Do akej rodiny patrí niób? Aplikácia nióbu v metalurgii a priemysle. Spôsoby získavania nióbu

Tantal a niób sa získavajú redukciou z vysoko čistých zlúčenín: oxidov, komplexných fluoridových solí, chloridov. Priemyselné metódy výroby kovov možno rozdeliť do štyroch skupín:

Natriotermická redukcia z komplexných fluoridov;

Redukcia oxidov uhlíkom (karbotermická metóda);

Redukcia z oxidov hliníka (aluminotermická metóda);

Redukcia z chloridov vodíkom;

Elektrolýza roztaveného média.

Vzhľadom na vysokú teplotu topenia tantalu (~3000 C) a nióbu (~2500 C) sa získavajú ako výsledok redukcie všetkými uvedenými metódami, okrem tretej, vo forme práškov alebo sintrovaných húb. Úloha výroby kompaktného kujného tantalu a nióbu je komplikovaná skutočnosťou, že tieto kovy aktívne absorbujú plyny (vodík, dusík, kyslík), ktorých nečistoty spôsobujú, že sú krehké. Preto je potrebné polotovary lisované z práškov spekať alebo taviť vo vysokom vákuu.

Natriotermická metóda na výrobu práškov tantalu a nióbu

Tepelná redukcia komplexných fluoridov K2TaF7 a K2NbF7 sodíkom je prvou priemyselnou metódou výroby tantalu a nióbu. Používa sa dodnes. Sodík, vápnik a horčík, ktoré majú vysokú afinitu k fluóru, sú vhodné na redukciu fluoridových zlúčenín tantalu a nióbu, ako je možné vidieť z hodnôt uvedených nižšie:

Al<^ент Nb Та Na Mg Са

AG298, kJ/g-atóm F. . . . -339 -358 -543 -527 -582

Na redukciu sa používa sodík, pretože fluorid sodný je rozpustný vo vode a možno ho oddeliť praním z práškov tantalu a nióbu, zatiaľ čo fluoridy horčíka a vápnika sú vo vode a kyselinách málo rozpustné.

Uvažujme o procese na príklade výroby tantalu. Redukcia K2TaF7 sodíkom prebieha s veľkým uvoľňovaním tepla (dokonca aj pri zaťažení nábojom do 5 kg), čo je dostatočné na to, aby proces prebiehal spontánne. Po zahriatí vsádzky na jednom mieste na 450-500 C sa reakcia rýchlo rozšíri po celej hmote vsádzky a teplota dosiahne 800-900 C. Keďže sodík sa topí pri 97 C a vrie pri 883, je zrejmé, že a para sodík sa podieľajú na redukcii:

K2TaF7 + 5NaW = Ta + 5NaF + 2KF; K2TaF7 + 5Na(ra3) = Ta + 5NaF + 2KF.

Špecifické tepelné účinky reakcií (2.18) a (2.19) sa rovnajú 1980 a 3120 kJ/kg náboja.

Redukcia sa uskutočňuje v oceľovom tégliku, do ktorého sa vrstva po vrstve vkladajú kúsky fluorotantalátu draselného a sodíka (~120 % stechiometricky potrebného množstva), ktoré sa strihajú špeciálnymi nožnicami. Zmes sa navrchu pokryje vrstvou chloridu sodného, ktorý tvorí s KF a NaF zmes s nízkou teplotou topenia. Roztavená soľ chráni častice pred oxidáciou
tantalový prášok V najjednoduchšej verzii procesu sa na spustenie reakcie zohrieva spodná stena téglika plameňom horáka, kým sa neobjaví červená škvrna. Reakcia prebieha rýchlo v celej hmote a končí za 1-2 minúty. Týmto procesom sa vďaka krátkodobému vystaveniu produktov pri maximálnej teplote (800-900 C) získajú jemné tantalové prášky, ktoré po premytí solí obsahujú až 2 % kyslíka.

Hrubšie zrnitý prášok s nižším obsahom kyslíka sa získa umiestnením reakčného téglika do šachtovej elektrickej pece a jeho udržiavaním v peci po skončení reakcie pri 1000 °C.

Výsledný tantal sa šíri vo forme malých častíc vo fluorid-chloridovej troske obsahujúcej prebytok sodíka. Po ochladení sa obsah téglika vyklepe, rozdrví v čeľusťovom drviči a po malých častiach sa vloží do reaktora s vodou, kde sa „uhasí“ sodík a rozpustí sa väčšina solí. Potom sa prášok postupne premyje zriedeným chloridom sodným (na úplnejšie umytie solí a rozpustenie nečistôt železa a čiastočne titánu). Na zníženie obsahu oxidov tantalu sa prášok niekedy dodatočne premyje studenou zriedenou kyselinou fluorovodíkovou. Potom sa prášok premyje destilovanou vodou, prefiltruje a vysuší pri teplote 110 až 120 °C.

Použitím vyššie opísanej metódy, pri dodržaní približne rovnakých režimov, sa získajú nióbové prášky redukciou k2NbF7 sodíkom. Sušené nióbové prášky majú zloženie,%: Ti, Si, Fe 0,02-0,06; O asi 0,5; N až 0,1; Od 0,1-0,15.

Karbotermická metóda výroby nióbu a tantalu z oxidov

Táto metóda bola pôvodne vyvinutá na výrobu nióbu z Nb2o5.

Niób je možné redukovať z Nb2os uhlíkom pri 1800-1900 °C vo vákuovej peci:

Nb2Os + 5C = 2Nb + SCO. (2,20)

Nálož Nb205 + 5C obsahuje málo nióbu a dokonca aj v briketovanom stave má nízku hustotu (~1,8 g/cm3). Zároveň sa na 1 kg náplne uvoľní veľký objem ko (~0,34 m3). Tieto okolnosti spôsobujú, že je nerentabilné uskutočňovať proces podľa reakcie (2.20), pretože produktivita vákuovej pece je nízka. Preto sa proces vykonáva v dvoch fázach:

I. etapa - výroba karbidu nióbu

Nb203 + 1C = 2NbC + 5CO; (2,2 l)

Etapa P - výroba nióbu vo vákuových peciach

Nb20s + 5NbC = 7Nb + 5CO. (2,22)

Briketovaná vsádzka prvého stupňa obsahuje 84,2 % (hmotn.) nióbu, hustota brikiet ~3 g/cm3, objem vytvorený od 0,14 m3 na 1 kg vsádzky (~ 2,5-krát menej ako v prípade náboj Nb2o5 + sc ). To zaisťuje vyššiu produktivitu vákuovej pece.

Významnou výhodou dvojstupňového procesu je aj to, že prvý stupeň možno realizovať pri atmosférickom tlaku v grafitových rúrových odporových peciach (obr. 29).

Na získanie karbidu nióbu (1. etapa procesu) sa briketuje zmes Nb2o5 so sadzami a brikety sa zahrievajú v grafitovej rúrovej peci v atmosfére vodíka alebo argónu na 1800-1900 °C (brikety sa kontinuálne posúvajú pozdĺž pec

Ryža. 29. Schéma odporovej pece s grafitovými rúrami:

1 - puzdro; 2 - trubica z grafitového vlákna; 3 - tieniaca grafitová rúrka; 4- sadzový tepelnoizolačný zásyp; 5 - chladnička; 6 - kontaktné grafitové kužele; 7 - chladená kontaktná hlava; 8 - poklop; 9 - zbernice dodávajúce prúd

Na základe ich pobytu v horúcej zóne po dobu 1-1,5 hodiny). Rozdrvený karbid nióbu sa zmieša v guľovom mlyne s Nb2o5, pričom sa odoberie s miernym prebytkom (3 – 5 %) v porovnaní s tým, čo si vyžaduje reakcia (2.22).

Vsádzka sa lisuje do predvalkov pod tlakom 100 MPa, ktoré sa zahrievajú vo vákuových peciach s grafitovými ohrievačmi (alebo vákuových indukčných peciach s grafitovou rúrkou) na 1800-1900 C. Expozícia sa končí, keď zvyškový tlak dosiahne 1,3-0,13 Pa .

Reakcie (2.21) a (2.22) sú totálne. Prechádzajú cez medzistupne tvorby nižších oxidov (Nt>o2 a NbO), ako aj karbidu Nb2c. Hlavné reakcie fázy I:

Nb20s + C = 2Nb02 + CO; (2,23)

Nb02 + C = NbO + CO; (2,24)

2NbO + 3C = Nb2C + 2CO; (2,25)

Nb2C + C = 2NbC. (2,26)

Reakcie v 1. štádiu:

Nb20s + 2NbC = 2Nb02 + Nb2C + CO; (2,27)

Nb02 + 2NbC = NbO + Nb2C + CO; (2,28)

NbO + Nb2C = 3Nb + CO. (2,29)

Kovový niób sa získava konečnou reakciou v stupni II procesu (2.29). Rovnovážny tlak co pre reakciu (2.29) pri 1800 °C > 1,3 Pa. Proces sa preto musí uskutočňovať pri zvyškovom tlaku nižšom ako je rovnovážny tlak pre danú reakciu (0,5-0,13 Pa).

Výsledné spekané porézne brikety nióbu obsahujú, %: C 0,1-0,15; Približne 0,15-0,30; N 0,04-0,5. Na získanie kompaktného kujného kovu sa brikety tavia v peci s elektrónovým lúčom. Ďalším spôsobom je získavanie prášku z brikiet (hydrogenáciou pri 450 C, mletím a následnou dehydrogenáciou vo vákuu), lisovaním tyčí a ich spekaním vo vákuu pri 2300-2350 C. Pri procesoch vákuového tavenia a spekania vo vákuu sa používa kyslík a uhlík sa odstráni z kompozície čo, a prebytok kyslíka v kompozícii prchavých nižších oxidov.

Hlavnými výhodami karbotermickej metódy sú vysoký priamy výťažok kovu (nie nižší ako 96 %) a použitie lacného redukčného činidla. Nevýhodou tejto metódy je zložitosť konštrukcií vysokoteplotných vákuových pecí.

Karbotermickou metódou je možné vyrábať aj tantal a zliatiny nióbu a tantalu.

Aluminatermická metóda výroby nióbu a tantalu z vyšších oxidov

Aluminometrická metóda výroby nióbu redukciou oxidu nióbového hliníkom, vyvinutá v posledných rokoch, má technické a ekonomické výhody oproti iným metódam výroby nióbu vďaka svojej nenáročnosti a jednoduchosti zariadenia.

Metóda je založená na exotermickej reakcii:

3Nb2Os + 10A1 = 6Nb + 5A1203; (2,30)

Dow = -925,3 + 0,1362 t, kJ/mol Nb2o5.

