Cilës familje i përket niobium? Aplikimi i niobiumit në metalurgji dhe industri. Metodat për marrjen e niobiumit

Tantali dhe niobiumi fitohen nga reduktimi nga komponimet me pastërti të lartë: oksidet, kripërat komplekse të fluorit, kloruret. Metodat industriale për prodhimin e metaleve mund të ndahen në katër grupe:

Reduktimi natriotermik nga fluoridet komplekse;

Reduktimi nga oksidet me karbon (metoda karbotermike);

Reduktimi nga oksidet e aluminit (metoda aluminotermike);

Reduktimi nga kloruret me hidrogjen;

Elektroliza e mediave të shkrira.

Për shkak të pikës së lartë të shkrirjes së tantalit (~3000 C) dhe niobiumit (~2500 C), ato përftohen si rezultat i reduktimit me të gjitha metodat e listuara, përveç të tretës, në formën e pluhurave ose sfungjerëve të sinterizuar. Detyra e prodhimit të tantalit dhe niobit kompakt të lakueshëm është e ndërlikuar nga fakti se këto metale thithin në mënyrë aktive gazrat (hidrogjen, azot, oksigjen), papastërtitë e të cilave i bëjnë ato të brishtë. Prandaj, është e nevojshme të sinteroni boshllëqet e shtypura nga pluhurat ose t'i shkrini ato në një vakum të lartë.

Metoda natriotermike për prodhimin e pluhurave të tantalit dhe niobiumit

Reduktimi termik i natriumit i fluorideve komplekse K2TaF7 dhe K2NbF7 është metoda e parë industriale për prodhimin e tantalit dhe niobit. Përdoret edhe sot. Natriumi, kalciumi dhe magnezi, të cilët kanë një afinitet të lartë për fluorin, janë të përshtatshëm për reduktimin e komponimeve të fluorit të tantalit dhe niobit, siç mund të shihet nga vlerat e dhëna më poshtë:

Al<^ент Nb Та Na Mg Са

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

Natriumi përdoret për reduktim, pasi fluori i natriumit është i tretshëm në ujë dhe mund të ndahet duke u larë nga pluhurat e tantalit dhe niobiumit, ndërsa fluoridet e magnezit dhe kalciumit janë pak të tretshëm në ujë dhe acide.

Le të shqyrtojmë procesin duke përdorur shembullin e prodhimit të tantalit. Reduktimi i K2TaF7 me natrium vazhdon me një çlirim të madh të nxehtësisë (madje edhe në një shkallë ngarkimi deri në 5 kg), e mjaftueshme që procesi të vazhdojë spontanisht. Pas ngrohjes së ngarkesës në një vend në 450-500 C, reagimi përhapet shpejt në të gjithë masën e ngarkesës dhe temperatura arrin 800-900 C. Meqenëse natriumi shkrihet në 97 C dhe vlon në 883, është e qartë se lëngu dhe avulli i natriumit janë të përfshirë në reduktimin:

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

Efektet termike specifike të reaksioneve (2.18) dhe (2.19) janë përkatësisht të barabarta me 1980 dhe 3120 kJ/kg ngarkesë.

Reduktimi kryhet në një kavanoz çeliku, në të cilin futen shtresa fluorotantalate kaliumi dhe copa natriumi (~120% e sasisë së kërkuar stoikiometrikisht), të cilat priten me gërshërë të veçantë. Përzierja mbulohet me një shtresë klorur natriumi sipër, e cila formon një përzierje me shkrirje të ulët me KF dhe NaF. Kripa e shkrirë mbron grimcat nga oksidimi
pluhur tantal Në versionin më të thjeshtë të procesit, për të filluar reaksionin, muri i kavanozit në fund nxehet me një flakë ndezëse derisa të shfaqet një njollë e kuqe. Reagimi vazhdon shpejt gjatë gjithë masës dhe përfundon në 1-2 minuta. Me këtë proces, për shkak të ekspozimit afatshkurtër të produkteve në temperaturën maksimale (800-900 C), fitohen pluhurat e imta të tantalit, të cilët pas larjes së kripërave përmbajnë deri në 2% oksigjen.

Një pluhur me kokrriza më të trashë me përmbajtje më të ulët oksigjeni përftohet duke e vendosur enën e reaksionit në një furrë elektrike me bosht dhe duke e mbajtur atë në furrë pas përfundimit të reaksionit në 1000 °C.

Tantali që rezulton shpërndahet në formën e grimcave të vogla në skorjen fluoride-kloride që përmban natrium të tepërt. Pas ftohjes, përmbajtja e enës hidhet jashtë, grimcohet në një polic me nofulla dhe ngarkohet në pjesë të vogla në një reaktor me ujë, ku natriumi "shohet" dhe pjesa më e madhe e kripërave shpërndahet. Pastaj pluhuri lahet në mënyrë sekuenciale me klorur natriumi të holluar (për të larë më plotësisht kripërat dhe për të tretur papastërtitë e hekurit dhe pjesërisht të titanit). Për të zvogëluar përmbajtjen e oksideve të tantalit, pluhuri ndonjëherë lahet shtesë me acid hidrofluorik të holluar të ftohtë. Më pas pluhuri lahet me ujë të distiluar, filtrohet dhe thahet në 110-120 C.

Duke përdorur metodën e përshkruar më sipër, duke respektuar afërsisht të njëjtat regjime, pluhurat e niobiumit përftohen duke reduktuar k2NbF7 me natrium. Pluhurat e thara të niobiumit kanë përbërjen,%: Ti, Si, Fe 0,02-0,06; O rreth 0,5; N deri në 0,1; Nga 0,1-0,15.

Metoda karbotermike për prodhimin e niobit dhe tantalit nga oksidet

Kjo metodë u zhvillua fillimisht për prodhimin e niobiumit nga Nb2o5.

Niobium mund të reduktohet nga Nb2os me karbon në 1800-1900 °C në një furrë vakum:

Nb2Os + 5C = 2Nb + SCO. (2.20)

Ngarkesa Nb205 + 5C përmban pak niobium dhe madje edhe në gjendje të briketuar ka një densitet të ulët (~1,8 g/cm3). Në të njëjtën kohë, një vëllim i madh i co (~0,34 m3) lëshohet për 1 kg ngarkesë. Këto rrethana e bëjnë joprofitabile kryerjen e procesit sipas reaksionit (2.20), pasi produktiviteti i furrës me vakum është i ulët. Prandaj, procesi kryhet në dy faza:

Faza I - prodhimi i karbitit të niobiumit

Nb203 + 1C = 2NbC + 5CO; (2.2l)

Faza P - prodhimi i niobiumit në furrat me vakum

Nb2Os + 5NbC = 7Nb + 5CO. (2.22)

Ngarkesa e briketuar e fazës її përmban 84,2% (nga pesha) niobium, dendësia e briketave është ~3 g/cm3, vëllimi i formuar nga 0,14 m3 për 1 kg ngarkesë (~ 2,5 herë më pak se në rastin e ngarkesa Nb2o5 + sc ). Kjo siguron produktivitet më të lartë të furrës me vakum.

Një avantazh i rëndësishëm i procesit me dy faza është gjithashtu se faza e parë mund të kryhet në presion atmosferik në furrat e rezistencës me tub grafiti (Fig. 29).

Për të marrë karabit niobium (faza 1 e procesit), një përzierje e Nb2o5 me blozë briketohet dhe briketat nxehen në një furrë me tub grafiti në një atmosferë hidrogjeni ose argoni në 1800-1900 ° C (briketat lëvizin vazhdimisht përgjatë furrën

Oriz. 29. Skema e furrës së rezistencës me tub grafit:

1 - zorrë; 2 - tub i filamentit grafit; 3 - tub grafiti mbrojtës; 4- Mbushje izoluese e blozës; 5 - frigorifer; 6 - kone grafiti të kontaktit; 7 - kokë kontakti e ftohur; 8 - çelje; 9 - autobusët që furnizojnë rrymë

Bazuar në qëndrimin e tyre në zonën e nxehtë për 1-1,5 orë). Karbidi i grimcuar i niobiumit përzihet në një mulli me topth me Nb2o5, i marrë me një tepricë të lehtë (3-5%) në krahasim me atë që kërkohet nga reaksioni (2.22).

Ngarkesa shtypet në bileta nën një presion prej 100 MPa, të cilat nxehen në furrat me vakum me ngrohës grafiti (ose furrat me induksion vakum me një tub grafiti) në 1800-1900 C. Ekspozimi përfundon kur presioni i mbetur arrin 1,3-0,13 Pa .

Reaksionet (2.21) dhe (2.22) janë totale. Ato kalojnë nëpër faza të ndërmjetme të formimit të oksideve më të ulëta (Nt>o2 dhe NbO), si dhe karabit Nb2c. Reagimet kryesore të fazës I:

Nb2Os + C = 2Nb02 + CO; (2.23)

Nb02 + C = NbO + CO; (2.24)

2NbO + 3C = Nb2C + 2CO; (2.25)

Nb2C + C = 2NbC. (2.26)

Reagimet e fazës 1:

Nb2Os + 2NbC = 2Nb02 + Nb2C + CO; (2.27)

Nb02 + 2NbC = NbO + Nb2C + CO; (2.28)

NbO + Nb2C = 3Nb + CO. (2.29)

Niobiumi metalik fitohet nga reaksioni përfundimtar i fazës II të procesit (2.29). Presioni ekuilibër ko për reaksionin (2.29) në 1800 °C > 1.3 Pa. Prandaj, procesi duhet të kryhet në një presion të mbetur më të vogël se presioni i ekuilibrit për një reaksion të caktuar (0,5-0,13 Pa).

