Niyobyum uygulaması. Rusya'da niyobyum üretimi

Ural Devlet Madencilik Üniversitesi

Konuyla ilgili: Niyobyumun özellikleri

Grup: M-13-3

Öğrenci: Mokhnashin Nikita

1. Element hakkında genel bilgi

Niyobyumun fiziksel özellikleri

Niyobyumun kimyasal özellikleri

Serbest niyobyum

Niyobyum oksitler ve tuzları

Niyobyum bileşikleri

Niyobyum üretiminde lider ülkeler

1. Element hakkında genel bilgi

İnsanoğlu, periyodik tablonun 41. hücresinde yer alan elemente uzun zamandır aşinadır. Şu anki adı olan niyobyum neredeyse yarım yüzyıl daha genç. Öyle oldu ki 41 numaralı eleman iki kez açıldı. İlk kez - 1801'de İngiliz bilim adamı Charles Hatchet, Amerika'dan British Museum'a gönderilen gerçek mineralin bir örneğini inceledi. Bu mineralden daha önce bilinmeyen bir elementin oksidini izole etti. Hatchet yeni elemente columbium adını verdi ve böylece onun denizaşırı kökenine dikkat çekti. Ve siyah minerale columbit adı verildi. Bir yıl sonra İsveçli kimyager Ekeberg, tantal adı verilen başka bir yeni elementin oksidini columbit'ten izole etti. Columbia ve tantal bileşikleri arasındaki benzerlik o kadar büyüktü ki, 40 yıl boyunca çoğu kimyager tantal ve columbium'un aynı element olduğuna inandı.

1844'te Alman kimyager Heinrich Rose, Bavyera'da bulunan kolumbit örneklerini inceledi. Yine iki metalin oksitlerini keşfetti. Bunlardan biri zaten bilinen tantalın oksitiydi. Oksitler benzerdi ve benzerliklerini vurgulayan Rose, ikinci oksit niyobyumu oluşturan elemente mitolojik şehit Tantalus'un kızı Niobe'nin adını verdi. Ancak Hatchet gibi Rose da bu unsuru ücretsiz olarak elde edemedi. Metalik niyobyum ilk kez 1866'da İsveçli bilim adamı Blomstrand tarafından niyobyum klorürün hidrojenle indirgenmesi sırasında elde edildi. 19. yüzyılın sonunda. Bu elementi elde etmenin iki yolu daha bulundu. İlk önce Moissan bunu bir elektrikli fırında elde ederek niyobyum oksidi karbonla indirgedi ve ardından Goldschmidt aynı elementi alüminyumla indirgemeyi başardı. Ve 41 numaralı element farklı ülkelerde farklı şekilde adlandırılmaya devam etti: İngiltere ve ABD'de - Columbia, diğer ülkelerde - niyobyum. Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC), 1950 yılında bu tartışmaya son verdi. “Niyobyum” elementinin adının her yerde meşrulaştırılmasına karar verildi ve ana mineral olan niyobyum’a “kolumbit” adı verildi. Formülü (Fe, Mn)(Nb, Ta)2'dir. HAKKINDA 6.

Niyobyumun nadir bir element olarak kabul edilmesi tesadüf değildir: Gerçekten de nadiren ve küçük miktarlarda bulunur, her zaman mineral formunda bulunur ve asla doğal halinde değildir. İlginç bir detay: farklı referans yayınlarında niyobyumun clarke'si (yerkabuğunun içeriği) farklıdır. Bu esas olarak son yıllarda Afrika ülkelerinde niyobyum içeren yeni mineral yataklarının bulunmasıyla açıklanmaktadır. The Chemist's Handbook, cilt 1 (M., Chemistry, 1963) şu rakamları verir: 3.2 %10-5 (1939), 1 %10-3 (1949) ve 2, 4.10-3% (1954). Ancak son rakamlar da hafife alınıyor: Son yıllarda keşfedilen Afrika yatakları buraya dahil değil. Bununla birlikte, halihazırda bilinen yataklardaki minerallerden yaklaşık 1,5 milyon ton metalik niyobyumun eritilebileceği tahmin edilmektedir.

Niyobyumun fiziksel özellikleri

Niyobyum parlak gümüş grisi bir metaldir.

Elemental niyobyum, son derece refrakter (2468°C) ve yüksek kaynama noktasına sahip (4927°C) bir metaldir ve birçok agresif ortama karşı oldukça dirençlidir. Hidroflorik asit dışındaki tüm asitlerin bu madde üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Oksitleyici asitler niyobyumu “pasifleştirir” ve onu koruyucu bir oksit filmle (No. 205) kaplar. Ancak yüksek sıcaklıklarda niyobyumun kimyasal aktivitesi artar. 150...200°C'de metalin yalnızca küçük bir yüzey tabakası oksitlenirse, 900...1200°C'de oksit filmin kalınlığı önemli ölçüde artar.

Niyobyumun kristal kafesi, a = 3.294 Å parametresiyle vücut merkezli kübiktir.

Saf metal sünektir ve ara tavlamaya gerek kalmadan soğuk halde ince levhalar (0,01 mm kalınlığa kadar) halinde haddelenebilir.

Niyobyumun yüksek erime ve kaynama noktaları, diğer refrakter metallere (tungsten ve molibden) kıyasla daha düşük elektron çalışma fonksiyonu gibi özellikleri not edilebilir. Son özellik, niyobyumun elektrikli vakum teknolojisinde kullanımı için kullanılan elektron emisyonu (elektron emisyonu) yeteneğini karakterize eder. Niyobyum ayrıca süperiletken duruma yüksek bir geçiş sıcaklığına sahiptir.

Yoğunluk 8,57 g/cm3 3(20°C); T lütfen 2500°C; T balya 4927°C; buhar basıncı (mm Hg cinsinden; 1 mm Hg = 133,3 n/m 2) 1·10 -5(2194 °C), 1 10 -4(2355 °C), 6 10 -4(saatte lütfen ), 1·10-3 (2539°C).

Normal sıcaklıklarda niyobyum havada stabildir. Metal 200 - 300°C'ye ısıtıldığında oksidasyonun başlangıcı (renk değişikliği filmi) gözlemlenir. 500°'nin üzerinde Nb2 oksit oluşumuyla hızlı oksidasyon meydana gelir Ö 5.

0°C ve 600°C'de W/(m·K) cinsinden termal iletkenlik sırasıyla 51,4 ve 56,2'dir ve cal/(cm·sec·°C) cinsinden aynı değer 0,125 ve 0,156'dır. 0°C'de spesifik hacimsel elektrik direnci 15,22 10 -8ohm m (15,22 10 -6ohmcm). Süperiletken duruma geçiş sıcaklığı 9,25 K'dir. Niyobyum paramanyetiktir. Elektron çalışma fonksiyonu 4.01 eV.

Saf Niyobyum, soğuk basınçla kolayca işlenir ve yüksek sıcaklıklarda tatmin edici mekanik özellikleri korur. 20 ve 800 °C'deki çekme mukavemeti sırasıyla 342 ve 312 Mn/m'dir. 2, kgf/mm cinsinden aynı 234.2 ve 31.2; 20 ve 800 °C'de bağıl uzama sırasıyla %19,2 ve %20,7'dir. Saf Niyobyumun Brinell sertliği 450, teknik olarak 750-1800 Mn/m'dir. 2. Belirli elementlerin, özellikle de hidrojen, nitrojen, karbon ve oksijenin safsızlıkları, Niyobyumun sünekliğini büyük ölçüde bozar ve sertliğini arttırır.

3. Niyobyumun kimyasal özellikleri

Niyobyum özellikle inorganik ve organik maddelere karşı direnci nedeniyle değerlidir.

Toz ve parça metalin kimyasal davranışında bir fark vardır. İkincisi daha kararlıdır. Yüksek sıcaklıklara ısıtılsa bile metallerin buna hiçbir etkisi yoktur. Sıvı alkali metaller ve bunların alaşımları, bizmut, kurşun, cıva ve kalay, niyobyumun özelliklerini değiştirmeden uzun süre temas halinde kalabilir. Perklorik asit, kral suyu gibi güçlü oksitleyici maddeler, nitrik, sülfürik, hidroklorik ve diğerlerinden bahsetmeye bile gerek yok, onunla hiçbir şey yapamaz. Alkali çözeltilerin niyobyum üzerinde de etkisi yoktur.

Bununla birlikte, niyobyum metalini kimyasal bileşiklere dönüştürebilen üç reaktif vardır. Bunlardan biri bir alkali metalin hidroksit eriyiğidir:

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

Diğer ikisi hidroflorik asit (HF) veya nitrik asitle karışımıdır (HF+HNO). Bu durumda, bileşimi büyük ölçüde reaksiyon koşullarına bağlı olan florür kompleksleri oluşur. Her durumda element, 2- veya 2- tipindeki bir anyonun parçasıdır.

Toz haline getirilmiş niyobyum alırsanız biraz daha aktif olur. Örneğin erimiş sodyum nitratta bile tutuşarak okside dönüşür. Kompakt niyobyum, 200°C'nin üzerine ısıtıldığında oksitlenmeye başlar ve toz, halihazırda 150°C'de olan bir oksit filmle kaplanır. Aynı zamanda, bu metalin harika özelliklerinden biri de kendini gösteriyor - sünekliğini koruyor.

Talaş halindeki 900°C'nin üzerine ısıtıldığında tamamen yanarak Nb2O5'e dönüşür. Klor akışında kuvvetli bir şekilde yanar:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Isıtıldığında kükürt ile reaksiyona girer. Çoğu metalle alaşım yapmak zordur. Belki sadece iki istisna vardır: farklı oranlarda katı çözeltilerin oluşturulduğu demir ve Al2Nb ile niyobyum bileşiğine sahip alüminyum.

Niyobyumun hangi nitelikleri en güçlü oksitleyici asitlerin etkisine direnmesine yardımcı olur? Bunun metalin özelliklerine değil, oksitlerinin özelliklerine atıfta bulunduğu ortaya çıktı. Oksitleyici maddelerle temas ettiğinde metal yüzeyinde ince (bu nedenle farkedilmeyen) ancak çok yoğun bir oksit tabakası belirir. Bu katman, oksitleyici maddenin temiz metal yüzeye ulaşmasında aşılmaz bir engel haline gelir. Yalnızca belirli kimyasal reaktifler, özellikle de flor anyonu içinden geçebilir. Sonuç olarak, metal esasen oksitlenir, ancak ince bir koruyucu filmin varlığı nedeniyle pratikte oksidasyonun sonuçları görünmez. Seyreltik sülfürik asite karşı pasiflik, bir AC doğrultucu oluşturmak için kullanılır. Basit bir şekilde tasarlanmıştır: platin ve niyobyum plakalar 0,05 m'lik bir sülfürik asit çözeltisine daldırılır. Pasifleştirilmiş durumdaki niyobyum, negatif bir elektrotsa - bir katot ise akımı iletebilir, yani. elektronlar oksit tabakasından yalnızca metal taraftan geçebilir. Elektronların çözeltiden çıkış yolu kapalıdır. Bu nedenle, böyle bir cihazdan alternatif akım geçtiğinde, yalnızca bir faz geçer; bunun için platin anot ve niyobyum katottur.

niyobyum metal halojen

4. Serbest haldeki niyobyum

O kadar güzel ki bir zamanlar ondan takı yapmaya çalışmışlardı: Açık gri rengiyle niyobyum platini andırıyor. Yüksek erime noktalarına (2500°C) ve kaynama noktalarına (4840°C) rağmen, ondan kolaylıkla herhangi bir ürün yapılabilir. Metal o kadar sünektir ki soğukta işlenebilmektedir. Niyobyumun yüksek sıcaklıklarda mekanik özelliklerini koruması çok önemlidir. Doğru, vanadyumda olduğu gibi, hidrojen, nitrojen, karbon ve oksijenin küçük safsızlıkları bile sünekliği büyük ölçüde azaltır ve sertliği arttırır. Niyobyum -100 ila -200 °C arasındaki sıcaklıklarda kırılgan hale gelir.