Vysoký špecifický tepelný účinok reakcie (2640 kJ/kg vsádzky stechiometrického zloženia) umožňuje uskutočniť proces bez vonkajšieho ohrevu s tavením ingotu zliatiny nióbu a hliníka. Úspešná mimopecná aluminotermická redukcia je možná, ak je procesná teplota vyššia ako teplota topenia A12®3 = 2030 °C a kovová fáza (zliatina Nb +10% ai sa topí pri 2050 °C). Pri prebytku hliníka vo vsádzke 30 - 40 % nad stechiometrické množstvo dosahuje procesná teplota ~2150-2200 C. V dôsledku rýchleho výskytu redukcie dochádza k zvýšeniu teploty približne o 100-150 C v porovnaní s tavením. teploty trosky a kovovej fázy postačujú na zabezpečenie ich oddelenia. S vyššie uvedeným prebytkom hliníka v vsádzke sa získa zliatina nióbu s 8-10 % hliníka so skutočnou extrakciou nióbu 98-98,5 %.

Aluminotermická redukcia sa uskutočňuje v oceľovom tégliku s výstelkou z kalcinovaných oxidov horčíka alebo hliníka. Pre ľahké vykladanie taviacich produktov je téglik odnímateľný. Cez steny sú vložené kontakty na privádzanie elektrického prúdu (20 V, 15 A) do poistky vo forme nichrómového drôtu umiestneného v náboji. Ďalšou možnou možnosťou je uskutočnenie procesu v masívnom štiepanom medenom tégliku, na stenách ktorého je vytvorená ochranná vrstva.

Zmes dôkladne vysušeného Nb2o5 a hliníkového prášku s veľkosťou častíc ~100 μm sa vloží do téglika. Aby sa zabránilo kontaktu so vzduchom, odporúča sa umiestniť téglik do komory naplnenej argónom.

Po zapnutí poistky reakcia prebieha rýchlo v celej hmote nálože. Výsledný zliatinový ingot sa rozdrví na kúsky a podrobí sa vákuovému tepelnému spracovaniu pri 1800-2000 C v peci s grafitovým ohrievačom pri zvyškovom tlaku ~0,13 Pa, aby sa odstránila väčšina hliníka (až do jeho obsahu 0,2 % ). Potom sa uskutoční rafinačné tavenie v peci s elektrónovým lúčom, čím sa získajú ingoty nióbu vysokej čistoty s obsahom nečistôt, %: A1< 0,002; С 0,005; Си < 0,0025; Fe < 0,0025; Mg, Mn, Ni, Sn < 0,001; N 0,005; О < 0,010; Si < 0,0025; Ті < < 0,005; V < 0,0025.

V zásade je možná aluminotermická výroba tantalu, ale proces je o niečo komplikovanejší. Špecifický tepelný účinok redukčnej reakcie je 895 kJ/kg náplne. Kvôli vysokej teplote topenia tantalu a jeho zliatin s hliníkom sa do vsádzky zavádza oxid železa na roztavenie ingotu (pri rýchlosti získania zliatiny so 7-7,5% železa a 1,5% hliníka), ako aj ohrev prísada - chlorečnan draselný (bertholitová soľ) . Téglik s náplňou sa umiestni do pece. Pri 925 C začína spontánna reakcia. Extrakcia tantalu do zliatiny je asi 90 %.

Po vákuovom tepelnom spracovaní a roztavení elektrónovým lúčom majú tantalové ingoty vysokú čistotu, porovnateľnú s vyššie uvedenou čistotou pre niób.

Príprava tantalu a nióbu redukciou z ich chloridov vodíkom

Na redukciu tantalu a nióbu z ich chloridov boli vyvinuté rôzne metódy: redukcia horčíkom, sodíkom a vodíkom. Najsľubnejšie sú niektoré možnosti redukcie vodíkom, najmä metóda diskutovaná nižšie na redukciu chloridových pár na zahriatych substrátoch na vytvorenie kompaktnej kovovej tyče.

Na obr. Obrázok 30 znázorňuje schému zariadenia na výrobu tantalu redukciou pár TaC15 vodíkom na tantalovom páse zahriatom na 1200-1400 °C. Para TaCI5 zmiešaná s vodíkom prúdi z výparníka do reaktora, v strede ktorého je tantalový pás, ohrievaný priamym prechodom elektrického prúdu na danú teplotu. Pre rovnomernú distribúciu paroplynovej zmesi po dĺžke pásu a zabezpečenie prietoku kolmo na jeho povrch je okolo pásu inštalované sito z nehrdzavejúcej ocele s otvormi. Na zahriatom povrchu prebieha reakcia:

TaCl5 + 2,5 H2 = Ta + 5 HCI; AG°m k = -512 kJ. (2,31)

Ryža. 30. Schéma zariadenia na redukciu chloridu tantaličného vodíkom: 1 - príruba reaktora; 2 - izolované elektrické napájanie; 3 - svorkové kontakty; 4 - kondenzátor pre nezreagovaný chlorid; 5 - tantalová páska; 6 - sitá s otvormi, - 7 - telo reaktora; 8 - ohrievač reaktora; 9 - vyhrievaný rotameter; 10 - ihlový ventil; 11 - odparovacia elektrická pec; 12 - odparovač chloridu tantaličného; 13 - rotameter na vodík

Optimálne podmienky na nanášanie tantalu: teplota pásky 1200-1300 °C, koncentrácia TaCI5 v zmesi plynov ~ 0,2 mol/mol zmesi. Rýchlosť nanášania za týchto podmienok je 2,5 – 3,6 g/(cm2 h) (alebo 1,5 – 2,1 mm/h). Takto sa za 24 hodín získa čistá tantalová tyčinka s priemerným priemerom 24 – 25 mm, ktorá môže byť valcované do plátov, používané na pretavenie v peci s elektrónovým lúčom alebo vyrobené na vysoko čisté prášky (hydrogenáciou, mletím a dehydrogenáciou prášku). Stupeň premeny chloridov (priama extrakcia do povlaku) je 20-30%. Nezreagovaný chlorid sa kondenzuje a znova sa použije. Spotreba elektrickej energie je 7-15 kWh na 1 kg tantalu v závislosti od zvoleného režimu.

Vodík po oddelení pár HCl absorpciou vodou sa môže vrátiť do procesu.

Opísaný spôsob môže tiež vyrábať nióbové tyčinky. Optimálne podmienky pre nanášanie nióbu: teplota pásky 1000-1300 C, koncentrácia pentachloridu 0,1-0,2 mol/mol plynnej zmesi. Rýchlosť vylučovania kovu je 0,7-1,5 g/(cm2-h), stupeň premeny chloridu na kov je 15-30%, spotreba elektrickej energie je 17-22 kWh/kg kovu. Proces výroby nióbu je komplikovaný skutočnosťou, že časť NbCl5 sa redukuje v objeme reaktora v určitej vzdialenosti od zahrievaného pásu na neprchavý NbCl3 uložený na stenách reaktora.

Elektrolytická metóda výroby tantalu

Tantal a niób nemožno izolovať elektrolýzou z vodných roztokov. Všetky vyvinuté procesy sú založené na elektrolýze roztaveného média.

V priemyselnej praxi sa metóda používa na získanie tantalu. Niekoľko rokov tak elektrolytickú metódu tantalu používala spoločnosť Fensteel (USA), časť tantalu vyrábaného v Japonsku sa v súčasnosti získava elektrolýzou. V ZSSR sa uskutočnil rozsiahly výskum a priemyselné testovanie metódy.

Spôsob elektrolytickej výroby tantalu je podobný spôsobu výroby hliníka.

Základom elektrolytu sú roztavené soli K2TaF7 - KF - - KS1, v ktorých je rozpustený oxid tantalu Ta205. Použitie elektrolytu obsahujúceho iba jednu soľ, K2TaF7, je prakticky nemožné kvôli kontinuálnemu anodickému efektu pri použití grafitovej anódy. Elektrolýza je možná v kúpeli s obsahom K2TaF7, KC1 a NaCl. Nevýhodou tohto elektrolytu je akumulácia fluoridových solí v ňom počas elektrolýzy, čo vedie k zníženiu kritickej prúdovej hustoty a vyžaduje úpravu zloženia kúpeľa. Táto nevýhoda je eliminovaná zavedením Ta205 do elektrolytu. Výsledkom elektrolýzy je v tomto prípade elektrolytický rozklad oxidu tantalu s uvoľňovaním tantalu na katóde a na anóde kyslík reaguje s grafitom anódy za vzniku CO2 a CO. Okrem toho zavedenie Ta205 do taveniny soli zlepšuje zmáčanie grafitovej anódy taveninou a zvyšuje kritickú hustotu prúdu.

Výber zloženia elektrolytu je založený na údajoch zo štúdií ternárneho systému K2TaF7-KCl-KF (obr. 31). Tento systém obsahuje dve podvojné soli K2TaF7 KF (alebo KjTaFg) a K2TaF7 KS1 (alebo K3TaF7Cl), dve ternárne eutektiká Ei a E2, topiace sa pri 580 a 710 C, a peritektický bod P pri 678 °C. Keď sa Ta205 zavedie do taveniny, interaguje s fluórtantalátmi za vzniku oxofluórtantalátu:

3K3TaF8 + Ta2Os + 6KF = 5K3TaOF6. (2,32)

Reakcia s K3TaF7Cl prebieha podobne. Tvorba komplexov oxofluoridu tantalu určuje rozpustnosť Ta2O5 v elektrolyte. Limitná rozpustnosť závisí od obsahu K3TaF8 v tavenine a zodpovedá stechiometrii reakcie (2.32).

Na základe údajov o vplyve zloženia elektrolytu na výkon elektrolýzy (kritická prúdová hustota, prúdová účinnosť, extrakcia, kvalita tantalového prášku) sovietski výskumníci navrhli nasledovné optimálne zloženie elektrolytu: 12,5 % (hmotnostne) K2TaF7, zvyšok KS1 a KF vo vzťahu k 2:1 (hmotnostne). Koncentrácia zavedeného Ta20 je 2,5 až 3,5 % (hmotn.). V tomto elektrolyte pri teplotách 700-800 °C s použitím grafitovej anódy je rozkladné napätie oxofluoridového komplexu 1,4 V, zatiaľ čo pre KF a KS1 sú rozkladné napätia ~3,4 V a ~4,6 V.

KS I K2TaF,-KCl KJaFf

Ryža. 31. Schéma taviteľnosti sústavy K2TaF7-KF-KCl

Počas elektrolýzy na katóde dochádza k postupnému vybíjaniu katiónov Ta5+:

Ta5+ + 2e > Ta3+ + bе * Ta0.

