Cheminis elementas, pavadintas senovės Niobės, moters, išdrįsusios juoktis iš dievų ir sumokėjusios už tai savo vaikų mirtimi, vardu. Niobis reprezentuoja žmonijos perėjimą nuo pramoninės prie skaitmeninės gamybos; nuo garvežių iki raketų paleidimo įrenginių; nuo anglimi kūrenamų elektrinių iki atominės energijos. Pasaulinė niobio kaina už gramą yra gana didelė, kaip ir jo paklausa. Dauguma naujausių mokslo pasiekimų yra glaudžiai susiję su šio metalo naudojimu.

Niobio kaina už gramą

Kadangi pagrindiniai niobio panaudojimo būdai yra susiję su branduolinėmis ir kosmoso programomis, jis priskiriamas strateginei medžiagai. Perdirbimas yra finansiškai daug pelningesnis nei naujų rūdų kūrimas ir gavyba, todėl niobis yra paklausus antrinėje metalų rinkoje.

Jo kainą lemia keli veiksniai:

• Metalo grynumas. Kuo daugiau pašalinių priemaišų, tuo mažesnė kaina.
• Pristatymo forma.
• Pristatymo apimtis. Tiesiogiai proporcingas metalo kainoms.
• Laužo surinkimo punkto vieta. Kiekvienas regionas turi skirtingą niobio poreikį ir atitinkamai jo kainą.
• Retų metalų buvimas. Lydiniai, kurių sudėtyje yra tokių elementų kaip tantalas, volframas, molibdenas, yra brangesni.
• Citatų reikšmė pasaulio biržose. Šios vertės yra kainų nustatymo pagrindas.

Orientacinė kainų apžvalga Maskvoje:

• Niobis NB-2. Kaina svyruoja nuo 420 iki 450 rublių. už kg.
• Niobio drožlės. 500-510 rub. už kg.
• Niobio krūva NBSh00. Skiriasi padidėjusiomis kainomis dėl nežymaus priemaišų kiekio. 490-500 rub. už kg.
• Niobio strypas NBSh-0. 450-460 rub. už kg.
• Niobis NB-1 lazdelės pavidalu. Kaina yra 450-480 rublių. už kg.

Nepaisant didelių sąnaudų, niobio paklausa pasaulyje ir toliau auga. Taip nutinka dėl didžiulio jo naudojimo galimybių ir metalo trūkumo. 10 tonų dirvožemio yra tik 18 gramų niobio.

Mokslo bendruomenė ir toliau dirba, kad surastų ir sukurtų tokios brangios medžiagos pakaitalą. Tačiau kol kas nesulaukiau jokių konkrečių rezultatų. Tai reiškia, kad artimiausiu metu niobio kaina neturėtų kristi.

Siekiant reguliuoti kainas ir padidinti apyvartos greitį, niobio gaminiams numatytos šios kategorijos:

• Niobio luitai. Jų dydis ir svoris yra standartizuoti GOST 16099-70. Priklausomai nuo metalo grynumo, jie skirstomi į 3 klases: niobis NB-1, niobis NB-2 ir atitinkamai niobis NB-3.
• Niobio darbuotojai. Jame yra didesnis pašalinių priemaišų procentas.
• Niobio folija. Gaminami iki 0,01 mm storio.
• Niobio strypas. Pagal TU 48-4-241-73 jis tiekiamas NbP1 ir NbP2 klasių.

Fizikinės niobio savybės

Metalas pilkas su baltu atspalviu. Priklauso ugniai atsparių lydinių grupei. Lydymosi temperatūra yra 2500 ºС. Virimo temperatūra 4927 ºС. Skiriasi padidinta atsparumo karščiui reikšme. Nepraranda savo savybių esant aukštesnei nei 900 ºС darbo temperatūrai.

Mechaninės charakteristikos taip pat yra aukšto lygio. Tankis yra 8570 kg/m3, o plieno rodiklis yra 7850 kg/m3. Atsparus darbui esant dinaminėms ir ciklinėms apkrovoms. Tempiamasis stipris - 34,2 kg/mm2. Turi didelį plastiškumą. Santykinis pailgėjimo koeficientas svyruoja tarp 19-21%, todėl iš jo galima gauti iki 0,1 mm storio valcuotus niobio lakštus.

Kietumas yra susijęs su metalo grynumu nuo kenksmingų priemaišų ir didėja kartu su jų sudėtimi. Gryno niobio Brinelio kietumas yra 450.

Niobis puikiai tinka apdoroti slėgiu žemesnėje nei -30 ºС temperatūroje ir yra sunkiai pjaustomas.

Esant dideliems temperatūros svyravimams, šilumos laidumas reikšmingai nekinta. Pavyzdžiui, esant 20 ºС, jis yra 51,4 W/(m K), o esant 620 ºС jis padidėja tik 4 vienetais. Niobis konkuruoja dėl elektros laidumo su tokiais elementais kaip varis ir aliuminis. Elektrinė varža - 153,2 nOhm Priklauso superlaidžių medžiagų kategorijai. Temperatūra, kurioje lydinys pereina į superlaidininko režimą, yra 9,171 K.

Itin atsparus rūgštinei aplinkai. Tokios įprastos rūgštys kaip sieros, druskos, ortofosforo, azoto rūgštys niekaip neįtakoja jo cheminės struktūros.

Esant aukštesnei nei 250 ºС temperatūrai, niobis pradeda aktyviai oksiduotis deguonimi, taip pat vyksta cheminės reakcijos su vandenilio ir azoto molekulėmis. Šie procesai padidina metalo trapumą ir taip sumažina jo stiprumą.

• Netaikoma alergizuojančioms medžiagoms. Patekęs į žmogaus organizmą, nesukelia organizmo atmetimo reakcijos.
• Tai pirmosios suvirinamumo grupės metalas. Suvirinimo siūlės yra sandarios ir nereikalauja parengiamųjų operacijų. Atsparus įtrūkimams.