Briketat poroze të rezultuara të sinteruara të niobiumit përmbajnë,%: C 0,1-0,15; Rreth 0,15-0,30; N 0,04-0,5. Për të marrë metal të lakueshëm kompakt, briketat shkrihen në një furrë me rreze elektronike. Një mënyrë tjetër është marrja e pluhurit nga briketat (me hidrogjenim në 450 C, bluarje dhe dehidrogjenim pasues në vakum), shtypja e shufrave dhe shkrirja e tyre në vakum në 2300-2350 C. Në proceset e shkrirjes dhe shkrirjes në vakum në vakum, oksigjeni dhe karboni hiqet nga përbërja bashkë, dhe oksigjeni i tepërt në përbërjen e oksideve të ulëta të avullueshme.

Përparësitë kryesore të metodës karbotermike janë rendimenti i lartë direkt i metalit (jo më i ulët se 96%) dhe përdorimi i një agjenti reduktues të lirë. Disavantazhi i kësaj metode është kompleksiteti i modeleve të furrave me vakum me temperaturë të lartë.

Metoda karbotermike mund të prodhojë gjithashtu lidhje tantal dhe niobium-tantal.

Metoda aluminatermike për prodhimin e niobit dhe tantalit nga oksidet më të larta

Metoda aluminometrike për prodhimin e niobiumit duke reduktuar pentoksidin e niobit me alumin, e zhvilluar vitet e fundit, ka avantazhe teknike dhe ekonomike ndaj metodave të tjera për prodhimin e niobiumit për shkak të natyrës së saj me hapa të ulët dhe thjeshtësisë së pajisjeve.

Metoda bazohet në një reaksion ekzotermik:

3Nb2Os + 10A1 = 6Nb + 5A1203; (2.30)

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

Efekti termik specifik i lartë i reaksionit (2640 kJ/kg ngarkesë e përbërjes stekiometrike) bën të mundur kryerjen e procesit pa ngrohje të jashtme me shkrirjen e një shufre niobium-aliazh alumini. Reduktimi i suksesshëm aluminotermik jashtë furrës është i mundur nëse temperatura e procesit është më e lartë se pika e shkrirjes së A12о3 = 2030 °C) dhe faza metalike (Nb +10% aliazh ai shkrihet në 2050 °C). Me një tepricë alumini në ngarkesë prej 30 - 40% mbi sasinë stoikiometrike, temperatura e procesit arrin ~2150-2200 C. Për shkak të shfaqjes së shpejtë të reduktimit, një rritje e temperaturës me afërsisht 100-150 C krahasuar me shkrirjen. temperaturat e fazave të skorjeve dhe metaleve janë të mjaftueshme për të siguruar ndarjen e tyre. Me tepricën e lartpërmendur të aluminit në ngarkesë, fitohet një aliazh niobiumi me 8-10% alumin me një nxjerrje reale të niobiumit prej 98-98,5%.

Reduktimi aluminotermik kryhet në një kavanoz çeliku me një shtresë të mbushur me magnez të kalcinuar ose okside alumini. Për lehtësinë e shkarkimit të produkteve të shkrirjes, kutia është bërë e shkëputshme. Kontaktet futen nëpër mure për të furnizuar rrymën elektrike (20 V, 15 A) në siguresën në formën e një teli nikrom të vendosur në ngarkesë. Një tjetër mundësi e mundshme është kryerja e procesit në një kavanoz bakri masiv të ndarë, në muret e së cilës formohet një shtresë mbrojtëse.

Një përzierje e Nb2o5 të tharë plotësisht dhe pluhur alumini me një madhësi grimcash prej ~ 100 μm ngarkohet në një enë. Për të shmangur kontaktin me ajrin, këshillohet vendosja e kavanozit në një dhomë të mbushur me argon.

Pas ndezjes së siguresës, reagimi vazhdon shpejt në të gjithë masën e ngarkesës. Shufra e aliazhit që rezulton grimcohet në copa dhe i nënshtrohet trajtimit të nxehtësisë me vakum në 1800-2000 C në një furrë me një ngrohës grafiti me një presion të mbetur prej ~ 0,13 Pa në mënyrë që të largohet pjesa më e madhe e aluminit (deri në përmbajtjen e tij prej 0,2%. ). Më pas bëhet shkrirja rafinuese në një furrë me rreze elektronike, duke përftuar shufra niobiumi të pastërtisë së lartë me përmbajtje papastërtie, %: 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.

Në parim, prodhimi aluminotermik i tantalit është i mundur, por procesi është disi më i ndërlikuar. Efekti termik specifik i reaksionit të reduktimit është 895 kJ/kg ngarkesë. Për shkak të pikës së lartë të shkrirjes së tantalit dhe lidhjeve të tij me aluminin, oksidi i hekurit futet në ngarkesë për të shkrirë shufrën (në shkallën e përftimit të një lidhjeje me 7-7,5% hekur dhe 1,5% alumin), si dhe një ngrohje aditiv - klorat kaliumi (kripë e bertolitit) . Tharja me ngarkesë vendoset në furrë. Në 925 C, fillon një reagim spontan. Nxjerrja e tantalit në aliazh është rreth 90%.

Pas trajtimit termik me vakum dhe shkrirjes së rrezeve elektronike, shufrat e tantalit kanë një pastërti të lartë, të krahasueshme me atë të dhënë më sipër për niobin.

Përgatitja e tantalit dhe niobit me reduktim nga kloruret e tyre me hidrogjen

Janë zhvilluar metoda të ndryshme për reduktimin e tantalit dhe niobiumit nga kloruret e tyre: reduktimi me magnez, natrium dhe hidrogjen. Më premtueset janë disa opsione për reduktimin me hidrogjen, në veçanti metoda e diskutuar më poshtë për reduktimin e avujve të klorurit në nënshtresat e nxehta për të prodhuar një shufër metalike kompakte.

Në Fig. Figura 30 tregon një diagram të një instalimi për prodhimin e tantalit duke reduktuar avullin TaC15 me hidrogjen në një shirit tantal të ngrohur në 1200-1400 °C. Avulli TaCI5 i përzier me hidrogjen rrjedh nga avulluesi në reaktor, në qendër të të cilit ka një shirit tantal, i nxehtë nga kalimi i drejtpërdrejtë i rrymës elektrike në një temperaturë të caktuar. Për të shpërndarë në mënyrë uniforme përzierjen e gazit me avull përgjatë gjatësisë së rripit dhe për të siguruar një rrjedhje pingul me sipërfaqen e tij, rreth rripit është instaluar një ekran prej çeliku inox me vrima. Një reagim ndodh në një sipërfaqe të nxehtë:

TaC15 + 2,5 H2 = Ta + 5 HCl; AG°m k = -512 kJ. (2.31)

Oriz. 30. Skema e instalimit për reduktimin e pentaklorurit të tantalit me hidrogjen: 1 - fllanxha reaktor; 2 - furnizimi elektrik i izoluar; 3 - kontaktet e kapëseve; 4 - kondensator për klorurin e pareaguar; 5 - shirit tantal; 6 - skajet me vrima, - 7 - trupi i reaktorit; 8 - ngrohës i reaktorit; 9 - rotametër i ndezur; 10 - valvula e gjilpërës; 11 - furre elektrike me avullues; 12 - avullues i pentaklorurit të tantalit; 13 - rotametër për hidrogjen

Kushtet optimale për depozitimin e tantalit: temperatura e shiritit 1200-1300 °C, përqendrimi i TaCI5 në përzierjen e gazit ~ 0,2 mol/mol përzierje. Shpejtësia e depozitimit në këto kushte është 2,5-3,6 g/(cm2 h) (ose 1,5-2,1 mm/h), Kështu, në 24 orë fitohet një shufër tantal e pastër me diametër mesatar 24-25 mm, e cila mund të të mbështjellë në fletë, të përdorura për rishkrirje në një furrë me rreze elektronike, ose të bëra në pluhura me pastërti të lartë (duke hidrogjenizuar, bluar dhe dehidrogjenizuar pluhurin). Shkalla e shndërrimit të klorurit (nxjerrja e drejtpërdrejtë në veshje) është 20-30%. Kloruri i pa reaguar kondensohet dhe përdoret përsëri. Konsumi i energjisë elektrike është 7-15 kWh për 1 kg tantal, në varësi të mënyrës së miratuar.

Hidrogjeni pas ndarjes së avujve të HCI me anë të përthithjes nga uji mund të kthehet në proces.

Metoda e përshkruar mund të prodhojë gjithashtu shufra niobiumi. Kushtet optimale për depozitimin e niobiumit: temperatura e shiritit 1000-1300 C, përqendrimi i pentaklorurit 0,1-0,2 mol/mol përzierje gazi. Shkalla e depozitimit të metaleve është 0,7-1,5 g/(cm2-h), shkalla e shndërrimit të klorurit në metal është 15-30%, konsumi i energjisë elektrike është 17-22 kWh/kg metal. Procesi për niobium është i ndërlikuar nga fakti se një pjesë e NbCl5 zvogëlohet në vëllimin e reaktorit në një farë distance nga shiriti i nxehtë në NbCl3 jo të paqëndrueshëm të depozituar në muret e reaktorit.

