimym. Ciekawostka: w różnych publikacjach referencyjnych wartość Clarke’a (zawartość w skorupie ziemskiej) niobu jest inna. Tłumaczy się to głównie faktem, że w ostatnich latach w krajach afrykańskich odkryto nowe złoża minerałów zawierających niob. The Chemist's Handbook, tom 1 (M., Chemistry, 1963) podaje następujące liczby: 3,2 10-5% (1939), 1 10-3% (1949) i 2,4,10-3% (1954). Jednak najnowsze dane również są zaniżone: nie uwzględniono tu afrykańskich złóż odkrytych w ostatnich latach. Niemniej jednak szacuje się, że z minerałów znanych już złóż można wytopić około 1,5 miliona ton metalicznego niobu.

Właściwości fizyczne niobu

Niob to błyszczący, srebrnoszary metal.

Niob elementarny jest metalem niezwykle ogniotrwałym (2468°C) i wysokowrzącym (4927°C), bardzo odpornym na wiele agresywnych środowisk. Żadne kwasy, z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego, nie mają na niego wpływu. Kwasy utleniające „pasywują” niob, pokrywając go ochronnym filmem tlenkowym (nr 205). Ale w wysokich temperaturach wzrasta aktywność chemiczna niobu. Jeżeli w temperaturze 150...200°C utlenia się tylko niewielka powierzchniowa warstwa metalu, to w temperaturze 900...1200°C grubość warstwy tlenku znacznie wzrasta.

Sieć krystaliczna niobu jest sześcienna skupiona na ciele i ma parametr a = 3,294 Å.

Czysty metal jest plastyczny i można go walcować na cienkie arkusze (do grubości 0,01 mm) na zimno bez wyżarzania pośredniego.

Można zauważyć takie właściwości niobu, jak wysokie temperatury topnienia i wrzenia, niższa praca elektronów w porównaniu do innych metali ogniotrwałych - wolframu i molibdenu. Ostatnia właściwość charakteryzuje zdolność do emisji elektronów (emisja elektronów), która wykorzystywana jest przy zastosowaniu niobu w technologii próżni elektrycznej. Niob ma również wysoką temperaturę przejścia w stan nadprzewodzący.

Gęstość 8,57 g/cm 3(20°C); T pl 2500°C; T bela 4927°C; prężność pary (w mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 n/m 2) 1.10 -5(2194°C), 1 10 -4(2355°C), 6 10 -4(o godz pl ), 1.10-3 (2539°C).

W zwykłych temperaturach niob jest stabilny w powietrzu. Początek utleniania (odbarwienia) obserwuje się po podgrzaniu metalu do temperatury 200 - 300°C. Powyżej 500° następuje szybkie utlenianie z utworzeniem tlenku Nb2 O 5.

Przewodność cieplna w W/(m·K) w temperaturze 0°C i 600°C wynosi odpowiednio 51,4 i 56,2, a to samo w cal/(cm·s·°C) wynosi 0,125 i 0,156. Specyficzny objętościowy opór elektryczny w temperaturze 0°C 15,22 10 -8om m (15,22 10 -6om-cm). Temperatura przejścia w stan nadprzewodzący wynosi 9,25 K. Niob jest paramagnetykiem. Funkcja pracy elektronu 4,01 eV.

Czysty niob można łatwo przetwarzać pod ciśnieniem na zimno i zachowuje zadowalające właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach. Jego wytrzymałość na rozciąganie w temperaturze 20 i 800 °C wynosi odpowiednio 342 i 312 Mn/m 2, to samo w kgf/mm 234.2 i 31.2; wydłużenie względne w 20 i 800 ° C wynosi odpowiednio 19,2 i 20,7%. Twardość Brinella czystego niobu wynosi 450, techniczna 750-1800 Mn/m 2. Zanieczyszczenia niektórymi pierwiastkami, zwłaszcza wodorem, azotem, węglem i tlenem, znacznie pogarszają ciągliwość i zwiększają twardość niobu.

3. Właściwości chemiczne niobu

Niob jest szczególnie ceniony ze względu na swoją odporność na substancje nieorganiczne i organiczne.

Istnieje różnica w zachowaniu chemicznym sproszkowanego i kawałkowego metalu. Ten ostatni jest bardziej stabilny. Metale nie mają na to wpływu, nawet po podgrzaniu do wysokich temperatur. Ciekłe metale alkaliczne i ich stopy, bizmut, ołów, rtęć i cyna mogą pozostawać w kontakcie z niobem przez długi czas, nie zmieniając jego właściwości. Nawet tak silne utleniacze, jak kwas nadchlorowy, woda królewska, nie wspominając o azotowym, siarkowym, solnym i wszystkich innych, nie mogą z tym nic zrobić. Roztwory alkaliczne również nie mają wpływu na niob.

Istnieją jednak trzy odczynniki, które mogą przekształcić niob metaliczny w związki chemiczne. Jednym z nich jest stop wodorotlenku metalu alkalicznego:

Nb+4NaOH+5O2 = 4NaNbO3+2H2O

Pozostałe dwa to kwas fluorowodorowy (HF) lub jego mieszanina z kwasem azotowym (HF+HNO). Tworzą się w tym przypadku kompleksy fluorkowe, których skład w dużej mierze zależy od warunków reakcji. W każdym razie pierwiastek jest częścią anionu typu 2- lub 2-.

Jeśli weźmiesz sproszkowany niob, jest on nieco bardziej aktywny. Na przykład w stopionym azotanie sodu zapala się nawet, zamieniając się w tlenek. Niob kompaktowy zaczyna się utleniać po podgrzaniu powyżej 200°C, a proszek pokrywa się warstwą tlenku już w temperaturze 150°C. Jednocześnie objawia się jedna z cudownych właściwości tego metalu - zachowuje on swoją plastyczność.

W postaci trocin po podgrzaniu powyżej 900°C spala się całkowicie do Nb2O5. Spala się energicznie w strumieniu chloru:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Po podgrzaniu reaguje z siarką. Trudno jest stopować z większością metali. Być może są tylko dwa wyjątki: żelazo, z którego powstają roztwory stałe o różnych proporcjach, i aluminium, które ma związek Al2Nb z niobem.

Jakie właściwości niobu pomagają mu oprzeć się działaniu najsilniejszych kwasów utleniających? Okazuje się, że nie dotyczy to właściwości metalu, ale właściwości jego tlenków. W kontakcie z utleniaczami na powierzchni metalu pojawia się cienka (a więc niezauważalna), ale bardzo gęsta warstwa tlenków. Warstwa ta staje się barierą nie do pokonania na drodze utleniacza do czystej powierzchni metalu. Tylko niektóre odczynniki chemiczne, w szczególności anion fluoru, mogą przez niego przenikać. W rezultacie metal ulega zasadniczo utlenieniu, ale praktycznie skutki utleniania są niewidoczne ze względu na obecność cienkiej warstwy ochronnej. Pasywność wobec rozcieńczonego kwasu siarkowego wykorzystywana jest do stworzenia prostownika prądu przemiennego. Jest zaprojektowany prosto: płytki platynowe i niobowe zanurza się w 0,05 m roztworze kwasu siarkowego. Niob w stanie pasywowanym może przewodzić prąd, jeżeli jest elektrodą ujemną – katodą, czyli elektrony mogą przechodzić przez warstwę tlenku tylko od strony metalu. Droga elektronów z roztworu jest zamknięta. Dlatego też, gdy przez takie urządzenie przepływa prąd przemienny, przechodzi tylko jedna faza, dla której platyna jest anodą, a niob jest katodą.

metalohalogen niobowy

4. Niob w stanie wolnym

Jest tak piękny, że kiedyś próbowali zrobić z niego biżuterię: jasnoszarym kolorem niob przypomina platynę. Pomimo wysokich temperatur topnienia (2500°C) i wrzenia (4840°C) można z niego łatwo wytworzyć każdy produkt. Metal jest tak plastyczny, że można go obrabiać na zimno. Bardzo ważne jest, aby niob zachowywał swoje właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach. To prawda, że ​​​​podobnie jak w przypadku wanadu, nawet niewielkie domieszki wodoru, azotu, węgla i tlenu znacznie zmniejszają ciągliwość i zwiększają twardość. Niob staje się kruchy w temperaturach od -100 do -200°C.

Otrzymywanie niobu w ultraczystej i zwartej formie stało się możliwe dzięki zastosowaniu technologii w ostatnich latach. Cały proces technologiczny jest skomplikowany i pracochłonny. Zasadniczo dzieli się go na 4 etapy:

1.otrzymywanie koncentratu: żelazoroniobu lub ferrotantaloniobu;

.otwarcie koncentratu - przekształcenie niobu (i tantalu) w pewne nierozpuszczalne związki w celu oddzielenia go od masy koncentratu;

.oddzielanie niobu i tantalu oraz otrzymywanie ich poszczególnych związków;

.produkcja i rafinacja metali.

Pierwsze dwa etapy są dość proste i powszechne, choć pracochłonne. Stopień oddzielenia niobu i tantalu określa trzeci etap. Chęć uzyskania jak największej ilości niobu, a zwłaszcza tantalu, zmusiła nas do poszukiwania najnowocześniejszych metod separacji: selektywnej ekstrakcji, wymiany jonowej i rektyfikacji związków tych pierwiastków za pomocą halogenów. W rezultacie osobno otrzymuje się tlenek lub pięciochlorki tantalu i niobu. W ostatnim etapie stosuje się redukcję węglem (sadzą) w strumieniu wodoru w temperaturze 1800°C, następnie podnosi się temperaturę do 1900°C i obniża ciśnienie. Węglik powstający w wyniku interakcji z węglem reaguje z Nb2O5:

2Nb2O5 + 5NbC = 9Nb + 5CO3,

i pojawia się proszek niobu. Jeśli w wyniku oddzielenia niobu od tantalu otrzyma się nie tlenek, ale sól, to poddaje się go działaniu metalicznego sodu w temperaturze 1000°C i otrzymuje się także niob w proszku. Dlatego podczas dalszej przemiany proszku w zwarty monolit prowadzi się przetapianie w piecu łukowym, a do otrzymania monokryształów szczególnie czystego niobu stosuje się wiązkę elektronów i stapianie strefowe.