Lydinių tipai

Remiantis mechaninių savybių verte aukštesnėje temperatūroje, niobio lydiniai skirstomi į:

1. Mažas stiprumas. Jie veikia 1100–1150 ºС diapazone. Jie turi paprastą legiravimo elementų rinkinį. Tai daugiausia apima cirkonis, titanas, tantalas, vanadis, hafnis. Stiprumas 18-24 kg/mm2. Peržengus kritinės temperatūros slenkstį, jis smarkiai nukrenta ir tampa panašus į gryną niobį. Pagrindinis privalumas yra aukštos plastinės savybės esant temperatūrai iki 30 ºС ir geras apdirbamumas esant slėgiui.
2. Vidutinio stiprumo. Jų darbinė temperatūra yra 1200–1250 ºС. Be minėtų legiravimo elementų, juose yra volframo, molibdeno ir tantalo priemaišų. Pagrindinis šių priedų tikslas – išlaikyti mechanines savybes kylant temperatūrai. Jie turi vidutinį lankstumą ir gali būti lengvai apdorojami esant slėgiui. Ryškus lydinio pavyzdys yra niobis 5VMC.
3. Didelio stiprumo lydiniai. Naudojamas iki 1300 ºС temperatūroje. Esant trumpalaikiam poveikiui iki 1500 ºС. Jie skiriasi didesnio sudėtingumo chemine sudėtimi. 25% sudaro priedai, kurių pagrindinė dalis yra volframas ir molibdenas. Kai kurios šių lydinių rūšys pasižymi dideliu anglies kiekiu, o tai teigiamai veikia jų atsparumą karščiui. Pagrindinis didelio stiprumo niobio trūkumas yra mažas lankstumas, dėl kurio sunku apdoroti. Ir atitinkamai gauti pramoninius pusgaminius.

Reikėtų pažymėti, kad aukščiau išvardytos kategorijos yra sąlyginio pobūdžio ir pateikia tik bendrą idėją apie konkretaus lydinio naudojimo būdą.

Taip pat verta paminėti tokius junginius kaip feroniobis ir niobio oksidas.

Ferroniobis yra niobio ir geležies junginys, kuriame pastarosios kiekis yra 50%. Be pagrindinių elementų, jame yra šimtųjų dalių titano, sieros, fosforo, silicio ir anglies. Tikslus elementų procentas yra standartizuotas GOST 16773-2003.

Niobio pentaksidas yra balti kristaliniai milteliai. Netirpsta rūgštyje ir vandenyje. Jis gaminamas deginant niobį deguonies aplinkoje. Visiškai amorfiškas. Lydymosi temperatūra 1500 ºС.

Niobio panaudojimas

Dėl visų aukščiau išvardytų savybių metalas itin populiarus įvairiose pramonės šakose. Tarp daugelio jo naudojimo būdų išskiriamos šios pozicijos:

• Metalurgijoje naudojamas kaip legiravimo elementas. Be to, tiek juodųjų, tiek spalvotųjų metalų lydiniai yra legiruojami niobu. Pavyzdžiui, į nerūdijantį plieną 12Х18Н10Т pridėjus vos 0,02 % jo atsparumas dilimui padidėja 50 %. Aliuminis, pagerintas niobu (0,04%), tampa visiškai nepralaidus šarmams. Niobis veikia varį kaip plieno kietiklį, padidindamas jo mechanines savybes. Atkreipkite dėmesį, kad net uranas yra legiruotas niobu.
• Niobio pentoksidas yra pagrindinis komponentas gaminant labai ugniai atsparią keramiką. Jis taip pat buvo pritaikytas gynybos pramonėje: karinės įrangos šarvuotas stiklas, optika su dideliu lūžio kampu ir kt.
• Ferroniobis naudojamas legiruoti plieną. Jo pagrindinė užduotis yra padidinti atsparumą korozijai.
• Elektros inžinerijoje jie naudojami kondensatorių ir srovės lygintuvų gamybai. Tokie kondensatoriai pasižymi padidėjusia talpa ir izoliacijos varža bei nedideliais dydžiais.
• Silicio ir germanio junginiai su niobu plačiai naudojami elektronikos srityje. Iš jų gaminami superlaidūs solenoidai ir srovės generatorių elementai.
Niobio gamyba kartu su tantalu, taip pat tantalono-obiumo lydinių, turi didelę ekonominę reikšmę abiejų vertingų metalų integruoto panaudojimo požiūriu.
Daugeliu atvejų vietoj tantalo, turinčio tą patį poveikį, galite naudoti niobį, kurio savybės yra panašios, arba tantalo ir niobio lydinius, nes šie metalai sudaro ištisinę kietų tirpalų seriją, kurios savybės yra artimos originalių metalų savybės.
Tantalo ir niobio lydinį galima gauti sumaišius atskirai gautus tantalo ir niobio miltelius, po to mišinį presuojant ir sukepinant vakuume, taip pat vienu metu kartu redukuojant tantalo ir niobio junginių mišinį, pavyzdžiui, mišinį. kompleksiniai fluoridai K2TaF7 ir K2NbF7, chloridų mišinys, oksidų mišinys ir kt.
Paprastai, naudojant vandenilio fluorido rūgšties metodą tantalo ir niobio atskyrimui, pastarasis yra atskiriamas fluoroksiniobato K2NbOF5*H2O pavidalu.
Ši druska netinka redukuoti natriu dėl dviejų priežasčių:
a) kristalizacijos vanduo, kuris yra minėtos druskos dalis, reaguodamas su natriu gali sukelti sprogimą,
b) deguonis, kuris yra druskos dalis ir susijęs su niobiu, nėra redukuojamas natrio ir lieka oksido priemaišos pavidalu redukcijos produkte.
Todėl kalio fluoroksiniobatas turi būti perkristalizuojamas per vandenilio fluorido rūgšties tirpalą, kurio HF koncentracija viršija 10%, todėl susidaro K2NbF7 druska, tinkama redukuoti natriu.
Niobis taip pat gali būti gaminamas elektrolizės būdu tokiomis sąlygomis, kaip aprašyta tantalo gamybai. Pastebėtas mažesnis srovės efektyvumas nei gaminant tantalą elektrolitiniu būdu, taip pat sunkumai, susiję su pastebimu skirtingo valentingumo niobio junginių tirpumu elektrolite.
Elektrolizė taip pat galima iš mišrios vonios, kurioje yra Ta2O5 + Nb2O5 mišinys kaip skaidantys komponentai ir K2TaF7 kaip tirpiklis. Tokiu atveju gaunamas niobio ir tantalo lydinys.
Norint gauti niobį, buvo pasiūlytas niobio pentoksido anglies redukcijos metodas vakuume.