Metoda elektrolitike për prodhimin e tantalit

Tantali dhe niobiumi nuk mund të izolohen me elektrolizë nga tretësirat ujore. Të gjitha proceset e zhvilluara bazohen në elektrolizën e mediave të shkrirë.

Në praktikën industriale, metoda përdoret për të marrë tantal. Kështu, për disa vite, metoda elektrolitike e tantalit është përdorur nga kompania Fensteel (SHBA), një pjesë e tantalit të prodhuar në Japoni aktualisht merret me elektrolizë. Hulumtime të gjera dhe testime industriale të metodës u kryen në BRSS.

Metoda për prodhimin elektrolitik të tantalit është e ngjashme me metodën e prodhimit të aluminit.

Elektroliti bazohet në kripërat e shkrira K2TaF7 - KF - - KS1, në të cilat është tretur oksidi i tantalit Ta205. Përdorimi i një elektroliti që përmban vetëm një kripë, K2TaF7, është praktikisht i pamundur për shkak të efektit të vazhdueshëm anodik kur përdoret një anodë grafiti. Elektroliza është e mundur në një banjë që përmban K2TaF7, KC1 dhe NaCl. Disavantazhi i këtij elektroliti është akumulimi i kripërave të fluorit në të gjatë elektrolizës, gjë që çon në një ulje të densitetit kritik të rrymës dhe kërkon rregullimin e përbërjes së banjës. Ky pengesë eliminohet duke futur Ta205 në elektrolit. Rezultati i elektrolizës në këtë rast është dekompozimi elektrolitik i oksidit të tantalit me lëshimin e tantalit në katodë, dhe në anodë oksigjeni që reagon me grafitin e anodës për të formuar CO2 dhe CO. Përveç kësaj, futja e Ta205 në shkrirjen e kripës përmirëson njomjen e anodës së grafitit me shkrirjen dhe rrit densitetin kritik të rrymës.

Zgjedhja e përbërjes së elektrolitit bazohet në të dhënat nga studimet e sistemit tresh K2TaF7-KCl-KF (Fig. 31). Ky sistem përmban dy kripëra të dyfishta K2TaF7 KF (ose KjTaFg) dhe K2TaF7 KS1 (ose K3TaF7Cl), dy eutektikë treshe Ei dhe E2, që shkrihen në 580 dhe 710 C, respektivisht, dhe një pikë peritektike P në 678 ° C. Kur Ta205 futet në shkrirje, ai ndërvepron me fluorotantalate për të formuar oksofluorotantalate:

3K3TaF8 + Ta2Os + 6KF = 5K3TaOF6. (2.32)

Reagimi me K3TaF7Cl vazhdon në mënyrë të ngjashme. Formimi i komplekseve të oksofluoridit të tantalit përcakton tretshmërinë e Ta2O5 në elektrolit. Tretshmëria kufizuese varet nga përmbajtja e K3TaF8 në shkrirje dhe korrespondon me stoikiometrinë e reaksionit (2.32).

Bazuar në të dhënat mbi ndikimin e përbërjes së elektrolitit në performancën e elektrolizës (densiteti kritik i rrymës, efikasiteti i rrymës, nxjerrja, cilësia e pluhurit të tantalit), studiuesit sovjetikë propozuan përbërjen e mëposhtme optimale të elektrolitit: 12.5% (nga pesha) K2TaF7, pjesa tjetër KS1 dhe KF në raport me 2:1 (nga pesha). Përqendrimi i Ta2Os të futur është 2,5-3,5% (në peshë). Në këtë elektrolit në temperaturat 700-800 °C duke përdorur një anodë grafiti, tensioni i zbërthimit të kompleksit të oksofluoridit është 1,4 V, ndërsa për KF dhe KS1 tensionet e zbërthimit janë përkatësisht ~3,4 V dhe ~4,6 V.

KS I K2TaF,-KCl KJaFf

Oriz. 31. Diagrami i shkrirjes së sistemit K2TaF7-KF-KCl

Gjatë elektrolizës në katodë, ndodh një shkarkim hap pas hapi i kationeve Ta5+:

Ta5+ + 2e > Ta3+ + be * Ta0.

Proceset në anodë mund të përfaqësohen nga reaksionet: TaOF63" - Ze = TaFs + F" + 0; 20 + C = C02; CO2 + C = 2CO; TaFj + 3F~ = TaF|~. Jonet TaF|~, duke reaguar me Ta2Os të futura në shkrirje, përsëri formojnë jonet TaOF|~. Në temperaturat e elektrolizës 700-750 °C përbërja e gazit është -95% CO2, 5-7% CO; 0,2-

Midis modeleve të elektrolizuesve të testuar në BRSS, rezultatet më të mira u morën në ato ku katoda është një kuti e bërë prej nikeli (ose një aliazh nikeli dhe kromi), në qendër.

Fig.32. Diagrami i një elektrolizuesi për prodhimin e tantalit:

1 - plesht me ushqyes Ta205; 2 - vibrator elektromagnetik i ushqyesit; 3 - kllapa me fiksim për anodën; 4 - anodë e zbrazët e grafitit me vrima në mur; 5 - katodë nikromi; 6 - mbulesë; 7 - xhami izolues i nxehtësisë; 8 - timoni për ngritjen e aktuatorit; 9 - prizë me shufër për furnizim me energji elektrike

E cila përmban një anodë grafiti të zbrazët me vrima në mure (Fig. 32). Oksidi i tantalit ushqehet periodikisht nga një ushqyes automatik vibrues në anodën e zbrazët. Me këtë metodë të ushqyerjes eliminohet ndotja mekanike e depozitës së katodës me pentoksid tantal të patretur. Gazrat hiqen përmes një thithjeje në bord. Në një temperaturë elektrolize prej 700-720 C, furnizimi i vazhdueshëm i banjës Ta205 (d.m.th., me një numër minimal të efekteve të anodës), dendësia e rrymës së katodës prej 30-50 A/dm2 dhe raporti DjDk = 2*4, nxjerrja e drejtpërdrejtë e tantalit është 87-93%, rendimenti me 80% aktual.

Elektroliza kryhet derisa 2/3 e volumit të dobishëm të kutisë të mbushet me sediment katodë. Në fund të elektrolizës, anoda ngrihet dhe elektroliti së bashku me depozitën e katodës ftohet. Dy metoda të përpunimit të produktit të katodës përdoren për të ndarë elektrolitin nga grimcat e pluhurit të tantalit: bluarja me ndarje ajri dhe pastrimi termik me vakum.

Metoda vakum-termike, e zhvilluar në BRSS, konsiston në ndarjen e pjesës më të madhe të kripërave nga tantali duke shkrirë (shkrirë) në një atmosferë argon, e ndjekur nga heqja e mbetjes me avullim në vakum në 900 C. Elektroliti i shkrirë dhe i kondensuar kthehet në elektrolizë.

Kjo duke bluar me ndarjen e ajrit 30-70 mikronë, dhe kur përdoret trajtimi termik me vakum - 100-120 mikron.

Prodhimi i niobiumit nga elektrolitet oksifluorid-klorur, si tantal, nuk dha rezultate pozitive për faktin se gjatë shkarkimit në katodë, formohen okside më të ulëta që ndotin metalin. Prodhimi aktual është i ulët.

Elektrolitet pa oksigjen janë premtues për niobiumin (si dhe tantalin). Pentakloridet e niobit dhe të tantalit treten në kloruret e metaleve alkali të shkrirë për të formuar kripëra komplekse A/eNbCl6 dhe MeTaCl6. Gjatë zbërthimit elektrolitik të këtyre komplekseve, depozitat kristalore të përafërta të niobiumit dhe tantalit lirohen në katodë, dhe klori lirohet në anodën e grafitit.

Përshkrimi dhe vetitë e niobiumit

Niobium- një element që i përket grupit të pestë periodik, numri atomik - 41. Formula elektronike e niobiumit- Nb 4d45sl. Formula grafike e niobiumit- Nb - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 4 5s 1. Zbuluar në vitin 1801 - fillimisht i quajtur "Columbia", sipas emrit të lumit në të cilin u zbulua. Më vonë u riemërua.

Niobium – metal hije e bardhë prej çeliku, ka plasticitet - mbështjellë lehtësisht në fletë. Struktura elektronike e niobiumit e pajis atë me karakteristika të caktuara. Vihet re një tregues i temperaturës së lartë gjatë shkrirjes dhe pikës së vlimit të metalit. Për shkak të kësaj, dalja elektronike e elektroneve vihet re si një veçori. Superpërcjellshmëria shfaqet vetëm në temperatura të larta. Për oksidim, metali kërkon një temperaturë minimale prej rreth 300º C ose më të lartë. Kjo krijon një specifikë oksid niobiumi Nb2O5.

Niobium, veti i cili në mënyrë aktive ndërvepron me gaze të caktuara. Këto janë hidrogjeni, oksigjeni dhe azoti, nën ndikimin e tyre ai mund të ndryshojë karakteristika të caktuara. Sa më e lartë të jetë temperatura, aq më intensivisht absorbohet hidrogjeni, duke e bërë niobin më të brishtë kur arrihet pika e kontrollit prej 600º C, evolucioni i kundërt fillon të ndodhë dhe metali rikthen vetitë e tij të humbura. Pas kësaj fillon formimi i nitridit NbN, shkrirja e të cilit kërkon 2300º C.