Tlenki niobu i ich sole

Liczba związków z tlenem w niobie jest niewielka, znacznie mniejsza niż w wanadzie. Wyjaśnia to fakt, że w związkach odpowiadających stopniowi utlenienia +4, +3 i +2 niob jest wyjątkowo niestabilny. Jeśli atom tego pierwiastka zaczyna oddawać elektrony, to ma tendencję do oddawania wszystkich pięciu, aby odsłonić stabilną konfigurację elektronową.

Jeśli porównamy jony o tym samym stopniu utlenienia dwóch sąsiadów w grupie - wanadu i niobu, stwierdzimy wzrost właściwości w kierunku metali. Kwasowy charakter tlenku Nb2O5 jest zauważalnie słabszy niż tlenku wanadu (V). Po rozpuszczeniu nie tworzy kwasu. Dopiero po połączeniu z zasadami lub węglanami ujawnia swoje właściwości kwasowe:

O5 + 3Na2СО3 = 2Na3NbO4 + 3С02

Sól ta – ortonioban sodu – jest podobna do tych samych soli kwasów ortofosforowego i ortowanadowego. Jednak w przypadku fosforu i arsenu forma orto jest najbardziej stabilna, a próba uzyskania ortoniobatu w czystej postaci nie powiodła się. Kiedy stop traktuje się wodą, nie wydziela się sól Na3NbO4, ale metaniolan NaNbO3. Jest to bezbarwny, słabo rozpuszczalny drobnokrystaliczny proszek w zimnej wodzie. W związku z tym w przypadku niobu o najwyższym stopniu utlenienia bardziej stabilna jest nie orto, ale metaforma związków.

Wśród innych związków tlenku niobu (V) z tlenkami zasadowymi znane są diniobiany K4Nb2O7 przypominające pirokwasy i poliniobiany (jako cień kwasów polifosforowych i poliwanadowych) o przybliżonych wzorach K7Nb5O16.nH2O i K8Nb6O19.mH2O. Wspomniane sole, odpowiadające wyższemu tlenkowi niobu, zawierają ten pierwiastek w ramach anionu. Kształt tych soli pozwala uznać je za pochodne niobu. kwasy Kwasów tych nie można otrzymać w czystej postaci, gdyż można je raczej uznać za tlenki związane z cząsteczkami wody. Na przykład forma meta to Nb2O5. H2O, a forma orgo to Nb2O5. 3H2O. Oprócz tego rodzaju związków niob ma inne, w których jest już częścią kationu. Niob nie tworzy prostych soli takich jak siarczany, azotany itp. Podczas interakcji z wodorosiarczanem sodu NaHSO4 lub tlenkiem azotu N2O4 pojawiają się substancje o złożonym kationie: Nb2O2(SO4)3. Kationy w tych solach przypominają kation wanadu z tą tylko różnicą, że tutaj jon jest pięciokrotnie naładowany, a wanad ma stopień utlenienia cztery w jonie wanadylowym. Ten sam kation NbO3+ jest zawarty w składzie niektórych soli złożonych. Tlenek Nb2O5 dość łatwo rozpuszcza się w wodnym roztworze kwasu fluorowodorowego. Z takich roztworów można wyodrębnić sól kompleksową K2. H2O.

Na podstawie rozważonych reakcji możemy stwierdzić, że niob na najwyższym stopniu utlenienia może wchodzić w skład zarówno anionów, jak i kationów. Oznacza to, że pięciowartościowy niob jest amfoteryczny, ale nadal ze znaczną przewagą właściwości kwasowych.

Istnieje kilka sposobów otrzymywania Nb2O5. Po pierwsze, interakcja niobu z tlenem po podgrzaniu. Po drugie, kalcynacja soli niobu w powietrzu: siarczków, azotków lub węglików. Po trzecie, najczęstszą metodą jest odwodnienie hydratów. Uwodniony tlenek Nb2O5 wytrąca się z wodnych roztworów soli stężonymi kwasami. xH2O. Następnie po rozcieńczeniu roztworów tworzy się osad białego tlenku. Odwadnianiu osadu Nb2O5 xH2O towarzyszy wydzielanie ciepła. Cała masa się nagrzewa. Dzieje się tak na skutek przemiany bezpostaciowego tlenku w postać krystaliczną. Tlenek niobu występuje w dwóch kolorach. W normalnych warunkach jest biały, ale po podgrzaniu zmienia kolor na żółty. Jednak gdy tylko tlenek ostygnie, kolor znika. Tlenek jest ogniotrwały (tmelt = 1460°C) i nielotny.

Niższe stopnie utlenienia niobu odpowiadają NbO2 i NbO. Pierwszy z nich to czarny proszek z niebieskim odcieniem. NbO2 otrzymuje się z Nb2O5 poprzez usunięcie tlenu magnezem lub wodorem w temperaturze około tysiąca stopni:

O5 + H2 = 2NbO2 + H2O

W powietrzu związek ten łatwo przekształca się z powrotem w wyższy tlenek Nb2O5. Jego charakter jest raczej tajemniczy, ponieważ tlenek jest nierozpuszczalny ani w wodzie, ani w kwasach. Jednak przypisuje się mu charakter kwaśny na podstawie jego interakcji z gorącymi wodnymi zasadami; jednak w tym przypadku utlenianie zachodzi do jonu pięciokrotnie naładowanego.

Wydawałoby się, że różnica jednego elektronu nie jest tak duża, ale w przeciwieństwie do Nb2O5 tlenek NbO2 przewodzi prąd elektryczny. Oczywiście w tym związku występuje wiązanie metal-metal. Jeśli skorzystasz z tej właściwości, to po podgrzaniu silnym prądem przemiennym możesz zmusić NbO2 do oddania tlenu.

Kiedy tracimy tlen, NbO2 zamienia się w tlenek NbO, a następnie cały tlen jest dość szybko oddzielany. Niewiele wiadomo na temat niższego tlenku niobu NbO. Ma metaliczny połysk i wyglądem przypomina metal. Doskonale przewodzi prąd. Jednym słowem zachowuje się tak, jakby w jego składzie w ogóle nie było tlenu. Nawet, jak typowy metal, po podgrzaniu gwałtownie reaguje z chlorem i zamienia się w tlenochlorek:

2NbO + 3Cl2=2NbOCl3

Wypiera wodór z kwasu solnego (jakby to w ogóle nie był tlenek, tylko metal taki jak cynk):

NbO + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2

NbO można otrzymać w czystej postaci poprzez kalcynację wspomnianej już soli kompleksowej K2 metalicznym sodem:

K2 + 3Na = NbO + 2KF + 3NaF

Tlenek NbO ma najwyższą temperaturę topnienia ze wszystkich tlenków niobu, 1935°C. Aby oczyścić niob z tlenu, temperaturę podnosi się do 2300 - 2350°C, po czym jednocześnie z parowaniem NbO rozkłada się na tlen i metal. Następuje rafinacja (oczyszczanie) metalu.

Związki niobu

Opowieść o pierwiastku nie byłaby kompletna bez wspomnienia jego związków z halogenami, węglikami i azotkami. Jest to ważne z dwóch powodów. Po pierwsze, dzięki kompleksom fluorkowym możliwe jest oddzielenie niobu od jego odwiecznego towarzysza tantalu. Po drugie, związki te ujawniają nam właściwości niobu jako metalu.

Oddziaływanie halogenów z niobem metalicznym:

Można otrzymać Nb + 5Cl2 = 2NbCl5, wszystkie możliwe pentahalogenki niobu.

Pentafluorek NbF5 (stopień = 76 °C) jest bezbarwny w stanie ciekłym i w postaci pary. Podobnie jak pięciofluorek wanadu, w stanie ciekłym jest polimeryczny. Atomy niobu są połączone ze sobą poprzez atomy fluoru. W postaci stałej ma strukturę składającą się z czterech cząsteczek (ryc. 2).

Ryż. 2. Struktura NbF5 i TaF5 w postaci stałej składa się z czterech cząsteczek.

Roztwory kwasu fluorowodorowego H2F2 zawierają różne jony złożone:

H2F2 = H2 ;+ H2O = H2

Sól potasowa K2. H2O odgrywa ważną rolę w oddzielaniu niobu od tantalu, ponieważ w przeciwieństwie do soli tantalu jest wysoce rozpuszczalny.

Pozostałe pentahalogenki niobu są jaskrawo zabarwione: NbCl5 żółty, NbBr5 fioletowo-czerwony, NbI2 brązowy. Wszystkie sublimują bez rozkładu w atmosferze odpowiedniego halogenu; w parach są monomerami. Ich temperatury topnienia i wrzenia rosną przy przejściu z chloru do bromu i jodu. Niektóre z metod wytwarzania pentahalogenków to:

2Nb+5I2 2NbI5;O5+5C+5Cl22NbCl5+5CO;.