Niobio pentoksido redukcija anglimi


Niobiui gauti K. Bohlke sukūrė niobio pentoksido redukavimo niobio karbidu vakuume metodą pagal reakciją:

Iš esmės šis procesas susijęs su niobio pentoksido redukcija anglimi.
Dėl didelio niobio pentoksido cheminio stiprumo redukcijai anglimi esant atmosferos slėgiui reikalinga aukšta temperatūra (apie 1800-1900°), kurią galima gauti grafito vamzdžių krosnyje niobio karbidas -ΔF° = 38,2 kcal ), todėl krosnyje esant anglies dujoms ir esant dideliam difuzijos greičiui kietoje fazėje, besivystant tokioje aukštoje temperatūroje, niobis pasirodo užterštas niobio karbidu, net jei įkrova ruošiama remiantis reakcija

Vakuume redukcijos reakcija su anglimi vyksta žemesnėje temperatūroje (1600-1700°),
Briketai ruošiami iš niobio pentoksido ir suodžių mišinio, paimamo stechiometriniais santykiais pagal reakciją

Valcavimas atliekamas 1800-1900° grafito vamzdžių krosnyje apsauginėje atmosferoje (vandenilis, argonas) arba vakuume 1600° temperatūroje, kol nutrūks CO išsiskyrimas. Gautas produktas yra šiek tiek sukepinti briketai, sudaryti iš pilkojo karbido miltelių dalelių. Karbidas sumalamas į miltelius rutuliniame malūne ir sumaišomas su pentoksidu santykiu (1). Nb2O5 + NbC mišinio briketai vėl kalcinuojami vakuume maždaug 1600° temperatūroje.
Siekiant užtikrinti anglies pašalinimą CO pavidalu, į Nb2O5 + NbC mišinį reikia įpilti nedidelį niobio pentoksido perteklių. Atliekant tolesnį strypų sukepinimą (suvirinimą) aukštoje temperatūroje iš metalo niobio miltelių, pašalinamas niobio pentoksido perteklius, nes niobio oksidai (kaip tantalas) lakuoja vakuume, žemesnėje nei metalo lydymosi temperatūra.
Dėl neišvengiamo laiko vakuumui sukurti ir produktui jame aušinti vakuuminės krosnies našumas gaminant pradinį niobio karbidą yra daug mažesnis nei grafito vamzdžių krosnies, veikiančios atmosferos slėgyje, produktyvumas, kuriame nuolatinis procesas gali būti atliekamas perkeliant kasetes su Nb2O5 + C mišinio briketais. Todėl tikslingiau NbC gauti nuolat grafito vamzdžių krosnyje esant atmosferiniam slėgiui, nors ir 1800-1900° temperatūroje.
Metalinį niobį būtų galima gauti vakuuminėje krosnyje tiesiogiai reaguojant pentoksidui su suodžiais pagal reakciją (2), kai įkrovoje yra nedidelis Nb2O5 perteklius. Tačiau kraunant Nb2O5 + 5NbC mišinį į vakuuminę krosnį, jo našumas žymiai padidėja, lyginant su Nb2O5 + 5C mišinio krauju, nes Nb2O5 + SNbC mišinyje niobio (82,4%) yra 1,5 karto daugiau nei Nb2O5 + 5C mišinyje. ( 57,2 %) Be to, pirmojo mišinio priedo savitasis tankis yra 1,7 karto didesnis nei antrojo mišinio (atitinkamai 6,25 g/cm3 ir 3,7 g/cm3).
Be to, reikia atsižvelgti į tai, kad niobio karbidas, kuris sudaro vyraujančią Nb2O5 + 5NbC mišinio dalį, yra stambesnio grūdėtumo nei disperguoti Nb2O5 ir suodžių milteliai, o tai yra papildoma didesnė Nb2O5 masės priežastis. + 5NbC mišinys nei Nb2O5 + 5C mišinys.
Dėl viso to į vienetinį kasetės tūrį gali tilpti 2,5-3 kartus daugiau medžiagos (pagal niobio kiekį) Nb2O5 + 5NbC mišinio briketų pavidalu nei į Nb2O5 + 5C mišinio briketus.
Bolke'o darbas nepateikia pakankamai tvirtų įrodymų, kad reikia griežtai laikytis jo rekomenduojamos Nb2O5 + 5NbC mišinio sudėties, įpilto į vakuuminę krosnį.
Deginant Nb2O5 + 5C mišinį anglies vamzdžių krosnyje esant atmosferiniam slėgiui, labai produktyviai (nepertraukiamo proceso metu) galima gauti produktą, savo sudėtimi panašų į metalinį niobį su nedideliu anglies mišiniu. Šiuos niobio turtingus miltelius, turinčius didelį savitąjį ir tūrinį svorį, galima sumaišyti su atitinkamu kiekiu Nb2O5 (su nedideliu Nb2O5 pertekliumi, palyginti su ekvivalentišku niobio anglies priemaišų kiekiu) ir briketuotą mišinį kalcinuoti vakuuminėje krosnyje, kad būtų pašalinta. anglis CO pavidalu.
Pasirinkus šią parinktį, vakuuminės krosnies talpa, taigi ir našumas, bus didžiausias. Nedidelis likęs Nb2O5 perteklius išgaruos toliau aukštoje temperatūroje sukepinant niobį, o pastarasis virs kompaktišku kaliuoju metalu.
Naudojant mažai anglies išskiriantį niobį, o ne niobio karbidą reaguojant su pentoksidu, gali kilti tam tikrų technologinių komplikacijų. Faktas yra tas, kad gaminant mažai anglies turintį niobį esant atmosferos slėgiui grafito vamzdžių krosnies reakcijos erdvėje, visada įmanoma azoto priemaišų buvimas iš oro, kuris gali patekti į krosnį. Niobis, turintis didelį afinitetą azotui, aktyviai jį sugeria. Gaminant niobio karbidą, galimybė užteršti produktą azotu yra daug mažesnė dėl didesnio niobio afiniteto anglies nei azotui.
Todėl metalinio niobio gamybą, kai kaip pradinę medžiagą naudojamas mažai anglies turintis niobis, apsunkina poreikis sudaryti sąlygas, neleidžiančias azotui patekti į reakcijos erdvę, o tai sunku pasiekti grafito vamzdžių krosnyje, laisvai prijungtoje prie atmosfera. Norint pašalinti azotą iš krosnies, būtina kruopščiai užpildyti krosnį grynu vandeniliu arba argonu, išlaikyti korpuso sandarumą, vengti oro pritraukimo į reakcijos vamzdelį, kai į jį kraunant kasetes su Nb2O5 + 5C mišiniu ir iškraunant. niobis ir kt.
Todėl preliminarios niobio karbido arba mažai anglies dioksido turinčio niobio gamybos atmosferos slėgyje (po to šiuos produktus kalcinuojant mišinyje su Nb2O5 vakuume) pranašumų klausimą galima išspręsti kiekvienu konkrečiu atveju. .
Niobio anglies redukcijos proceso privalumai pagal vieną iš aprašytų variantų yra šie: pigaus reduktorius suodžių pavidalu ir didelis tiesioginis niobio ekstrahavimas į gatavą metalą.
Tantalo ir niobio oksidų savybių panašumas leidžia naudoti aprašytą metodą kaliajam tantalui gauti.