Niyobyumun ultra saf ve kompakt formda elde edilmesi son yıllarda teknolojinin kullanılmasıyla mümkün hale gelmiştir. Tüm teknolojik süreç karmaşık ve emek yoğundur. Temel olarak 4 aşamaya ayrılır:

1.konsantre elde etme: ferroniyobyum veya ferrotantaloniyobyum;

.Konsantrenin açılması - Konsantrenin büyük kısmından ayırmak için niyobyumun (ve tantalumun) bazı çözünmeyen bileşiklere dönüştürülmesi;

.niyobyum ve tantalın ayrılması ve ayrı ayrı bileşiklerinin elde edilmesi;

.metallerin üretimi ve rafine edilmesi.

İlk iki aşama oldukça basit ve yaygındır, ancak emek yoğundur. Niyobyum ve tantalın ayrılma derecesi üçüncü aşamada belirlenir. Mümkün olduğu kadar çok niyobyum ve özellikle tantal elde etme arzusu bizi en yeni ayırma yöntemlerini bulmaya zorladı: seçici ekstraksiyon, iyon değişimi ve bu elementlerin bileşiklerinin halojenlerle düzeltilmesi. Sonuç olarak, tantal ve niyobyumun oksit veya pentaklorürleri ayrı ayrı elde edilir. Son aşamada ise 1800°C'de hidrojen akımında kömür (kurum) ile indirgeme yapılır ve daha sonra sıcaklık 1900°C'ye çıkarılarak basınç düşürülür. Kömürle etkileşim sonucu ortaya çıkan karbür, Nb2O5 ile reaksiyona girer:

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

ve niyobyum tozu ortaya çıkıyor. Niyobyumun tantaldan ayrılması sonucunda oksit değil tuz elde edilirse 1000°C'de metalik sodyum ile işlemden geçirilerek toz halinde niyobyum da elde edilir. Bu nedenle, tozun kompakt bir monolite dönüştürülmesi sırasında, yeniden eritme bir ark fırınında gerçekleştirilir ve özellikle saf niyobyumun tek kristallerini elde etmek için elektron ışını ve bölge eritme kullanılır.

Niyobyum oksitler ve tuzları

Niyobyumda oksijen içeren bileşiklerin sayısı küçüktür, vanadyumdan önemli ölçüde daha azdır. Bu, +4, +3 ve +2 oksidasyon durumuna karşılık gelen bileşiklerde niyobyumun son derece kararsız olmasıyla açıklanmaktadır. Bu elementin bir atomu elektronlardan vazgeçmeye başlarsa, kararlı bir elektron konfigürasyonu ortaya çıkarmak için beşinden de vazgeçme eğilimi gösterir.

Gruptaki iki komşunun (vanadyum ve niyobyum) aynı oksidasyon durumundaki iyonlarını karşılaştırırsak, özelliklerde metaller yönünde bir artış buluruz. Nb2O5 oksidin asidik karakteri vanadyum (V) oksidinkinden belirgin şekilde daha zayıftır. Çözündüğünde asit oluşturmaz. Sadece alkaliler veya karbonatlarla birleştiğinde asidik özellikleri ortaya çıkar:

O5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3NbO4 + 3С02

Bu tuz - sodyum ortoniyobat - aynı ortofosforik ve ortovanadik asit tuzlarına benzer. Bununla birlikte, fosfor ve arseniğin orto formu en kararlı olanıdır ve ortoniyobatın saf formunu elde etme girişimi başarısız olmuştur. Alaşım suyla işlendiğinde açığa çıkan Na3NbO4 tuzu değil, NaNbO3 metaniobattır. Soğuk suda renksiz, az çözünen ince kristalli bir tozdur. Sonuç olarak, en yüksek oksidasyon derecesine sahip niyobyumda, daha kararlı olan bileşiklerin orto- değil meta-formudur.

Bazik oksitlere sahip diğer niyobyum (V) oksit bileşikleri arasında, piroasitleri anımsatan diniobatlar K4Nb2O7 ve yaklaşık K7Nb5O16.nH2O ve K8Nb6O19.mH2O formüllerine sahip poliniyobatlar (polifosforik ve polivanadyum asitlerin gölgesi olarak) bilinmektedir. Daha yüksek niyobyum okside karşılık gelen sözü edilen tuzlar, bu elementi anyonun bir parçası olarak içerir. Bu tuzların şekli onları niyobyum türevleri olarak değerlendirmemize olanak sağlar. asitler Bu asitler saf formda elde edilemezler çünkü daha çok su moleküllerine bağlı oksitler olarak düşünülebilirler. Örneğin meta formu Nb2O5'tir. H2O ve orgo formu Nb2O5'tir. 3H2O. Bu tür bileşiklerin yanı sıra, niyobyumun halihazırda katyonun bir parçası olduğu başka bileşikler de vardır. Niyobyum, sülfatlar, nitratlar vb. gibi basit tuzlar oluşturmaz. Sodyum hidrojen sülfat NaHSO4 veya nitrojen oksit N2O4 ile etkileşime girdiğinde, karmaşık katyona sahip maddeler ortaya çıkar: Nb2O2(SO4)3. Bu tuzlardaki katyonlar vanadyum katyonuna benzer, tek fark burada iyonun beş yüklü olması ve vanadyumun vanadil iyonunda oksidasyon durumunun dört olmasıdır. Aynı katyon NbO3+ bazı kompleks tuzların bileşimine dahil edilir. Nb2O5 oksit sulu hidroflorik asitte oldukça kolay çözünür. Bu tür çözeltilerden K2 kompleks tuzu izole edilebilir. H2O.

Dikkate alınan reaksiyonlara dayanarak, en yüksek oksidasyon durumundaki niyobyumun hem anyonların hem de katyonun parçası olabileceği sonucuna varabiliriz. Bu, beş değerlikli niyobyumun amfoterik olduğu, ancak yine de asidik özelliklerin önemli ölçüde baskın olduğu anlamına gelir.

Nb2O5 elde etmenin birkaç yolu vardır. İlk olarak, niyobyumun ısıtıldığında oksijenle etkileşimi. İkincisi, niyobyum tuzlarının havada kalsinasyonu: sülfür, nitrür veya karbür. Üçüncüsü, en yaygın yöntem hidratların dehidrasyonudur. Hidratlanmış oksit Nb2O5, konsantre asitlerle sulu tuz çözeltilerinden çökeltilir. xH2O. Daha sonra çözeltiler seyreltildiğinde beyaz bir oksit çökeltisi oluşur. Nb2O5 xH2O çökeltisinin dehidrasyonuna ısı açığa çıkması eşlik eder. Bütün kütle ısınıyor. Bu, amorf oksidin kristalin bir forma dönüşmesi nedeniyle oluşur. Niyobyum oksit iki renkte gelir. Normal şartlarda beyazdır ancak ısıtıldığında sarıya döner. Ancak oksit soğuduğu anda renk kaybolur. Oksit refrakterdir (treme = 1460°C) ve uçucu değildir.

Niyobyumun düşük oksidasyon durumları NbO2 ve NbO'ya karşılık gelir. Bu ikisinden ilki mavi renk tonuna sahip siyah bir tozdur. NbO2, yaklaşık bin derecelik bir sıcaklıkta oksijenin magnezyum veya hidrojen ile uzaklaştırılmasıyla Nb2O5'ten elde edilir:

O5 + H2 = 2NbO2 + H2O

Havada bu bileşik kolayca daha yüksek oksit Nb2O5'e geri dönüşür. Oksit suda veya asitlerde çözünmediği için karakteri oldukça gizlidir. Ancak sıcak sulu alkali ile etkileşimi nedeniyle asidik bir karaktere sahip olduğu düşünülmektedir; ancak bu durumda beş yüklü iyona oksidasyon meydana gelir.

Bir elektronun farkının o kadar büyük olmadığı anlaşılıyor, ancak Nb2O5'in aksine NbO2 oksit elektrik akımını iletiyor. Açıkçası, bu bileşikte bir metal-metal bağı vardır. Bu kaliteden yararlanırsanız, güçlü bir alternatif akımla ısıtıldığında NbO2'yi oksijeninden vazgeçmeye zorlayabilirsiniz.

Oksijen kaybolduğunda NbO2, NbO okside dönüşür ve ardından oksijenin tamamı oldukça hızlı bir şekilde ayrılır. Düşük niyobyum oksit NbO hakkında çok az şey bilinmektedir. Metalik bir parlaklığa sahiptir ve görünüş olarak metale benzer. Elektriği mükemmel şekilde iletir. Kısacası bileşiminde hiç oksijen yokmuş gibi davranır. Hatta tipik bir metal gibi ısıtıldığında klorla şiddetli reaksiyona girer ve oksiklorüre dönüşür:

2NbO + 3Cl2=2NbOCl3

Hidroklorik asitten hidrojeni uzaklaştırır (sanki bir oksit değil de çinko gibi bir metalmiş gibi):

NbO + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2

NbO, daha önce bahsedilen K2 kompleks tuzunun metalik sodyum ile kalsinasyonuyla saf formda elde edilebilir:

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

NbO oksit, 1935°C ile tüm niyobyum oksitler arasında en yüksek erime noktasına sahiptir. Niyobyumu oksijenden arındırmak için sıcaklık 2300 - 2350°C'ye yükseltilir, ardından buharlaştırmayla eş zamanlı olarak NbO oksijen ve metale ayrışır. Metal rafine edilir (temizlenir).

Niyobyum bileşikleri

Elementle ilgili bir hikaye, onun halojenler, karbürler ve nitrürlerle olan bileşiklerinden bahsetmeden tamamlanmış sayılmaz. Bu iki nedenden dolayı önemli. İlk olarak, florür kompleksleri sayesinde niyobyumu ebedi yoldaşı tantaldan ayırmak mümkündür. İkincisi, bu bileşikler bize niyobyumun bir metal olarak niteliklerini ortaya koymaktadır.