2NbCl5+5F22NbF5+5Cl2

Pentahalogenki dobrze rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych: eterze, chloroformie, alkoholu. Ulegają jednak całkowitemu rozkładowi pod wpływem wody – ulegają hydrolizie. W wyniku hydrolizy otrzymuje się dwa kwasy – kwas halogenowodorowy i kwas niobowy. Na przykład,

4H2O = 5HCl + H3NbO4

Gdy hydroliza jest niepożądana, wprowadza się trochę mocnego kwasu i równowaga procesu opisanego powyżej przesuwa się w stronę NbCl5. W tym przypadku pentahalogenek rozpuszcza się bez hydrolizy,

Węglik niobu zyskał szczególną wdzięczność hutników. W każdej stali jest węgiel; niob, wiążąc go w węglik, poprawia jakość stali stopowej. Zwykle podczas spawania stali nierdzewnej spoina ma mniejszą wytrzymałość. Wprowadzenie niobu w ilości 200 g na tonę pomaga skorygować ten niedobór. Po podgrzaniu niob, przed wszystkimi innymi metalami stalowymi, tworzy związek z węglem - węglikiem. Mieszanka ta jest dość plastyczna i jednocześnie wytrzymuje temperatury do 3500°C. Już warstwa węglika o grubości zaledwie pół milimetra chroni metale i, co szczególnie cenne, grafit przed korozją. Węglik można otrzymać przez ogrzewanie tlenku metalu lub niobu (V) z węglem lub gazami zawierającymi węgiel (CH4, CO).

Azotek niobu to związek, na który po ugotowaniu nie mają wpływu żadne kwasy, a nawet „wódka królewska”; odporny na wodę. Jedyne, z czym można go zmusić do interakcji, to wrząca zasada. W tym przypadku rozkłada się, uwalniając amoniak.

Azotek NbN jest jasnoszary z żółtawym odcieniem. Jest ogniotrwały (temp. t. 2300°C), ma niezwykłą cechę – w temperaturze bliskiej zera absolutnego (15,6 K, czyli -267,4°C) wykazuje nadprzewodnictwo.

Spośród związków zawierających niob na niższym stopniu utlenienia najlepiej znane są halogenki. Wszystkie niższe halogenki są ciemnymi krystalicznymi ciałami stałymi (od ciemnoczerwonego do czarnego). Ich stabilność maleje wraz ze spadkiem stopnia utlenienia metalu.

Zastosowanie niobu w różnych gałęziach przemysłu

Zastosowanie niobu do tworzenia stopów metali

Stal stopowa niobu ma dobrą odporność na korozję. Chrom zwiększa również odporność stali na korozję, a jest znacznie tańszy niż niob. Czytelnik ten ma jednocześnie rację i nie ma racji. Jestem w błędzie, bo zapomniałem o jednej rzeczy.

Stal chromowo-niklowa, jak każda inna, zawsze zawiera węgiel. Ale węgiel łączy się z chromem, tworząc węglik, który sprawia, że ​​stal jest bardziej krucha. Niob ma większe powinowactwo do węgla niż chrom. Dlatego też, gdy niob dodaje się do stali, koniecznie powstaje węglik niobu. Stal stopowa z niobem uzyskuje wysokie właściwości antykorozyjne i nie traci swojej ciągliwości. Pożądany efekt osiąga się, gdy do tony stali doda się zaledwie 200 g niobu metalicznego. Niob nadaje stali chromowo-manganowej wysoką odporność na zużycie.

Wiele metali nieżelaznych jest również stopowych z niobem. Zatem aluminium, które łatwo rozpuszcza się w zasadach, nie reaguje z nimi, jeśli doda się do niego tylko 0,05% niobu. A miedź, znana ze swojej miękkości, i wiele jej stopów wydaje się być utwardzanych niobem. Zwiększa wytrzymałość metali takich jak tytan, molibden, cyrkon, a jednocześnie zwiększa ich żaroodporność i żaroodporność.

Obecnie właściwości i możliwości niobu docenia lotnictwo, inżynieria mechaniczna, radiotechnika, przemysł chemiczny i energetyka jądrowa. Wszyscy stali się konsumentami niobu.

Unikalna właściwość - brak zauważalnych oddziaływań niobu z uranem w temperaturach do 1100°C, a ponadto dobra przewodność cieplna, mały przekrój efektywnej absorpcji neutronów termicznych - uczyniła z niobu poważnego konkurenta dla metali uznawanych w nuklearnej przemysł - aluminium, beryl i cyrkon. Ponadto sztuczna (indukowana) radioaktywność niobu jest niska. Można z niego zatem wykonywać pojemniki do przechowywania odpadów promieniotwórczych lub instalacje do ich wykorzystania.

Przemysł chemiczny zużywa stosunkowo mało niobu, ale można to wytłumaczyć jedynie jego niedoborem. Sprzęt do produkcji kwasów o wysokiej czystości jest czasami wykonany ze stopów zawierających niob, a rzadziej z niobu arkuszowego. Zdolność niobu do wpływania na szybkość niektórych reakcji chemicznych wykorzystuje się np. w syntezie alkoholu z butadienu.

Technologia rakietowa i kosmiczna również stały się konsumentami pierwiastka nr 41. Nie jest tajemnicą, że pewne ilości tego pierwiastka krążą już po orbitach bliskich Ziemi. Niektóre części rakiet i wyposażenie pokładowe sztucznych satelitów Ziemi wykonane są ze stopów zawierających niob i czystego niobu.

Zastosowania niobu w innych gałęziach przemysłu

„Gorące elementy” (tj. części podgrzewane) wykonane są z arkuszy i prętów niobu - anod, siatek, katod ogrzewanych pośrednio i innych części lamp elektronicznych, zwłaszcza lamp generatorowych o dużej mocy.

Oprócz czystego metalu do tych samych celów stosuje się stopy tantalonu i bium.

Niob był używany do produkcji kondensatorów elektrolitycznych i prostowników prądu. Wykorzystuje się tutaj zdolność niobu do tworzenia stabilnej warstwy tlenkowej podczas utleniania anodowego. Warstwa tlenkowa jest stabilna w kwaśnych elektrolitach i przepuszcza prąd tylko w kierunku od elektrolitu do metalu. Kondensatory niobowe z elektrolitem stałym charakteryzują się dużą pojemnością przy małych gabarytach i dużej rezystancji izolacji.

Elementy kondensatorów niobowych wykonane są z cienkiej folii lub porowatych płytek sprasowanych z proszków metali.

Odporność na korozję niobu w kwasach i innych mediach, w połączeniu z wysoką przewodnością cieplną i ciągliwością, czynią go cennym materiałem konstrukcyjnym do urządzeń w przemyśle chemicznym i metalurgicznym. Niob posiada kombinację właściwości spełniających wymagania energii jądrowej dla materiałów konstrukcyjnych.

Do 900°C niob słabo oddziałuje z uranem i nadaje się do produkcji płaszczy ochronnych uranowych elementów paliwowych reaktorów energetycznych. Można w tym przypadku zastosować chłodziwa ciekłe metaliczne: sodowe lub stop sodu i potasu, z którymi niob nie wchodzi w interakcję do temperatury 600°C. Aby zwiększyć przeżywalność uranowych elementów paliwowych, uran domieszkuje się niobem (~ 7% niobu). Dodatek niobu stabilizuje ochronną warstwę tlenku uranu, co zwiększa jego odporność na parę wodną.

Niob jest składnikiem różnych żaroodpornych stopów do turbin gazowych silników odrzutowych. Dodanie molibdenu, tytanu, cyrkonu, aluminium i miedzi z niobem radykalnie poprawia właściwości tych metali, a także ich stopów. Istnieją żaroodporne stopy na bazie niobu jako materiał konstrukcyjny części silników odrzutowych i rakiet (produkcja łopatek turbin, krawędzi natarcia skrzydeł, końcówek czołowych samolotów i rakiet, poszycia rakiet). Niob i stopy na jego bazie można stosować w temperaturach roboczych 1000 - 1200°C.

Węglik niobu jest składnikiem niektórych gatunków węglika wolframu stosowanych do skrawania stali.

Niob jest szeroko stosowany jako dodatek stopowy do stali. Dodatek niobu w ilości od 6 do 10 razy większej niż zawartość węgla w stali eliminuje korozję międzykrystaliczną stali nierdzewnej i chroni spoiny przed zniszczeniem.

Niob dodawany jest także do różnych stali żaroodpornych (na przykład do turbin gazowych), a także do stali narzędziowych i magnetycznych.

Niob wprowadza się do stali w stopie z żelazem (ferroniobem), zawierającym do 60% Nb. Ponadto w żelazostopie stosuje się ferrotantaloniob w różnych proporcjach pomiędzy tantalem i niobem.

W syntezie organicznej jako katalizatory stosuje się niektóre związki niobu (kompleksowe sole fluorkowe, tlenki).

Zastosowanie i produkcja niobu szybko rośnie, co wynika z połączenia takich właściwości jak ogniotrwałość, mały przekrój poprzeczny do wychwytu neutronów termicznych, zdolność do tworzenia stopów żaroodpornych, nadprzewodzących i innych, odporność na korozję, właściwości gettera, niska funkcja pracy elektronów, dobra urabialność pod niskim ciśnieniem i spawalność. Główne obszary zastosowań niobu to: rakieta, lotnictwo i technologia kosmiczna, radiotechnika, elektronika, inżynieria chemiczna, energia jądrowa.

Zastosowania niobu metalicznego

Części samolotów są wykonane z czystego niobu lub jego stopów; okładziny elementów paliwowych uranowych i plutonowych; pojemniki i rury; do metali ciekłych; części kondensatorów elektrolitycznych; „gorące” oprawy do lamp elektronicznych (do instalacji radarowych) i mocnych lamp generatorowych (anody, katody, siatki itp.); sprzęt odporny na korozję w przemyśle chemicznym.

Inne metale nieżelazne, w tym uran, są stopowe z niobem.