15.08.2019

Armatūra – statybinis metalo gaminys, kurio profilis gali būti lygus (A1 klasė) arba periodinis. Sustiprinimas naudojamas stiprinti ir padidinti stiprumą...

15.08.2019

Plazminio pjovimo metodas buvo atrastas palyginti neseniai, tačiau labai aktyviai naudojamas pramonėje, nes buvo gerai ištirtas....

15.08.2019

Technologijų tobulėjimas leidžia tobulinti pneumatinius įrankius. Jiems maitinti naudojamas suslėgtas oras. Šis įrankis aktyviai naudojamas pramonėje,...

15.08.2019

Mokslo metų pradžia vaikui – rimtas išbandymas, nes sugenda įprastas gyvenimo būdas. Tėvai turėtų padėti jam išgyventi šį pokytį. Labai svarbus...

14.08.2019

Armatūra – tai elementų kompleksas, suteikiantis papildomo stiprumo įvairiose gelžbetoninėse konstrukcijose. Paprastai jis naudojamas su betonu. Medžiagos viduje...

14.08.2019

Visi vairuotojai keliaudami gali susidurti su nenumatytų situacijų. Galite patekti į eismo įvykį, automobilio sistemos ir komponentai gali netikėtai...

14.08.2019

Gofruotas lakštas yra metalinis gofruotas standus lakštas su cinko arba polimero danga. Ši stogo dangos medžiagos versija yra labai paplitusi ir paklausi....

Yra gana daug elementų, kurie, derinami su kitomis medžiagomis, sudaro lydinius, pasižyminčius ypatingomis eksploatacinėmis savybėmis. Pavyzdys yra niobis, elementas, kuris pirmą kartą buvo vadinamas „kolumbu“ (pagal upės, kurioje jis pirmą kartą buvo rastas, pavadinimo), bet vėliau buvo pervadintas. Niobis yra gana neįprastų savybių metalas, kurį plačiau aptarsime vėliau.

Elemento gavimas

Vertinant niobio savybes, reikia pažymėti, kad šio metalo kiekis tonoje uolienų yra palyginti mažas, maždaug 18 gramų. Būtent todėl po jo atradimo metalą buvo bandoma gauti dirbtinai. Dėl panašios cheminės sudėties ši medžiaga dažnai kasama kartu su tantalu.

Niobio telkiniai yra beveik visame pasaulyje. Pavyzdys yra kasyklos Konge, Ruandoje, Brazilijoje ir daugelyje kitų šalių. Tačiau šis elementas negali būti vadinamas plačiai paplitęs daugelyje regionų, jis praktiškai nerandamas net mažomis koncentracijomis.

Palyginti mažą medžiagos koncentraciją žemės uolienoje apsunkina sunkumai, su kuriais susiduriama ją išgaunant iš koncentrato. Verta manyti, kad NBS niobio galima gauti tik iš tantalo prisotintos uolienos. Gamybos proceso ypatybės yra šios:

1. Pirmiausia į gamyklą tiekiama koncentruota rūda, kuri pereina kelis valymo etapus. Gaminant niobį, susidariusi rūda yra padalinama į grynus elementus, įskaitant tantalą.
2. Galutinis apdorojimo procesas apima metalo rafinavimą.

Nepaisant sunkumų, su kuriais susiduriama išgaunant ir apdorojant nagrinėjamą rūdą, kiekvienais metais aptariamo lydinio gamybos apimtis labai didėja. Taip yra dėl to, kad metalas pasižymi išskirtinėmis eksploatacinėmis savybėmis ir yra plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose.

Niobio oksidai

Aptariamas cheminis elementas gali tapti įvairių junginių pagrindu. Labiausiai paplitęs yra niobio pentoksidas. Tarp šio ryšio savybių galima pastebėti šiuos dalykus:

1. Niobio oksidas yra balti kristaliniai milteliai, turintys kreminį atspalvį.
2. Medžiaga netirpsta vandenyje.
3. Susidariusi medžiaga išlaiko savo struktūrą, kai sumaišoma su dauguma rūgščių.