Halojenlerin metalik niyobyum ile reaksiyonu:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5 elde edilebilir, tüm olası niyobyum pentahalojenürler.

NbF5 pentaflorür (eriyik = 76 °C) sıvı halde ve buhar halinde renksizdir. Vanadyum pentaflorür gibi sıvı halde polimeriktir. Niyobyum atomları birbirlerine flor atomları aracılığıyla bağlanır. Katı halde dört molekülden oluşan bir yapıya sahiptir (Şekil 2).

Pirinç. 2. NbF5 ve TaF5'in katı formdaki yapısı dört molekülden oluşur.

Hidroflorik asit H2F2'deki çözeltiler çeşitli kompleks iyonlar içerir:

H2F2 = H2 ;+ H2O = H2

Potasyum tuzu K2. H2O, niyobyumu tantaldan ayırmak için önemlidir çünkü tantal tuzunun aksine oldukça çözünürdür.

Geriye kalan niyobyum pentahalojenürler parlak renklidir: NbCl5 sarı, NbBr5 mor-kırmızı, NbI2 kahverengi. Hepsi karşılık gelen halojenin atmosferinde ayrışmadan yücedir; çiftler halinde monomerlerdir. Klordan brom ve iyodine geçerken erime ve kaynama noktaları artar. Pentahalojenürlerin hazırlanmasına yönelik yöntemlerden bazıları şunlardır:

2Nb+5I2 2NbI5;05+5C+5Cl22NbCl5+5CO;.

2NbCl5+5F22NbF5+5Cl2

Pentahalojenürler organik çözücülerde iyi çözünür: eter, kloroform, alkol. Bununla birlikte, tamamen su ile ayrışırlar - hidrolize edilirler. Hidroliz sonucunda iki asit elde edilir - hidrohalik asit ve niyobik asit. Örneğin,

4H2O = 5HCl + H3NbO4

Hidroliz istenmediğinde, bir miktar güçlü asit eklenir ve yukarıda açıklanan prosesin dengesi NbCl5'e doğru kayar. Bu durumda pentahalid hidrolize uğramadan çözünür,

Niyobyum karbür metalurji uzmanlarından özel bir şükran kazanmıştır. Her çelikte karbon vardır; niyobyum onu ​​karbüre bağlayarak alaşımlı çeliğin kalitesini artırır. Tipik olarak, paslanmaz çeliğin kaynaklanması sırasında kaynağın mukavemeti daha azdır. Ton başına 200 g miktarında niyobyumun eklenmesi bu eksikliğin giderilmesine yardımcı olur. Niyobyum ısıtıldığında diğer tüm çelik metallerden önce karbon - karbür ile bir bileşik oluşturur. Bu bileşik oldukça plastiktir ve aynı zamanda 3500°C'ye kadar sıcaklıklara dayanma kapasitesine sahiptir. Yalnızca yarım milimetre kalınlığındaki bir karbür tabakası, metalleri ve özellikle değerli olan grafiti korozyondan korumak için yeterlidir. Karbür, metal veya niyobyum (V) oksidin karbon veya karbon içeren gazlar (CH4, CO) ile ısıtılmasıyla elde edilebilir.

Niyobyum nitrür, kaynatıldığında hiçbir asitten ve hatta “regia votkasından” bile etkilenmeyen bir bileşiktir; suya dayanıklıdır. Etkileşime girmek zorunda kalabileceği tek şey kaynayan alkalidir. Bu durumda ayrışır ve amonyak açığa çıkarır.

NbN nitrür sarımsı bir renk tonuyla açık gridir. Refrakterdir (sıcaklık mp. 2300 ° C), dikkat çekici bir özelliğe sahiptir - mutlak sıfıra yakın bir sıcaklıkta (15,6 K veya -267,4 ° C), süper iletkenliğe sahiptir.

Daha düşük oksidasyon durumunda niyobyum içeren bileşikler arasında halojenürler en iyi bilinmektedir. Tüm düşük halojenürler koyu kristal katılardır (koyu kırmızıdan siyaha). Metalin oksidasyon durumu azaldıkça stabiliteleri azalır.

Niyobyumun çeşitli endüstrilerde uygulanması

Metal alaşımlama için niyobyum uygulaması

Niyobyum alaşımlı çelik iyi korozyon direncine sahiptir. Krom aynı zamanda çeliğin korozyon direncini de arttırır ve niyobyumdan çok daha ucuzdur. Bu okuyucu aynı anda hem haklı hem de haksız. Yanıldım çünkü bir şeyi unuttum.

Krom-nikel çeliği, diğerleri gibi her zaman karbon içerir. Ancak karbon, kromla birleşerek karbür oluşturur ve bu da çeliği daha kırılgan hale getirir. Niyobyumun karbona ilgisi kromdan daha fazladır. Bu nedenle çeliğe niyobyum eklendiğinde mutlaka niyobyum karbür oluşur. Niyobyum alaşımlı çelik, yüksek korozyon önleyici özellikler kazanır ve sünekliğini kaybetmez. İstenilen etki, bir ton çeliğe yalnızca 200 g niyobyum metali eklendiğinde elde edilir. Ve niyobyum, krom-manganez çeliğine yüksek aşınma direnci kazandırır.

Birçok demir dışı metal de niyobyum ile alaşımlıdır. Böylece alkalilerde kolaylıkla çözünen alüminyum, içine yalnızca %0,05 niyobyum eklenirse onlarla reaksiyona girmez. Yumuşaklığıyla bilinen bakır ve alaşımlarının çoğu, niyobyum tarafından sertleştirilmiş gibi görünüyor. Titanyum, molibden, zirkonyum gibi metallerin mukavemetini arttırır, aynı zamanda ısı direncini ve ısı direncini de arttırır.

Artık niyobyumun özellikleri ve yetenekleri havacılık, makine mühendisliği, radyo mühendisliği, kimya endüstrisi ve nükleer enerji tarafından takdir edilmektedir. Hepsi niyobyum tüketicisi oldu.

Eşsiz özellik - 1100 ° C'ye kadar sıcaklıklarda niyobyumun uranyum ile gözle görülür etkileşiminin olmaması ve buna ek olarak iyi termal iletkenlik, termal nötronların küçük etkili soğurma kesiti - niyobyumu nükleer alanda tanınan metallere karşı ciddi bir rakip haline getirdi endüstri - alüminyum, berilyum ve zirkonyum. Ayrıca niyobyumun yapay (uyarılmış) radyoaktivitesi düşüktür. Bu nedenle radyoaktif atıkların depolanmasına yönelik kapların veya bunların kullanımına yönelik tesislerin yapımında kullanılabilir.

Kimya endüstrisi nispeten az niyobyum tüketiyor, ancak bu yalnızca kıtlığıyla açıklanabilir. Yüksek saflıkta asitlerin üretimine yönelik ekipmanlar bazen niyobyum içeren alaşımlardan ve daha az yaygın olarak niyobyum tabakasından yapılır. Niyobyumun belirli kimyasal reaksiyonların hızını etkileme yeteneği, örneğin bütadienden alkol sentezinde kullanılır.

Roket ve uzay teknolojisi de 41 numaralı elementin tüketicisi haline geldi. Bu elementin bazı miktarlarının halihazırda Dünya'ya yakın yörüngelerde döndüğü bir sır değil. Roketlerin ve yapay Dünya uydularının yerleşik ekipmanlarının bazı kısımları, niyobyum içeren alaşımlardan ve saf niyobyumdan yapılmıştır.

Niyobyumun diğer endüstrilerde kullanımı

"Sıcak bağlantı parçaları" (yani ısıtılmış parçalar) niyobyum levhalardan ve çubuklardan - anotlar, ızgaralar, dolaylı olarak ısıtılan katotlar ve elektronik lambaların diğer parçaları, özellikle güçlü jeneratör lambaları - yapılır.

Saf metalin yanı sıra tantalonyum-biyum alaşımları da aynı amaçlarla kullanılmaktadır.

Niyobyum, elektrolitik kapasitörler ve akım redresörleri yapmak için kullanıldı. Burada niyobyumun anodik oksidasyon sırasında stabil bir oksit filmi oluşturma yeteneğinden yararlanılmaktadır. Oksit filmi asidik elektrolitlerde stabildir ve akımı yalnızca elektrolitten metale doğru geçirir. Katı elektrolitli niyobyum kapasitörler, küçük boyutlara sahip yüksek kapasite ve yüksek yalıtım direnci ile karakterize edilir.

Niyobyum kapasitör elemanları, metal tozlarından preslenmiş ince folyo veya gözenekli plakalardan yapılır.

Niyobyumun asitler ve diğer ortamlardaki korozyon direnci, yüksek termal iletkenlik ve süneklik ile birleştiğinde, onu kimya ve metalurji endüstrilerindeki ekipmanlar için değerli bir yapısal malzeme haline getirir. Niyobyum, yapısal malzemeler için nükleer enerjinin gereksinimlerini karşılayan özelliklerin bir kombinasyonuna sahiptir.

900°C'ye kadar niyobyum, uranyumla zayıf etkileşime girer ve güç reaktörlerinin uranyum yakıt elemanları için koruyucu kabukların üretimi için uygundur. Bu durumda, sıvı metal soğutucuların kullanılması mümkündür: niyobyumun 600°C'ye kadar etkileşime girmediği sodyum veya bir sodyum ve potasyum alaşımı. Uranyum yakıt elemanlarının hayatta kalma kabiliyetini arttırmak için uranyum, niyobyum (~%7 niyobyum) ile katkılıdır. Niyobyum katkısı, uranyum üzerindeki koruyucu oksit filmini stabilize ederek su buharına karşı direncini artırır.

Niyobyum, jet motoru gaz türbinleri için çeşitli ısıya dayanıklı alaşımların bir bileşenidir. Molibden, titanyum, zirkonyum, alüminyum ve bakırın niyobyum ile alaşımlanması, bu metallerin ve alaşımlarının özelliklerini önemli ölçüde geliştirir. Jet motorları ve roketlerin parçaları için yapısal malzeme olarak niyobyum bazlı ısıya dayanıklı alaşımlar bulunmaktadır (türbin kanatlarının imalatı, kanatların ön kenarları, uçak ve roketlerin burun uçları, roket kaplamaları). Niyobyum ve buna dayalı alaşımlar 1000 - 1200°C çalışma sıcaklıklarında kullanılabilir.

Niyobyum karbür, çeliklerin kesilmesinde kullanılan bazı tungsten karbür bazlı karbür sınıflarının bir bileşenidir.

Niyobyum çeliklerde alaşım katkı maddesi olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Çelikteki karbon içeriğinden 6 ila 10 kat daha fazla miktarda niyobyum eklenmesi, paslanmaz çeliğin tanecikler arası korozyonunu ortadan kaldırır ve kaynakları tahribattan korur.