Karboni dhe gazrat që e përmbajnë atë fillojnë bashkëveprimin e tyre me niobin në temperaturën e kërkuar mbi 1200º C, duke rezultuar në formimin e karabit NbC - pika e shkrirjes - 3500º C. Si rezultat i bashkëveprimit të silikonit dhe borit me niobin metalik, boridi NbB2 është i formuar - pika e shkrirjes - 2900º C.

Elementi niobium rezistent ndaj pothuajse të gjitha acideve të njohura, përveç acidit fluorik, dhe veçanërisht përzierjes së tij me acidin nitrik. Metali është i ndjeshëm ndaj alkaleve, veçanërisht atyre të nxehta. Kur treten në to, ndodh një proces oksidimi dhe formohet acidi niobik.

Minierat dhe origjina e niobiumit

Përmbajtja e metaleve për ton gurë të huazuar është relativisht e ulët - vetëm 18 g për ton. Përmbajtja është rritur në shkëmbinj më acidë. Më shpesh gjendet në një depozitë niobium dhe tantal, për shkak të vetive kimike të ngjashme, të cilat i lejojnë ato të gjenden në të njëjtin mineral dhe të marrin pjesë në procese të zakonshme. Shpesh në disa minerale që përmbajnë titan, ndodh një fenomen zëvendësimi - "niobium - titan".

Janë të njohura rreth njëqind minerale të ndryshme që përmbajnë niobium. Por vetëm disa përdoren në industri. Këto janë piroklori, lopariti, toroliti, etj. Në shkëmbinjtë ultramafikë dhe alkaline, niobiumi gjendet në perovskit dhe eudialit.

Depozitat e niobiumit në dispozicion në Brazil, Australi, Kanada, Kongo, Nigeri dhe Ruandë.

Prodhimi i niobiumit një proces mjaft kompleks me tre faza kryesore. Fillimisht hapet koncentrati, pastaj niobiumi ndahet në komponime të pastra. Faza e fundit është proceset e rikuperimit dhe rafinimit të metaleve. Metodat më të zakonshme përfshijnë metodat karbotermike, aluminotermike dhe natriumtermike.

Për shembull, nga përzierja e oksidit të niobit dhe blozës në temperatura të larta në një mjedis hidrogjeni, fitohet karabit, pastaj nga përzierja e karbitit dhe oksidit të niobiumit në të njëjtat temperatura, por në një vakum të plotë, fitohet një metal, nga i cili të ndryshme lidhjet e niobiumit. Është e mundur të përftohen lidhjet e niobiumit duke përdorur metodat e metalurgjisë pluhur, duke përdorur metodat e shkrirjes së harkut me vakum dhe rreze elektronike.

Aplikimet e niobiumit

Për shkak të vetive të tij unike, niobium përdoret në shumë fusha të industrisë. Lidhjet e niobiumit kanë refraktaritet, rezistencë ndaj nxehtësisë, superpërçueshmëri, marrës dhe veti kundër korrozionit. Përveç kësaj, është mjaft e lehtë për t'u përpunuar dhe salduar. Përdoret gjerësisht në teknologjitë hapësinore dhe të aviacionit, radio dhe inxhinieri elektrike, industrinë kimike dhe energjinë bërthamore. Në llambat e gjeneratorit, shumë elementë ngrohje bëhen duke përdorur atë. Për këto qëllime përdoret edhe aliazhi i tij me tantal.

Një sasi të caktuar të këtij metali përmbajnë edhe ndreqësit elektrikë dhe kondensatorët elektrolitikë. Përdorimi i tij në këto pajisje është për shkak të vetive karakteristike të transmetimit dhe oksidimit. Kondensatorët që përfshijnë këtë metal, me dimensione relativisht të vogla, kanë rezistencë të lartë. Të gjithë elementët e kondensatorit janë bërë nga fletë metalike speciale. Është shtypur nga pluhuri i niobiumit.

Rezistenca ndaj acideve të ndryshme, përçueshmëria e lartë termike dhe qëndrueshmëria e strukturës përcaktojnë popullaritetin e saj në kimi dhe metalurgji, në krijimin e pajisjeve dhe strukturave të ndryshme. Kombinimi i vetive pozitive të këtij metali të rëndësishëm është i kërkuar edhe në energjinë bërthamore.

Për shkak të efektit të dobët të niobiumit me uraniumin industrial, në temperatura relativisht të ulëta (900º C), metali është i përshtatshëm për krijimin e një shtrese mbrojtëse në reaktorët bërthamorë. Me një guaskë të tillë, bëhet e mundur përdorimi i ftohësve të natriumit, me të cilët gjithashtu pothuajse nuk ndërvepron. Niobiumi zgjat në mënyrë të konsiderueshme jetën e shërbimit të elementeve të uraniumit duke krijuar një oksid mbrojtës në sipërfaqen e tyre nga efektet e dëmshme të avullit të ujit.

Vetitë rezistente ndaj nxehtësisë së disave mund të përmirësohen duke u lidhur me niobium. Lidhjet e niobiumit gjithashtu janë dëshmuar mjaft mirë. Për shembull, kjo është një aliazh niobium – zirkon, karakterizuar nga veti të jashtëzakonshme. Pjesë të ndryshme për anijet kozmike dhe avionë, si dhe lëkurat e tyre, janë bërë nga lidhje të tilla. Temperatura e funksionimit të një aliazhi të tillë mund të arrijë deri në 1200º C.

Disa lidhje për përpunimin e çelikut përmbajnë karbit niobium, i cili rrit vetitë e lidhjes. Një shtesë relativisht e vogël e niobiumit në çelik inox rrit vetitë e tij kundër korrozionit dhe përmirëson cilësinë e saldimeve që rezultojnë. Shumë çeliqe veglash përmbajnë gjithashtu niobium. Si katalizë, komponimet e tij të ndryshme marrin pjesë në proceset e sintezës organike artificiale.

Çmimi i niobiumit

Forma kryesore për shitje në tregun botëror është shufra niobiumi, por forma të tjera të ruajtjes janë mjaft të mundshme. Gjithmonë ka pasur një kërkesë në botë për niobium, çmimi e cila deri në fillim të vitit 2000 mbeti në një nivel të qëndrueshëm. Rritja e sigurt e kërkesës e lidhur me zhvillimin e ekonomive të shumë vendeve dhe një rritje në vëllimet e prodhimit në fushën e teknologjive inovative, industrive metalurgjike dhe kimike kontribuan në një rritje të mprehtë të çmimeve deri në vitin 2007 nga 12 në 32 dollarë për kilogram metal.

Në vitet në vijim, për shkak të krizës globale në sektorin ekonomik, deri në vitin 2012 ka pasur një rënie të lehtë. Norma e qarkullimit tregtar u ul në përputhje me rrethanat. Por deri në vitin 2012, çmimet ishin rritur përsëri, madje edhe atëherë blej niobium ishte e mundur vetëm me 60 dollarë për kilogram, dhe rritja nuk është ndalur ende. Çështja e zëvendësuesve ekuivalent, por më të aksesueshëm është ngritur prej kohësh. Dhe ato ekzistojnë, por vetitë e tyre janë qartësisht inferiore ndaj niobiumit. Prandaj, është ende në çmim.

Universiteti Shtetëror i Minierave Ural

Me temën: Vetitë e niobiumit

Grupi: M-13-3

Studenti: Mokhnashin Nikita

1. Informacion i përgjithshëm për elementin

Vetitë fizike të niobiumit

Vetitë kimike të niobiumit

Niobium falas

Oksidet e niobiumit dhe kripërat e tyre

Komponimet e niobiumit

Vendet kryesore në prodhimin e niobiumit

1. Informacion i përgjithshëm për elementin

Njerëzimi është njohur me elementin që zë qelizën e 41-të në tabelën periodike për një kohë të gjatë. Emri i tij aktual, niobium, është pothuajse gjysmë shekulli më i ri. Ndodhi që elementi nr.41 u hap dy herë. Herën e parë - në 1801, shkencëtari anglez Charles Hatchet ekzaminoi një mostër të mineralit të vërtetë të dërguar në Muzeun Britanik nga Amerika. Nga ky mineral ai izoloi oksidin e një elementi të panjohur më parë. Hatchet e quajti elementin e ri kolumbium, duke vënë në dukje origjinën e tij jashtë shtetit. Dhe minerali i zi quhej kolumbite. Një vit më vonë, kimisti suedez Ekeberg izoloi oksidin e një elementi tjetër të ri nga kolumbiti, të quajtur tantal. Ngjashmëria midis përbërjeve Columbia dhe tantal ishte aq e madhe sa për 40 vjet shumica e kimistëve besonin se tantal dhe kolumbium ishin i njëjti element.

Në 1844, kimisti gjerman Heinrich Rose ekzaminoi mostrat e kolumbitit të gjetura në Bavari. Ai zbuloi përsëri oksidet e dy metaleve. Një prej tyre ishte oksidi i tantalit tashmë të njohur. Oksidet ishin të ngjashme dhe, duke theksuar ngjashmërinë e tyre, Rose e quajti elementin që formonte oksidin e dytë niobium, pas Niobës, vajzës së martirit mitologjik Tantalus. Sidoqoftë, Rose, ashtu si Hatchet, nuk ishte në gjendje ta merrte këtë element në një gjendje të lirë. Niobiumi metalik u mor për herë të parë vetëm në 1866 nga shkencëtari suedez Blomstrand gjatë reduktimit të klorurit të niobiumit me hidrogjen. Në fund të shekullit të 19-të. u gjetën dy mënyra të tjera për të marrë këtë element. Së pari, Moissan e mori atë në një furrë elektrike, duke reduktuar oksidin e niobiumit me karbon, dhe më pas Goldschmidt ishte në gjendje të reduktonte të njëjtin element me alumin. Dhe elementi nr. 41 vazhdoi të quhej ndryshe në vende të ndryshme: në Angli dhe SHBA - Kolumbia, në vende të tjera - niobium. Unioni Ndërkombëtar i Kimisë së Pastër dhe të Aplikuar (IUPAC) i dha fund kësaj polemike në vitin 1950. U vendos që emri i elementit "niobium" të legjitimohej kudo dhe emri "kolumbite" iu caktua mineralit kryesor të niobiumit. Formula e tij është (Fe, Mn) (Nb, Ta)2 RRETH 6.