Niobio pentoksido savybės taip pat apima šias savybes:

1. Padidėjusi jėga.
2. Didelis atsparumas ugniai. Medžiaga gali atlaikyti iki 1490 laipsnių Celsijaus temperatūrą.
3. Kaitinamas paviršius oksiduojasi.
4. Reaguoja į chlorą ir gali būti redukuojamas vandeniliu.

Daugeliu atvejų niobio hidroksidas naudojamas labai legiruoto plieno rūšims, kurios pasižymi gana patraukliomis eksploatacinėmis savybėmis, gaminti.

Fizinės ir cheminės savybės

Niobis turi panašių cheminių savybių kaip tantalas. Svarstydami pagrindines niobio savybes, turite atkreipti dėmesį į šiuos dalykus:

1. Atsparus įvairių tipų korozijai. Lydiniai, gauti įvedus šį elementą į kompoziciją, pasižymi aukštomis korozijai atspariomis savybėmis.
2. Aptariamas cheminis elementas pasižymi aukšta lydymosi temperatūra. Kaip rodo praktika, daugumos lydinių lydymosi temperatūra yra didesnė nei 1400 laipsnių Celsijaus. tai apsunkina apdirbimo procesą, tačiau metalai tampa nepakeičiami įvairiose veiklos srityse.
3. Pagrindinėms fizinėms savybėms taip pat būdingas gautų lydinių suvirinimo paprastumas.
4. Esant minusinei temperatūrai, elemento struktūra išlieka praktiškai nepakitusi, o tai leidžia išsaugoti metalo eksploatacines savybes.
5. Ypatinga niobio atomo struktūra lemia medžiagos superlaidžias savybes.
6. Atominė masė yra 92,9, valentingumas priklauso nuo kompozicijos savybių.

Pagrindinis medžiagos pranašumas yra jos atsparumas ugniai. Štai kodėl jis buvo pradėtas naudoti įvairiose pramonės šakose. Medžiaga lydosi maždaug 2500 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Kai kurie lydiniai net išsilydo esant rekordinei 4500 laipsnių Celsijaus temperatūrai. Medžiagos tankis yra gana didelis, 8,57 gramo kubiniame centimetre. Verta manyti, kad metalui būdingas paramagnetiškumas.

Šios rūgštys neturi įtakos kristalinei gardelei:

1. sieros;
2. druskos;
3. fosforo;
4. chloro

Neveikia metalo ir vandeninių chloro tirpalų. Tam tikru poveikiu metalui ant jo paviršiaus susidaro dielektrinio oksido plėvelė. Būtent todėl metalas pradėtas naudoti gaminant miniatiūrinius didelės talpos kondensatorius, kurie taip pat gaminami iš brangesnio tantalo.

Niobio panaudojimas

Gaminama daug įvairių niobio gaminių, kurių dauguma siejami su orlaivių gamyba. Pavyzdys yra niobio naudojimas gaminant dalis, kurios sumontuotos raketų ar orlaivių surinkimo metu. Be to, galima išskirti šiuos šio elemento naudojimo būdus:

1. Elementų, iš kurių gaminami radarų įrenginiai, gamyba.
2. Kaip minėta anksčiau, aptariamas lydinys gali būti naudojamas pigesniems talpiniams elektriniams kondensatoriams gaminti.
3. Katodai ir anodai iš folijos taip pat gaminami naudojant atitinkamą elementą, kuris yra susijęs su dideliu atsparumu karščiui.
4. Dažnai galite rasti galingų generatorių lempų su tinkleliu viduje. Kad šis tinklelis atlaikytų aukštą temperatūrą, jis pagamintas iš atitinkamo lydinio.

Aukštos fizinės ir cheminės savybės lemia niobio panaudojimą vamzdžių, skirtų skystiems metalams transportuoti, gamyboje. Be to, lydiniai naudojami įvairių paskirčių konteineriams gaminti.

Lydiniai su niobu

Kalbant apie tokius lydinius, reikia atsižvelgti į tai, kad šis elementas dažnai naudojamas ferroniobio gamybai. Ši medžiaga plačiai naudojama liejyklų pramonėje, taip pat elektroninių dangų gamyboje. Apima:

1. geležies;
2. niobis su tantalu;
3. silicio;
4. aliuminio;
5. anglis;
6. siera;
7. fosforo;
8. titano.

Pagrindinių elementų koncentracija gali skirtis gana plačiame diapazone, o tai lemia medžiagos eksploatacines savybes.

Alternatyvus ferroniobio lydinys gali būti vadinamas niobio 5VMC. Jį gaminant kaip legiravimo elementai naudojami volframas, cirkonis ir molibdenas. Dažniausiai ši derva naudojama pusgaminiams gaminti.

Baigdami pažymime, kad kai kuriose šalyse niobis naudojamas monetoms gaminti. Taip yra dėl gana didelės medžiagos kainos. Masiškai gaminant lydinius, kurių pagrindinis elementas yra niobis, sukuriami unikalūs luitai.

Niobis (Nb) yra retas minkštas pereinamasis metalas, naudojamas aukštos kokybės plieno gamyboje. Niobis yra lydinių gamybos komponentas, kuris, pridėtas prie kitų medžiagų, žymiai pagerina jų savybes. Plienas, kurio sudėtyje yra niobio, turi daug patrauklių savybių, todėl jį labai pageidautina naudoti automobilių, statybų ir dujotiekių pramonėje. Plienas, į kurį pridėta niobio, yra kietesnis, lengvesnis ir atsparesnis korozijai.