Niob stosowany jest w kriotronach – nadprzewodzących elementach komputerów. Niob jest również znany ze swojego zastosowania w strukturach przyspieszających Wielkiego Zderzacza Hadronów.

Związki międzymetaliczne i stopy niobu

Do produkcji elektromagnesów nadprzewodzących wykorzystuje się cyniczek Nb3Sn oraz stopy niobu z tytanem i cyrkonem.

Niob i stopy z tantalem w wielu przypadkach zastępują tantal, co daje świetny efekt ekonomiczny (niob jest tańszy i prawie dwukrotnie lżejszy od tantalu).

Żelazoniob wprowadza się do nierdzewnych stali chromowo-niklowych, aby zapobiec ich korozji międzykrystalicznej i zniszczeniu, oraz do innych rodzajów stali w celu poprawy ich właściwości.

Niob jest używany do bicia monet kolekcjonerskich. W związku z tym Bank Łotwy twierdzi, że w monetach kolekcjonerskich 1 łata stosuje się niob wraz ze srebrem.

Zastosowanie katalizatora związków niobu O5 w przemyśle chemicznym;

w produkcji materiałów ogniotrwałych, cermetali, materiałów specjalnych. szkło, azotek, węglik, niobiany.

Węglik niobu (t.t. 3480 °C) stopiony z węglikiem cyrkonu i węglikiem uranu-235 jest najważniejszym materiałem konstrukcyjnym prętów paliwowych jądrowych silników odrzutowych na fazę stałą.

Azotek niobu NbN służy do wytwarzania cienkich i ultracienkich warstw nadprzewodzących o temperaturze krytycznej od 5 do 10 K z wąskim przejściem rzędu 0,1 K

Niob w medycynie

Wysoka odporność na korozję niobu umożliwiła jego zastosowanie w medycynie. Nici niobowe nie powodują podrażnień żywej tkanki i dobrze się do niej przylegają. Chirurgia rekonstrukcyjna z powodzeniem wykorzystuje takie nici do zszywania podartych ścięgien, naczyń krwionośnych, a nawet nerwów.

Zastosowanie w biżuterii

Niob ma nie tylko zestaw właściwości niezbędnych dla technologii, ale także wygląda całkiem pięknie. Jubilerzy próbowali wykorzystać ten biały, błyszczący metal do produkcji kopert zegarków. Stopy niobu z wolframem lub renem czasami zastępują metale szlachetne: złoto, platynę, iryd. To ostatnie jest szczególnie ważne, ponieważ stop niobu z renem jest nie tylko zewnętrznie podobny do metalicznego irydu, ale jest prawie tak samo odporny na zużycie. Pozwoliło to niektórym krajom zrezygnować z drogiego irydu w produkcji grotów lutowniczych do stalówek piór wiecznych.

Wydobycie niobu w Rosji

W ostatnich latach światowa produkcja niobu kształtuje się na poziomie 24-29 tys. ton. Należy zauważyć, że światowy rynek niobu jest w znacznym stopniu zmonopolizowany przez brazylijską firmę SVMM, na którą przypada około 85% światowej produkcji niobu.

Głównym konsumentem produktów zawierających niob (dotyczy to przede wszystkim żelazoroniobu) jest Japonia. Kraj ten importuje rocznie z Brazylii ponad 4 tysiące ton żelazoroniobu. Dlatego też japońskie ceny importowe produktów zawierających niob można z dużą pewnością przyjąć jako zbliżone do średniej światowej. W ostatnich latach można zaobserwować tendencję wzrostową cen żelazoroniobu. Wynika to z rosnącego jego wykorzystania do produkcji stali niskostopowych przeznaczonych głównie na rurociągi naftowe i gazowe. Ogólnie należy zauważyć, że w ciągu ostatnich 15 lat światowe zużycie niobu wzrastało średnio o 4-5% rocznie.

Z żalem musimy przyznać, że Rosja znajduje się na uboczu rynku niobu. Według specjalistów Giredmet na początku lat 90. na terenie byłego ZSRR wyprodukowano i zużyto około 2 tys. ton niobu (w przeliczeniu na tlenek niobu). Obecnie zużycie produktów niobowych przez przemysł rosyjski nie przekracza zaledwie 100 - 200 ton. Należy zauważyć, że na terenie byłego ZSRR powstały znaczne moce produkcyjne niobu, rozproszone w różnych republikach - Rosji, Estonii, Kazachstanie. Ta tradycyjna cecha rozwoju przemysłu w ZSRR postawiła obecnie Rosję w bardzo trudnej sytuacji w zakresie wielu rodzajów surowców i metali. Rynek niobu rozpoczyna się od produkcji surowców zawierających niob. Jego głównym typem w Rosji był i pozostaje koncentrat loparytu produkowany w Lovozersky GOK (obecnie Sevredmet JSC, obwód murmański). Przed rozpadem ZSRR przedsiębiorstwo wyprodukowało około 23 tys. ton koncentratu loparytu (zawartość tlenku niobu wynosi około 8,5%). Następnie w latach 1996-1998 produkcja koncentratów systematycznie malała. Firma kilkakrotnie zatrzymywała się z powodu braku sprzedaży. Obecnie szacuje się, że produkcja koncentratu loparytu w przedsiębiorstwie kształtuje się na poziomie 700 - 800 ton miesięcznie.

Należy zauważyć, że przedsiębiorstwo jest dość ściśle powiązane ze swoim jedynym konsumentem - fabryką magnezu w Solikamsku. Faktem jest, że koncentrat loparytu jest dość specyficznym produktem, uzyskiwanym wyłącznie w Rosji. Technologia jego przetwarzania jest dość skomplikowana ze względu na zawarty w nim kompleks metali rzadkich (niob, tantal, tytan). Ponadto koncentrat jest radioaktywny, dlatego w dużej mierze wszelkie próby wejścia tego produktu na rynek światowy kończyły się fiaskiem. Należy również zaznaczyć, że z koncentratu loparytu nie można otrzymać ferroniobu. W 2000 roku w zakładzie Sevredmet firma Rosredmet uruchomiła eksperymentalną instalację do przerobu koncentratu loparytu w celu wytworzenia m.in. handlowych wyrobów zawierających niob (tlenku niobu).

Głównymi rynkami zbytu produktów niobowych SMZ są kraje spoza WNP: dostawy realizowane są do USA, Japonii i krajów europejskich. Udział eksportu w całkowitej produkcji wynosi ponad 90%. Znaczące moce produkcyjne niobu w ZSRR skoncentrowane były w Estonii – w Stowarzyszeniu Produkcji Chemicznej i Metalurgicznej Sillamae (Sillamae). Teraz estońska firma nazywa się Silmet. W czasach sowieckich przedsiębiorstwo przetwarzało koncentrat loparytu z zakładu wydobywczo-przetwórczego w Łowooziersku, od 1992 r. jego wysyłka została wstrzymana; Obecnie Silmet przetwarza jedynie niewielką ilość wodorotlenku niobu z zakładów magnezu w Solikamsku. Obecnie firma otrzymuje większość surowców zawierających niob z Brazylii i Nigerii. Kierownictwo przedsiębiorstwa nie wyklucza dostaw koncentratu loparytu, jednakże Sevredmet stara się prowadzić politykę jego lokalnego przetwarzania, gdyż eksport surowców jest mniej opłacalny niż gotowych produktów.

Korepetycje

Potrzebujesz pomocy w studiowaniu jakiegoś tematu?

Nasi specjaliści doradzą lub zapewnią korepetycje z interesujących Cię tematów.
Prześlij swoją aplikację wskazując temat już teraz, aby dowiedzieć się o możliwości uzyskania konsultacji.

Niob (Nb) to rzadki, miękki metal przejściowy stosowany w produkcji wysokiej jakości stali. Niob jest składnikiem do produkcji stopów, który dodany do innych materiałów znacznie poprawia ich właściwości. Stal zawierająca niob ma wiele atrakcyjnych właściwości, które czynią ją wysoce pożądaną do stosowania w przemyśle motoryzacyjnym, budowlanym i gazociągowym. Stal z dodatkiem niobu jest twardsza, lżejsza i bardziej odporna na korozję.

Zasoby złóż niobu w 2012 r., tys. ton*

* Dane amerykańskiej służby geologicznej

Rudy zawierające pirochlor wydobywa się dwiema głównymi metodami - samodzielnie lub w kombinacji. Wydobycie odkrywkowe jest powszechną metodą w Brazylii, natomiast wydobycie podziemne prowadzi się w kopalni Niobec w Kanadzie. Jednakże kopalnia Niobec w Kanadzie planuje zastosować dwie metody wydobycia masowego – odkrywkową i podziemną – ponieważ mogą one znacząco zwiększyć wydajność zakładu i wielkość produkcji przy jednoczesnym obniżeniu kosztów operacyjnych.
Po wydobyciu ruda jest kruszona na drobne cząstki i przetwarzana poprzez flotację i separację magnetyczną w celu usunięcia żelaza. W Kanadzie do usuwania apatytu stosuje się kwas azotowy, natomiast w Brazylii do usuwania baru, fosforu i siarki stosuje się specjalny proces. Wynikiem tej fizycznej obróbki jest koncentrat pirochloru o zawartości Nb2O5 wynoszącej 55-60%. Większość koncentratu pirochloru jest przetwarzana na żelazoniob o standardowej jakości do stosowania w zastosowaniach przemysłowych, gdzie tolerowane są zanieczyszczenia. W przypadku zastosowań wymagających wyższego poziomu czystości wymagana jest obróbka końcowa w celu doprowadzenia niobu do poziomu czystości ~99%, takiego jak poziom czystości tlenku niobu klasy próżniowej lub poziomu czystości żelazoroniobu.