Niyobyum ayrıca çeşitli ısıya dayanıklı çeliklerin (örneğin gaz türbinleri için) yanı sıra alet ve manyetik çeliklere de eklenir.

Niyobyum, %60'a kadar Nb içeren, demir (ferroniyobyum) içeren bir alaşım halinde çeliğe eklenir. Ayrıca ferroalyajda tantal ve niyobyum arasında farklı oranlarda ferrotantaloniyobyum kullanılmaktadır.

Organik sentezde bazı niyobyum bileşikleri (florür kompleks tuzları, oksitler) katalizör olarak kullanılır.

Niyobyumun kullanımı ve üretimi hızla artmaktadır; bu, refrakterlik, termal nötron yakalama için küçük bir kesit, ısıya dayanıklı, süper iletken ve diğer alaşımlar oluşturma yeteneği, korozyon direnci, alıcı özellikler gibi özelliklerin birleşiminden kaynaklanmaktadır. Düşük elektron çalışma fonksiyonu, soğuk basınç altında iyi işlenebilirlik ve kaynaklanabilirlik. Niyobyumun ana uygulama alanları şunlardır: roketçilik, havacılık ve uzay teknolojisi, radyo mühendisliği, elektronik, kimya mühendisliği, nükleer enerji.

Metalik niyobyum uygulamaları

Uçak parçaları saf niyobyumdan veya alaşımlarından yapılır; uranyum ve plütonyum yakıt elemanları için kaplamalar; kaplar ve borular; sıvı metaller için; elektrolitik kapasitörlerin parçaları; elektronik (radar kurulumları için) ve güçlü jeneratör lambaları (anotlar, katotlar, ızgaralar vb.) için “sıcak” bağlantı parçaları; Kimya endüstrisinde korozyona dayanıklı ekipmanlar.

Uranyum dahil diğer demir dışı metaller niyobyum ile alaşımlıdır.

Niyobyum, bilgisayarların süper iletken elemanları olan kriyotronlarda kullanılır. Niyobyumun Büyük Hadron Çarpıştırıcısının hızlandırıcı yapılarında kullanılmasıyla da biliniyor.

Niyobyumun intermetalik bileşikleri ve alaşımları

Süper iletken solenoidlerin üretiminde Nb3Sn stanit ve niyobyumun titanyum ve zirkonyum ile alaşımları kullanılır.

Niyobyum ve tantallı alaşımlar çoğu durumda tantalın yerini alır, bu da büyük bir ekonomik etki sağlar (niyobyum daha ucuzdur ve tantaldan neredeyse iki kat daha hafiftir).

Ferroniyobyum, tanecikler arası korozyonu ve tahribatı önlemek için paslanmaz krom-nikel çeliklere ve özelliklerini geliştirmek için diğer çelik türlerine eklenir.

Niyobyum, koleksiyonluk madeni paraların basımında kullanılır. Böylece Letonya Bankası 1 lat koleksiyon madeni parasında gümüşle birlikte niyobyumun da kullanıldığını iddia ediyor.

Niyobyum bileşikleri O5 katalizörünün kimya endüstrisinde uygulanması;

refrakter, sermet, özel ürünlerin üretiminde. cam, nitrür, karbür, niyobatlar.

Zirkonyum karbür ve uranyum-235 karbür ile alaşımlı niyobyum karbür (en 3480 °C), katı fazlı nükleer jet motorlarının yakıt çubukları için en önemli yapısal malzemedir.

Niyobyum nitrür NbN, 0,1 K düzeyinde dar bir geçişle 5 ila 10 K kritik sıcaklığa sahip ince ve ultra ince süper iletken filmler üretmek için kullanılır.

Tıpta niyobyum

Niyobyumun yüksek korozyon direnci tıpta kullanılmasını mümkün kılmıştır. Niyobyum iplikleri canlı dokuda tahrişe neden olmaz ve ona iyi yapışır. Rekonstrüktif cerrahi, yırtık tendonları, kan damarlarını ve hatta sinirleri bir araya getirmek için bu tür iplikleri başarıyla kullandı.

Kuyumculukta uygulama

Niyobyum sadece teknoloji için gerekli olan bir dizi özelliğe sahip olmakla kalmıyor, aynı zamanda oldukça güzel görünüyor. Kuyumcular bu beyaz parlak metali saat kasaları yapmak için kullanmaya çalıştılar. Tungsten veya renyum ile niyobyum alaşımları bazen asil metallerin yerini alır: altın, platin, iridyum. İkincisi özellikle önemlidir, çünkü niyobyumun renyum ile alaşımı yalnızca metalik iridyuma dışsal olarak benzemekle kalmaz, aynı zamanda neredeyse aşınmaya karşı dayanıklıdır. Bu, bazı ülkelerin dolma kalem uçları için lehimleme uçlarının üretiminde pahalı iridyumdan vazgeçmesine olanak tanıdı.

Rusya'da niyobyum madenciliği

Son yıllarda küresel niyobyum üretimi 24-29 bin ton seviyelerinde seyrediyor. Dünya niyobyum pazarının, dünya niyobyum üretiminin yaklaşık %85'ini oluşturan Brezilyalı SVMM şirketinin önemli ölçüde tekelinde olduğunu da belirtmek gerekiyor.

Niyobyum içeren ürünlerin ana tüketicisi (buna öncelikle ferroniyobyum dahildir) Japonya'dır. Bu ülke Brezilya'dan yılda 4 bin tonun üzerinde ferroniyobyum ithal ediyor. Bu nedenle, niyobyum içeren ürünlerin Japonya ithalat fiyatlarının dünya ortalamasına yakın olduğu büyük bir güvenle kabul edilebilir. Son yıllarda ferroniyobyum fiyatlarının artma eğilimi var. Bunun nedeni, esas olarak petrol ve gaz boru hatlarına yönelik düşük alaşımlı çeliklerin üretiminde giderek artan kullanımıdır. Genel olarak, son 15 yılda küresel niyobyum tüketiminin yıllık ortalama %4-5 arttığını belirtmek gerekir.

Ne yazık ki Rusya'nın niyobyum pazarının kenarında olduğunu kabul etmek zorundayız. Giredmet uzmanlarına göre 90'lı yılların başında eski SSCB'de yaklaşık 2 bin ton niyobyum (niyobyum oksit açısından) üretilip tüketiliyordu. Şu anda, Rus endüstrisi tarafından niyobyum ürünlerinin tüketimi sadece 100-200 tonu geçmiyor. Eski SSCB'de, Rusya, Estonya, Kazakistan gibi farklı cumhuriyetlere dağılmış önemli niyobyum üretim kapasitelerinin yaratıldığı unutulmamalıdır. SSCB'de sanayinin gelişiminin bu geleneksel özelliği, artık Rusya'yı birçok hammadde ve metal türü açısından çok zor bir duruma soktu. Niyobyum pazarı, niyobyum içeren hammaddelerin üretimi ile başlar. Rusya'daki ana türü, Lovozersky GOK'ta (şu anda Sevredmet JSC, Murmansk bölgesi) üretilen loparit konsantresiydi ve öyle olmaya devam ediyor. SSCB'nin çöküşünden önce işletme yaklaşık 23 bin ton loparit konsantresi üretti (niyobyum oksit içeriği yaklaşık% 8,5'tir). Daha sonra, konsantre üretimi 1996-1998'de sürekli olarak azaldı. Satış yetersizliği nedeniyle şirket birkaç kez durdu. Şu anda işletmede loparit konsantresi üretiminin aylık 700 - 800 ton seviyesinde olduğu tahmin ediliyor.

İşletmenin tek tüketicisi olan Solikamsk magnezyum fabrikasına oldukça sıkı bir şekilde bağlı olduğu unutulmamalıdır. Gerçek şu ki, loparit konsantresi yalnızca Rusya'da elde edilen oldukça spesifik bir üründür. İçerdiği nadir metallerin (niyobyum, tantal, titanyum) kompleksi nedeniyle işleme teknolojisi oldukça karmaşıktır. Ek olarak, konsantre radyoaktiftir, bu da büyük ölçüde bu ürünle dünya pazarına girme girişimlerinin boşuna sonuçlanmasının nedenidir. Loparit konsantresinden ferroniyobyum elde etmenin imkansız olduğunu da belirtmek gerekir. 2000 yılında Rosredmet şirketi, Sevredmet tesisinde, diğer metallerin yanı sıra ticari niyobyum içeren ürünler (niyobyum oksit) üretmek için loparit konsantresinin işlenmesine yönelik deneysel bir tesis başlattı.

SMZ'nin niyobyum ürünlerinin ana pazarları BDT dışı ülkelerdir: teslimatlar ABD, Japonya ve Avrupa ülkelerine yapılmaktadır. İhracatın toplam üretim içindeki payı %90'ın üzerindedir. SSCB'deki önemli niyobyum üretim kapasiteleri Estonya'da - Sillamae Kimyasal ve Metalurji Üretim Birliği'nde (Sillamae) yoğunlaştı. Artık Estonyalı şirketin adı Silmet. Sovyet döneminde, işletme 1992'den beri Lovoozersk madencilik ve işleme tesisinden loparit konsantresi işledi; sevkiyatı durduruldu. Silmet şu anda Solikamsk magnezyum tesisinden yalnızca küçük miktarda niyobyum hidroksit işlemektedir. Şirket şu anda niyobyum içeren hammaddelerinin çoğunu Brezilya ve Nijerya'dan alıyor. İşletmenin yönetimi, loparit konsantresi tedarikini hariç tutmuyor, ancak Sevredmet, hammadde ihracatının bitmiş ürünlerden daha az karlı olması nedeniyle yerel olarak işleme politikası izlemeye çalışıyor.

özel ders

Bir konuyu incelemek için yardıma mı ihtiyacınız var?

Uzmanlarımız ilginizi çeken konularda tavsiyelerde bulunacak veya özel ders hizmetleri sağlayacaktır.
Başvurunuzu gönderin Konsültasyon alma olasılığını öğrenmek için hemen konuyu belirtin.

Niyobyum (Nb), yüksek kaliteli çelik üretiminde kullanılan nadir, yumuşak bir geçiş metalidir. Niyobyum, diğer malzemelere eklendiğinde özelliklerini önemli ölçüde artıran alaşımların üretimi için bir bileşendir. Niyobyum içeren çelik, onu otomotiv, inşaat ve gaz boru hattı endüstrilerinde kullanım için oldukça cazip kılan birçok çekici özelliğe sahiptir. Niyobyum eklenmiş çelik daha sert, daha hafif ve korozyona karşı daha dayanıklıdır.