Procesy na anóde môžu byť reprezentované reakciami: TaOF63" - Ze = TaFs + F" + 0; 20 + C = C02; C02 + C = 2CO; TaFj + 3F~ = TaF|~. TaF|~ ióny, ktoré reagujú s Ta20s zavedenými do taveniny, opäť tvoria TaOF|~ ióny. Pri teplotách elektrolýzy 700-750 °C je zloženie plynu -95 % CO2, 5-7 % CO; 0,2-

Spomedzi návrhov elektrolyzérov testovaných v ZSSR boli najlepšie výsledky dosiahnuté v tých, kde katódou je téglik vyrobený z niklu (alebo zliatiny niklu a chrómu), v strede

Obr.32. Schéma elektrolyzéra na výrobu tantalu:

1 - násypka s podávačom Ta205; 2 - elektromagnetický vibrátor podávača; 3 - držiak s upevnením pre anódu; 4 - dutá grafitová anóda s otvormi v stene; 5 - nichrómová tégliková katóda; 6 - kryt; 7 - tepelne izolačné sklo; 8 - volant na zdvíhanie ovládača; 9 - zástrčka s tyčou pre napájanie

Ktorý obsahuje dutú grafitovú anódu s otvormi v stenách (obr. 32). Oxid tantalu sa periodicky privádza automatickým vibračným podávačom do dutej anódy. Pri tomto spôsobe dávkovania je eliminovaná mechanická kontaminácia katódového nánosu nerozpusteným oxidom tantaličným. Plyny sa odstraňujú cez palubné odsávanie. Pri teplote elektrolýzy 700-720 C, nepretržitá dodávka kúpeľa Ta205 (t.j. s minimálnym počtom anódových efektov), prúdová hustota katódy 30-50 A/dm2 a pomer DjDк = 2*4, priama extrakcia tantalu je 87-93 %, výťažok podľa prúdu 80 %.

Elektrolýza sa vykonáva dovtedy, kým sa 2/3 užitočného objemu téglika nenaplnia katódovým sedimentom. Na konci elektrolýzy sa anóda zdvihne a elektrolyt spolu s katódovým nánosom sa ochladí. Na oddelenie elektrolytu od častíc tantalového prášku sa používajú dva spôsoby spracovania katódového produktu: mletie so vzduchovou separáciou a vákuovo-tepelné čistenie.

Vákuovo-tepelná metóda, vyvinutá v ZSSR, spočíva v oddelení väčšiny solí od tantalu tavením (tavením) v argónovej atmosfére s následným odstránením zvyšku odparením vo vákuu pri 900 C. Roztavený a kondenzovaný elektrolyt sa vracia do elektrolýzy.

To brúsením s oddelením vzduchu 30-70 mikrónov a pri použití vákuového tepelného spracovania - 100-120 mikrónov.

Výroba nióbu z oxyfluorid-chloridových elektrolytov, ako je tantal, nepriniesla pozitívne výsledky v dôsledku skutočnosti, že počas vybíjania na katóde sa tvoria nižšie oxidy, ktoré znečisťujú kov. Prúdový výstup je nízky.

Bezkyslíkaté elektrolyty sú perspektívne pre niób (rovnako ako pre tantal). Chloridy nióbu a tantalu sa rozpúšťajú v roztavených chloridoch alkalických kovov za vzniku komplexných solí A/eNbCl6 a MeTaCl6. Pri elektrolytickom rozklade týchto komplexov sa na katóde uvoľňujú hrubokryštalické usadeniny nióbu a tantalu a na grafitovej anóde sa uvoľňuje chlór.

Popis a vlastnosti nióbu

niób– prvok patriaci do piatej periodickej skupiny, atómové číslo – 41. Elektronický vzorec nióbu— Nb 4d45sl. Grafický vzorec nióbu- Nb - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 4 5s 1. Objavený v roku 1801 - pôvodne nazývaný „Columbia“, podľa názvu rieky, v ktorej bol objavený. Neskôr premenovaný.

Niób – kov bielo-oceľové tienidlo, má plasticitu - ľahko sa zroluje do plechov. Elektronická štruktúra nióbu dáva mu určité vlastnosti. Zaznamenáva sa indikácia vysokej teploty počas tavenia a bodu varu kovu. V dôsledku toho je elektronický výtok elektrónov zaznamenaný ako vlastnosť. Supravodivosť sa objavuje len pri vysokých teplotách. Na oxidáciu vyžaduje kov minimálnu teplotu asi 300 °C alebo vyššiu. Tým vzniká špecifická oxid nióbu Nb205.

Niób, vlastnosti ktorý aktívne interaguje s určitými plynmi. Ide o vodík, kyslík a dusík, pod ich vplyvom môže meniť určité charakteristiky. Čím vyššia je teplota, tým intenzívnejšie sa absorbuje vodík, čím sa niób stáva krehkejším, keď sa dosiahne kontrolný bod 600 °C, začne dochádzať k spätnému vývoju a kov obnoví svoje stratené vlastnosti. Potom začína tvorba nitridu NbN, ktorého tavenie vyžaduje 2300 °C.

Uhlík a plyny, ktoré ho obsahujú, začínajú svoju interakciu s nióbom pri požadovanej teplote nad 1200 °C, výsledkom čoho je vznik karbidu NbC - teplota topenia - 3500 °C. V dôsledku interakcie kremíka a bóru s kovovým nióbom vzniká borid NbB2. tvarovaný - teplota topenia - 2900 ° C.

Prvok niób odolný voči takmer všetkým známym kyselinám, okrem kyseliny fluorovodíkovej a najmä jej zmesi s kyselinou dusičnou. Kov je náchylný na alkálie, najmä horúce. Pri rozpustení v nich nastáva oxidačný proces a vzniká kyselina niobová.

Ťažba a pôvod nióbu

Obsah kovu na tonu vypožičanej horniny je relatívne nízky - iba 18 g na tonu. Obsah je zvýšený v kyslejších horninách. Najčastejšie sa nachádza v jednom depozite niób a tantal, kvôli ich podobným chemickým vlastnostiam, ktoré im umožňujú nachádzať sa v rovnakom minerále a podieľať sa na spoločných procesoch. V niektorých mineráloch obsahujúcich titán sa často vyskytuje fenomén nahradenia - „niób – titán“.

Je známych asi sto rôznych minerálov obsahujúcich niób. Ale len málo z nich sa používa v priemysle. Sú to pyrochlór, loparit, torolit atď. V ultramafických a alkalických horninách sa niób vyskytuje v perovskite a eudialyte.

Ložiská nióbu dostupné v Brazílii, Austrálii, Kanade, Kongu, Nigérii a Rwande.

Výroba nióbu pomerne zložitý proces s tromi hlavnými fázami. Najprv sa otvorí koncentrát, potom sa niób rozdelí na čisté zlúčeniny. Poslednou fázou sú regeneračné procesy a rafinácia kovov. Medzi najbežnejšie metódy patria karbotermické, aluminotermické a sodíkotermické metódy.

Napríklad zmiešaním oxidu nióbu a sadzí pri vysokých teplotách vo vodíkovom prostredí sa získa karbid, potom zmiešaním karbidu a oxidu nióbu pri rovnakých teplotách, ale v úplnom vákuu sa získa kov, z ktorého sa rôzne zliatiny nióbu. Zliatiny nióbu je možné získať metódami práškovej metalurgie, metódami tavenia vákuom a elektrónovým lúčom.

Aplikácie nióbu

Vďaka svojim jedinečným vlastnostiam sa niób používa v mnohých oblastiach priemyslu. Zliatiny nióbu majú žiaruvzdornosť, tepelnú odolnosť, supravodivosť, getrové a antikorózne vlastnosti. Okrem toho sa celkom ľahko spracováva a zvára. Má široké využitie v kozmických a leteckých technológiách, rádiu a elektrotechnike, chemickom priemysle a jadrovej energetike. V generátorových lampách sa pomocou nich vyrába veľa vykurovacích telies. Na tieto účely sa používa aj jeho zliatina s tantalom.

Určité množstvo tohto kovu obsahujú aj elektrické usmerňovače a elektrolytické kondenzátory. Jeho použitie v týchto zariadeniach je spôsobené jeho charakteristickými prenosovými a oxidačnými vlastnosťami. Kondenzátory obsahujúce tento kov s relatívne malými rozmermi majú vysoký odpor. Všetky prvky kondenzátora sú vyrobené zo špeciálnej fólie. Lisuje sa z nióbového prášku.

Odolnosť voči rôznym kyselinám, vysoká tepelná vodivosť a ohybnosť konštrukcie určujú jej popularitu v chémii a metalurgii, pri vytváraní rôznych zariadení a štruktúr. Kombinácia pozitívnych vlastností tohto dôležitého kovu je žiadaná aj v jadrovej energetike.

Vďaka slabému účinku nióbu s priemyselným uránom je kov pri relatívne nízkych teplotách (900º C) vhodný na vytvorenie ochrannej vrstvy v jadrových reaktoroch. S takouto škrupinou je možné použiť sodíkové chladivá, s ktorými tiež takmer neinteraguje. Niób výrazne predlžuje životnosť uránových prvkov tým, že na ich povrchu vytvára ochranný oxid pred škodlivými účinkami vodnej pary.

Tepelne odolné vlastnosti niektorých sa dajú zlepšiť legovaním nióbom. Zliatiny nióbu sa tiež celkom dobre osvedčili. Ide napríklad o zliatinu niób – zirkónium, vyznačujúci sa pozoruhodnými vlastnosťami. Z takýchto zliatin sa vyrábajú rôzne diely pre kozmické lode a lietadlá, ako aj ich povrchy. Prevádzková teplota takejto zliatiny môže dosiahnuť až 1200 ° C.

Niektoré zliatiny na spracovanie ocele obsahujú karbid nióbu, ktorý zlepšuje vlastnosti zliatiny. Relatívne malý prídavok nióbu do nehrdzavejúcej ocele zvyšuje jej antikorózne vlastnosti a zlepšuje kvalitu výsledných zvarov. Mnohé nástrojové ocele obsahujú aj niób. Ako katalýza sa jeho rôzne zlúčeniny podieľajú na procesoch umelej organickej syntézy.

Cena nióbu

Hlavnou formou na predaj na svetovom trhu je nióbové ingoty, ale celkom možné sú aj iné formy skladovania. Vo svete bol vždy dopyt niób, cena ktoré do začiatku roku 2000 zostali na stabilnej úrovni. Sebavedomý rast dopytu spojený s rozvojom ekonomík mnohých krajín a nárast objemu výroby v oblasti inovatívnych technológií, hutníckeho a chemického priemyslu prispeli k prudkému nárastu cien do roku 2007 z 12 na 32 dolárov za kilogram kovu.

V ďalších rokoch v dôsledku globálnej krízy v hospodárskom sektore až do roku 2012 dochádzalo k miernemu poklesu. Miera obchodného obratu sa primerane znížila. Ale do roku 2012 sa ceny opäť prikradli a dokonca aj potom kúpiť niób bolo to možné len za 60 dolárov za kilogram a rast sa ešte nezastavil. Otázka rovnocenných, ale dostupnejších náhrad je nastolená už dlho. A existujú, ale ich vlastnosti sú jednoznačne horšie ako niób. Preto je stále v cene.