Niobis pradėtas naudoti 1925 m., kai metalas buvo pradėtas naudoti keičiant volframą įrankių plieno gamyboje. Iki 1930-ųjų niobis buvo naudojamas nerūdijančio plieno korozijai išvengti. Ši niobio panaudojimo sritis tapo viena iš pagrindinių kuriant šiuolaikines technines medžiagas, o jo naudojimas nuolat didėjo metalurgijos srityje.
Niobis, standartinio ferroniobio pavidalu, kuris sudaro daugiau nei 90% niobio gamybos, yra pereinamasis metalas, vanadžio elementų grupės narys. Jis pasižymi aukšta lydymosi ir virimo temperatūra. Nepaisant aukštos lydymosi temperatūros elementinėje formoje (2,468 °C), niobis turi mažą tankį, palyginti su kitais korozijai atspariais metalais. Be to, niobis, esant tam tikroms sąlygoms, turi superlaidžių savybių. Cheminės niobio savybės labai panašios į tantalo.
Niobio telkinių daugiausia randama Brazilijoje ir Kanadoje, kurios sudaro maždaug 99 % visos pasaulio niobio produkcijos, taip pat Australijoje. JAV geologijos tarnyba apskaičiavo, kad pasaulinės niobio atsargos yra 4,3 mln. tonų, remiantis metalo kiekiu.
Gamtoje niobio randama tokiuose mineraluose kaip pirochloras ir kolumbitas, kuriuose niobio ir tantalo yra skirtingomis proporcijomis. Mineralinis pirochloras išgaunamas pirmiausia dėl niobio. Kolumbitas kasamas tantalui išgauti, o niobis išgaunamas kaip šalutinis produktas. Roskill apskaičiavo, kad maždaug 97% niobio randama pirochloro minerale.

Atsargos niobio telkiniuose 2012 m., tūkst. t *

* JAV geologijos tarnybos duomenys

Pirochloro turinčios rūdos kasamos dviem pagrindiniais būdais – atskirai arba kaip derinys. Atvira kasyba yra įprastas metodas Brazilijoje, o požeminė kasyba naudojama Niobec kasykloje Kanadoje. Tačiau Kanados Niobec kasykloje planuojama naudoti du masinės kasybos būdus – atvirą ir požeminę – nes jie gali žymiai padidinti gamyklos pajėgumus ir gamybos apimtis, kartu mažinant veiklos sąnaudas.
Kai rūda išgaunama, ji susmulkinama į smulkias daleles ir apdorojama flotacija bei magnetiniu atskyrimu, kad būtų pašalinta geležis. Kanadoje apatitui šalinti naudojama azoto rūgštis, o Brazilijoje bariui, fosforui ir sierai šalinti naudojamas specialus procesas. Šio fizinio apdorojimo rezultatas yra pirochloro koncentratas, kuriame Nb2O5 kiekis yra 55–60%. Didžioji dalis pirochloro koncentrato perdirbama į standartinį feroniobį, skirtą naudoti pramonėje, kur toleruojamos priemaišos. Naudojimuose, kuriems reikalingas didesnis grynumo lygis, reikalingas tolesnis apdorojimas, kad niobio grynumas būtų ~ 99 %, pvz., vakuuminio niobio oksido arba ferroniobio grynumo lygiai.


* JAV geologijos tarnybos duomenys

Pasaulinė niobio paklausa 2000–2010 m. augo vidutiniškai 10 % per metus. Augimą lėmė du pagrindiniai veiksniai:
1. Stabili plieno paklausa, ypač tarp BRICS šalių plieno gamintojų. Paklausa šiose šalyse 2010 m. išaugo 14 % iki 1,414 mln. tonų, o 2011 m. ji išaugo dar 4 %.
Pažymėtina, kad automobilių, statybų ir naftos bei dujų sektoriai, kurie yra didžiausi ferroniobio vartotojai, dažniausiai labai koreliuoja su ekonomikos augimu, o pasaulio ekonomikos būklė turi didžiausią įtaką niobio paklausai.
Stiprus BRICS šalių BVP augimas reikalauja daugiau plieno ir atitinkamai lemia didesnę niobio paklausą plieno gamyboje. Pasaulio BVP 2010 m. padidėjo 5,1 %, daugiausia dėl stiprių BRIC šalių ekonomikų, kurios 2010 m. išaugo 8,8 %, ypač Kinijos, kuri išaugo 10,3 %. BRICS šalyse BVP augimas 2011 ir 2012 metais taip pat buvo didelis: 4-10% pasaulio ekonomikos augimo ~3-4% fone. Per pastarąjį dešimtmetį BRICS šalys apibrėžė pasaulinę ekonominę aplinką, kuri sudaro daugiau nei trečdalį pasaulio BVP augimo, o pagal perkamąją galią jų ekonomika išaugo nuo šeštadalio pasaulio ekonomikos iki beveik ketvirtadalio. .
„Goldman Sachs“ prognozuoja, kad iki 2018 m. visos BRICS šalių ekonomikos viršys JAV ekonomikos dydį. Tikimasi, kad iki 2020 m. BRICS šalys sudarys maždaug 49,0 % pasaulio BVP augimo ir šios šalys sudarys trečdalį pasaulio ekonomikos, pagrįstos perkamąja galia.
Teigiamos pasaulio ekonomikos perspektyvos patvirtina didelę pasaulinę pramonės paklausą, o tai teigiamai veikia plieno sektorių. Visiškas pasaulinis plieno gamybos augimas ir toliau reikšmingai paveiks niobio paklausą.
2. Plieno gamybai naudojamo niobio kiekio didinimas.
Didėjant galutinių plieno vartotojų poreikiams aukštesnės kokybės gaminiams, plieno gamyklos turi dažniau naudoti niobį, kad gamintų aukštesnius standartus ir specifikacijas atitinkantį plieną. 2000 m. į 1 toną plieno buvo pridėta 40 gramų feroniobio. 2008 metais jau buvo 63 gramai už toną. Atsižvelgiant į tai, kad niobis sudaro labai nedidelę plieno procentą kainos atžvilgiu, bet suteikia didelę pridėtinę vertę pagerindamas jo savybes, ypač stiprumą, ilgaamžiškumą, lengvumą ir lankstumą, tikimasi, kad šio metalo naudojimas ir toliau didės visuose galutinio naudojimo segmentuose. .
Tikimasi, kad nuolatinis niobio paklausos augimas išliks trumpuoju ir ilguoju laikotarpiu, o besivystančios rinkos ir toliau augs, o aukštesnės kokybės plieno pritaikymas jau kuriamas.
Didėjant plieno gamybai ir didėjant niobio kiekiui, pasaulinis feroniobio suvartojimas padidėjo ~ 11 % nuo ~ 78 100 t 2010 m. iki ~ 86 000 t 2011 m.
Didžiausi niobio vartotojai yra Kinija, Šiaurės Amerika ir Europa. Kinija yra sparčiausiai auganti niobio rinka pasaulyje, 2010 m. jai teko 25 % viso suvartojamo kiekio. Tai atspindi jos plieno pramonės dydį ir spartų pastarųjų metų gamybos augimo tempą. Kinija yra pirmaujanti nerūdijančio plieno gamintoja pasaulyje, kurios dalis pasaulinėje gamyboje išaugo nuo 1–2 % 1990 m. iki 36,7 % 2010 m. Kinija taip pat yra didžiausia ir greičiausiai auganti legiruotojo plieno, įskaitant HSLA plieną, gamintoja.