2012 yılında niyobyum yataklarındaki rezervler, bin ton *

* ABD Jeolojik Araştırma verileri

Piroklor içeren cevherler iki ana yöntem kullanılarak çıkarılır: tek başına veya kombinasyon halinde. Açık ocak madenciliği Brezilya'da yaygın bir yöntemken, Kanada'daki Niobec madeninde yer altı madenciliği kullanılıyor. Ancak Kanada'daki Niobec madeni, işletme maliyetlerini düşürürken tesis kapasitesini ve üretim hacimlerini önemli ölçüde artırma potansiyeline sahip olduğundan, açık ocak ve yeraltı olmak üzere iki toplu madencilik yöntemini kullanmayı planlıyor.
Cevher çıkarıldıktan sonra ince parçacıklar halinde ezilir ve demiri çıkarmak için yüzdürme ve manyetik ayırma yoluyla işlenir. Kanada'da apatiti uzaklaştırmak için nitrik asit kullanılırken, Brezilya'da baryum, fosfor ve kükürdü uzaklaştırmak için özel bir işlem kullanılıyor. Bu fiziksel işlemin sonucu, Nb2O5 içeriği %55-60 olan bir piroklor konsantresidir. Piroklor konsantresinin çoğu, safsızlıkların tolere edildiği endüstriyel uygulamalarda kullanılmak üzere standart dereceli ferroniyobyum halinde işlenir. Daha yüksek saflık seviyeleri gerektiren uygulamalar için, niyobyumu vakum dereceli niyobyum oksit veya ferroniyobyum saflık seviyeleri gibi ~%99 saflık seviyelerine getirmek için son işlem gereklidir.

* ABD Jeolojik Araştırma verileri

Niyobyum için küresel talep, 2000 ile 2010 yılları arasında yıllık ortalama %10 oranında arttı. Büyüme iki temel faktörden kaynaklandı:
1. Özellikle BRICS ülkelerindeki çelik üreticileri arasında çeliğe yönelik istikrarlı talep. Bu ülkelerdeki talebin 2010 yılında %14 artarak 1.414 milyon tona yükseldiği ve 2011 yılında da %4 oranında daha arttığı tahmin edilmektedir.
Ferroniyobyumun en büyük tüketicileri olan otomotiv, inşaat ve petrol ve gaz sektörlerinin ekonomik büyüme ile yüksek oranda ilişkili olma eğiliminde olduğu ve küresel ekonominin durumunun niyobyum talebi üzerinde en büyük etkiye sahip olduğu unutulmamalıdır.
BRICS ülkelerinin güçlü GSYİH büyümesi daha fazla çelik gerektiriyor ve buna bağlı olarak çelik üretiminde niyobyum talebinin artmasına neden oluyor. Dünya GSYİH'sı 2010 yılında %5,1 oranında artış gösterdi. Bunun başlıca nedeni, 2010 yılında %8,8 büyüyen BRIC ekonomilerinin ve özellikle %10,3 büyüyen Çin'in güçlü performansıydı. BRICS ülkelerinin 2011 ve 2012'deki GSYİH büyümesi de yüksekti: ~%3-4'lük küresel ekonomik büyümenin arka planında %4-10. Geçtiğimiz on yılda, BRICS ülkeleri küresel ekonomik manzarayı tanımladılar; küresel GSYİH büyümesinin üçte birinden fazlasını oluşturdular ve satın alma gücü açısından ekonomileri küresel ekonominin altıda birinden neredeyse dörtte birine ulaştı. .
Goldman Sachs, BRICS ekonomilerinin bir bütün olarak büyüklüğünün 2018 yılına kadar ABD ekonomisinin büyüklüğünü aşacağını öngörüyor. 2020 yılına gelindiğinde BRICS ülkelerinin küresel GSYİH büyümesinin yaklaşık %49,0'ını oluşturması ve bu ülkelerin satın alma gücüne göre dünya ekonomisinin üçte birini oluşturması bekleniyor.
Olumlu küresel ekonomik görünüm, güçlü küresel endüstriyel talebin bir teyididir ve bu, çelik sektörü için iyiye işarettir. Çelik üretimindeki tam küresel büyüme, niyobyum talebini önemli ölçüde etkilemeye devam edecek.
2. Çelik üretiminde kullanılan niyobyum miktarının artması.
Çelik son kullanıcılarının daha kaliteli ürünlere yönelik talepleri arttıkça, çelik fabrikalarının daha yüksek standartları ve spesifikasyonları karşılayan çelik üretmek için niyobyum kullanımını artırması gerekiyor. 2000 yılında 1 ton çeliğe 40 gram ferroniyobyum eklendi. 2008'de ton başına 63 gramdı. Niyobyumun maliyet açısından çeliğin çok küçük bir yüzdesini temsil ettiği ancak özellikle güç, dayanıklılık, hafiflik ve esneklik gibi özelliklerini geliştirerek önemli değer kattığı göz önüne alındığında, bu metalin kullanımının tüm son kullanım segmentlerinde artmaya devam etmesi bekleniyor. .
Niyobyum talebindeki istikrarlı büyümenin kısa ve uzun vadede devam etmesi beklenirken, gelişmekte olan pazarlar büyümeye devam ediyor ve daha yüksek kaliteli çeliklere yönelik uygulamalar halihazırda geliştiriliyor.
Artan çelik üretimi ve niyobyum içeriğinin yüzdesinin artmasıyla birlikte, küresel ferroniyobyum tüketiminin 2010'da ~78.100 tondan 2011'de ~86.000 tona ~%11 oranında arttığı tahmin edilmektedir.
Niyobyumun en büyük tüketicileri Çin, Kuzey Amerika ve Avrupa'dır. Çin, 2010 yılında toplam tüketimin %25'ini oluşturan, dünyanın en hızlı büyüyen niyobyum pazarıdır. Bu, çelik endüstrisinin büyüklüğünü ve son yıllardaki hızlı üretim artışını yansıtıyor. Çin, dünyanın önde gelen paslanmaz çelik üreticisidir ve küresel üretimdeki payı 1990'larda %1-2'den 2010'da %36,7'ye çıkmıştır. Çin aynı zamanda HSLA çelikleri de dahil olmak üzere alaşımlı çeliklerin en büyük ve en hızlı büyüyen üreticisidir.

Dünyadaki niyobyum üretimi ve tüketimi, bin ton*

*Tantal-Niyobyum Uluslararası Çalışma Merkezi'nden veriler

2000'li yılların başında, niyobyum fiyatları nispeten sabit kaldı; kilogram başına 12,00 ABD Doları ile 13,50 ABD Doları arasında değişiyordu. Gelişmekte olan pazarlarda, özellikle de BRIC ekonomilerinde yaşanan önemli ekonomik büyüme ve çelik üretiminde niyobyum kullanımının artması, metal fiyatlarını 2007'de kg başına 32,63 ABD Dolarına, 2012'de ise kg başına 60,00 ABD Dolarına yükseltti. Küresel ekonomik kriz nedeniyle niyobyum fiyatları yalnızca 2008 ve 2009'da biraz düştü. Ancak bu düşüş ikame metallerdeki düşüşten çok daha küçüktü.
Tüketici açısından bakıldığında, niyobyum için istikrarlı bir fiyat, daha iyi tahmin ve maliyet planlamasına olanak sağladığı için arzu edilen bir özelliktir. Ek olarak son kullanıcılar, tedarik zinciri kesintilerini en aza indirmek ve tek bir üreticiye aşırı bağımlılığı önlemek için niyobyumun birden fazla tedarikçiden tedarik edilmesinin önemini vurguluyor.
Niyobyumun yerini alacak en önemli şey, mali kriz sırasında yaşanan çöküşün ardından pazarı büyük ölçüde toparlanan ferrovanadyumdur. Ancak ferrovanadyumun nispeten yüksek fiyatı ve önemli ölçüde daha yüksek oynaklığı, onun yerini daha tahmin edilebilir bir fiyat geçmişine sahip olan ferroniyobyumun almasına katkıda bulundu.
Çelik üretim sürecinde niyobyum kullanımının yüksek katma değeri (yani ilave güç, dayanıklılık, korozyon direnci, termal direnç, ağırlık azaltma) ve toplam maliyetin nispeten küçük payı göz önüne alındığında, metal alıcılarından gelen talep oldukça esnek değildir. Örnek olarak niyobyumun, teknik gereksinimlere bağlılığın ve üstün performansın bir zorunluluk olduğu teknik alanlarda (jet motoru bileşenleri, tıbbi ekipman, ağır mühendislik) kullanılan yüksek değerli alaşımlara katkı maddesi olduğu düşünülmektedir. Bunun sonucunda çelik üretiminde niyobyum kullanımının payı arttı. Bu eğilimin gelecekte de devam etmesi bekleniyor.
Açık piyasada aktif satışların olmaması ve bunun sonucunda rekabetçi fiyatlandırmanın olmaması göz önüne alındığında, az sayıda araştırma analisti gelecekteki niyobyum fiyatları hakkında tahminlerde bulunuyor ve bu tür tahminlerde bulunanlar da muhafazakar olma eğiliminde. Bu faktörlere rağmen niyobyumun yakın gelecekte talep görmesi ve metal fiyatlarının yüksek kalması bekleniyor. Bazı analistler, tüketici etkileşimleri ve gelecekteki ihtiyaçlara bağlı olarak niyobyum fiyatlarının önümüzdeki iki ila üç yıl içinde artmaya devam etmesini bekliyor.

İnşaat, otomotiv ve petrol ve gaz sektörlerinin niyobyum tüketiminin en büyük yüzdesini oluşturmaya devam etmesi bekleniyor. Bu sektörler 2008 mali krizinden olumsuz etkilenmiş ancak sonraki yıllarda toparlanmış ve istikrarlı bir oranda büyümeleri öngörülmektedir.

Bir yıl sonra İsveçli kimyager Ekeberg, tantal adı verilen başka bir yeni elementin oksidini columbit'ten izole etti. Columbia ve tantal bileşikleri arasındaki benzerlik o kadar büyüktü ki, 40 yıl boyunca çoğu kimyager tantal ve columbium'un aynı element olduğuna inandı.

1844'te Alman kimyager Heinrich Rose, Bavyera'da bulunan kolumbit örneklerini inceledi. Yine iki metalin oksitlerini keşfetti. Bunlardan biri zaten bilinen tantalın oksitiydi. Oksitler benzerdi ve benzerliklerini vurgulayan Rose, ikinci oksit niyobyumu oluşturan elemente mitolojik şehit Tantalus'un kızı Niobe'nin adını verdi.

Ancak Hatchet gibi Rose da bu unsuru ücretsiz olarak elde edemedi.

Metalik niyobyum ilk kez yalnızca 1866'da elde edildi. İsveçli bilim adamı Blomstrand, niyobyum klorürün hidrojenle indirgenmesi sırasında. 19. yüzyılın sonunda. vardı; Bu elementi elde etmenin iki yolu daha bulundu. Moissan ilk önce bunu bir elektrikli fırında niyobyum oksidi karbonla indirgeyerek üretti ve daha sonra Goldschmidt aynı elementi alüminyumla indirgemeyi başardı.