Uralská štátna banícka univerzita

K téme: Vlastnosti nióbu

Skupina: M-13-3

Študent: Mokhnashin Nikita

1. Všeobecné informácie o prvku

Fyzikálne vlastnosti nióbu

Chemické vlastnosti nióbu

Voľný niób

Oxidy nióbu a ich soli

Zlúčeniny nióbu

Vedúce krajiny vo výrobe nióbu

1. Všeobecné informácie o prvku

Prvok, ktorý zaberá 41. bunku periodickej tabuľky, je ľudstvu známy už dlho. Jeho súčasný názov niób je takmer o pol storočia mladší. Stalo sa, že prvok #41 bol otvorený dvakrát. Prvýkrát - v roku 1801, anglický vedec Charles Hatchet preskúmal vzorku pravého minerálu zaslaného do Britského múzea z Ameriky. Z tohto minerálu izoloval oxid dovtedy neznámeho prvku. Hatchet pomenoval nový prvok columbium, čím zaznamenal jeho zámorský pôvod. A čierny minerál sa nazýval kolumbit. O rok neskôr švédsky chemik Ekeberg izoloval oxid ďalšieho nového prvku z kolumbitu, nazývaného tantal. Podobnosť medzi zlúčeninami Columbia a tantalom bola taká veľká, že 40 rokov väčšina chemikov verila, že tantal a kolumbium sú tým istým prvkom.

V roku 1844 nemecký chemik Heinrich Rose skúmal vzorky kolumbitu nájdené v Bavorsku. Opäť objavil oxidy dvoch kovov. Jedným z nich bol oxid už známeho tantalu. Oxidy boli podobné, a zdôrazňujúc ich podobnosť, Rose pomenovala prvok tvoriaci druhý oxid niób po Niobe, dcére mytologického mučeníka Tantala. Rose, podobne ako Hatchet, však nedokázala získať tento prvok v slobodnom stave. Kovový niób bol prvýkrát získaný až v roku 1866 švédskym vedcom Blomstrandom pri redukcii chloridu nióbu vodíkom. Koncom 19. stor. našli sa ďalšie dva spôsoby, ako tento prvok získať. Najprv ho Moissan získal v elektrickej peci redukciou oxidu nióbu uhlíkom a potom Goldschmidt dokázal ten istý prvok redukovať hliníkom. A prvok č. 41 sa v rôznych krajinách naďalej nazýval inak: v Anglicku a USA - Kolumbia, v iných krajinách - niób. Medzinárodná únia pre čistú a aplikovanú chémiu (IUPAC) ukončila tento spor v roku 1950. Bolo rozhodnuté všade legitimizovať názov prvku „niób“ a hlavnému minerálu nióbu bol priradený názov „columbite“. Jeho vzorec je (Fe, Mn) (Nb, Ta)2 O 6.

Nie je náhoda, že niób sa považuje za vzácny prvok: skutočne sa vyskytuje zriedkavo a v malých množstvách, vždy vo forme minerálov a nikdy nie v prirodzenom stave. Zaujímavý detail: v rôznych referenčných publikáciách je clarke (obsah v zemskej kôre) nióbu odlišný. Vysvetľuje to najmä skutočnosť, že v posledných rokoch sa v afrických krajinách našli nové ložiská nerastov obsahujúcich niób. The Chemist's Handbook, zv. 1 (M., Chemistry, 1963) uvádza nasledujúce čísla: 3,2 10-5 % (1939), 1 10-3 % (1949) a 2, 4,10-3 % (1954). Ale najnovšie údaje sú tiež podhodnotené: nie sú tu zahrnuté africké ložiská objavené v posledných rokoch. Napriek tomu sa odhaduje, že z minerálov už známych ložísk možno vytaviť približne 1,5 milióna ton kovového nióbu.

Fyzikálne vlastnosti nióbu

Niób je lesklý strieborno-šedý kov.

Elementárny niób je extrémne žiaruvzdorný (2468°C) a vysokovrúci (4927°C) kov, veľmi odolný voči mnohým agresívnym prostrediam. Všetky kyseliny, s výnimkou kyseliny fluorovodíkovej, naň nemajú vplyv. Oxidačné kyseliny „pasivujú“ niób a pokrývajú ho ochranným oxidovým filmom (č. 205). Ale pri vysokých teplotách sa chemická aktivita nióbu zvyšuje. Ak sa pri 150...200°C zoxiduje len malá povrchová vrstva kovu, potom pri 900...1200°C hrúbka oxidového filmu výrazne narastie.

Kryštalická mriežka nióbu je kubická so stredom tela s parametrom a = 3,294 Á.

Čistý kov je tvárny a za studena je možné ho valcovať na tenké plechy (do hrúbky 0,01 mm) bez medzižíhania.

Je možné zaznamenať také vlastnosti nióbu, ako sú vysoké teploty topenia a varu, nižšia funkcia práce elektrónov v porovnaní s inými žiaruvzdornými kovmi - volfrámom a molybdénom. Posledná vlastnosť charakterizuje schopnosť elektrónovej emisie (elektrónovej emisie), ktorá sa využíva na využitie nióbu v elektrickej vákuovej technike. Niób má tiež vysokú teplotu prechodu do supravodivého stavu.

Hustota 8,57 g/cm 3(20 °C); t pl 2500 °C; t balík 4927 °C; tlak pár (v mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 n/m 2) 1·10 -5(2194 °C), 110 °C -4(2355 °C), 6:10 -4(na t pl ), 1·10-3 (2539 °C).

Pri bežných teplotách je niób na vzduchu stabilný. Začiatok oxidácie (odfarbený film) sa pozoruje pri zahriatí kovu na 200 - 300 °C. Nad 500° dochádza k rýchlej oxidácii s tvorbou oxidu Nb2 O 5.

Tepelná vodivosť vo W/(m·K) pri 0 °C a 600 °C je 51,4 a 56,2 a rovnaká v cal/(cm·sec·°C) je 0,125 a 0,156. Merný objemový elektrický odpor pri 0°C 15,22 10 -8ohm m (15,22 10 -6ohm cm). Teplota prechodu do supravodivého stavu je 9,25 K. Niób je paramagnetický. Funkcia práce elektrónov 4,01 eV.

Čistý niób sa ľahko spracováva tlakom za studena a zachováva si vyhovujúce mechanické vlastnosti pri vysokých teplotách. Jeho pevnosť v ťahu pri 20 a 800 °C je 342 a 312 Mn/m 2, to isté v kgf/mm 234,2 a 31,2; relatívne predĺženie pri 20 a 800 °C je 19,2 a 20,7 %, v tomto poradí. Brinellova tvrdosť čistého nióbu je 450, technická 750-1800 Mn/m 2. Nečistoty určitých prvkov, najmä vodík, dusík, uhlík a kyslík, výrazne zhoršujú ťažnosť a zvyšujú tvrdosť nióbu.

3. Chemické vlastnosti nióbu

Niób je cenený najmä pre svoju odolnosť voči anorganickým a organickým látkam.

Existuje rozdiel v chemickom správaní práškového a kusového kovu. Ten druhý je stabilnejší. Kovy na to nemajú žiadny vplyv, aj keď sú zahriate na vysoké teploty. Kvapalné alkalické kovy a ich zliatiny, bizmut, olovo, ortuť a cín môžu byť v dlhodobom kontakte s nióbom bez zmeny jeho vlastností. Nič s tým nezvládnu ani také silné oxidačné činidlá ako kyselina chloristá, aqua regia, nehovoriac o dusičnej, sírovej, chlorovodíkovej a všetkých ostatných. Alkalické roztoky tiež nemajú žiadny vplyv na niób.

Existujú však tri činidlá, ktoré môžu konvertovať kovový niób na chemické zlúčeniny. Jedným z nich je tavenina hydroxidu alkalického kovu:

Nb+4NaOH+502 = 4NaNb03+2H20

Ďalšie dve sú kyselina fluorovodíková (HF) alebo jej zmes s kyselinou dusičnou (HF+HNO). V tomto prípade vznikajú fluoridové komplexy, ktorých zloženie do značnej miery závisí od reakčných podmienok. V každom prípade je prvok súčasťou aniónu typu 2- alebo 2-.

Ak užívate práškový niób, je o niečo aktívnejší. Napríklad v roztavenom dusičnane sodnom sa dokonca vznieti a zmení sa na oxid. Kompaktný niób začne oxidovať pri zahriatí nad 200 °C a prášok sa pokryje oxidovým filmom už pri 150 °C. Zároveň sa prejavuje jedna z úžasných vlastností tohto kovu - zachováva si ťažnosť.

Vo forme pilín pri zahriatí nad 900°C úplne zhorí na Nb2O5. Silne horí v prúde chlóru:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Pri zahrievaní reaguje so sírou. Je ťažké legovať s väčšinou kovov. Výnimky sú snáď len dve: železo, s ktorým vznikajú tuhé roztoky rôznych pomerov, a hliník, ktorý má zlúčeninu Al2Nb s nióbom.

Aké vlastnosti nióbu mu pomáhajú odolávať pôsobeniu najsilnejších oxidačných kyselín? Ukazuje sa, že sa to nevzťahuje na vlastnosti kovu, ale na vlastnosti jeho oxidov. Pri kontakte s oxidačnými činidlami sa na povrchu kovu objaví tenká (preto nepozorovateľná), ale veľmi hustá vrstva oxidov. Táto vrstva sa stáva neprekonateľnou bariérou na ceste oxidačného činidla k čistému kovovému povrchu. Cez ňu môžu preniknúť len určité chemické činidlá, najmä fluórový anión. V dôsledku toho je kov v podstate oxidovaný, ale prakticky výsledky oxidácie sú neviditeľné kvôli prítomnosti tenkého ochranného filmu. Pasivita voči zriedenej kyseline sírovej sa používa na vytvorenie usmerňovača striedavého prúdu. Je navrhnutý jednoducho: platinové a nióbové platne sú ponorené do 0,05 m roztoku kyseliny sírovej. Niób v pasivovanom stave môže viesť prúd, ak ide o negatívnu elektródu - katódu, t.j. elektróny môžu prechádzať cez vrstvu oxidu len z kovovej strany. Cesta pre elektróny z roztoku je uzavretá. Preto pri prechode striedavého prúdu takýmto zariadením prechádza iba jedna fáza, pre ktorú je platina anódou a niób je katódou.

nióbový kovový halogén

4. Niób vo voľnom stave

Je taká krásna, že sa z nej svojho času pokúšali vyrábať šperky: niób svojou svetlošedou farbou pripomína platinu. Napriek vysokým bodom topenia (2500 °C) a bodom varu (4840 °C) sa z neho dá ľahko vyrobiť akýkoľvek výrobok. Kov je taký ťažný, že sa dá spracovať za studena. Je veľmi dôležité, aby si niób zachoval svoje mechanické vlastnosti pri vysokých teplotách. Je pravda, že ako v prípade vanádu, aj malé nečistoty vodíka, dusíka, uhlíka a kyslíka výrazne znižujú ťažnosť a zvyšujú tvrdosť. Niób sa stáva krehkým pri teplotách od -100 do -200 °C.