* Dane amerykańskiej służby geologicznej

Globalny popyt na niob rósł w średnim rocznym tempie 10% w latach 2000-2010. Wzrost napędzany był dwoma kluczowymi czynnikami:
1. Stabilny popyt na stal, szczególnie wśród producentów stali z krajów BRICS. Popyt w tych krajach wzrósł o 14% w 2010 r. do 1,414 mln ton i szacuje się, że w 2011 r. wzrósł o kolejne 4%.
Należy zaznaczyć, że sektor motoryzacyjny, budowlany oraz naftowo-gazowy, będący największymi konsumentami żelazoroniobu, jest silnie skorelowany ze wzrostem gospodarczym, a na popyt na niob największy wpływ ma stan gospodarki światowej.
Silny wzrost PKB krajów BRICS wymaga większej ilości stali i tym samym determinuje większe zapotrzebowanie na niob w produkcji stali. Światowy PKB wzrósł w 2010 r. o 5,1%, głównie dzięki dobrym wynikom gospodarek BRIC, które w 2010 r. wzrosły o 8,8%, zwłaszcza Chin, które odnotowały wzrost o 10,3%. Wzrost PKB w krajach BRICS w latach 2011 i 2012 był również wysoki: 4-10% na tle światowego wzrostu gospodarczego na poziomie ~3-4%. W ciągu ostatniej dekady kraje BRICS zdefiniowały światowy krajobraz gospodarczy, odpowiadając za ponad jedną trzecią wzrostu światowego PKB, a pod względem siły nabywczej ich gospodarki wzrosły z jednej szóstej światowej gospodarki do prawie jednej czwartej .
Goldman Sachs przewiduje, że do 2018 roku wielkość gospodarek BRICS jako całości przewyższy wielkość gospodarki amerykańskiej. Oczekuje się, że do 2020 r. kraje BRICS będą odpowiadać za około 49,0% światowego wzrostu PKB, a kraje te będą odpowiadać za jedną trzecią światowej gospodarki pod względem siły nabywczej.
Pozytywne perspektywy gospodarcze na świecie potwierdzają silny światowy popyt przemysłowy, co dobrze wróży sektorowi stalowemu. Pełny światowy wzrost produkcji stali będzie w dalszym ciągu znacząco wpływać na popyt na niob.
2. Wzrost ilości niobu wykorzystywanego do produkcji stali.
W miarę wzrostu zapotrzebowania użytkowników końcowych stali na produkty wyższej jakości, huty muszą zwiększać wykorzystanie niobu do produkcji stali spełniającej wyższe standardy i specyfikacje. W 2000 roku do 1 tony stali dodano 40 gramów żelazoroniobu. W 2008 roku było to już 63 gramy na tonę. Biorąc pod uwagę, że niob stanowi bardzo niewielki procent stali pod względem kosztów, ale wnosi znaczną wartość poprzez poprawę jej właściwości, zwłaszcza wytrzymałości, trwałości, lekkości i elastyczności, oczekuje się, że zastosowanie tego metalu będzie nadal rosło we wszystkich segmentach zastosowań końcowych .
Oczekuje się, że w perspektywie krótko- i długoterminowej utrzyma się stały wzrost popytu na niob, podczas gdy rynki wschodzące będą się nadal rozwijać i opracowano już zastosowania stali wyższej jakości.
Szacuje się, że wraz ze wzrostem produkcji stali i wzrostem procentowej zawartości niobu światowe zużycie żelazoroniobu wzrosło o ~11% z ~78 100 ton w 2010 r. do ~86 000 ton w 2011 r.
Największymi konsumentami niobu są Chiny, Ameryka Północna i Europa. Chiny są najszybciej rozwijającym się rynkiem niobu na świecie, odpowiadającym za 25% całkowitego zużycia w 2010 roku. Odzwierciedla to wielkość przemysłu stalowego i szybkie tempo wzrostu produkcji w ostatnich latach. Chiny są wiodącym na świecie producentem stali nierdzewnej, a ich udział w światowej produkcji wzrósł z 1-2% w latach 90. do 36,7% w 2010 roku. Chiny są także największym i najszybciej rozwijającym się producentem stali stopowych, w tym stali HSLA.

Produkcja i zużycie niobu na świecie, tys. ton*

*dane z Międzynarodowego Centrum Badań nad Tantalem i Niobem

Na początku XXI wieku ceny niobu pozostawały stosunkowo stabilne i wahały się od 12,00 do 13,50 dolarów za kilogram. Znaczący wzrost gospodarczy na rynkach wschodzących, zwłaszcza w krajach BRIC, oraz zwiększone wykorzystanie niobu w produkcji stali spowodowały, że ceny metali osiągnęły poziom 32,63 USD za kg w 2007 r., a następnie ponownie wzrosły do ​​60,00 USD za kg w 2012 r. Dopiero w latach 2008 i 2009 ceny niobu nieznacznie spadły w związku ze światowym kryzysem gospodarczym. Spadek ten był jednak znacznie mniejszy niż w przypadku metali zastępczych.
Z punktu widzenia konsumenta stabilna cena niobu jest pożądaną cechą, ponieważ umożliwia lepsze przewidywanie i odpowiednie planowanie kosztów. Ponadto użytkownicy końcowi podkreślają znaczenie pozyskiwania niobu od wielu dostawców, aby zminimalizować zakłócenia w łańcuchu dostaw i uniknąć nadmiernego polegania na jednym producencie.
Kluczowym zamiennikiem niobu jest żelazowanad, którego rynek w dużej mierze odbił się od załamania, jakiego doświadczył kryzys finansowy. Jednakże stosunkowo wyższa cena żelazowanadu i znacznie większa zmienność przyczyniły się do jego zastąpienia przez żelazoroniob, którego historia cen jest bardziej przewidywalna.
Biorąc pod uwagę wysoką wartość dodaną wynikającą z zastosowania niobu w procesie produkcji stali (tj. zwiększoną wytrzymałość, trwałość, odporność na korozję, odporność termiczną, redukcję masy) oraz stosunkowo niewielki udział w całkowitych kosztach, popyt ze strony odbiorców metali jest dość nieelastyczny. Jako przykład uważa się niob. Ponadto niob jest dodatkiem do stopów o wysokiej wartości, które są stosowane w dziedzinach technicznych (elementy silników odrzutowych, sprzęt medyczny, inżynieria ciężka), gdzie konieczne jest przestrzeganie wymagań technicznych i doskonała wydajność. W efekcie wzrósł udział wykorzystania niobu w produkcji stali. Oczekuje się, że tendencja ta utrzyma się w przyszłości.
Biorąc pod uwagę brak aktywnej sprzedaży na otwartym rynku i wynikający z tego brak konkurencyjnych cen, niewielu analityków dokonuje prognoz dotyczących przyszłych cen niobu, a ci, którzy takie prognozy dokonują, są zazwyczaj konserwatywni. Pomimo tych czynników oczekuje się, że w najbliższej przyszłości niob będzie popytem, ​​a ceny metali pozostaną wysokie. Niektórzy analitycy spodziewają się, że ceny niobu będą nadal rosły w ciągu najbliższych dwóch do trzech lat, w oparciu o interakcje konsumentów i przyszłe potrzeby.

Oczekuje się, że największy odsetek zużycia niobu w dalszym ciągu będą miały sektory budowlany, motoryzacyjny oraz naftowo-gazowy. Sektory te odczuły negatywny wpływ kryzysu finansowego z 2008 r., ale w kolejnych latach odnotowały odbicie i przewiduje się, że będą rosły w stałym tempie.

Rok później szwedzki chemik Ekeberg wyizolował z kolumbitu tlenek innego nowego pierwiastka, zwanego tantalem. Podobieństwo między związkami Kolumbia i tantal było tak duże, że przez 40 lat większość chemików wierzyła, że ​​tantal i kolumb to ten sam pierwiastek.

W 1844 roku niemiecki chemik Heinrich Rose zbadał próbki kolumbitu znalezione w Bawarii. Ponownie odkrył tlenki dwóch metali. Jednym z nich był tlenek znanego już tantalu. Tlenki były podobne i podkreślając ich podobieństwo, Rose nazwała pierwiastek tworzący drugi tlenek niobu imieniem Niobe, córki mitologicznego męczennika Tantala.

Jednak Rose, podobnie jak Hatchet, nie była w stanie uzyskać tego pierwiastka w stanie wolnym.

Niob metaliczny po raz pierwszy otrzymano dopiero w 1866 roku. Szwedzki naukowiec Blomstrand podczas redukcji chlorku niobu wodorem. Pod koniec XIX wieku. był; Znaleziono jeszcze dwa sposoby uzyskania tego pierwiastka. Moissan najpierw wyprodukował go w piecu elektrycznym, redukując tlenek niobu węglem, a następnie Goldschmidtowi udało się zredukować ten sam pierwiastek za pomocą aluminium.

I nadal w różnych krajach nazywano pierwiastek nr 41 inaczej: w Anglii i USA - Kolumbia, w innych krajach - niob. Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) położyła kres kontrowersjom w 1950 roku. Postanowiono powszechnie zalegalizować nazwę pierwiastka „niob”, a nazwą „kolumbit” nadano głównemu minerałowi niobu. Jego wzór (Fe, Mn) (Nb,

pierwiastkowy niob- metal niezwykle ogniotrwały (2468°C) i wysokowrzący (4927°C), bardzo odporny na wiele agresywnych środowisk. Żadne kwasy, z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego, nie mają na niego wpływu. Kwasy utleniające „pasywują” niob, pokrywając go ochronnym filmem tlenkowym (Nb 2 O 5). Ale w wysokich temperaturach wzrasta aktywność chemiczna niobu. Jeżeli w temperaturze 150-200°C utlenia się tylko niewielka powierzchniowa warstwa metalu, to w temperaturze 900-1200°C grubość warstwy tlenku znacznie wzrasta.