Ve farklı ülkelerde 41 numaralı elementi farklı şekilde adlandırmaya devam ettiler: İngiltere ve ABD'de - Columbia, diğer ülkelerde - niyobyum. Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC), 1950 yılında bu tartışmaya son verdi. “Niyobyum” elementinin adının evrensel olarak yasallaştırılmasına karar verildi ve ana mineral olan niyobyum için “kolumbit” adı verildi. Formülü (Fe, Mn) (Nb,

temel niyobyum- son derece refrakter (2468°C) ve yüksek kaynama noktasına sahip (4927°C) bir metal, birçok agresif ortama çok dayanıklı. Hidroflorik asit dışındaki tüm asitlerin bu madde üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Oksitleyici asitler, niyobyumu koruyucu bir oksit filmi (Nb 2 O 5) ile kaplayarak "pasifleştirir". Ancak yüksek sıcaklıklarda niyobyumun kimyasal aktivitesi artar. 150-200°C'de metalin yalnızca küçük bir yüzey tabakası oksitlenirse, 900-1200°C'de oksit filmin kalınlığı önemli ölçüde artar.

Niyobyum birçok metal olmayan maddeyle aktif olarak reaksiyona girer. Halojenler, nitrojen, hidrojen, karbon ve kükürt onunla bileşikler oluşturur. Bu durumda niyobyum ikiden beşe kadar farklı değerler sergileyebilir. Ancak bu elementin ana değeri 5+'dir. Beş değerlikli niyobyum, tuzda hem katyon hem de anyon elementlerinden biri olarak mevcut olabilir; bu, 41 numaralı elementin amfoterik doğasını gösterir.

Niobik asitlerin tuzlarına niyobatlar denir. Niyobyum pentoksitin soda ile kaynaşmasından sonra değişim reaksiyonları sonucu elde edilirler:

Nb205 + 3Na2C03 → 2Na3NbO4 + 3CO2.

Başta metaniyobyum HNbO3 olmak üzere çeşitli niyobik asitlerin tuzları ve ayrıca diniobatlar ve pentaniyobatlar (K4Nb207, K7Nb5016-rnH20) oldukça iyi incelenmiştir. Ve 41 numaralı elementin katyon görevi gördüğü tuzlar genellikle basit maddelerin, örneğin 2Nb + 5Cl 2 → 2NbCl 5'in doğrudan etkileşimi yoluyla elde edilir.

Niyobyum pentahalojenürlerin parlak renkli iğne şeklindeki kristalleri (NbCl 5 - sarı, NbBr 5 - mor-kırmızı) organik çözücüler - kloroform, eter, alkol - içinde kolayca çözünür. Ancak suda çözündüğünde bu bileşikler tamamen ayrışır ve niyobatlar oluşturmak üzere hidrolize olur:

NbCl5 + 4H20 → 5HCl + H3NbO4.

Sulu çözeltiye bir miktar güçlü asit eklenerek hidroliz önlenebilir. Bu tür çözeltilerde niyobyum pentahalojenürler hidrolize olmadan çözünür.

Niyobyum, en kolay şekilde florür olmak üzere çift tuzlar ve karmaşık bileşikler oluşturur. Floroniyobatlar bu çift tuzların adıdır. Niobik ve hidroflorik asitlerin bir çözeltisine herhangi bir metalin florürü eklenirse elde edilirler.

Kompleks bileşiğin bileşimi çözeltide reaksiyona giren bileşenlerin oranına bağlıdır. Bu bileşiklerden birinin X-ışını analizi, K2NbF7 formülüne karşılık gelen bir yapı gösterdi. Niyobyum okso bileşikleri de oluşturulabilir, örneğin potasyum oksofloroniyobat K2NbOF5*H20.

Elementin kimyasal özellikleri elbette bu bilgilerle sınırlı değildir. Günümüzde 41 numaralı elementin bileşiklerinden en önemlisi diğer metallerle olan bileşikleridir.

Niyobyum ve süperiletkenlik

Bir iletkenin sıcaklığı düştüğünde, içindeki elektrik direncinin aniden kaybolmasıyla ortaya çıkan şaşırtıcı süperiletkenlik olgusu, ilk olarak 1911'de Hollandalı fizikçi G. Kamerlingh-Onnes tarafından gözlemlendi. İlk süperiletkenin olduğu ortaya çıktı, ancak öyle değil ancak niyobyum ve niyobyumun bazı intermetalik bileşikleri, teknik açıdan önemli ilk süper iletken malzemeler olmaya mahkumdu.

Süperiletkenlerin iki özelliği pratikte önemlidir: süperiletkenlik durumuna geçişin meydana geldiği kritik sıcaklığın değeri ve kritik manyetik alan (Kamerlingh Onnes ayrıca, yeterince güçlü bir manyetik alana maruz bırakıldığında bir süperiletkenin süperiletkenlik kaybını da gözlemlemiştir). ).

Şu anda 2000'den fazla süper iletken metal, malzeme ve bileşik biliniyor, ancak bunların büyük çoğunluğu ya yukarıda belirtilen kritik parametrelerin son derece düşük değerleri nedeniyle kullanıma girmedi ve görünüşe göre hiçbir zaman teknolojide kullanıma girmeyecek. veya kabul edilemez teknolojik özellikler nedeniyle. Pratik öneme sahip süper iletkenler arasında niyobyum-titanyum alaşımları özellikle popülerdir. Bugün çalışan süper iletken mıknatısların çoğu bunlardan yapılmıştır. Plastiktirler ve karmaşık şekillerde teknik cihazlar ve iletkenler yapmak için kullanılabilirler.

Şerit süper iletkenler için bir malzeme olarak, 1954'te keşfedilen niyobyumun kalay Nb 3 Sn, niyobyum stanit ile alaşımı değerlidir. Süper iletken akım taşıyan eleman - 150.000 çekirdekli bir otobüs - ülkemizde niyobyum stanitten yapılmıştır. Yeni Tokomak-15 termonükleer tesislerinde benzer çok çekirdekli süper iletken iletkenleri kullanmayı planlıyorlar.

Niyobyumun başka bir intermetalik bileşiği olan Nb 3 Ge pratik açıdan ilgi çekicidir. Bu bileşimin ince filmi, rekor düzeyde yüksek bir kritik sıcaklığa sahiptir - 24,3 K. Bununla birlikte, Nb 3 Ge dökümünün kritik sıcaklığı yalnızca 6 K'dır ve bu malzemeden süper iletken elemanlar hazırlama teknolojisi oldukça karmaşıktır.

Üçlü alaşımlar oldukça yüksek kritik sıcaklık değerlerine sahiptir: niyobyum - germanyum - alüminyum ve ayrıca bazı intermetalik vanadyum bileşikleri. Yine de süperiletken uzmanlarının en büyük umutları niyobyum ve bileşiklerine bağlıdır.

Niyobyum metali

Niyobyum metali, niyobyum klorür veya potasyum floroniyobat gibi bileşiklerinin yüksek sıcaklıkta indirgenmesiyle hazırlanabilir:

K 2 NbF 7 + 5Na → Nb + 2KF + 5NaF.

Ancak üretimin esas olarak bu son aşamasına ulaşmadan önce, niyobyum cevheri birçok işlem aşamasından geçer. Bunlardan ilki cevher zenginleştirme, konsantre elde etmedir. Konsantre çeşitli akışlarla eritilir: kostik soda veya soda. Ortaya çıkan alaşım süzülür. Ancak tamamen çözülmez. Çözünmeyen çökelti niyobyumdur. Doğru, hala hidroksit bileşimindedir, alt gruptaki analogundan (tantal) ayrılmamıştır ve bazı safsızlıklardan arındırılmamıştır.

1866 yılına kadar tantal ve niyobyumu ayırmak için endüstriyel olarak uygun bir yöntem bilinmiyordu. Bu son derece benzer unsurları ayırmanın ilk yöntemi Jean Charles Galissard de Marignac tarafından önerildi. Yöntem, bu metallerin karmaşık bileşiklerinin farklı çözünürlüklerine dayanmaktadır ve florür olarak adlandırılmaktadır. Kompleks tantal florür suda çözünmez, ancak benzer niyobyum bileşiği çözünür.

Florür yöntemi karmaşıktır ve niyobyum ile tantalın tamamen ayrılmasına izin vermez. Bu nedenle günümüzde neredeyse hiç kullanılmamaktadır. Bunun yerini seçici ekstraksiyon, iyon değişimi, halojenürlerin düzeltilmesi vb. Yöntemler aldı. Bu yöntemler, beş değerlikli niyobyum oksit ve klorür elde etmek için kullanılır.

Niyobyum ve tantalın ayrılmasından sonra ana işlem gerçekleşir - indirgeme. Niyobyum pentoksit Nb205, Nb205'in karbon ile reaksiyona sokulmasıyla elde edilen alüminyum, sodyum, kurum veya niyobyum karbür ile indirgenir; Niyobyum pentaklorür, sodyum metali veya sodyum amalgamı ile indirgenir. Toz haline getirilmiş niyobyum bu şekilde elde edilir; bunun daha sonra monolite dönüştürülmesi, plastik hale getirilmesi, kompakt hale getirilmesi ve işlenmeye uygun hale getirilmesi gerekir. Diğer refrakter metaller gibi niyobyum monoliti de özü aşağıdaki gibi olan toz metalurjisi yöntemleriyle üretilir.

Elde edilen metal tozu yüksek basınç altında (1 t/cm2) dikdörtgen veya kare kesitli çubuklar halinde preslenir. Bu çubuklar 2300°C'deki vakumda sinterlenir ve çubuklar halinde birleştirilir, bunlar vakum ark fırınlarında eritilir ve bu fırınlardaki çubuklar elektrot görevi görür. Bu işleme sarf malzemesi elektrot eritme denir.

Tek kristalli plastik niyobyum, potasız bölge elektron ışınının eritilmesiyle üretilir. Bunun özü, güçlü bir elektron ışınının, tozu eriten toz haline getirilmiş niyobyuma (presleme ve sinterleme işlemleri hariç!) yönlendirilmesidir. Yavaş yavaş büyüyen ve çalışma odasından uzaklaştırılan niyobyum külçesinin üzerine metal damlaları akar.

Gördüğünüz gibi niyobyumun cevherden metale yolu her halükarda oldukça uzundur ve üretim yöntemleri karmaşıktır.

Niyobyumun kullanımına ilişkin hikayeye metalurji ile başlamak en mantıklısıdır çünkü metalurjide en geniş uygulamayı bulmuştur. Hem demir dışı metalurjide hem de demir metalurjisinde.

Niyobyum alaşımlı çelik iyi korozyon direncine sahiptir. "Ne olmuş? - başka bir deneyimli okuyucu söyleyecektir. “Krom aynı zamanda çeliğin korozyon direncini de artırıyor ve niyobyumdan çok daha ucuz.” Bu okuyucu aynı anda hem haklı hem de haksız. Yanlış çünkü bir şeyi unuttum.