Nuk është rastësi që niobiumi konsiderohet një element i rrallë: me të vërtetë gjendet rrallë dhe në sasi të vogla, gjithmonë në formën e mineraleve dhe asnjëherë në gjendjen vendase. Një detaj interesant: në botime të ndryshme referencë, clarke (përmbajtja në koren e tokës) e niobiumit është e ndryshme. Kjo shpjegohet kryesisht me faktin se vitet e fundit në vendet afrikane janë gjetur depozita të reja të mineraleve që përmbajnë niobium. The Chemist's Handbook, vol. 1 (M., Chemistry, 1963) jep shifrat e mëposhtme: 3.2 10-5% (1939), 1 10-3% (1949) dhe 2, 4·10-3% (1954). Por shifrat e fundit janë gjithashtu të nënvlerësuara: depozitat afrikane të zbuluara vitet e fundit nuk përfshihen këtu. Megjithatë, vlerësohet se rreth 1.5 milion ton niobium metalik mund të shkrihet nga mineralet e depozitave tashmë të njohura.

Vetitë fizike të niobiumit

Niobiumi është një metal me shkëlqim argjendi-gri.

Niobiumi elementar është një metal jashtëzakonisht zjarrdurues (2468°C) dhe me vlim të lartë (4927°C), shumë rezistent ndaj shumë mjediseve agresive. Të gjitha acidet, me përjashtim të acidit hidrofluorik, nuk kanë asnjë efekt në të. Acidet oksiduese “pasivojnë” niobiumin, duke e mbuluar me një shtresë mbrojtëse oksidi (Nr. 205). Por në temperatura të larta, aktiviteti kimik i niobiumit rritet. Nëse në 150...200°C oksidohet vetëm një shtresë e vogël sipërfaqësore e metalit, atëherë në 900...1200°C trashësia e filmit të oksidit rritet ndjeshëm.

Rrjeta kristalore e niobiumit është kub me qendër trupin me parametrin a = 3,294 Å.

Metali i pastër është duktil dhe mund të rrotullohet në fletë të holla (deri në një trashësi prej 0,01 mm) në gjendje të ftohtë pa pjekje të ndërmjetme.

Mund të vërehen veti të tilla të niobiumit si pikat e larta të shkrirjes dhe vlimit, funksioni më i ulët i punës së elektroneve në krahasim me metalet e tjera zjarrduruese - tungsten dhe molibden. Vetia e fundit karakterizon aftësinë për emetim elektron (emetim elektroni), e cila përdoret për përdorimin e niobiumit në teknologjinë e vakumit elektrik. Niobium gjithashtu ka një temperaturë të lartë kalimi në gjendjen superpërcjellëse.

Dendësia 8.57 g/cm 3(20 °C); t pl 2500 °C; t balon 4927 °C; presioni i avullit (në mm Hg; 1 mm Hg = 133.3 n/m 2) 1·10 -5(2194 °C), 1 10 -4(2355 °C), 6 10 -4(në t pl ), 1·10-3 (2539 °C).

Në temperatura të zakonshme, niobiumi është i qëndrueshëm në ajër. Fillimi i oksidimit (filmi i çngjyrosjes) vërehet kur metali nxehet në 200 - 300°C. Mbi 500° oksidimi i shpejtë ndodh me formimin e oksidit Nb2 O 5.

Përçueshmëria termike në W/(m·K) në 0°C dhe 600°C është përkatësisht 51,4 dhe 56,2, dhe e njëjta në cal/(cm·sek·°C) është 0,125 dhe 0,156. Rezistenca elektrike specifike vëllimore në 0°C 15.22 10 -8ohm m (15,22 10 -6ohm cm). Temperatura e kalimit në gjendjen superpërcjellëse është 9,25 K. Niobiumi është paramagnetik. Funksioni i punës së elektroneve 4.01 eV.

Niobiumi i pastër përpunohet lehtësisht nga presioni i ftohtë dhe ruan veti të kënaqshme mekanike në temperatura të larta. Forca e tij në tërheqje në 20 dhe 800 °C është përkatësisht 342 dhe 312 Mn/m 2, e njëjta në kgf/mm 234.2 dhe 31.2; zgjatja relative në 20 dhe 800 °C është përkatësisht 19.2 dhe 20.7%. Fortësia Brinell e niobiumit të pastër është 450, teknike 750-1800 Mn/m 2. Papastërtitë e disa elementeve, veçanërisht hidrogjeni, azoti, karboni dhe oksigjeni, dëmtojnë shumë duktilitetin dhe rrisin fortësinë e niobiumit.

3. Vetitë kimike të niobiumit

Niobiumi vlerësohet veçanërisht për rezistencën e tij ndaj substancave inorganike dhe organike.

Ekziston një ndryshim në sjelljen kimike të metalit pluhur dhe me gunga. Kjo e fundit është më e qëndrueshme. Metalet nuk kanë asnjë efekt mbi të, edhe nëse nxehen në temperatura të larta. Metalet alkali të lëngëta dhe lidhjet e tyre, bismuti, plumbi, merkuri dhe kallaji mund të jenë në kontakt me niobiumin për një kohë të gjatë pa ndryshuar vetitë e tij. Edhe agjentë të tillë të fortë oksidues si acidi perklorik, aqua regia, për të mos përmendur nitrik, sulfurik, klorhidrik dhe të gjithë të tjerët, nuk mund të bëjnë asgjë me të. Tretësirat alkaline gjithashtu nuk kanë efekt në niobium.

Megjithatë, ekzistojnë tre reagentë që mund të shndërrojnë metalin niobium në komponime kimike. Njëri prej tyre është një shkrirje e hidroksidit të një metali alkali:

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

Dy të tjerët janë acidi hidrofluorik (HF) ose përzierja e tij me acidin nitrik (HF+HNO). Në këtë rast, formohen komplekse fluori, përbërja e të cilave varet kryesisht nga kushtet e reagimit. Në çdo rast, elementi është pjesë e një anioni të tipit 2- ose 2-.

Nëse merrni niobium pluhur, ai është disi më aktiv. Për shembull, në nitratin e natriumit të shkrirë, ai madje ndizet, duke u kthyer në një oksid. Niobiumi kompakt fillon të oksidohet kur nxehet mbi 200°C dhe pluhuri mbulohet me një shtresë oksidi tashmë në 150°C. Në të njëjtën kohë, një nga vetitë e mrekullueshme të këtij metali manifestohet - ai ruan duktilitetin e tij.

Në formë tallash, kur nxehet mbi 900°C, digjet plotësisht në Nb2O5. Digjet fuqishëm në një rrjedhë klori:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Kur nxehet, ai reagon me squfur. Është e vështirë të lidhet me shumicën e metaleve. Ka, ndoshta, vetëm dy përjashtime: hekuri, me të cilin formohen tretësira të ngurta me raporte të ndryshme dhe alumini, i cili ka përbërjen Al2Nb me niobium.

Cilat cilësi të niobiumit e ndihmojnë atë t'i rezistojë veprimit të acideve më të forta oksiduese? Rezulton se kjo nuk i referohet vetive të metalit, por karakteristikave të oksideve të tij. Pas kontaktit me agjentët oksidues, në sipërfaqen e metalit shfaqet një shtresë e hollë (prandaj e padukshme) por shumë e dendur oksidesh. Kjo shtresë bëhet një pengesë e pakapërcyeshme në rrugën e agjentit oksidues në një sipërfaqe të pastër metalike. Vetëm disa reagentë kimikë, në veçanti anion fluor, mund të depërtojnë nëpër të. Rrjedhimisht, metali në thelb oksidohet, por praktikisht rezultatet e oksidimit janë të padukshme për shkak të pranisë së një filmi të hollë mbrojtës. Pasiviteti ndaj acidit sulfurik të holluar përdoret për të krijuar një ndreqës AC. Është projektuar thjesht: pllakat e platinit dhe niobiumit janë zhytur në një zgjidhje 0,05 m të acidit sulfurik. Niobium në një gjendje të pasivuar mund të përcjellë rrymë nëse është një elektrodë negative - një katodë, domethënë elektronet mund të kalojnë nëpër shtresën e oksidit vetëm nga ana metalike. Rruga për daljen e elektroneve nga tretësira është e mbyllur. Prandaj, kur rryma alternative kalon nëpër një pajisje të tillë, kalon vetëm një fazë, për të cilën platini është anoda dhe niobiumi është katoda.

halogjen metalik niobium

4. Niobium në gjendje të lirë

Është aq e bukur sa në një kohë ata u përpoqën të bënin bizhuteri prej saj: me ngjyrën e tij gri të lehtë, niobium i ngjan platinit. Pavarësisht nga pikat e larta të shkrirjes (2500°C) dhe pikat e vlimit (4840°C), çdo produkt mund të bëhet lehtësisht prej tij. Metali është aq duktil sa mund të përpunohet në të ftohtë. Është shumë e rëndësishme që niobiumi të ruajë vetitë e tij mekanike në temperatura të larta. Vërtetë, si në rastin e vanadiumit, edhe papastërtitë e vogla të hidrogjenit, azotit, karbonit dhe oksigjenit ulin shumë duktilitetin dhe rrisin ngurtësinë. Niobiumi bëhet i brishtë në temperaturat nga -100 deri në -200 °C.