Niob aktywnie reaguje z wieloma niemetalami. Halogeny, azot, wodór, węgiel i siarka tworzą z nim związki. W tym przypadku niob może wykazywać różne wartościowości - od dwóch do pięciu. Ale główna wartościowość tego pierwiastka to 5+. Niob pięciowartościowy może występować w soli zarówno jako kation, jak i jeden z pierwiastków anionowych, co wskazuje na amfoteryczny charakter pierwiastka nr 41.

Sole kwasów niobowych nazywane są niobianami. Otrzymuje się je w wyniku reakcji wymiany po stopieniu pięciotlenku niobu z sodą:

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

Całkiem dobrze zbadano sole kilku kwasów niobowych, przede wszystkim metaniobu HNbO 3 , a także diniobiany i pentaniobiany (K 4 Nb 2 O 7 , K 7 Nb 5 O 16 -rnH 2 O). A sole, w których pierwiastek nr 41 pełni rolę kationu, zwykle otrzymuje się w wyniku bezpośredniego oddziaływania prostych substancji, na przykład 2Nb + 5Cl 2 → 2NbCl 5.

Jaskrawo zabarwione igłowe kryształy pentahalogenków niobu (NbCl 5 - żółty, NbBr 5 - fioletowo-czerwony) łatwo rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych - chloroformie, eterze, alkoholu. Ale po rozpuszczeniu w wodzie związki te całkowicie rozkładają się i hydrolizują, tworząc niobiany:

NbCl 5 + 4H 2 O → 5HCl + H 3 NbO 4.

Hydrolizie można zapobiec dodając do roztworu wodnego trochę mocnego kwasu. W takich roztworach pentahalogenki niobu rozpuszczają się bez hydrolizy.

Niob tworzy sole podwójne i związki złożone, najłatwiej fluor. Fluoroniobaty to nazwa tych podwójnych soli. Otrzymuje się je, jeśli do roztworu kwasu niobowego i kwasu fluorowodorowego doda się fluorek dowolnego metalu.

Skład związku kompleksowego zależy od stosunku składników reagujących w roztworze. Analiza rentgenowska jednego z tych związków wykazała strukturę odpowiadającą wzorowi K2NbF7. Można również tworzyć związki okso niobu, na przykład oksofluoroniolan potasu K 2 NbOF 5 *H 2 O.

Informacje te nie wyczerpują oczywiście właściwości chemicznych pierwiastka. Obecnie najważniejszymi związkami pierwiastka nr 41 są jego związki z innymi metalami.

Niob i nadprzewodnictwo

Niesamowite zjawisko nadprzewodnictwa, gdy wraz ze spadkiem temperatury przewodnika następuje w nim gwałtowny zanik oporu elektrycznego, po raz pierwszy zaobserwował holenderski fizyk G. Kamerlingh-Onnes w 1911 roku. Pierwszy nadprzewodnik okazał się, ale nie to, ale niob i niektóre międzymetaliczne związki niobu miały stać się pierwszymi ważnymi technicznie materiałami nadprzewodzącymi.

W praktyce istotne są dwie cechy nadprzewodników: wartość temperatury krytycznej, w której następuje przejście w stan nadprzewodnictwa oraz krytyczne pole magnetyczne (Kamerlingh Onnes zaobserwował także utratę nadprzewodnictwa przez nadprzewodnik pod wpływem odpowiednio silnego pola magnetycznego ).

Znanych jest obecnie ponad 2000 metali, materiałów i związków nadprzewodzących, jednak zdecydowana większość z nich nie weszła i najwyraźniej nigdy nie znajdzie zastosowania w technologii, albo ze względu na wyjątkowo niskie wartości wspomnianych wyżej parametrów krytycznych, lub z powodu niedopuszczalnych właściwości technologicznych. Wśród nadprzewodników o znaczeniu praktycznym szczególnie popularne są stopy niobu i tytanu. Większość działających obecnie magnesów nadprzewodzących jest z nich wykonana. Są plastyczne i można z nich wykonywać urządzenia techniczne i przewody o skomplikowanych kształtach.

Jako materiał na nadprzewodniki taśmowe cenny jest stop niobu z cyną Nb 3 Sn, cynian niobu, odkryty w 1954 roku. Nadprzewodzący element przewodzący prąd - szyna zawierająca 150 000 rdzeni - jest wytwarzany w naszym kraju ze stannku niobu. Podobne wielożyłowe przewodniki nadprzewodzące zamierzają zastosować w nowych instalacjach termojądrowych Tokomak-15.

Praktyczne znaczenie ma inny międzymetaliczny związek niobu, Nb 3 Ge. Cienka warstwa tego składu ma rekordowo wysoką temperaturę krytyczną - 24,3 K. Jednak odlew Nb 3 Ge ma temperaturę krytyczną zaledwie 6 K, a technologia wytwarzania elementów nadprzewodzących z tego materiału jest dość złożona.

Stopy trójskładnikowe mają dość wysokie wartości temperatur krytycznych: niob - german - aluminium, a także niektóre międzymetaliczne związki wanadu. A jednak to właśnie z niobem i jego związkami wiążą się największe nadzieje specjalistów od nadprzewodników.

Niob metaliczny

Niob metaliczny można otrzymać poprzez redukcję jego związków, takich jak chlorek niobu lub fluororonioban potasu, w wysokiej temperaturze:

K2NbF7 + 5Na → Nb + 2KF + 5NaF.

Zanim jednak dotrze się do tego zasadniczo końcowego etapu produkcji, ruda niobu przechodzi wiele etapów przetwarzania. Pierwszym z nich jest wzbogacanie rud, uzyskiwanie koncentratów. Koncentrat jest stapiany z różnymi topnikami: sodą kaustyczną lub sodą. Powstały stop jest ługowany. Ale nie rozpuszcza się całkowicie. Nierozpuszczalnym osadem jest niob. To prawda, że ​​\u200b\u200bnadal występuje w składzie wodorotlenku, nie oddzielony od swojego analogu w podgrupie - tantalu - i nie został oczyszczony z niektórych zanieczyszczeń.

Do 1866 roku nie była znana żadna przemysłowo odpowiednia metoda oddzielania tantalu i niobu. Pierwszą metodę rozdzielenia tych niezwykle podobnych pierwiastków zaproponował Jean Charles Galissard de Marignac. Metoda opiera się na różnej rozpuszczalności złożonych związków tych metali i nazywa się fluorem. Złożony fluorek tantalu jest nierozpuszczalny w wodzie, ale analogiczny związek niobu jest rozpuszczalny.

Metoda fluorkowa jest złożona i nie pozwala na całkowite oddzielenie niobu i tantalu. Dlatego obecnie prawie w ogóle nie jest używany. Zastąpiono go metodami selektywnej ekstrakcji, wymiany jonowej, rektyfikacji halogenków itp. Metody te służą do otrzymywania pięciowartościowego tlenku i chlorku niobu.

Po oddzieleniu niobu i tantalu następuje główna operacja - redukcja. Pięciotlenek niobu Nb 2 O 5 redukuje się glinem, sodem, sadzą lub węglikiem niobu otrzymanym w reakcji Nb 2 O 5 z węglem; Pentachlorek niobu redukuje się metalicznym sodem lub amalgamatem sodu. W ten sposób otrzymuje się sproszkowany niob, który należy następnie przekształcić w monolit, uformować z tworzywa sztucznego, zwartego i nadającego się do obróbki. Podobnie jak inne metale ogniotrwałe, monolit niobu wytwarza się metodami metalurgii proszków, których istota jest następująca.

Powstały proszek metalu prasuje się pod wysokim ciśnieniem (1 t/cm2) w tzw. sztabki o przekroju prostokątnym lub kwadratowym. W próżni w temperaturze 2300°C pręty te są spiekane i łączone w pręty, które topią się w próżniowych piecach łukowych, a pręty w tych piecach pełnią rolę elektrody. Proces ten nazywany jest wytapianiem elektrod zużywalnych.

Monokrystaliczny niob z tworzywa sztucznego wytwarzany jest w procesie topienia wiązką elektronów w strefie wolnej od tygla. Jego istotą jest to, że na sproszkowany niob kierowana jest potężna wiązka elektronów (wykluczone są operacje prasowania i spiekania!), która topi proszek. Krople metalu spływają na wlewek niobu, który stopniowo narasta i jest usuwany z komory roboczej.

Jak widać droga niobu od rudy do metalu jest w każdym razie dość długa, a metody produkcji są złożone.

Najbardziej logiczne jest rozpoczęcie historii o zastosowaniu niobu w metalurgii, ponieważ w metalurgii znalazł on najszersze zastosowanie. Zarówno w metalurgii metali nieżelaznych, jak i w metalurgii żelaza.

Stal stopowa niobu ma dobrą odporność na korozję. "Więc co? - powie inny doświadczony czytelnik. „Chrom zwiększa również odporność stali na korozję, a jest znacznie tańszy niż niob”. Czytelnik ten ma jednocześnie rację i nie ma racji. Źle, bo zapomniałem o jednej rzeczy.

Stal chromowo-niklowa, jak każda inna, zawsze zawiera węgiel. Ale węgiel łączy się z chromem, tworząc węglik, który sprawia, że ​​stal jest bardziej krucha. Niob ma większe powinowactwo do węgla niż chrom. Dlatego też, gdy niob dodaje się do stali, koniecznie powstaje węglik niobu. Stal stopowa z niobem uzyskuje wysokie właściwości antykorozyjne i nie traci swojej ciągliwości. Pożądany efekt osiąga się, gdy do tony stali doda się zaledwie 200 g niobu metalicznego. Niob nadaje stali chromowo-manganowej wysoką odporność na zużycie.