Krom-nikel çeliği, diğerleri gibi her zaman karbon içerir. Ancak karbon, kromla birleşerek karbür oluşturur ve bu da çeliği daha kırılgan hale getirir. Niyobyumun karbona ilgisi kromdan daha fazladır. Bu nedenle çeliğe niyobyum eklendiğinde mutlaka niyobyum karbür oluşur. Niyobyum alaşımlı çelik, yüksek korozyon önleyici özellikler kazanır ve sünekliğini kaybetmez. İstenilen etki, bir ton çeliğe yalnızca 200 g niyobyum metali eklendiğinde elde edilir. Ve niyobyum, krom-manganez çeliğine yüksek aşınma direnci kazandırır.

Birçok demir dışı metal de niyobyum ile alaşımlıdır. Böylece alkalilerde kolaylıkla çözünen alüminyum, içine yalnızca %0,05 niyobyum eklenirse onlarla reaksiyona girmez. Yumuşaklığıyla bilinen bakır ve alaşımlarının çoğu, niyobyum tarafından sertleştirilmiş gibi görünüyor. Titanyum, molibden, zirkonyum gibi metallerin mukavemetini arttırır, aynı zamanda ısı direncini ve ısı direncini de arttırır.

Artık niyobyumun özellikleri ve yetenekleri havacılık, makine mühendisliği, radyo mühendisliği, kimya endüstrisi ve nükleer enerji tarafından takdir edilmektedir. Hepsi niyobyum tüketicisi oldu.

Eşsiz özellik - 1100 ° C'ye kadar sıcaklıklarda niyobyumun uranyum ile gözle görülür etkileşiminin olmaması ve buna ek olarak iyi termal iletkenlik, termal nötronların küçük etkili soğurma kesiti - niyobyumu nükleer alanda tanınan metallere karşı ciddi bir rakip haline getirdi endüstri - alüminyum, berilyum ve zirkonyum. Ayrıca niyobyumun yapay (uyarılmış) radyoaktivitesi düşüktür. Bu nedenle radyoaktif atıkların depolanmasına yönelik kapların veya bunların kullanımına yönelik tesislerin yapımında kullanılabilir.

Kimya endüstrisi nispeten az niyobyum tüketiyor, ancak bu yalnızca kıtlığıyla açıklanabilir. Yüksek saflıkta asitlerin üretimine yönelik ekipmanlar bazen niyobyum içeren alaşımlardan ve daha az yaygın olarak niyobyum tabakasından yapılır. Niyobyumun belirli kimyasal reaksiyonların hızını etkileme yeteneği, örneğin bütadienden alkol sentezinde kullanılır.

Roket ve uzay teknolojisi de 41 numaralı elementin tüketicisi haline geldi. Bu elementin bazı miktarlarının halihazırda Dünya'ya yakın yörüngelerde döndüğü bir sır değil. Roketlerin ve yapay Dünya uydularının yerleşik ekipmanlarının bazı kısımları, niyobyum içeren alaşımlardan ve saf niyobyumdan yapılmıştır.

NİOBYA MİNERALLERİ. Columbite (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6 insanlığın bildiği ilk niyobyum mineralidir. Ve bu aynı mineral, 41 numaralı element açısından en zengin olanıdır. Niyobyum ve tantal oksitler, kolumbitin ağırlığının %80'ini oluşturur. Piroklor (Ca, Na) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 (O, OH, F) ve doparit (Na, Ce, Ca) 2 (Nb, Ti) 2 O 6'da çok daha az niyobyum vardır. Toplamda niyobyum içeren 100'den fazla mineral bilinmektedir. Farklı ülkelerde bu tür minerallerin önemli yatakları var: ABD, Kanada, Norveç, Finlandiya, ancak Afrika'nın Nijerya eyaleti, dünya pazarına en büyük niyobyum konsantresi tedarikçisi haline geldi. Rusya'nın büyük loparit rezervleri var, bunlar Kola Yarımadası'nda bulundu.

PEMBE KARBÜR. Niyobyum monokarbür NbC karakteristik pembemsi parlaklığa sahip plastik bir maddedir. Bu önemli bileşik, metalik niyobyumun hidrokarbonlarla reaksiyona girmesiyle oldukça kolay bir şekilde oluşur. İyi işlenebilirlik ve yüksek ısı direncinin hoş "dış özellikler" ile birleşimi, niyobyum monokarbürün kaplama üretimi için değerli bir malzeme olmasını sağlamıştır. Bu maddenin yalnızca 0,5 mm kalınlığındaki katmanları, birçok malzemeyi, özellikle de diğer kaplamalar tarafından neredeyse hiç korunmayan grafiti, yüksek sıcaklıklarda korozyona karşı güvenilir bir şekilde korur. NbC ayrıca roket bilimi ve türbin üretiminde yapısal malzeme olarak da kullanılır.

SİNİRLER NİYOBYUM İLE DİKİLİR. Niyobyumun yüksek korozyon direnci tıpta kullanılmasını mümkün kılmıştır. Niyobyum iplikleri canlı dokuda tahrişe neden olmaz ve ona iyi yapışır. Rekonstrüktif cerrahi, yırtık tendonları, kan damarlarını ve hatta sinirleri bir araya getirmek için bu tür iplikleri başarıyla kullanıyor.

GÖRÜNÜŞLER ALDATICI DEĞİLDİR. Niyobyum sadece teknoloji için gerekli olan bir dizi özelliğe sahip olmakla kalmıyor, aynı zamanda oldukça güzel görünüyor. Kuyumcular bu beyaz parlak metali saat kasaları yapmak için kullanmaya çalıştılar. Tungsten veya renyum ile niyobyum alaşımları bazen asil metallerin yerini alır: altın, platin, iridyum. İkincisi özellikle önemlidir, çünkü niyobyum-renyum alaşımı yalnızca metalik iridyuma benzemekle kalmaz, aynı zamanda neredeyse aşınmaya karşı dayanıklıdır. Bu, bazı ülkelerin dolma kalem uçları için lehimleme uçlarının üretiminde pahalı iridyumdan vazgeçmesine olanak tanıdı.

NİYOBYUM VE KAYNAK. Yüzyılımızın 20'li yıllarının sonunda, perçinlemenin ve diğer bileşen ve parçaları bağlama yöntemlerinin yerini elektrik ve gaz kaynağı almaya başladı. Kaynak, ürünlerin kalitesini artırdı, montaj süreçlerini hızlandırdı ve maliyetlerini düşürdü. Kaynak, özellikle aşındırıcı ortamlarda veya yüksek basınç altında çalışan büyük tesislerin kurulumu için umut verici görünüyordu. Ancak daha sonra paslanmaz çeliğin kaynaklanması sırasında kaynak dikişinin çeliğin kendisinden çok daha az mukavemete sahip olduğu ortaya çıktı. Kaynağın özelliklerini iyileştirmek için "paslanmaz çeliğe" çeşitli katkı maddeleri eklenmeye başlandı. Bunların en iyisinin niyobyum olduğu ortaya çıktı.

DÜŞÜK RAKAMLAR. Niyobyumun nadir bir element olarak kabul edilmesi tesadüf değildir: Gerçekten de nadiren ve küçük miktarlarda bulunur, her zaman mineral formunda bulunur ve asla doğal halinde değildir. İlginç bir detay: farklı referans yayınlarında niyobyumun clarke'si (yerkabuğunun içeriği) farklıdır. Bu esas olarak son yıllarda Afrika ülkelerinde niyobyum içeren yeni mineral yataklarının bulunmasıyla açıklanmaktadır. The Chemist's Handbook, cilt I (M., Chemistry, 1963) şu rakamları verir: %3,2-10-5, %1*10-3 ve %2,4*10-3. Ancak son rakamlar da hafife alınıyor: Son yıllarda keşfedilen Afrika yatakları buraya dahil değil. Bununla birlikte, halihazırda bilinen yataklardaki minerallerden yaklaşık 1,5 milyon ton metalik niyobyumun eritilebileceği tahmin edilmektedir.

Antik Yunanca'da. mitoloji * a. niyobyum; N. Niob, Niyobyum; F. niyobyum; Ve. niobio), Mendeleev periyodik sisteminin V grubunun kimyasal bir elementidir, atom numarası 41, atom kütlesi 92.9064. Bir doğal izotopu 93 Nb vardır.

Niyobyum oksit ilk olarak 1801 yılında İngiliz kimyager C. Hatchet tarafından columbite'den izole edildi. Metalik niyobyum 1866'da İsveçli bilim adamı K. V. Blomstrand tarafından elde edildi.

Niyobyum özellikleri

Niyobyum çelik renkli bir metaldir ve a = 0,3294 nm'lik vücut merkezli bir kübik kafese sahiptir; yoğunluk 8570 kg/m3; erime sıcaklığı 2500°С, kaynama sıcaklığı 4927°С; ısı kapasitesi (298 K) 24,6 J/(mol.K); termal iletkenlik (273 K) 51,4 W/(m.K); doğrusal genleşme sıcaklık katsayısı (63-1103 K) 7.9.10 -6 K -1 ; elektriksel direnç (293 K) 16,10 -8 Ohm.m; elektriksel direncin termal katsayısı (273 K) 3.95.10 -3 K -1. Süper iletken duruma geçiş sıcaklığı 9,46 K'dir.

Oksidasyon durumu +5, daha az sıklıkla +1'den +4'e. Kimyasal özellikleri tantala yakındır, soğuğa son derece dayanıklıdır ve hafif ısınmayla birlikte birçok agresif ortamın etkisine karşı dayanıklıdır. ve asitler. Niyobyum yalnızca hidroflorik asit, nitrik asit ve alkali ile karışımı ile çözülür. Amfoterik. Halojenlerle etkileşime girdiğinde niyobyum halojenürler oluşturur. Nb205 soda ile birleştirildiğinde, niyobik asitlerin tuzları elde edilir - niyobatlar, ancak asitlerin kendileri serbest durumda bulunmaz. Niyobyum çift tuzlar ve karmaşık bileşikler oluşturabilir. Toksik değildir.

Alma ve kullanma

Niyobyum elde etmek için niyobyum konsantresi kostik soda veya soda ile eritilir ve elde edilen alaşım süzülür. Çözünmemiş çökeltide bulunan Nb ve Ta ayrılır ve niyobyum oksit, tantal oksitten ayrı olarak indirgenir. Kompakt niyobyum, toz metalurjisi, elektrik arkı, vakum ve elektron ışınının eritilmesiyle üretilir.

Niyobyum, ısıya dayanıklı çeliklerin ve alaşımların alaşımlanmasında ana bileşenlerden biridir. Niyobyum ve alaşımları jet motorlarının, roketlerin, gaz türbinlerinin, kimyasal ekipmanların, elektronik cihazların, elektrik kapasitörlerinin ve süper iletken cihazların parçaları için yapısal malzeme olarak kullanılır. Niobatlar ferroelektrik, piezoelektrik ve lazer malzemeleri olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.