Získanie nióbu v ultračistej a kompaktnej forme je možné vďaka použitiu technológie v posledných rokoch. Celý technologický proces je zložitý a náročný na prácu. V zásade je rozdelená do 4 etáp:

1.získanie koncentrátu: feronióbu alebo ferotantalonióbu;

.otvorenie koncentrátu - premena nióbu (a tantalu) na niektoré nerozpustné zlúčeniny, aby sa oddelil od väčšiny koncentrátu;

.separácia nióbu a tantalu a získanie ich jednotlivých zlúčenín;

.výroba a rafinácia kovov.

Prvé dve fázy sú celkom jednoduché a bežné, aj keď náročné na prácu. Stupeň oddelenia nióbu a tantalu je určený tretím stupňom. Túžba získať čo najviac nióbu a najmä tantalu nás prinútila nájsť najnovšie separačné metódy: selektívnu extrakciu, iónovú výmenu a rektifikáciu zlúčenín týchto prvkov halogénmi. V dôsledku toho sa oddelene získajú buď oxid alebo pentachloridy tantalu a nióbu. V poslednom stupni sa použije redukcia uhlím (sadze) v prúde vodíka pri 1800 °C a potom sa teplota zvýši na 1900 °C a zníži sa tlak. Karbid vznikajúci pri interakcii s uhlím reaguje s Nb2O5:

2Nb205 + 5NbC = 9Nb + 5CO3,

a objaví sa nióbový prášok. Ak sa v dôsledku oddelenia nióbu od tantalu nezíska oxid, ale soľ, potom sa spracuje kovovým sodíkom pri 1000 °C a získa sa tiež práškový niób. Preto sa pri ďalšej transformácii prášku na kompaktný monolit uskutočňuje pretavenie v oblúkovej peci a na získanie monokryštálov obzvlášť čistého nióbu sa používa elektrónový lúč a zónové tavenie.

Oxidy nióbu a ich soli

Počet zlúčenín s kyslíkom v nióbu je malý, podstatne menší ako vo vanáde. Vysvetľuje to skutočnosť, že v zlúčeninách zodpovedajúcich oxidačnému stavu +4, +3 a +2 je niób extrémne nestabilný. Ak sa atóm tohto prvku začne vzdávať elektrónov, potom má tendenciu vzdať sa všetkých piatich, aby odhalil stabilnú elektrónovú konfiguráciu.

Ak porovnáme ióny rovnakého oxidačného stavu dvoch susedov v skupine - vanádu a nióbu, zistíme nárast vlastností v smere kovov. Kyslý charakter oxidu Nb2O5 je výrazne slabší ako oxid vanádu (V). Po rozpustení nevytvára kyselinu. Jeho kyslé vlastnosti sa prejavia iba pri fúzii s alkáliami alebo uhličitanmi:

O5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3NbO4 + 3С02

Táto soľ - ortoniobát sodný - je podobná rovnakým soliam kyseliny ortofosforečnej a kyseliny ortovanádovej. Avšak vo fosfore a arzéne je orto forma najstabilnejšia a pokus získať ortoniobát v jeho čistej forme zlyhal. Keď sa zliatina spracuje vodou, neuvoľňuje sa soľ Na3NbO4, ale metaniobičnan NaNbO3. Je to bezfarebný, v studenej vode ťažko rozpustný jemne kryštalický prášok. V dôsledku toho v nióbe v najvyššom stupni oxidácie nie je orto-, ale meta-forma zlúčenín, ktorá je stabilnejšia.

Z ďalších zlúčenín oxidu nióbu (V) so zásaditými oxidmi sú známe diniobáty K4Nb2O7, pripomínajúce pyrokyseliny, a polyniobany (ako tieň polyfosforečných a polyvanádových kyselín) s približnými vzorcami K7Nb5O16.nH2O a K8Nb6O19.mH2O. Uvedené soli, zodpovedajúce vyššiemu oxidu nióbu, obsahujú tento prvok ako súčasť aniónu. Tvar týchto solí nám umožňuje považovať ich za deriváty nióbu. kyseliny Tieto kyseliny nie je možné získať v čistej forme, pretože ich možno považovať skôr za oxidy viazané na molekuly vody. Napríklad meta forma je Nb2O5. H2O a orgo forma je Nb2O5. 3H20. Spolu s týmto druhom zlúčenín má niób aj iné, kde je už súčasťou katiónu. Niób netvorí jednoduché soli ako sírany, dusičnany a pod. Pri interakcii s hydrogénsíranom sodným NaHSO4 alebo oxidom dusíka N2O4 sa objavujú látky s komplexným katiónom: Nb2O2(SO4)3. Katióny v týchto soliach pripomínajú katión vanádu, len s tým rozdielom, že tu je ión s piatimi nábojmi a vanád má oxidačný stav 4 v ióne vanádu. Rovnaký katión NbO3+ je súčasťou zloženia niektorých komplexných solí. Oxid Nb2O5 sa pomerne ľahko rozpúšťa vo vodnej kyseline fluorovodíkovej. Z takýchto roztokov je možné izolovať komplexnú soľ K2. H2O.

Na základe uvažovaných reakcií môžeme konštatovať, že niób vo svojom najvyššom oxidačnom stave môže byť súčasťou aniónov aj katiónov. To znamená, že päťmocný niób je amfotérny, no stále s výraznou prevahou kyslých vlastností.

Existuje niekoľko spôsobov, ako získať Nb2O5. Po prvé, interakcia nióbu s kyslíkom pri zahrievaní. Po druhé, kalcinácia solí nióbu na vzduchu: sulfid, nitrid alebo karbid. Po tretie, najbežnejšou metódou je dehydratácia hydrátov. Hydratovaný oxid Nb2O5 sa vyzráža z vodných roztokov solí koncentrovanými kyselinami. xH20. Potom, keď sa roztoky zriedia, vytvorí sa zrazenina bieleho oxidu. Dehydratácia sedimentu Nb2O5 xH2O je sprevádzaná uvoľňovaním tepla. Celá hmota sa zahrieva. K tomu dochádza v dôsledku premeny amorfného oxidu na kryštalickú formu. Oxid nióbový sa dodáva v dvoch farbách. Za normálnych podmienok je biela, ale pri zahriatí zožltne. Akonáhle sa však oxid ochladí, farba zmizne. Oxid je žiaruvzdorný (teplota topenia = 1460 °C) a neprchavý.

Nižšie oxidačné stavy nióbu zodpovedajú NbO2 a NbO. Prvý z týchto dvoch je čierny prášok s modrým odtieňom. NbO2 sa získava z Nb2O5 odstránením kyslíka horčíkom alebo vodíkom pri teplote asi tisíc stupňov:

05 + H2 = 2Nb02 + H20

Vo vzduchu sa táto zlúčenina ľahko premení späť na vyšší oxid Nb2O5. Jeho charakter je skôr tajný, pretože oxid je nerozpustný ani vo vode, ani v kyselinách. Napriek tomu sa mu pripisuje kyslý charakter na základe jeho interakcie s horúcou vodnou zásadou; v tomto prípade však dochádza k oxidácii na päťnabitý ión.

Zdalo by sa, že rozdiel jedného elektrónu nie je taký veľký, ale na rozdiel od Nb2O5 oxid NbO2 vedie elektrický prúd. Je zrejmé, že v tejto zlúčenine existuje väzba kov-kov. Ak využijete túto kvalitu, potom pri zahrievaní silným striedavým prúdom môžete prinútiť NbO2, aby sa vzdal svojho kyslíka.

Keď sa stratí kyslík, NbO2 sa zmení na oxid NbO a potom sa všetok kyslík pomerne rýchlo odštiepi. O nižšom oxide nióbu NbO je známe len málo. Má kovový lesk a vzhľadom je podobný kovu. Dokonale vedie elektrický prúd. Jedným slovom sa chová, ako keby v jeho zložení nebol vôbec žiadny kyslík. Dokonca, ako typický kov, pri zahrievaní prudko reaguje s chlórom a mení sa na oxychlorid:

2NbO + 3Cl2=2NbOCl3

Vytláča vodík z kyseliny chlorovodíkovej (akoby to vôbec nebol oxid, ale kov ako zinok):

NbO + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2

NbO je možné získať v čistej forme kalcináciou už spomínanej komplexnej soli K2 s kovovým sodíkom:

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

Oxid NbO má najvyššiu teplotu topenia zo všetkých oxidov nióbu, 1935 °C. Na čistenie nióbu od kyslíka sa teplota zvýši na 2300 - 2350 °C, potom sa súčasne s odparovaním NbO rozkladá na kyslík a kov. Nastáva rafinácia (čistenie) kovu.

Zlúčeniny nióbu

Príbeh o prvku by nebol úplný bez zmienky o jeho zlúčeninách s halogénmi, karbidmi a nitridmi. Je to dôležité z dvoch dôvodov. Po prvé, vďaka fluoridovým komplexom je možné oddeliť niób od jeho večného spoločníka tantalu. Po druhé, tieto zlúčeniny nám odhaľujú vlastnosti nióbu ako kovu.

Interakcia halogénov s kovovým nióbom:

Je možné získať Nb + 5Cl2 = 2NbCl5, všetky možné halogenidy nióbu.

Pentafluorid NbF5 (tavenina = 76 °C) je bezfarebný v kvapalnom stave a v pare. Podobne ako fluorid vanadičný je v kvapalnom stave polymérny. Atómy nióbu sú navzájom spojené prostredníctvom atómov fluóru. V tuhej forme má štruktúru pozostávajúcu zo štyroch molekúl (obr. 2).

Ryža. 2. Štruktúra NbF5 a TaF5 v tuhej forme pozostáva zo štyroch molekúl.

Roztoky v kyseline fluorovodíkovej H2F2 obsahujú rôzne komplexné ióny:

H2F2 = H2;+ H20 = H2

Draselná soľ K2. H2O je dôležitá na oddelenie nióbu od tantalu, pretože na rozdiel od tantalovej soli je vysoko rozpustná.