Wiele metali nieżelaznych jest również stopowych z niobem. Zatem aluminium, które łatwo rozpuszcza się w zasadach, nie reaguje z nimi, jeśli doda się do niego tylko 0,05% niobu. A miedź, znana ze swojej miękkości, i wiele jej stopów wydaje się być utwardzanych niobem. Zwiększa wytrzymałość metali takich jak tytan, molibden, cyrkon, a jednocześnie zwiększa ich żaroodporność i żaroodporność.

Obecnie właściwości i możliwości niobu docenia lotnictwo, inżynieria mechaniczna, radiotechnika, przemysł chemiczny i energetyka jądrowa. Wszyscy stali się konsumentami niobu.

Unikalna właściwość - brak zauważalnych oddziaływań niobu z uranem w temperaturach do 1100°C, a ponadto dobra przewodność cieplna, mały przekrój efektywnej absorpcji neutronów termicznych - uczyniła z niobu poważnego konkurenta dla metali uznawanych w nuklearnej przemysł - aluminium, beryl i cyrkon. Ponadto sztuczna (indukowana) radioaktywność niobu jest niska. Można z niego zatem wykonywać pojemniki do przechowywania odpadów promieniotwórczych lub instalacje do ich wykorzystania.

Przemysł chemiczny zużywa stosunkowo mało niobu, ale można to wytłumaczyć jedynie jego niedoborem. Sprzęt do produkcji kwasów o wysokiej czystości jest czasami wykonany ze stopów zawierających niob, a rzadziej z niobu arkuszowego. Zdolność niobu do wpływania na szybkość niektórych reakcji chemicznych wykorzystuje się np. w syntezie alkoholu z butadienu.

Technologia rakietowa i kosmiczna również stały się konsumentami pierwiastka nr 41. Nie jest tajemnicą, że pewne ilości tego pierwiastka krążą już po orbitach bliskich Ziemi. Niektóre części rakiet i wyposażenie pokładowe sztucznych satelitów Ziemi wykonane są ze stopów zawierających niob i czystego niobu.

MINERAŁY NIOBII. Kolumbit (Fe, Mn)(Nb, Ta) 2 O 6 był pierwszym minerałem niobu znanym ludzkości. Ten sam minerał jest najbogatszy w pierwiastek nr 41. Tlenki niobu i tantalu stanowią aż 80% masy kolumbitu. Znacznie mniej niobu jest w pirochlorze (Ca, Na) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 (O, OH, F) i doparycie (Na, Ce, Ca) 2 (Nb, Ti) 2 O 6. W sumie znanych jest ponad 100 minerałów zawierających niob. Znaczące złoża takich minerałów znajdują się w różnych krajach: USA, Kanadzie, Norwegii, Finlandii, ale afrykański stan Nigeria stał się największym dostawcą koncentratów niobu na rynek światowy. Rosja ma duże zasoby loparytu, znaleziono je na Półwyspie Kolskim.

RÓŻOWY WĘGLIK. Monowęglik niobu NbC jest substancją plastyczną o charakterystycznym różowawym połysku. Ten ważny związek powstaje dość łatwo, gdy metaliczny niob reaguje z węglowodorami. Połączenie dobrej ciągliwości i wysokiej odporności cieplnej z przyjemnymi „właściwościami zewnętrznymi” sprawiło, że monowęglik niobu jest cennym materiałem do produkcji powłok. Warstwy tej substancji o grubości zaledwie 0,5 mm niezawodnie chronią wiele materiałów przed korozją w wysokich temperaturach, w szczególności grafit, który jest praktycznie niezabezpieczony innymi powłokami. NbC jest również stosowany jako materiał konstrukcyjny w rakietach i produkcji turbin.

NERWY ZSZYTE NIOBEM. Wysoka odporność na korozję niobu umożliwiła jego zastosowanie w medycynie. Nici niobowe nie powodują podrażnień żywej tkanki i dobrze się do niej przylegają. Chirurgia rekonstrukcyjna z powodzeniem wykorzystuje takie nici do zszywania podartych ścięgien, naczyń krwionośnych, a nawet nerwów.

Pozory nie mylą. Niob ma nie tylko zestaw właściwości niezbędnych dla technologii, ale także wygląda całkiem pięknie. Jubilerzy próbowali wykorzystać ten biały, błyszczący metal do produkcji kopert zegarków. Stopy niobu z wolframem lub renem czasami zastępują metale szlachetne: złoto, platynę, iryd. To ostatnie jest szczególnie ważne, ponieważ stop niobu i renu nie tylko wygląda podobnie do metalicznego irydu, ale jest prawie tak samo odporny na zużycie. Pozwoliło to niektórym krajom zrezygnować z drogiego irydu w produkcji grotów lutowniczych do stalówek piór wiecznych.

NIOB I SPAWANIE. Pod koniec lat 20. naszego wieku spawanie elektryczne i gazowe zaczęło zastępować nitowanie i inne metody łączenia komponentów i części. Spawanie poprawiło jakość wyrobów, przyspieszając i obniżając koszty procesów ich montażu. Spawanie wydawało się szczególnie obiecujące w przypadku montażu dużych instalacji pracujących w środowiskach korozyjnych lub pod wysokim ciśnieniem. Ale potem okazało się, że podczas spawania stali nierdzewnej szew spawalniczy ma znacznie mniejszą wytrzymałość niż sama stal. Aby poprawić właściwości spoiny, do „stali nierdzewnej” zaczęto wprowadzać różne dodatki. Najlepszym z nich okazał się niob.

NISKIE LICZBY. To nie przypadek, że niob uważany jest za pierwiastek rzadki: rzeczywiście występuje rzadko i w małych ilościach, zawsze w postaci minerałów i nigdy w stanie rodzimym. Ciekawostka: w różnych publikacjach referencyjnych wartość Clarke’a (zawartość w skorupie ziemskiej) niobu jest inna. Tłumaczy się to głównie faktem, że w ostatnich latach w krajach afrykańskich odkryto nowe złoża minerałów zawierających niob. The Chemist's Handbook, tom I (M., Chemistry, 1963) podaje następujące liczby: 3,2-10 -5%, 1*10 -3% i 2,4*10 -3%. Jednak najnowsze dane również są zaniżone: nie uwzględniono tu afrykańskich złóż odkrytych w ostatnich latach. Niemniej jednak szacuje się, że z minerałów znanych już złóż można wytopić około 1,5 miliona ton metalicznego niobu.

W starożytnej grece mitologia * a. niob; N. Niob, niob; F. niob; I. niobio) to pierwiastek chemiczny z grupy V układu okresowego Mendelejewa, liczba atomowa 41, masa atomowa 92,9064. Posiada jeden naturalny izotop 93 Nb.

Tlenek niobu został po raz pierwszy wyizolowany przez angielskiego chemika C. Hatcheta w 1801 roku z kolumbitu. Niob metaliczny został uzyskany w 1866 roku przez szwedzkiego naukowca K. V. Blomstranda.

Właściwości niobu

Niob jest metalem w kolorze stali, ma sześcienną siatkę skupioną wokół ciała o a = 0,3294 nm; gęstość 8570 kg/m3; temperatura topnienia 2500°С, temperatura wrzenia 4927°С; pojemność cieplna (298 K) 24,6 J/(mol.K); przewodność cieplna (273 K) 51,4 W/(m.K); współczynnik temperaturowy rozszerzalności liniowej (63-1103 K) 7.9.10 -6 K -1 ; rezystywność elektryczna (293 K) 16,10 -8 Ohm.m; współczynnik cieplny oporu elektrycznego (273 K) 3.95.10 -3 K -1. Temperatura przejścia w stan nadprzewodzący wynosi 9,46 K.

Stan utlenienia +5, rzadziej od +1 do +4. Jego właściwości chemiczne są zbliżone do tantalu, wyjątkowo odporne na zimno i przy lekkim nagrzaniu na działanie wielu agresywnych środowisk, m.in. i kwasy. Niob rozpuszcza się tylko w kwasie fluorowodorowym, jego mieszaninie z kwasem azotowym i zasadami. Amfoteryczny. Podczas interakcji z halogenami tworzy halogenki niobu. Kiedy Nb 2 O 5 łączy się z sodą, otrzymuje się sole kwasów niobowych - niobiany, chociaż same kwasy nie występują w stanie wolnym. Niob może tworzyć sole podwójne i związki złożone. Nietoksyczny.

Odbiór i użycie

Aby otrzymać niob, koncentrat niobu stapia się z sodą kaustyczną lub sodą, a powstały stop poddaje się ługowaniu. Nb i Ta zawarte w nierozpuszczonym osadzie oddziela się, a tlenek niobu redukuje się oddzielnie od tlenku tantalu. Niob kompaktowy wytwarzany jest w procesie metalurgii proszków, łuku elektrycznego, topienia w próżni i wiązką elektronów.

Niob jest jednym z głównych składników stopowych stali i stopów żaroodpornych. Niob i jego stopy są stosowane jako materiały konstrukcyjne części silników odrzutowych, rakiet, turbin gazowych, sprzętu chemicznego, urządzeń elektronicznych, kondensatorów elektrycznych i urządzeń nadprzewodzących. Niobiany są szeroko stosowane jako ferroelektryki, piezoelektryki i materiały laserowe.