Adını, tanrılara gülmeye cesaret eden ve bunun bedelini çocuklarının ölümüyle ödeyen antik Niobe'den alan kimyasal bir element. Niyobyum, insanlığın endüstriyel üretimden dijital üretime geçişini temsil ediyor; buharlı lokomotiflerden roketatarlara; Kömürlü termik santrallerden nükleer enerjiye. Gram başına niyobyumun küresel fiyatı ve buna olan talep oldukça yüksektir. En son bilimsel başarıların çoğu bu metalin kullanımıyla yakından ilgilidir.

Gram başına niyobyum fiyatı

Niyobyumun ana kullanım alanları nükleer ve uzay programlarıyla ilgili olduğundan stratejik bir malzeme olarak sınıflandırılmaktadır. Geri dönüşüm, yeni cevherlerin geliştirilmesi ve çıkarılmasından mali açıdan çok daha karlı olup, bu da niyobyumun ikincil metal pazarında talep görmesini sağlar.

Bunun fiyatı birkaç faktör tarafından belirlenir:

• Metal saflığı. Yabancı yabancı maddeler ne kadar fazla olursa fiyat o kadar düşük olur.
• Teslimat formu.
• Teslimat kapsamı. Metal fiyatlarıyla doğru orantılıdır.
• Hurda toplama noktasının yeri. Her bölgenin niyobyum ihtiyacı ve buna bağlı olarak fiyatı farklıdır.
• Nadir metallerin varlığı. Tantal, tungsten, molibden gibi elementleri içeren alaşımların fiyatı daha yüksektir.
• Dünya borsalarındaki alıntıların anlamı. Bu değerler fiyatların belirlenmesinde temel oluşturur.

Moskova'daki fiyatlara gösterge niteliğinde genel bakış:

• Niyobyum NB-2. Fiyatı 420-450 ruble arasında değişiyor. kg başına.
• Niyobyum talaşı. 500-510 ovmak. kg başına.
• Niyobyum yığını NBSh00. Safsızlıkların önemsiz içeriği nedeniyle artan fiyatlarda farklılık gösterir. 490-500 ovmak. kg başına.
• Niyobyum çubuğu NBSh-0. 450-460 ovmak. kg başına.
• Niyobyum NB-1 çubuk şeklinde. Fiyatı 450-480 ruble. kg başına.

Yüksek maliyetine rağmen dünyada niyobyum talebi artmaya devam ediyor. Bunun nedeni, muazzam kullanım potansiyeli ve metal kıtlığıdır. 10 ton toprakta yalnızca 18 gram niyobyum bulunmaktadır.

Bilim camiası bu kadar pahalı bir malzemenin yerine geçecek bir malzeme bulmak ve geliştirmek için çalışmaya devam ediyor. Ancak şu ana kadar bu konuda somut bir sonuç alamadım. Bu, niyobyum fiyatının yakın gelecekte düşmesinin beklenmediği anlamına geliyor.

Fiyatları düzenlemek ve ciro hızını artırmak için niyobyum ürünleri için aşağıdaki kategoriler sağlanmıştır:

• Niyobyum külçeleri. Boyutları ve ağırlıkları GOST 16099-70'e göre standartlaştırılmıştır. Metalin saflığına bağlı olarak 3 dereceye ayrılırlar: niyobyum NB-1, niyobyum NB-2 ve buna göre niyobyum NB-3.
• Niyobyum personeli. Daha yüksek oranda yabancı kirlilik içerir.
• Niyobyum folyo. 0,01 mm'ye kadar kalınlıklarda üretilmektedir.
• Niyobyum çubuğu. TU 48-4-241-73'e göre NbP1 ve NbP2 kalitelerinde tedarik edilir.

Niyobyumun fiziksel özellikleri

Metal beyaz bir renk tonu ile gridir. Refrakter alaşımlar grubuna aittir. Erime noktası 2500 ºС'dir. Kaynama noktası 4927 ºС. Artan ısı direnci değerinde farklılık gösterir. 900 ºС üzerindeki çalışma sıcaklıklarında özelliklerini kaybetmez.

Mekanik özellikleri de üst düzeydedir. Yoğunluk 8570 kg/m3 olup çelik için aynı gösterge 7850 kg/m3'tür. Hem dinamik hem de döngüsel yükler altında çalışmaya dayanıklıdır. Çekme mukavemeti - 34,2 kg/mm2. Yüksek plastisiteye sahiptir. Bağıl uzama katsayısı %19-21 arasında değişmektedir, bu da ondan 0,1 mm kalınlığa kadar haddelenmiş niyobyum levhaların elde edilmesini mümkün kılmaktadır.

Sertlik, metalin zararlı yabancı maddelerden saflığıyla ilgilidir ve bileşimiyle birlikte artar. Saf niyobyumun Brinell sertlik derecesi 450'dir.

Niyobyum -30 ºС'nin altındaki sıcaklıklarda basınç işlemine iyi uyum sağlar ve kesilmesi zordur.

Büyük sıcaklık dalgalanmalarında termal iletkenlik önemli ölçüde değişmez. Örneğin, 20 ºС'de 51,4 W/(m·K)'dir ve 620 ºС'de yalnızca 4 birim artar. Niyobyum, elektrik iletkenliği açısından bakır ve alüminyum gibi elementlerle rekabet eder. Elektrik direnci - 153,2 nOhm m Süper iletken malzemeler kategorisine aittir. Alaşımın süperiletken moduna girdiği sıcaklık 9.171 K'dir.

Asidik ortamlara son derece dayanıklıdır. Sülfürik, hidroklorik, ortofosforik, nitrik gibi yaygın asitler kimyasal yapısını hiçbir şekilde etkilemez.

250 ºС'nin üzerindeki sıcaklıklarda, niyobyum oksijen tarafından aktif olarak oksitlenmeye başlar ve ayrıca hidrojen ve nitrojen molekülleriyle kimyasal reaksiyonlara girer. Bu işlemler metalin kırılganlığını arttırır, dolayısıyla mukavemetini azaltır.

• Alerjenik malzemeler için geçerli değildir. İnsan vücuduna girdiğinde vücutta reddedilme reaksiyonuna neden olmaz.
• Birinci kaynaklanabilirlik grubunun bir metalidir. Kaynaklar sıkıdır ve hazırlık işlemleri gerektirmez. Çatlamaya karşı dayanıklıdır.

Alaşım türleri

Yüksek sıcaklıklarda mekanik özelliklerin değerine bağlı olarak niyobyum alaşımları aşağıdakilere ayrılır:

1. Düşük güç. 1100-1150 ºС aralığında çalışırlar. Basit bir alaşım elementleri setine sahiptirler. Buna esas olarak zirkonyum, titanyum, tantal, vanadyum, hafniyum dahildir. Mukavemet 18-24 kg/mm2'dir. Kritik sıcaklık eşiğini geçtikten sonra keskin bir şekilde düşer ve saf niyobyuma benzer hale gelir. Ana avantajı, 30 ºС'ye kadar sıcaklıklarda yüksek plastik özellikleri ve basınç altında iyi işlenebilirliktir.
2. Orta kuvvet. Çalışma sıcaklıkları 1200-1250 ºС aralığındadır. Yukarıdaki alaşım elementlerine ek olarak tungsten, molibden ve tantal safsızlıklarını da içerirler. Bu katkı maddelerinin temel amacı artan sıcaklıkla birlikte mekanik özellikleri korumaktır. Orta derecede sünekliğe sahiptirler ve basınç altında kolayca işlenebilirler. Bir alaşımın çarpıcı bir örneği niyobyum 5VMC'dir.
3. Yüksek mukavemetli alaşımlar. 1300 ºС'ye kadar sıcaklıklarda kullanılır. 1500 ºС'ye kadar kısa süreli maruz kalma ile. Daha yüksek karmaşıklığa sahip kimyasal bileşimleri bakımından farklılık gösterirler. %25'i ana payı tungsten ve molibden olan katkı maddelerinden oluşmaktadır. Bu alaşımların bazı türleri, ısı direncini olumlu yönde etkileyen yüksek karbon içeriği ile karakterize edilir. Yüksek mukavemetli niyobyumun ana dezavantajı, işlenmesini zorlaştıran düşük sünekliktir. Ve buna göre endüstriyel yarı mamul ürünlerin elde edilmesi.

Yukarıda listelenen kategorilerin koşullu nitelikte olduğu ve belirli bir alaşımın kullanım yöntemi hakkında yalnızca genel bir fikir verdiği unutulmamalıdır.

Ayrıca ferroniyobyum ve niyobyum oksit gibi bileşiklerden de bahsetmeye değer.

Ferroniyobyum, demir içeren bir niyobyum bileşiğidir ve ikincisinin içeriği% 50 seviyesindedir. Ana elementlerin yanı sıra yüzlerce titanyum, kükürt, fosfor, silikon ve karbon içerir. Elementlerin kesin yüzdesi GOST 16773-2003 tarafından standartlaştırılmıştır.

Niyobyum pentasit beyaz kristal bir tozdur. Asit ve suda çözünmeye duyarlı değildir. Niyobyumun oksijen ortamında yakılmasıyla üretilir. Tamamen amorf. Erime noktası 1500 ºС.

Niyobyum uygulamaları

Yukarıdaki özelliklerin tümü metali çeşitli endüstrilerde son derece popüler kılmaktadır. Bunu kullanmanın birçok yolu arasında aşağıdaki konumlar ayırt edilir:

• Metalurjide alaşım elementi olarak kullanılır. Ayrıca hem demirli hem de demirsiz alaşımlar niyobyum ile alaşımlıdır. Örneğin, 12Х18Н10Т paslanmaz çeliğe yalnızca %0,02 oranında eklenmesi, aşınma direncini %50 artırır. Niyobyum (%0,04) ile geliştirilmiş alüminyum, alkaliye karşı tamamen geçirimsiz hale gelir. Niyobyum, bakır üzerinde çelik üzerinde sertleştirici bir madde olarak etki ederek mekanik özelliklerini büyüklük sırasına göre artırır. Uranyumun bile niyobyum ile katkılı olduğunu unutmayın.
• Niyobyum pentoksit, yüksek derecede refrakter seramiklerin üretiminde ana bileşendir. Aynı zamanda savunma sanayinde de uygulama alanı buldu: askeri teçhizatın zırhlı camı, geniş kırılma açısına sahip optikler vb.
• Ferroniyobyum çeliklerin alaşımlanmasında kullanılır. Ana görevi korozyon direncini arttırmaktır.
• Elektrik mühendisliğinde kapasitörlerin ve akım redresörlerinin üretiminde kullanılırlar. Bu tür kapasitörler, artan kapasitans ve yalıtım direnci ve küçük boyutlarla karakterize edilir.
• Silikon ve germanyumun niyobyumlu bileşikleri elektronik alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Süper iletken solenoidler ve akım jeneratörlerinin elemanları bunlardan yapılır.