Marrja e niobiumit në formë ultra të pastër dhe kompakte është bërë e mundur me përdorimin e teknologjisë vitet e fundit. I gjithë procesi teknologjik është kompleks dhe kërkon punë intensive. Në thelb ndahet në 4 faza:

1.marrja e koncentratit: ferroniobium ose ferrotantaloniobium;

.hapja e koncentratit - shndërrimi i niobiumit (dhe tantalit) në disa komponime të patretshme me qëllim ndarjen e tij nga pjesa më e madhe e koncentratit;

.ndarja e niobiumit dhe tantalit dhe marrja e komponimeve të tyre individuale;

.prodhimin dhe përpunimin e metaleve.

Dy fazat e para janë mjaft të thjeshta dhe të zakonshme, megjithëse kërkojnë punë intensive. Shkalla e ndarjes së niobiumit dhe tantalit përcaktohet nga faza e tretë. Dëshira për të marrë sa më shumë niobium dhe veçanërisht tantal na detyroi të gjejmë metodat më të fundit të ndarjes: nxjerrjen selektive, shkëmbimin e joneve dhe korrigjimin e përbërjeve të këtyre elementeve me halogjene. Si rezultat, oksidi ose pentakloridet e tantalit dhe niobit merren veçmas. Në fazën e fundit, reduktimi me qymyr (blozë) përdoret në një rrymë hidrogjeni në 1800°C, dhe më pas temperatura ngrihet në 1900°C dhe presioni zvogëlohet. Karbidi që rezulton nga ndërveprimi me qymyrin reagon me Nb2O5:

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

dhe shfaqet pluhur niobiumi. Nëse si rezultat i ndarjes së niobit nga tantali fitohet jo oksid, por kripë, atëherë trajtohet me natrium metalik në 1000°C dhe fitohet edhe niobium pluhur. Prandaj, gjatë transformimit të mëtejshëm të pluhurit në një monolit kompakt, rishkrirja kryhet në një furre me hark, dhe për të marrë kristale të vetme të niobiumit veçanërisht të pastër, përdoren rreze elektronike dhe shkrirja e zonës.

Oksidet e niobiumit dhe kripërat e tyre

Numri i komponimeve me oksigjen në niobium është i vogël, dukshëm më i vogël se në vanadium. Kjo shpjegohet me faktin se në përbërjet që korrespondojnë me gjendjen e oksidimit +4, +3 dhe +2, niobiumi është jashtëzakonisht i paqëndrueshëm. Nëse një atom i këtij elementi fillon të heqë dorë nga elektronet, atëherë ai tenton të heqë dorë nga të pesë për të ekspozuar një konfigurim elektronik të qëndrueshëm.

Nëse krahasojmë jonet me të njëjtën gjendje oksidimi të dy fqinjëve në grup - vanadium dhe niobium, gjejmë një rritje të vetive në drejtim të metaleve. Karakteri acidik i oksidit Nb2O5 është dukshëm më i dobët se ai i oksidit të vanadiumit (V). Nuk formon acid kur tretet. Vetëm kur shkrihet me alkale ose karbonate shfaqen vetitë e tij acidike:

O5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3NbO4 + 3С02

Kjo kripë - ortoniobati i natriumit - është i ngjashëm me të njëjtat kripëra të acideve ortofosforike dhe ortovanadike. Megjithatë, në fosfor dhe arsenik forma orto është më e qëndrueshme dhe një përpjekje për të marrë orthoniobate në formën e tij të pastër dështoi. Kur aliazhi trajtohet me ujë, nuk lirohet kripa Na3NbO4, por metaniobati NaNbO3. Është një pluhur kristalor i pangjyrë, pak i tretshëm në ujë të ftohtë. Rrjedhimisht, në niobium në shkallën më të lartë të oksidimit, nuk është orto-, por meta-forma e përbërjeve ajo që është më e qëndrueshme.

Ndër komponimet e tjera të oksidit të niobiumit (V) me oksidet bazike, njihen dinobatet K4Nb2O7, që të kujtojnë piroacidet, dhe poliniobatet (si hije e acideve polifosforike dhe polivanadiumit) me formula të përafërta K7Nb5O16.nH2O dhe K8NbH29. Kripërat e përmendura, që korrespondojnë me oksidin më të lartë të niobiumit, e përmbajnë këtë element si pjesë e anionit. Forma e këtyre kripërave na lejon t'i konsiderojmë ato derivate të niobiumit. acidet Këto acide nuk mund të merren në formën e tyre të pastër, pasi ato mund të konsiderohen më tepër si okside të lidhura me molekulat e ujit. Për shembull, forma meta është Nb2O5. H2O, dhe forma orgo është Nb2O5. 3H2O. Së bashku me këtë lloj përbërjesh, niobium ka të tjerë ku tashmë është pjesë e kationit. Niobiumi nuk formon kripëra të thjeshta si sulfate, nitrate etj. Kur bashkëvepron me hidrogjensulfatin e natriumit NaHSO4 ose oksidin e azotit N2O4 shfaqen substanca me kation kompleks: Nb2O2(SO4)3. Kationet në këto kripëra i ngjajnë kationit të vanadiumit me ndryshimin e vetëm që këtu joni është me pesë ngarkesa, dhe vanadiumi ka një gjendje oksidimi prej katër në jonin vanadil. I njëjti kation NbO3+ përfshihet në përbërjen e disa kripërave komplekse. Oksidi Nb2O5 tretet mjaft lehtë në acidin fluorik ujor. Nga zgjidhje të tilla, kripa komplekse K2 mund të izolohet. H2O.

Bazuar në reagimet e marra, mund të konkludojmë se niobium në gjendjen e tij më të lartë të oksidimit mund të jetë pjesë e anioneve dhe kationit. Kjo do të thotë se niobiumi pesëvalent është amfoterik, por ende me një mbizotërim të konsiderueshëm të vetive acide.

Ka disa mënyra për të marrë Nb2O5. Së pari, ndërveprimi i niobiumit me oksigjenin kur nxehet. Së dyti, kalcinimi i kripërave të niobiumit në ajër: sulfide, nitride ose karabit. Së treti, metoda më e zakonshme është dehidratimi i hidrateve. Oksidi i hidratuar Nb2O5 precipitohet nga tretësirat ujore të kripës me acide të koncentruara. xH2O. Më pas, kur tretësirat hollohen, formohet një precipitat i bardhë oksidi. Dehidratimi i sedimentit Nb2O5 xH2O shoqërohet me çlirimin e nxehtësisë. E gjithë masa po nxehet. Kjo ndodh për shkak të shndërrimit të oksidit amorf në një formë kristalore. Oksidi i niobiumit vjen në dy ngjyra. Në kushte normale është e bardhë, por kur nxehet zverdhet. Megjithatë, sapo oksidi ftohet, ngjyra zhduket. Oksidi është zjarrdurues (shkrirë = 1460°C) dhe jo i paqëndrueshëm.

Gjendjet më të ulëta të oksidimit të niobiumit korrespondojnë me NbO2 dhe NbO. E para nga këto dy është një pluhur i zi me një nuancë blu. NbO2 merret nga Nb2O5 duke hequr oksigjenin me magnez ose hidrogjen në një temperaturë prej rreth njëmijë gradë:

O5 + H2 = 2NbO2 + H2O

Në ajër, ky përbërës shndërrohet lehtësisht në oksidin më të lartë Nb2O5. Karakteri i tij është mjaft i fshehtë, pasi oksidi është i pazgjidhshëm as në ujë, as në acide. Megjithatë, atij i atribuohet një karakter acid në bazë të ndërveprimit të tij me alkalin e nxehtë ujor; në këtë rast, megjithatë, oksidimi ndodh në një jon me pesë ngarkesë.

Duket se ndryshimi i një elektroni nuk është aq i madh, por ndryshe nga Nb2O5, oksidi NbO2 përcjell rrymë elektrike. Natyrisht, në këtë përbërje ekziston një lidhje metal-metal. Nëse përfitoni nga kjo cilësi, atëherë kur nxehet me një rrymë të fortë alternative, mund ta detyroni NbO2 të heqë dorë nga oksigjeni i tij.

Kur oksigjeni humbet, NbO2 shndërrohet në oksid NbO, dhe më pas i gjithë oksigjeni ndahet mjaft shpejt. Dihet pak për oksidin e ulët të niobiumit NbO. Ka një shkëlqim metalik dhe është i ngjashëm në pamje me metalin. Përcjell në mënyrë perfekte energjinë elektrike. Me një fjalë, ai sillet sikur të mos ketë fare oksigjen në përbërjen e tij. Madje, si një metal tipik, ai reagon dhunshëm me klorin kur nxehet dhe kthehet në klorur:

2NbO + 3Cl2=2NbOCl3

Ai zhvendos hidrogjenin nga acidi klorhidrik (sikur të mos ishte fare oksid, por një metal si zinku):

NbO + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2

NbO mund të merret në formë të pastër nga kalcinimi i kripës komplekse tashmë të përmendur K2 me natrium metalik:

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

Oksidi NbO ka pikën më të lartë të shkrirjes nga të gjitha oksidet e niobiumit, 1935°C. Për të pastruar niobiumin nga oksigjeni, temperatura rritet në 2300 - 2350 ° C, pastaj njëkohësisht me avullimin, NbO zbërthehet në oksigjen dhe metal. Bëhet rafinimi (pastrimi) i metalit.