Pierwiastek chemiczny nazwany na cześć starożytnej Niobe, kobiety, która odważyła się śmiać z bogów i zapłaciła za to śmiercią swoich dzieci. Niob reprezentuje przejście ludzkości od produkcji przemysłowej do cyfrowej; od lokomotyw parowych po wyrzutnie rakiet; od elektrowni węglowych po energię jądrową. Światowa cena niobu za gram jest dość wysoka, podobnie jak popyt na niego. Większość najnowszych osiągnięć nauki jest ściśle związana z wykorzystaniem tego metalu.

Cena niobu za gram

Ponieważ główne zastosowania niobu są związane z programami nuklearnymi i kosmicznymi, jest on klasyfikowany jako materiał strategiczny. Recykling jest znacznie bardziej opłacalny finansowo niż zagospodarowanie i wydobycie nowych rud, co sprawia, że ​​niob jest poszukiwany na rynku metali wtórnych.

Cena za to zależy od kilku czynników:

• Czystość metalu. Im więcej obcych zanieczyszczeń, tym niższa cena.
• Formularz dostawy.
• Zakres dostawy. Proporcjonalnie proporcjonalne do cen metali.
• Lokalizacja punktu zbiórki złomu. Każdy region ma inne zapotrzebowanie na niob i, co za tym idzie, jego cenę.
• Obecność metali rzadkich. Stopy zawierające pierwiastki takie jak tantal, wolfram, molibden są droższe.
• Znaczenie notowań na giełdach światowych. Wartości te są podstawą do ustalenia cen.

Orientacyjny przegląd cen w Moskwie:

• Niob NB-2. Cena waha się od 420-450 rubli. na kg.
• Wióry niobu. 500-510 rubli. na kg.
• Stos niobu NBSh00. Różni się podwyższonymi cenami ze względu na niewielką zawartość zanieczyszczeń. 490-500 rubli. na kg.
• Pręt niobowy NBSh-0. 450-460 rubli. na kg.
• Niob NB-1 w formie pręta. Cena wynosi 450-480 rubli. na kg.

Pomimo wysokich kosztów popyt na niob na świecie stale rośnie. Dzieje się tak ze względu na jego ogromny potencjał użytkowy i niedobór metalu. Na 10 ton gleby przypada tylko 18 gramów niobu.

Społeczność naukowa nadal pracuje nad znalezieniem i opracowaniem substytutu tak drogiego materiału. Ale jak dotąd nie otrzymałem w tej sprawie żadnych konkretnych wyników. Oznacza to, że w najbliższej przyszłości nie należy spodziewać się spadku cen niobu.

Aby regulować ceny i zwiększać szybkość obrotu, dla produktów niobowych przewidziano następujące kategorie:

• Wlewki niobu. Ich rozmiar i waga są znormalizowane przez GOST 16099-70. W zależności od czystości metalu dzieli się je na 3 gatunki: niob NB-1, niob NB-2 i odpowiednio niob NB-3.
• Laska niobowa. Ma wyższy procent obcych zanieczyszczeń.
• Folia niobowa. Produkowane w grubościach do 0,01 mm.
• Pręt niobowy. Według TU 48-4-241-73 jest dostarczany w gatunkach NbP1 i NbP2.

Właściwości fizyczne niobu

Metal jest szary z białym odcieniem. Należy do grupy stopów ogniotrwałych. Temperatura topnienia wynosi 2500 ºС. Temperatura wrzenia 4927 ºС. Różni się zwiększoną wartością odporności cieplnej. Nie traci swoich właściwości w temperaturach pracy powyżej 900 şС.

Właściwości mechaniczne są również na wysokim poziomie. Gęstość wynosi 8570 kg/m3, przy czym ten sam wskaźnik dla stali wynosi 7850 kg/m3. Odporny na pracę zarówno pod obciążeniami dynamicznymi, jak i cyklicznymi. Wytrzymałość na rozciąganie - 34,2 kg/mm2. Ma wysoką plastyczność. Współczynnik wydłużenia względnego waha się w granicach 19-21%, co pozwala uzyskać z niego walcowane arkusze niobu o grubości do 0,1 mm.

Twardość jest związana z czystością metalu od szkodliwych zanieczyszczeń i wzrasta wraz z ich składem. Czysty niob ma twardość Brinella wynoszącą 450.

Niob dobrze nadaje się do obróbki ciśnieniowej w temperaturach poniżej -30°C i jest trudny do cięcia.

Przewodność cieplna nie zmienia się znacząco przy dużych wahaniach temperatury. Przykładowo dla 20 şС wynosi ona 51,4 W/(m K), a przy 620 şС wzrasta tylko o 4 jednostki. Niob konkuruje pod względem przewodności elektrycznej z pierwiastkami takimi jak miedź i aluminium. Opór elektryczny - 153,2 nOhm m. Należy do kategorii materiałów nadprzewodzących. Temperatura, w której stop przechodzi w tryb nadprzewodnika, wynosi 9,171 K.

Wyjątkowo odporny na środowisko kwaśne. Takie powszechnie stosowane kwasy jak siarkowy, solny, ortofosforowy, azotowy w żaden sposób nie wpływają na jego strukturę chemiczną.

W temperaturach powyżej 250 ° C niob zaczyna aktywnie utleniać się przez tlen, a także wchodzić w reakcje chemiczne z cząsteczkami wodoru i azotu. Procesy te zwiększają kruchość metalu, zmniejszając w ten sposób jego wytrzymałość.

• Nie dotyczy materiałów alergennych. Wprowadzony do organizmu człowieka nie powoduje reakcji odrzucenia przez organizm.
• Jest metalem pierwszej grupy spawalności. Spoiny są szczelne i nie wymagają czynności przygotowawczych. Odporny na pękanie.

Rodzaje stopów

Ze względu na wartość właściwości mechanicznych w podwyższonych temperaturach stopy niobu dzielą się na:

1. Niska wytrzymałość. Działają w zakresie 1100-1150 ºС. Mają prosty zestaw pierwiastków stopowych. Dotyczy to głównie cyrkonu, tytanu, tantalu, wanadu, hafnu. Wytrzymałość wynosi 18-24 kg/mm2. Po przekroczeniu progu temperatury krytycznej gwałtownie spada i upodabnia się do czystego niobu. Główną zaletą są wysokie właściwości plastyczne w temperaturach do 30 şС i dobra urabialność pod ciśnieniem.
2. Średnia siła. Ich temperatura pracy mieści się w zakresie 1200-1250 ºС. Oprócz powyższych pierwiastków stopowych zawierają zanieczyszczenia wolframu, molibdenu i tantalu. Głównym celem tych dodatków jest zachowanie właściwości mechanicznych wraz ze wzrostem temperatury. Mają umiarkowaną plastyczność i można je łatwo obrabiać pod ciśnieniem. Uderzającym przykładem stopu jest niob 5VMC.
3. Stopy o wysokiej wytrzymałości. Stosowany w temperaturach do 1300 şС. Przy krótkotrwałej ekspozycji do 1500 ºС. Różnią się składem chemicznym o większej złożoności. 25% składa się z dodatków, których głównym udziałem jest wolfram i molibden. Niektóre rodzaje tych stopów charakteryzują się dużą zawartością węgla, co korzystnie wpływa na ich odporność cieplną. Główną wadą niobu o wysokiej wytrzymałości jest niska ciągliwość, co utrudnia przetwarzanie. I odpowiednio uzyskanie półproduktów przemysłowych.

Należy zaznaczyć, że wymienione powyżej kategorie mają charakter warunkowy i dają jedynie ogólne wyobrażenie o sposobie wykorzystania danego stopu.

Warto również wspomnieć o związkach takich jak żelazoniob i tlenek niobu.

Ferroniob jest związkiem niobu z żelazem, w którym zawartość tego ostatniego kształtuje się na poziomie 50%. Oprócz głównych pierwiastków zawiera setne części tytanu, siarki, fosforu, krzemu i węgla. Dokładny procent pierwiastków jest znormalizowany przez GOST 16773-2003.

Pentaksyd niobu jest białym, krystalicznym proszkiem. Nie ulega rozpuszczeniu w kwasie i wodzie. Powstaje w wyniku spalania niobu w środowisku tlenowym. Całkowicie amorficzny. Temperatura topnienia 1500 ºС.

Zastosowania niobu

Wszystkie powyższe właściwości sprawiają, że metal jest niezwykle popularny w różnych gałęziach przemysłu. Wśród wielu sposobów jego wykorzystania wyróżnia się następujące pozycje:

• Stosowany w metalurgii jako pierwiastek stopowy. Ponadto stopy żelaza i metali nieżelaznych są stopowe z niobem. Na przykład dodanie zaledwie 0,02% go do stali nierdzewnej 12Х18Н10Т zwiększa jej odporność na zużycie o 50%. Aluminium wzbogacone niobem (0,04%) staje się całkowicie odporne na działanie zasad. Niob działa na miedź jako środek utwardzający stal, zwiększając jej właściwości mechaniczne o rząd wielkości. Należy pamiętać, że nawet uran jest domieszkowany niobem.
• Pięciotlenek niobu jest głównym składnikiem do produkcji ceramiki wysoce ogniotrwałej. Znalazło również zastosowanie w przemyśle obronnym: szkło pancerne sprzętu wojskowego, optyka o dużym kącie załamania światła itp.
• Żelazoniob stosuje się do stali stopowych. Jego głównym zadaniem jest zwiększenie odporności na korozję.
• W elektrotechnice wykorzystuje się je do produkcji kondensatorów i prostowników prądu. Kondensatory takie charakteryzują się zwiększoną pojemnością i rezystancją izolacji oraz małymi rozmiarami.
• Związki krzemu i germanu z niobem są szeroko stosowane w elektronice. Z nich wykonane są nadprzewodnikowe solenoidy i elementy generatorów prądu.