Niobio gamyba ir suvartojimas pasaulyje, tūkst. tonų*

metų	2008	2009	2010	2011	2012
Bendra gamyba	67.9	40.6	59.4	65.7	62.9
Bendras suvartojimas	58.1	40.6	48.9	61.5	62.9
Rinkos pusiausvyra	9.8	--	9.4	-0.4	-0.4

*duomenys iš tarptautinio Tantalo-Niobio studijų centro

2000-ųjų pradžioje niobio kainos išliko gana stabilios ir svyravo nuo 12,00 USD iki 13,50 USD už kilogramą. Didelis ekonomikos augimas besivystančiose rinkose, ypač BRIC šalyse, ir padidėjęs niobio naudojimas plieno gamyboje padidino metalo kainas iki 32,63 USD už kg 2007 m., o 2012 m. – iki 60,00 USD už kg. Tik 2008 ir 2009 m. dėl pasaulinės ekonomikos krizės niobio kainos šiek tiek sumažėjo. Tačiau šis sumažėjimas buvo daug mažesnis nei metalų pakaitalų.
Vartotojų požiūriu stabili niobio kaina yra pageidautina savybė, nes tai leidžia geriau numatyti ir atitinkamai planuoti išlaidas. Be to, galutiniai vartotojai pabrėžia niobio tiekimo iš kelių tiekėjų svarbą, siekiant sumažinti tiekimo grandinės sutrikimus ir išvengti per didelio pasitikėjimo vienu gamintoju.
Pagrindinis niobio pakaitalas yra ferovanadis, kurio rinka iš esmės atsigavo po finansinės krizės metu patirto žlugimo. Tačiau palyginti aukštesnė ferovanadžio kaina ir žymiai didesnis nepastovumas prisidėjo prie to, kad jis buvo pakeistas feroniobiu, kurio kainų istorija yra labiau nuspėjama.
Atsižvelgiant į didelę pridėtinę vertę naudojant niobį plieno gamybos procese (t. y. padidinamas stiprumas, ilgaamžiškumas, atsparumas korozijai, šiluminė varža, sumažinamas svoris) ir palyginti nedidelę visų sąnaudų dalį, metalo pirkėjų paklausa yra gana neelastinga. Pavyzdžiui, laikomas niobis. Be to, niobis yra priedas prie didelės vertės lydinių, naudojamų technikos srityse (reaktyvinių variklių komponentuose, medicinos įrangoje, sunkiojoje inžinerijoje), kur būtina laikytis techninių reikalavimų ir užtikrinti aukštą našumą. Dėl to padidėjo niobio panaudojimo dalis plieno gamyboje. Tikimasi, kad ši tendencija išliks ir ateityje.
Atsižvelgiant į aktyvių pardavimų atviroje rinkoje trūkumą ir dėl to konkurencingų kainų trūkumą, tik nedaugelis tyrimų analitikų prognozuoja būsimas niobio kainas, o tie, kurie tokias prognozes daro, yra konservatyvūs. Nepaisant šių veiksnių, artimiausiu metu niobis turėtų būti paklausus, o metalo kainos išliks aukštos. Kai kurie analitikai tikisi, kad niobio kainos ir toliau kils per ateinančius dvejus ar trejus metus, atsižvelgiant į vartotojų sąveiką ir ateities poreikius.


Tikimasi, kad statybų, automobilių ir naftos bei dujų sektoriai ir toliau sudarys didžiausią niobio vartojimo procentą. Šiuos sektorius neigiamai paveikė 2008 m. finansų krizė, tačiau vėlesniais metais jie atsigavo ir prognozuojama, kad jų augimas bus pastovus.

Fizikinės niobio savybės

Niobis yra blizgus sidabriškai pilkas metalas.

Elementinis niobis yra itin ugniai atsparus (2468°C) ir aukštai verdantis (4927°C) metalas, labai atsparus daugeliui agresyvių aplinkų. Visos rūgštys, išskyrus vandenilio fluorido rūgštį, jai neturi jokios įtakos. Oksiduojančios rūgštys „pasyvuoja“ niobį, padengdamos jį apsaugine oksido plėvele (Nr. 205). Tačiau esant aukštai temperatūrai, padidėja niobio cheminis aktyvumas. Jei 150...200°C temperatūroje oksiduojasi tik nedidelis paviršinis metalo sluoksnis, tai 900...1200°C temperatūroje oksido plėvelės storis gerokai padidėja.

Niobio kristalinė gardelė yra kūno centre, o parametras a = 3,294 A.

Grynas metalas yra kalus ir gali būti susuktas į plonus lakštus (iki 0,01 mm storio) šaltoje būsenoje be tarpinio atkaitinimo.