Komponimet e niobiumit

Një histori për elementin nuk do të ishte e plotë pa përmendur përbërjet e tij me halogjene, karbide dhe nitride. Kjo është e rëndësishme për dy arsye. Së pari, në sajë të komplekseve të fluorit është e mundur të ndahet niobium nga tantali shoqërues i tij i përjetshëm. Së dyti, këto përbërje na zbulojnë cilësitë e niobiumit si metal.

Ndërveprimi i halogjeneve me niobiumin metalik:

Mund të përftohen Nb + 5Cl2 = 2NbCl5, të gjitha pentahalidet e mundshme të niobiumit.

Pentafluoridi NbF5 (shkrirë = 76 °C) është i pangjyrë në gjendje të lëngët dhe në avull. Ashtu si pentafluoridi vanadium, në gjendje të lëngët është polimer. Atomet e niobiumit janë të lidhur me njëri-tjetrin nëpërmjet atomeve të fluorit. Në formë të ngurtë, ajo ka një strukturë të përbërë nga katër molekula (Fig. 2).

Oriz. 2. Struktura e NbF5 dhe TaF5 në formë të ngurtë përbëhet nga katër molekula.

Tretësirat në acidin hidrofluorik H2F2 përmbajnë jone të ndryshme komplekse:

H2F2 = H2 ;+ H2O = H2

Kripë kaliumi K2. H2O është i rëndësishëm për ndarjen e niobiumit nga tantal, sepse, ndryshe nga kripa e tantalit, është shumë i tretshëm.

Pentahalidet e mbetura të niobiumit janë me ngjyrë të ndezur: NbCl5 e verdhë, NbBr5 e kuqe vjollcë, NbI2 kafe. Të gjithë ata sublimohen pa dekompozim në një atmosferë të halogjenit përkatës; në çifte janë monomere. Pikat e tyre të shkrirjes dhe vlimit rriten kur kalojnë nga klori në brom dhe jod. Disa nga metodat për përgatitjen e pentahalideve janë:

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

2NbCl5+5F22NbF5+5Cl2

Pentahalidet treten mirë në tretës organikë: eter, kloroform, alkool. Sidoqoftë, ato dekompozohen plotësisht nga uji - hidrolizohen. Si rezultat i hidrolizës, fitohen dy acide - acidi hidrohalik dhe acidi niobik. Për shembull,

4H2O = 5HCl + H3NbO4

Kur hidroliza është e padëshirueshme, atëherë futet pak acid i fortë dhe ekuilibri i procesit të përshkruar më sipër zhvendoset drejt NbCl5. Në këtë rast, pentahalide tretet pa iu nënshtruar hidrolizës,

Karbidi i niobiumit ka fituar mirënjohje të veçantë nga metalurgët. Në çdo çelik, ka karbon; niobium, duke e lidhur atë në karabit, përmirëson cilësinë e çelikut të lidhur. Në mënyrë tipike, kur saldoni çelik inox, saldimi ka më pak forcë. Futja e niobiumit në një sasi prej 200 g për ton ndihmon në korrigjimin e kësaj mangësie. Kur nxehet, niobium, para të gjitha metaleve të tjera të çelikut, formon një përbërje me karbon - karabit. Ky përbërës është mjaft plastik dhe në të njëjtën kohë i aftë të përballojë temperaturat deri në 3500°C. Një shtresë karabit vetëm gjysmë milimetri e trashë është e mjaftueshme për të mbrojtur metalet dhe, ajo që është veçanërisht e vlefshme, grafitin nga korrozioni. Karbidi mund të merret duke ngrohur metalin ose oksidin e niobiumit (V) me karbon ose gazra që përmbajnë karbon (CH4, CO).

Nitridi i niobiumit është një përbërës që nuk ndikohet nga asnjë acid dhe madje edhe nga "vodka regjia" kur zihet; rezistente ndaj ujit. E vetmja gjë me të cilën mund të detyrohet të ndërveprojë është zierja e alkalit. Në këtë rast, ajo dekompozohet, duke lëshuar amoniak.

Nitridi NbN është gri i hapur me një nuancë të verdhë. Është zjarrdurues (temp. mp. 2300 ° C), ka një veçori të jashtëzakonshme - në një temperaturë afër zeros absolute (15.6 K, ose -267.4 ° C), ka superpërçueshmëri.

Nga komponimet që përmbajnë niobium në një gjendje më të ulët oksidimi, halidet janë më të njohura. Të gjitha halidet e poshtme janë lëndë të ngurta kristalore të errëta (nga e kuqja e errët në të zezë). Stabiliteti i tyre zvogëlohet me zvogëlimin e gjendjes së oksidimit të metalit.

Aplikimi i niobiumit në industri të ndryshme

Aplikimi i niobiumit për lidhjet e metaleve

Çeliku i lidhur me niobium ka rezistencë të mirë korrozioni. Kromi gjithashtu rrit rezistencën ndaj korrozionit të çelikut, dhe është shumë më i lirë se niobiumi. Ky lexues ka të drejtë dhe të gabuar në të njëjtën kohë. E kam gabim sepse kam harruar një gjë.

Çeliku krom-nikel, si çdo tjetër, gjithmonë përmban karbon. Por karboni kombinohet me kromin për të formuar karabit, gjë që e bën çelikun më të brishtë. Niobium ka një prirje më të madhe për karbonin sesa kromi. Prandaj, kur niobium i shtohet çelikut, formohet domosdoshmërisht karabit i niobiumit. Çeliku i lidhur me niobium fiton veti të larta kundër korrozionit dhe nuk e humb duktilitetin e tij. Efekti i dëshiruar arrihet kur një ton çeliku i shtohen vetëm 200 g metal niobium. Dhe niobium i jep rezistencë të lartë ndaj konsumit të çelikut krom-mangan.

Shumë metale me ngjyra janë gjithashtu të lidhura me niobium. Kështu, alumini, i cili tretet lehtësisht në alkalet, nuk reagon me to nëse i shtohet vetëm 0,05% niobium. Dhe bakri, i njohur për butësinë e tij dhe shumë prej lidhjeve të tij duket se janë ngurtësuar nga niobiumi. Rrit forcën e metaleve si titani, molibden, zirkon, dhe në të njëjtën kohë rrit rezistencën e tyre ndaj nxehtësisë dhe rezistencën ndaj nxehtësisë.

Tani vetitë dhe aftësitë e niobiumit vlerësohen nga aviacioni, inxhinieria mekanike, inxhinieria radio, industria kimike dhe energjia bërthamore. Të gjithë ata u bënë konsumatorë të niobiumit.

Vetia unike - mungesa e ndërveprimit të dukshëm të niobit me uraniumin në temperatura deri në 1100°C dhe, përveç kësaj, përçueshmëria e mirë termike, një seksion i vogël i thithjes efektive të neutroneve termike - e bëri niobin një konkurrent serioz për metalet e njohura në bërthamën. industria - alumini, berilium dhe zirkon. Përveç kësaj, radioaktiviteti artificial (i induktuar) i niobiumit është i ulët. Prandaj, mund të përdoret për të bërë kontejnerë për ruajtjen e mbetjeve radioaktive ose instalime për përdorimin e tyre.

Industria kimike konsumon relativisht pak niobium, por kjo mund të shpjegohet vetëm me mungesën e tij. Pajisjet për prodhimin e acideve me pastërti të lartë ndonjëherë bëhen nga lidhjet që përmbajnë niobium dhe, më rrallë, nga niobiumi me fletë. Aftësia e niobiumit për të ndikuar në shpejtësinë e disa reaksioneve kimike përdoret, për shembull, në sintezën e alkoolit nga butadieni.

Raketat dhe teknologjia hapësinore u bënë gjithashtu konsumatorë të elementit nr.41. Nuk është sekret që disa sasi të këtij elementi tashmë po rrotullohen në orbitat afër Tokës. Disa pjesë të raketave dhe pajisjeve në bord të satelitëve artificialë të Tokës janë bërë nga lidhjet që përmbajnë niobium dhe niobium i pastër.

Përdorimi i niobiumit në industri të tjera

"Pajisjet e nxehta" (p.sh. pjesët e nxehta) janë bërë nga fletë dhe shufra niobiumi - anoda, rrjeta, katoda të ngrohura në mënyrë indirekte dhe pjesë të tjera të llambave elektronike, veçanërisht llambat e gjeneratorëve të fuqishëm.

Përveç metalit të pastër, për të njëjtat qëllime përdoren lidhjet tantaloni-bium.

Niobiumi u përdor për të bërë kondensatorë elektrolitikë dhe ndreqës të rrymës. Këtu, përdoret aftësia e niobiumit për të formuar një film të qëndrueshëm oksid gjatë oksidimit anodik. Filmi i oksidit është i qëndrueshëm në elektrolitet acidike dhe kalon rrymën vetëm në drejtimin nga elektroliti në metal. Kondensatorët e niobiumit me elektrolit të ngurtë karakterizohen me kapacitet të lartë me dimensione të vogla dhe rezistencë të lartë izoluese.