Zvyšné nióbové pentahalidy sú jasne sfarbené: NbCl5 žltý, NbBr5 purpurovočervený, NbI2 hnedý. Všetky sublimujú bez rozkladu v atmosfére zodpovedajúceho halogénu; v pároch sú to monoméry. Ich teplota topenia a varu sa zvyšuje pri prechode z chlóru na bróm a jód. Niektoré z metód prípravy pentahalidov sú:

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

2NbCl5+5F22NbF5+5Cl2

Pentahalidy sa dobre rozpúšťajú v organických rozpúšťadlách: éter, chloroform, alkohol. Tie sa však vodou úplne rozložia – hydrolyzujú. V dôsledku hydrolýzy sa získajú dve kyseliny - kyselina halogenovodíková a kyselina nióbová. Napríklad,

4H20 = 5HCl + H3Nb04

Keď je hydrolýza nežiaduca, potom sa zavedie trochu silnej kyseliny a rovnováha procesu opísaného vyššie sa posunie smerom k NbCl5. V tomto prípade sa pentahalid rozpúšťa bez toho, aby prešiel hydrolýzou,

Karbid nióbu si vyslúžil zvláštnu vďaku od metalurgov. V každej oceli je uhlík; niób, ktorý ho viaže na karbid, zlepšuje kvalitu legovanej ocele. Pri zváraní nehrdzavejúcej ocele má zvar zvyčajne menšiu pevnosť. Zavedenie nióbu v množstve 200 g na tonu pomáha napraviť tento nedostatok. Niób pri zahrievaní tvorí pred všetkými ostatnými oceľovými kovmi zlúčeninu s uhlíkom - karbid. Táto zmes je celkom plastická a zároveň schopná odolávať teplotám až do 3500 °C. Na ochranu kovov a, čo je obzvlášť cenné, aj grafitu pred koróziou, stačí vrstva karbidu hrubá len pol milimetra. Karbid možno získať zahrievaním oxidu kovu alebo nióbu (V) s uhlíkom alebo plynmi obsahujúcimi uhlík (CH4, CO).

Niobiumnitrid je zlúčenina, ktorú pri varení neovplyvňujú žiadne kyseliny a dokonca ani „regia vodka“; odolný voči vode. Jediná vec, s ktorou môže byť nútený interagovať, je vriaca zásada. V tomto prípade sa rozkladá a uvoľňuje amoniak.

Nitrid NbN je svetlosivý so žltkastým odtieňom. Je žiaruvzdorný (teplota topenia 2300 °C), má pozoruhodnú vlastnosť – pri teplote blízkej absolútnej nule (15,6 K, resp. -267,4 °C) má supravodivosť.

Zo zlúčenín obsahujúcich niób v nižšom oxidačnom stave sú najznámejšie halogenidy. Všetky nižšie halogenidy sú tmavé kryštalické pevné látky (od tmavo červenej po čiernu). Ich stabilita klesá so znížením oxidačného stavu kovu.

Aplikácia nióbu v rôznych priemyselných odvetviach

Aplikácia nióbu na legovanie kovov

Oceľ legovaná nióbom má dobrú odolnosť proti korózii. Chróm tiež zvyšuje odolnosť ocele proti korózii a je oveľa lacnejší ako niób. Tento čitateľ má pravdu a zároveň sa mýli. Mýlim sa, pretože som zabudol na jednu vec.

Chrómniklová oceľ, ako každá iná, vždy obsahuje uhlík. Uhlík sa však spája s chrómom a vytvára karbid, vďaka čomu je oceľ krehkejšia. Niób má väčšiu afinitu k uhlíku ako chróm. Preto, keď sa do ocele pridá niób, nevyhnutne sa vytvorí karbid nióbu. Oceľ legovaná nióbom získava vysoké antikorózne vlastnosti a nestráca svoju ťažnosť. Požadovaný efekt sa dosiahne, keď sa k tone ocele pridá iba 200 g kovového nióbu. A niób dodáva chróm-mangánovej oceli vysokú odolnosť proti opotrebovaniu.

Mnohé neželezné kovy sú tiež legované nióbom. Hliník, ktorý sa ľahko rozpúšťa v zásadách, s nimi teda nereaguje, ak sa k nemu pridá len 0,05 % nióbu. A meď, známa svojou mäkkosťou, a mnohé z jej zliatin sa zdajú byť tvrdené nióbom. Zvyšuje pevnosť kovov ako titán, molybdén, zirkónium a zároveň zvyšuje ich tepelnú odolnosť a tepelnú odolnosť.

Teraz vlastnosti a schopnosti nióbu oceňuje letectvo, strojárstvo, rádiotechnika, chemický priemysel a jadrová energetika. Všetci sa stali konzumentmi nióbu.

Jedinečná vlastnosť - absencia výraznej interakcie nióbu s uránom pri teplotách do 1100°C a navyše dobrá tepelná vodivosť, malý účinný absorpčný prierez tepelných neutrónov - urobili z nióbu vážneho konkurenta kovov uznávaných v jadrovej energetike. priemysel - hliník, berýlium a zirkónium. Okrem toho je umelá (indukovaná) rádioaktivita nióbu nízka. Preto sa z neho dajú vyrobiť kontajnery na skladovanie rádioaktívneho odpadu alebo zariadenia na ich využitie.

Chemický priemysel spotrebúva relatívne málo nióbu, ale to možno vysvetliť len jeho nedostatkom. Zariadenia na výrobu vysoko čistých kyselín sa niekedy vyrábajú zo zliatin obsahujúcich niób a menej často z plechového nióbu. Schopnosť nióbu ovplyvňovať rýchlosť určitých chemických reakcií sa využíva napríklad pri syntéze alkoholu z butadiénu.

Spotrebiteľmi prvku č.41 sa stali aj raketové a vesmírne technológie. Nie je žiadnym tajomstvom, že niektoré množstvá tohto prvku už rotujú na obežných dráhach v blízkosti Zeme. Niektoré časti rakiet a palubné vybavenie umelých družíc Zeme sú vyrobené zo zliatin obsahujúcich niób a čistého nióbu.

Využitie nióbu v iných priemyselných odvetviach

„Horúce armatúry“ (t. j. vyhrievané časti) sú vyrobené z nióbových plechov a tyčí – anódy, mriežky, nepriamo vyhrievané katódy a ďalšie časti elektronických lámp, najmä výkonných generátorových lámp.

Okrem čistého kovu sa na rovnaké účely používajú zliatiny tantalónium-bium.

Niób sa používal na výrobu elektrolytických kondenzátorov a usmerňovačov prúdu. Tu sa využíva schopnosť nióbu vytvárať stabilný oxidový film počas anodickej oxidácie. Oxidový film je stabilný v kyslých elektrolytoch a prechádza prúdom iba v smere od elektrolytu ku kovu. Nióbové kondenzátory s pevným elektrolytom sa vyznačujú vysokou kapacitou s malými rozmermi a vysokým izolačným odporom.

Prvky nióbových kondenzátorov sú vyrobené z tenkej fólie alebo poréznych dosiek lisovaných z kovových práškov.

Odolnosť nióbu proti korózii v kyselinách a iných médiách v kombinácii s vysokou tepelnou vodivosťou a ťažnosťou z neho robí cenný konštrukčný materiál pre zariadenia v chemickom a hutníckom priemysle. Niób má kombináciu vlastností, ktoré spĺňajú požiadavky jadrovej energie na konštrukčné materiály.

Do 900°C niób slabo interaguje s uránom a je vhodný na výrobu ochranných plášťov pre uránové palivové články energetických reaktorov. V tomto prípade je možné použiť tekuté kovové chladivá: sodík alebo zliatinu sodíka a draslíka, s ktorou niób neinteraguje do 600 °C. Na zvýšenie životnosti uránových palivových prvkov je urán dopovaný nióbom (~ 7 % nióbu). Prísada nióbu stabilizuje ochranný oxidový film na uráne, čo zvyšuje jeho odolnosť voči vodnej pare.

Niób je súčasťou rôznych žiaruvzdorných zliatin pre plynové turbíny prúdových motorov. Legovanie molybdénu, titánu, zirkónu, hliníka a medi s nióbom výrazne zlepšuje vlastnosti týchto kovov, ako aj ich zliatin. Ako konštrukčný materiál pre časti prúdových motorov a rakiet existujú žiaruvzdorné zliatiny na báze nióbu (výroba lopatiek turbín, nábežných hrán krídel, predných koncov lietadiel a rakiet, plášťov rakiet). Niób a zliatiny na jeho báze je možné použiť pri prevádzkových teplotách 1000 - 1200°C.

Karbid nióbu je súčasťou niektorých druhov karbidu na báze karbidu volfrámu používaného na rezanie ocelí.

Niób je široko používaný ako legujúca prísada do ocelí. Prídavok nióbu v množstve 6 až 10-krát vyššom ako je obsah uhlíka v oceli eliminuje medzikryštalickú koróziu nehrdzavejúcej ocele a chráni zvary pred zničením.

Niób sa pridáva aj do rôznych žiaruvzdorných ocelí (napríklad pre plynové turbíny), ako aj do nástrojových a magnetických ocelí.

Niób sa do ocele zavádza v zliatine so železom (feróniób), ktorá obsahuje až 60 % Nb. Okrem toho sa vo ferozliatine používa ferotantaloniób s rôznymi pomermi medzi tantalom a nióbom.

V organickej syntéze sa niektoré zlúčeniny nióbu (komplexné fluoridové soli, oxidy) používajú ako katalyzátory.

Využitie a výroba nióbu rýchlo narastá, čo je spôsobené kombináciou takých vlastností ako žiaruvzdornosť, malý prierez na zachytávanie tepelných neutrónov, schopnosť vytvárať žiaruvzdorné, supravodivé a iné zliatiny, odolnosť proti korózii, vlastnosti getra, nízka pracovná funkcia elektrónov, dobrá spracovateľnosť pod tlakom za studena a zvárateľnosť. Hlavné oblasti použitia nióbu sú: raketová technika, letectvo a vesmírna technika, rádiotechnika, elektronika, chemické inžinierstvo, jadrová energetika.

Aplikácie kovového nióbu

Časti lietadiel sú vyrobené z čistého nióbu alebo jeho zliatin; Obklady pre uránové a plutóniové palivové články; nádoby a potrubia; na tekuté kovy; časti elektrolytických kondenzátorov; „horúce“ armatúry pre elektronické (pre radarové inštalácie) a výkonné generátorové lampy (anódy, katódy, mriežky atď.); zariadenia odolné voči korózii v chemickom priemysle.

Ostatné neželezné kovy vrátane uránu sú legované nióbom.

Niób sa používa v kryotrónoch - supravodivých prvkoch počítačov. Niób je známy aj pre svoje použitie v urýchľovacích štruktúrach Veľkého hadrónového urýchľovača.

Intermetalické zlúčeniny a zliatiny nióbu

Na výrobu supravodivých solenoidov sa používa stanid Nb3Sn a zliatiny nióbu s titánom a zirkónom.

Niób a zliatiny s tantalom v mnohých prípadoch nahrádzajú tantal, čo dáva veľký ekonomický efekt (niób je lacnejší a takmer dvakrát ľahší ako tantal).