Galima pastebėti tokias niobio savybes kaip aukšta lydymosi ir virimo temperatūra, mažesnė elektronų darbo funkcija, palyginti su kitais ugniai atspariais metalais – volframu ir molibdenu. Paskutinė savybė apibūdina elektronų emisijos (elektronų emisijos) galimybę, kuri naudojama naudojant niobį elektrinėje vakuuminėje technologijoje. Niobis taip pat turi aukštą perėjimo į superlaidžią būseną temperatūrą.

Tankis 8,57 g/cm3 (20 °C); lydymosi temperatūra 2500 °C; virimo temperatūra 4927 °C; garų slėgis (mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 n/m2) 1 10-5 (2194 °C), 1 10-4 (2355 °C), 6 10-4 (lydymosi temperatūroje), 1,10- 3 (2539 °C).

Įprastoje temperatūroje niobis yra stabilus ore. Kaitinamas metalas iki 200 - 300°C, pastebima oksidacijos pradžia (spalvos pakitimo plėvelė). Aukštesnėje nei 500° temperatūroje vyksta greita oksidacija ir susidaro Nb2O5 oksidas.

Šilumos laidumas W/(m·K) esant 0°C ir 600°C yra atitinkamai 51,4 ir 56,2, o tas pats cal/(cm·sec·°C) yra 0,125 ir 0,156. Savitoji tūrinė elektrinė varža 0°C temperatūroje yra 15,22·10-8 om·m (15,22·10-6 om·cm). Perėjimo į superlaidžią būseną temperatūra yra 9,25 K. Niobis yra paramagnetinis. Elektronų darbo funkcija 4,01 eV.

Grynas niobis lengvai apdorojamas šaltu slėgiu ir išlaiko patenkinamas mechanines savybes esant aukštai temperatūrai. Jo tempiamasis stipris 20 ir 800 °C temperatūroje yra atitinkamai 342 ir 312 Mn/m2, toks pat kgf/mm234,2 ir 31,2; santykinis pailgėjimas 20 ir 800 °C temperatūroje yra atitinkamai 19,2 ir 20,7 %. Grynojo niobio kietumas pagal Brinelį yra 450, techninis 750-1800 Mn/m2. Tam tikrų elementų, ypač vandenilio, azoto, anglies ir deguonies, priemaišos labai pablogina niobio elastingumą ir padidina jo kietumą.

Cheminės niobio savybės

Niobis ypač vertinamas dėl atsparumo neorganinėms ir organinėms medžiagoms.

Skiriasi metalo miltelių ir gabalėlių cheminis elgesys. Pastarasis yra stabilesnis. Metalai jai nedaro jokios įtakos, net kai kaitinami iki aukštos temperatūros. Skystieji šarminiai metalai ir jų lydiniai, bismutas, švinas, gyvsidabris, alavas gali ilgai liestis su niobu, nepakeisdami jo savybių. Netgi tokie stiprūs oksidatoriai kaip perchloro rūgštis, aqua regija, jau nekalbant apie azoto, sieros, druskos ir visų kitų, nieko negali padaryti. Šarminiai tirpalai taip pat neturi įtakos niobui.

Tačiau yra trys reagentai, galintys paversti metalą niobį cheminiais junginiais. Vienas iš jų yra šarminio metalo hidroksido lydalas:

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

Kiti du yra vandenilio fluorido rūgštis (HF) arba jos mišinys su azoto rūgštimi (HF+HNO). Tokiu atveju susidaro fluorido kompleksai, kurių sudėtis labai priklauso nuo reakcijos sąlygų. Bet kuriuo atveju elementas yra 2 arba 2 tipo anijono dalis.

Jei vartojate niobio miltelius, jis yra šiek tiek aktyvesnis. Pavyzdžiui, išlydytame natrio nitrate jis net užsidega, virsdamas oksidu. Kompaktiškas niobis pradeda oksiduotis kaitinant virš 200°C, o milteliai pasidengia oksido plėvele jau 150°C temperatūroje. Kartu pasireiškia viena iš nuostabių šio metalo savybių – jis išlaiko savo lankstumą.

Pjuvenų pavidalu, kai kaitinama virš 900°C, visiškai sudega iki Nb2O5. Energingai dega chloro sraute:

2Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Kaitinamas, jis reaguoja su siera. Sunku legiruoti su dauguma metalų. Galbūt yra tik dvi išimtys: geležis, su kuria susidaro skirtingų santykių kieti tirpalai, ir aliuminis, kuriame yra junginys Al2Nb su niobu.

Kokios niobio savybės padeda atsispirti stiprių rūgščių – oksiduojančių medžiagų – poveikiui? Pasirodo, tai susiję ne su metalo savybėmis, o su jo oksidų savybėmis. Susilietus su oksiduojančiomis medžiagomis, ant metalo paviršiaus atsiranda plonas (todėl nepastebimas), bet labai tankus oksidų sluoksnis. Šis sluoksnis tampa neįveikiama kliūtimi oksiduojančios medžiagos kelyje į švarų metalinį paviršių. Pro jį gali prasiskverbti tik tam tikri cheminiai reagentai, ypač fluoro anijonas. Vadinasi, metalas iš esmės oksiduojamas, tačiau praktiškai oksidacijos rezultatai nematomi dėl plonos apsauginės plėvelės. Pasyvumas praskiestos sieros rūgšties atžvilgiu naudojamas kuriant kintamosios srovės lygintuvą. Jis sukurtas paprastai: platinos ir niobio plokštės panardinamos į 0,05 m sieros rūgšties tirpalą. Pasyvintos būsenos niobis gali praleisti srovę, jei tai yra neigiamas elektrodas - katodas, tai yra, elektronai gali praeiti per oksido sluoksnį tik iš metalo pusės. Elektronų išėjimo iš tirpalo kelias uždarytas. Todėl, kai per tokį įrenginį teka kintamoji srovė, praeina tik viena fazė, kurios anodas yra platina, o katodas – niobis.

niobio metalo halogenas