Ferroniób sa pridáva do nehrdzavejúcich chrómniklových ocelí, aby sa zabránilo ich medzikryštalickej korózii a deštrukcii, a do iných druhov ocelí na zlepšenie ich vlastností.

Niób sa používa pri razbe zberateľských mincí. Lotyšská banka teda tvrdí, že niób sa používa spolu so striebrom v zberných minciach 1 lat.

Aplikácia katalyzátora nióbových zlúčenín O5 v chemickom priemysle;

pri výrobe žiaruvzdorných materiálov, cermetov, špeciálov. sklo, nitrid, karbid, niobáty.

Karbid nióbu (t.t. 3480 °C) legovaný karbidom zirkónia a karbidom uránu-235 je najdôležitejším konštrukčným materiálom pre palivové tyče jadrových prúdových motorov na tuhú fázu.

Niob nitrid NbN sa používa na výrobu tenkých a ultratenkých supravodivých filmov s kritickou teplotou 5 až 10 K s úzkym prechodom rádovo 0,1 K

Niób v medicíne

Vysoká odolnosť nióbu proti korózii umožnila jeho využitie v medicíne. Nióbové vlákna nedráždia živé tkanivo a dobre k nemu priľnú. Rekonštrukčná chirurgia úspešne použila takéto nite na zošívanie roztrhnutých šliach, krvných ciev a dokonca aj nervov.

Aplikácia v šperkoch

Niób má nielen súbor vlastností potrebných pre technológiu, ale tiež vyzerá celkom krásne. Tento biely lesklý kov sa klenotníci snažili použiť na výrobu puzdier na hodinky. Zliatiny nióbu s volfrámom alebo réniom niekedy nahrádzajú ušľachtilé kovy: zlato, platinu, irídium. Toto je obzvlášť dôležité, pretože zliatina nióbu s réniom je nielen zvonka podobná kovovému irídiu, ale je takmer rovnako odolná voči opotrebovaniu. To umožnilo niektorým krajinám zaobísť sa bez drahého irídia pri výrobe spájkovacích hrotov pre hroty plniacich pier.

Ťažba nióbu v Rusku

Celosvetová produkcia nióbu sa v posledných rokoch pohybuje na úrovni 24-29 tisíc ton Treba si uvedomiť, že svetový trh nióbu je výrazne monopolizovaný brazílskou spoločnosťou SVMM, ktorá tvorí asi 85 % svetovej produkcie nióbu.

Hlavným spotrebiteľom produktov obsahujúcich niób (sem patrí predovšetkým feroniób) je Japonsko. Táto krajina ročne dováža z Brazílie viac ako 4 tisíc ton feronióbu. Preto sa japonské dovozné ceny výrobkov obsahujúcich niób môžu s veľkou istotou považovať za ceny blízke svetovému priemeru. V posledných rokoch existuje tendencia zvyšovania cien feronióbu. Je to spôsobené jeho rastúcim využitím na výrobu nízkolegovaných ocelí určených najmä pre ropovody a plynovody. Vo všeobecnosti je potrebné poznamenať, že za posledných 15 rokov celosvetová spotreba nióbu vzrástla v priemere o 4-5% ročne.

S poľutovaním musíme priznať, že Rusko stojí na okraji trhu s nióbom. Začiatkom 90. rokov sa podľa odborníkov Giredmet v bývalom ZSSR vyrobilo a spotrebovalo asi 2 000 ton nióbu (v zmysle oxidu nióbu). V súčasnosti spotreba nióbových výrobkov ruským priemyslom nepresahuje len 100 - 200 ton. Treba poznamenať, že v bývalom ZSSR boli vytvorené významné kapacity na výrobu nióbu, roztrúsené po rôznych republikách - Rusko, Estónsko, Kazachstan. Táto tradičná črta rozvoja priemyslu v ZSSR postavila Rusko do veľmi ťažkej situácie, čo sa týka mnohých druhov surovín a kovov. Trh s nióbom začína výrobou surovín obsahujúcich niób. Jeho hlavným typom v Rusku bol a zostáva koncentrát loparitu vyrábaný v Lovozersky GOK (teraz Sevredmet as, Murmansk región). Pred rozpadom ZSSR podnik vyrobil asi 23 tisíc ton koncentrátu loparitu (obsah oxidu nióbu je asi 8,5%). Následne výroba koncentrátu v rokoch 1996-1998 neustále klesala. Spoločnosť sa niekoľkokrát zastavila pre nedostatok predaja. V súčasnosti sa odhaduje, že produkcia koncentrátu loparitu v podniku je na úrovni 700 - 800 ton mesačne.

Treba poznamenať, že podnik je pomerne prísne viazaný na svojho jediného spotrebiteľa - horčík v Solikamsku. Faktom je, že koncentrát loparitu je pomerne špecifický produkt, ktorý sa získava iba v Rusku. Technológia jeho spracovania je pomerne zložitá vzhľadom na komplex vzácnych kovov, ktoré obsahuje (niób, tantal, titán). Koncentrát je navyše rádioaktívny, a preto sa všetky pokusy dostať sa s týmto produktom na svetový trh skončili márne. Treba tiež poznamenať, že nie je možné získať feroniób z koncentrátu loparitu. V roku 2000 v závode Sevredmet spoločnosť Rosredmet spustila experimentálne zariadenie na spracovanie koncentrátu loparitu na výrobu, okrem iných kovov, komerčných produktov obsahujúcich niób (oxid niób).

Hlavnými trhmi pre nióbové produkty SMZ sú krajiny mimo SNŠ: dodávky sa uskutočňujú do USA, Japonska a európskych krajín. Podiel exportu na celkovej produkcii je vyše 90 %. Významné kapacity na výrobu nióbu v ZSSR boli sústredené v Estónsku - pri Združení chemickej a metalurgickej výroby Sillamae (Sillamae). Teraz sa estónska spoločnosť volá Silmet. V sovietskych časoch podnik spracovával koncentrát loparitu z ťažobného a spracovateľského závodu Lovoozersk od roku 1992, jeho preprava bola zastavená. V súčasnosti spoločnosť Silmet spracováva len malé množstvo hydroxidu nióbového z horčíkového závodu v Solikamsku. Spoločnosť v súčasnosti dostáva väčšinu surovín obsahujúcich niób z Brazílie a Nigérie. Vedenie podniku nevylučuje dodávku koncentrátu loparitu, Sevredmet sa však snaží presadzovať politiku jeho spracovania na miestnej úrovni, pretože export surovín je menej ziskový ako hotové výrobky.

Doučovanie

Potrebujete pomôcť so štúdiom témy?

Naši špecialisti vám poradia alebo poskytnú doučovacie služby na témy, ktoré vás zaujímajú.
Odošlite žiadosť s uvedením témy práve teraz, aby ste sa dozvedeli o možnosti získania konzultácie.

Existuje pomerne veľké množstvo prvkov, ktoré v kombinácii s inými látkami tvoria zliatiny so špeciálnymi úžitkovými vlastnosťami. Príkladom je niób, prvok, ktorý sa najprv nazýval „kolumbium“ (podľa názvu rieky, kde sa prvýkrát našiel), ale neskôr bol premenovaný. Niób je kov s pomerne nezvyčajnými vlastnosťami, o ktorých si podrobnejšie povieme neskôr.

Získanie prvku

Pri zvažovaní vlastností nióbu je potrebné poznamenať, že obsah tohto kovu na tonu horniny je relatívne malý, približne 18 gramov. Preto sa po jeho objavení uskutočnilo nemálo pokusov získať kov umelo. Pre podobné chemické zloženie sa táto látka často ťaží spolu s tantalom.

Ložiská nióbu sa nachádzajú takmer po celom svete. Príkladom sú bane v Kongu, Rwande, Brazílii a mnohých ďalších krajinách. Tento prvok sa však v mnohých regiónoch prakticky nevyskytuje ani v nízkych koncentráciách.

Relatívne malá koncentrácia látky v zemskej hornine je zhoršená ťažkosťami pri jej získavaní z koncentrátu. Stojí za zváženie, že niób NBS možno získať iba z horniny, ktorá je nasýtená tantalom. Nasledujú vlastnosti výrobného procesu:

Na začiatok sa do závodu dodáva koncentrovaná ruda, ktorá prechádza niekoľkými stupňami čistenia. Pri výrobe nióbu sa výsledná ruda delí na čisté prvky vrátane tantalu.
Konečný proces spracovania zahŕňa rafináciu kovu.

Napriek ťažkostiam, s ktorými sa stretávame pri ťažbe a spracovaní predmetnej rudy, sa objem výroby predmetnej zliatiny každým rokom výrazne zvyšuje. Je to spôsobené tým, že kov má výnimočné výkonové vlastnosti a je široko používaný v širokej škále priemyselných odvetví.

Oxidy nióbu

Príslušný chemický prvok sa môže stať základom rôznych zlúčenín. Najbežnejší je oxid nióbový. Medzi vlastnosti tohto spojenia možno zaznamenať nasledujúce body:

Oxid nióbu je biely kryštalický prášok, ktorý má krémový odtieň.
Látka sa nerozpúšťa vo vode.
Výsledná látka si po zmiešaní s väčšinou kyselín zachováva svoju štruktúru.

Vlastnosti oxidu nióbového zahŕňajú aj nasledujúce vlastnosti:

Zvýšená pevnosť.
Vysoká žiaruvzdornosť. Látka odolá teplotám až do 1490 stupňov Celzia.
Pri zahrievaní povrch oxiduje.
Reaguje na chlór a môže sa redukovať vodíkom.

Hydroxid nióbu sa vo väčšine prípadov používa na výrobu vysokolegovaných ocelí, ktoré majú celkom atraktívne úžitkové vlastnosti.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Niób má chemické vlastnosti podobné tantalu. Pri zvažovaní hlavných charakteristík nióbu je potrebné venovať pozornosť nasledujúcim bodom:

Odolnosť voči rôznym druhom korózie. Zliatiny získané zavedením tohto prvku do kompozície majú vysokú odolnosť proti korózii.
Príslušný chemický prvok má vysokú teplotu topenia. Ako ukazuje prax, väčšina zliatin má bod topenia viac ako 1400 stupňov Celzia. to komplikuje proces spracovania, ale robí kovy nepostrádateľnými v rôznych oblastiach činnosti.
Základné fyzikálne vlastnosti sa vyznačujú aj ľahkosťou zvárania výsledných zliatin.
Pri teplotách pod nulou zostáva štruktúra prvku prakticky nezmenená, čo umožňuje zachovať úžitkové vlastnosti kovu.
Špeciálna štruktúra atómu nióbu určuje supravodivé vlastnosti materiálu.
Atómová hmotnosť je 92,9, valencia závisí od charakteristík zloženia.

Za hlavnú výhodu látky sa považuje jej žiaruvzdornosť. Preto sa začal používať v najrôznejších odvetviach. Látka sa topí pri teplote asi 2 500 stupňov Celzia. Niektoré zliatiny sa dokonca topia pri rekordnej teplote 4 500 stupňov Celzia. Hustota látky je pomerne vysoká, 8,57 gramov na centimeter kubický. Stojí za zváženie, že kov sa vyznačuje paramagneticitou.

Nasledujúce kyseliny neovplyvňujú kryštálovú mriežku:

sírová;
soľ;
fosfor;
chlór

Neovplyvňuje kovy a vodné roztoky chlóru. Pri určitom dopade na kov sa na jeho povrchu vytvorí dielektrický oxidový film. Preto sa kov začal používať pri výrobe miniatúrnych veľkokapacitných kondenzátorov, ktoré sa vyrábajú aj z drahšieho tantalu.

Aplikácie nióbu

Vyrába sa široká škála produktov z nióbu, z ktorých väčšina je spojená s výrobou lietadiel. Príkladom je použitie nióbu pri výrobe dielov, ktoré sa inštalujú pri montáži rakiet alebo lietadiel. Okrem toho možno rozlíšiť nasledujúce použitia tohto prvku:

Výroba prvkov, z ktorých sa vyrábajú radarové inštalácie.
Ako už bolo uvedené, príslušnú zliatinu možno použiť na výrobu lacnejších kapacitných elektrických kondenzátorov.
Katódy a anódy z fólie sú tiež vyrobené pomocou príslušného prvku, ktorý je spojený s vysokou tepelnou odolnosťou.
Často nájdete návrhy výkonných generátorových lámp, ktoré majú vo vnútri mriežku. Aby táto sieťka odolávala vysokým teplotám, je vyrobená z predmetnej zliatiny.

Vysoké fyzikálne a chemické vlastnosti určujú použitie nióbu pri výrobe rúr na prepravu tekutých kovov. Okrem toho sa zliatiny používajú na výrobu nádob na rôzne účely.

Zliatiny s nióbom

Pri zvažovaní takýchto zliatin je potrebné vziať do úvahy, že tento prvok sa často používa na výrobu feronióbu. Tento materiál je široko používaný v zlievarenskom priemysle, ako aj pri výrobe elektronických povlakov. Zahŕňa:

železo;
niób s tantalom;
kremík;
hliník;
uhlík;
síra;
fosfor;
titán.

Koncentrácia hlavných prvkov sa môže meniť v pomerne širokom rozsahu, čo určuje výkon materiálu.

Alternatívna zliatina feronióbu sa môže nazývať niób 5VMC. Pri jeho výrobe sa ako legujúce prvky používa volfrám, zirkónium a molybdén. Vo väčšine prípadov sa táto živica používa na výrobu polotovarov.

Na záver poznamenávame, že niób sa v niektorých krajinách používa pri výrobe mincí. Je to spôsobené pomerne vysokými nákladmi na materiál. S hromadnou výrobou zliatin, ktoré obsahujú niób ako hlavný prvok, vznikajú jedinečné ingoty.

Aplikácia nióbu na legovanie kovov

Mnohé neželezné kovy sú tiež legované nióbom. Hliník, ktorý sa ľahko rozpúšťa v alkáliách, s nimi teda nereaguje, ak sa k nemu pridá len 0,05 % nióbu. A meď, známa svojou mäkkosťou, a mnohé z jej zliatin sa zdajú byť tvrdené nióbom. Zvyšuje pevnosť kovov ako titán, molybdén, zirkónium a zároveň zvyšuje ich tepelnú odolnosť a tepelnú odolnosť.

Teraz vlastnosti a schopnosti nióbu oceňuje letectvo, strojárstvo, rádiotechnika, chemický priemysel a jadrová energetika. Všetci sa stali konzumentmi nióbu.

Chemický priemysel spotrebúva relatívne málo nióbu, ale to možno vysvetliť len jeho nedostatkom. Zariadenia na výrobu vysoko čistých kyselín sa niekedy vyrábajú zo zliatin obsahujúcich niób a menej často z plechového nióbu. Schopnosť nióbu ovplyvňovať rýchlosť niektorých chemických reakcií sa využíva napríklad pri syntéze alkoholu z butadiénu.

Spotrebiteľmi prvku č.41 sa stali aj raketové a vesmírne technológie. Nie je žiadnym tajomstvom, že niektoré množstvá tohto prvku už rotujú na obežných dráhach v blízkosti Zeme. Niektoré časti rakiet a palubné vybavenie umelých satelitov Zeme sú vyrobené zo zliatin obsahujúcich niób a čistého nióbu.

Využitie nióbu v iných priemyselných odvetviach

Okrem čistého kovu sa na rovnaké účely používajú zliatiny tantalónium-bium.

Prvky nióbových kondenzátorov sú vyrobené z tenkej fólie alebo poréznych dosiek lisovaných z kovových práškov.

Karbid nióbu je súčasťou niektorých druhov karbidu na báze karbidu volfrámu používaného na rezanie ocelí.

Niób sa pridáva aj do rôznych žiaruvzdorných ocelí (napríklad pre plynové turbíny), ako aj do nástrojových a magnetických ocelí.

Niób sa do ocele zavádza v zliatine so železom (feróniób), ktorá obsahuje až 60 % Nb. Okrem toho sa vo ferozliatine používa ferotantaloniób s rôznymi pomermi medzi tantalom a nióbom.

V organickej syntéze sa niektoré zlúčeniny nióbu (komplexné fluoridové soli, oxidy) používajú ako katalyzátory.

Aplikácie kovového nióbu

Časti lietadiel sú vyrobené z čistého nióbu alebo jeho zliatin; Obklady pre uránové a plutóniové palivové články; nádoby a potrubia; na tekuté kovy; časti elektrolytických kondenzátorov; „horúce“ armatúry pre elektronické (pre radarové inštalácie) a výkonné generátorové lampy (anódy, katódy, mriežky atď.); zariadenia odolné voči korózii v chemickom priemysle.
Ostatné neželezné kovy vrátane uránu sú legované nióbom.
Niób sa používa v kryotrónoch - supravodivých prvkoch počítačov. Niób je známy aj pre svoje použitie v urýchľovacích štruktúrach Veľkého hadrónového urýchľovača.

Intermetalické zlúčeniny a zliatiny nióbu

Na výrobu supravodivých solenoidov sa používa stanid Nb 3 Sn a zliatiny nióbu s titánom a zirkónom.
Niób a zliatiny s tantalom v mnohých prípadoch nahrádzajú tantal, čo dáva veľký ekonomický efekt (niób je lacnejší a takmer dvakrát ľahší ako tantal).
Ferroniób sa pridáva do nehrdzavejúcich chrómniklových ocelí, aby sa zabránilo ich medzikryštalickej korózii a deštrukcii, a do iných druhov ocelí na zlepšenie ich vlastností.
Niób sa používa pri razbe zberateľských mincí. Lotyšská banka teda tvrdí, že niób sa používa spolu so striebrom v zberných minciach 1 lat.

Aplikácia zlúčenín nióbu

katalyzátor Nb 2 O 5 v chemickom priemysle;
pri výrobe žiaruvzdorných materiálov, cermetov, špeciálov. sklo, nitrid, karbid, niobáty.
Karbid nióbu (t.t. 3480 °C) legovaný karbidom zirkónia a karbidom uránu-235 je najdôležitejším konštrukčným materiálom pre palivové tyče jadrových prúdových motorov na tuhú fázu.
Niob nitrid NbN sa používa na výrobu tenkých a ultratenkých supravodivých filmov s kritickou teplotou 5 až 10 K s úzkym prechodom rádovo 0,1 K

Niób v medicíne

Aplikácia v šperkoch

Niób má nielen súbor vlastností potrebných pre technológiu, ale tiež vyzerá celkom krásne. Tento biely lesklý kov sa klenotníci snažili použiť na výrobu puzdier na hodinky. Zliatiny nióbu s volfrámom alebo réniom niekedy nahrádzajú ušľachtilé kovy: zlato, platinu, irídium. To posledné je obzvlášť dôležité, pretože zliatina nióbu a rénia nielenže vyzerá podobne ako kovové irídium, ale je takmer rovnako odolná voči opotrebovaniu. To umožnilo niektorým krajinám zaobísť sa bez drahého irídia pri výrobe spájkovacích hrotov pre hroty plniacich pier.

Niób ako supravodivý materiál prvej generácie

Úžasný fenomén supravodivosti, keď pri poklese teploty vodiča v ňom dochádza k prudkému zániku elektrického odporu, prvýkrát pozoroval holandský fyzik G. Kamerlingh-Onnes v roku 1911. Prvým supravodičom sa ukázala byť ortuť, ale nie on, ale niób a niektoré intermetalické zlúčeniny nióbu boli predurčené stať sa prvými technicky dôležitými supravodivými materiálmi.

Dve charakteristiky supravodičov sú prakticky dôležité: hodnota kritickej teploty, pri ktorej dochádza k prechodu do stavu supravodivosti, a kritické magnetické pole (Kamerlingh Onnes tiež pozoroval stratu supravodivosti supravodiča, keď je vystavený dostatočne silnému magnetickému poľu ). V roku 1975 sa intermetalická zlúčenina nióbu a germánia so zložením Nb 3 Ge stala držiteľom rekordu pre najvyššiu kritickú teplotu. Jeho kritická teplota je 23,2 °K; To je vyššie ako bod varu vodíka. (Väčšina známych supravodičov sa stáva supravodičmi až pri teplote tekutého hélia).

Schopnosť prechodu do stavu supravodivosti je charakteristická aj pre nióbový stannid Nb 3 Sn, zliatiny nióbu s hliníkom a germániom alebo s titánom a zirkónom. Všetky tieto zliatiny a zlúčeniny sa už používajú na výrobu supravodivých solenoidov, ako aj niektorých ďalších dôležitých technických zariadení.

Jeden z aktívne používaných supravodičov (teplota supravodivého prechodu 9,25 K). Zlúčeniny nióbu majú teplotu supravodivého prechodu až 23,2 K (Nb 3 Ge).
Najčastejšie používané priemyselné supravodiče sú NbTi a Nb 3 Sn.
Niób sa používa aj v magnetických zliatinách.
Používa sa ako legovacia prísada.
Niob nitrid sa používa na výrobu supravodivých bolometrov.

Výnimočná odolnosť nióbu a jeho zliatin s tantalom v prehriatej pare cézia-133 z neho robí jeden z najvýhodnejších a najlacnejších konštrukčných materiálov pre vysokovýkonné termionické generátory.

Do akej rodiny patrí niób? Aplikácia nióbu v metalurgii a priemysle. Spôsoby získavania nióbu

Doučovanie

Získanie prvku

Oxidy nióbu

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Aplikácie nióbu

Zliatiny s nióbom

Strašidelné príbehy a mystické príbehy Volanie Jeffa vrahom doma v noci

Príprava pudingov a suflé