Elementet e kondensatorit të niobiumit janë bërë nga fletë e hollë ose pllaka poroze të shtypura nga pluhurat metalikë.

Rezistenca ndaj korrozionit të niobiumit në acide dhe materiale të tjera, e kombinuar me përçueshmëri të lartë termike dhe duktilitet, e bëjnë atë një material strukturor të vlefshëm për pajisjet në industritë kimike dhe metalurgjike. Niobium ka një kombinim të vetive që plotësojnë kërkesat e energjisë bërthamore për materialet strukturore.

Deri në 900°C, niobium ndërvepron dobët me uraniumin dhe është i përshtatshëm për prodhimin e predhave mbrojtëse për elementët e karburantit të uraniumit të reaktorëve të energjisë. Në këtë rast, është e mundur të përdoren ftohës të lëngshëm metalikë: natriumi ose një aliazh natriumi dhe kaliumi, me të cilin niobium nuk ndërvepron deri në 600°C. Për të rritur mbijetesën e elementeve të karburantit të uraniumit, uraniumi dopohet me niobium (~ 7% niobium). Aditivi i niobiumit stabilizon filmin mbrojtës të oksidit në uranium, i cili rrit rezistencën e tij ndaj avullit të ujit.

Niobiumi është një përbërës i lidhjeve të ndryshme rezistente ndaj nxehtësisë për turbinat me gaz të motorëve reaktiv. Lidhja e molibdenit, titanit, zirkonit, aluminit dhe bakrit me niobium përmirëson në mënyrë dramatike vetitë e këtyre metaleve, si dhe lidhjet e tyre. Ekzistojnë lidhje rezistente ndaj nxehtësisë me bazë niobiumin si një material strukturor për pjesët e motorëve reaktivë dhe raketave (prodhimi i teheve të turbinave, skajet kryesore të krahëve, skajet e hundës së avionëve dhe raketave, lëkurat e raketave). Niobiumi dhe lidhjet e bazuara në të mund të përdoren në temperaturat e punës 1000 - 1200°C.

Karbidi i niobiumit është një përbërës i disa llojeve të karabitit me bazë karabit tungsteni që përdoret për prerjen e çeliqeve.

Niobiumi përdoret gjerësisht si një aditiv aliazh në çelik. Shtimi i niobiumit në një sasi 6 deri në 10 herë më të lartë se përmbajtja e karbonit në çelik eliminon korrozionin ndërgranular të çelikut inox dhe mbron saldimet nga shkatërrimi.

Niobiumi shtohet gjithashtu në çeliqe të ndryshme rezistente ndaj nxehtësisë (për shembull, për turbinat me gaz), si dhe në çeliqet e veglave dhe magnetike.

Niobiumi futet në çelik në një aliazh me hekur (ferroniobium), që përmban deri në 60% Nb. Përveç kësaj, ferrotantaloniobium përdoret me raporte të ndryshme midis tantalit dhe niobit në ferroaliazh.

Në sintezën organike, disa përbërës të niobiumit (kripëra komplekse fluori, okside) përdoren si katalizatorë.

Përdorimi dhe prodhimi i niobiumit po rritet me shpejtësi, gjë që është për shkak të një kombinimi të vetive të tilla si refraktariteti, një seksion kryq i vogël për kapjen termike të neutronit, aftësia për të formuar aliazhe rezistente ndaj nxehtësisë, superpërcjellëse dhe lidhje të tjera, rezistencë ndaj korrozionit, vetive marrës, funksion i ulët i punës me elektron, punueshmëri e mirë nën presion të ftohtë dhe saldim. Fushat kryesore të aplikimit të niobiumit janë: raketa, aviacioni dhe teknologjia hapësinore, radio-inxhinieria, elektronika, inxhinieria kimike, energjia bërthamore.

Aplikimet e niobiumit metalik

Pjesët e avionit janë bërë nga niobium i pastër ose lidhjet e tij; veshje për elementët e karburantit të uraniumit dhe plutoniumit; kontejnerë dhe tuba; për metale të lëngëta; pjesë të kondensatorëve elektrolitikë; Pajisjet "të nxehta" për llambat elektronike (për instalimet e radarëve) dhe llambat e fuqishme të gjeneratorëve (anoda, katoda, rrjeta, etj.); pajisje rezistente ndaj korrozionit në industrinë kimike.

Metalet e tjera me ngjyra, përfshirë uraniumin, janë të lidhur me niobium.

Niobiumi përdoret në kriotronet - elementë superpërçues të kompjuterëve. Niobiumi njihet gjithashtu për përdorimin e tij në strukturat përshpejtuese të Përplasësit të Madh të Hadronit.

Përbërjet ndërmetalike dhe lidhjet e niobiumit

Stanidi Nb3Sn dhe lidhjet e niobiumit me titan dhe zirkon përdoren për prodhimin e solenoideve superpërcjellëse.

Niobiumi dhe lidhjet me tantal në shumë raste zëvendësojnë tantalin, i cili jep një efekt të madh ekonomik (niobiumi është më i lirë dhe pothuajse dy herë më i lehtë se tantali).

Ferroniobium futet në çelik inox krom-nikel për të parandaluar korrozionin dhe shkatërrimin e tyre ndërgranular dhe në llojet e tjera të çelikut për të përmirësuar vetitë e tyre.

Niobium përdoret në prerjen e monedhave të koleksionit. Kështu, Banka e Letonisë pretendon se niobium përdoret së bashku me argjendin në monedha koleksioni 1 lat.

Aplikimi i komponimeve të niobiumit katalizator O5 në industrinë kimike;

në prodhimin e lëndëve zjarrduruese, qermeta, speciale. qelqi, nitrid, karabit, niobate.

Karbidi i niobiumit (mp 3480 °C) i lidhur me karabit zirkonium dhe karabit uranium-235 është materiali më i rëndësishëm strukturor për shufrat e karburantit të motorëve reaktiv bërthamorë të fazës së ngurtë.

Nitridi i niobiumit NbN përdoret për të prodhuar filma superpërçues të hollë dhe ultra të hollë me një temperaturë kritike prej 5 deri në 10 K me një tranzicion të ngushtë të rendit prej 0,1 K.

Niobium në mjekësi

Rezistenca e lartë ndaj korrozionit të niobiumit ka bërë të mundur përdorimin e tij në mjekësi. Fijet e niobiumit nuk shkaktojnë acarim në indet e gjalla dhe ngjiten mirë në të. Kirurgjia rindërtuese ka përdorur me sukses fije të tilla për të lidhur tendinat e grisura, enët e gjakut dhe madje edhe nervat.

Aplikim në bizhuteri

Niobium jo vetëm që ka një sërë veçorish të nevojshme për teknologjinë, por edhe duket mjaft bukur. Bizhuteritë u përpoqën të përdornin këtë metal të bardhë me shkëlqim për të bërë kuti orëve. Lidhjet e niobiumit me tungsten ose renium ndonjëherë zëvendësojnë metalet fisnike: ari, platini, iridiumi. Kjo e fundit është veçanërisht e rëndësishme, pasi aliazhi i niobit me renium nuk është vetëm i ngjashëm nga jashtë me iridiumin metalik, por është pothuajse po aq rezistent ndaj konsumit. Kjo u lejoi disa vendeve të bënin pa iridium të shtrenjtë në prodhimin e majave të saldimit për majat e stilolapsit.

Minierat e niobiumit në Rusi

Vitet e fundit, prodhimi global i niobit ka qenë në nivelin 24-29 mijë tonë. Duhet të theksohet se tregu botëror i niobit është i monopolizuar ndjeshëm nga kompania braziliane SVMM, e cila përbën rreth 85% të prodhimit botëror të niobit.

Konsumatori kryesor i produkteve që përmbajnë niobium (kjo përfshin kryesisht ferroniobiumin) është Japonia. Ky vend importon çdo vit mbi 4 mijë tonë ferroniobium nga Brazili. Prandaj, çmimet japoneze të importit për produktet që përmbajnë niobium mund të merren me besim të madh si afër mesatares botërore. Vitet e fundit, ka pasur një tendencë për rritjen e çmimeve të ferroniobiumit. Kjo është për shkak të përdorimit të tij në rritje për prodhimin e çeliqeve me aliazh të ulët të destinuar kryesisht për tubacionet e naftës dhe gazit. Në përgjithësi, duhet theksuar se gjatë 15 viteve të fundit, konsumi global i niobiumit është rritur mesatarisht me 4-5% në vit.

Me keqardhje duhet të pranojmë se Rusia është në periferi të tregut të niobiumit. Në fillim të viteve '90, sipas specialistëve të Giredmet, rreth 2 mijë ton niobium (për sa i përket oksidit të niobiumit) u prodhuan dhe u konsumuan në ish-BRSS. Aktualisht, konsumi i produkteve të niobiumit nga industria ruse nuk kalon vetëm 100 - 200 tonë. Duhet të theksohet se në ish-BRSS u krijuan kapacitete të konsiderueshme të prodhimit të niobiumit, të shpërndara nëpër republika të ndryshme - Rusia, Estonia, Kazakistani. Kjo veçori tradicionale e zhvillimit të industrisë në BRSS e ka vënë tashmë Rusinë në një situatë shumë të vështirë për sa i përket shumë llojeve të lëndëve të para dhe metaleve. Tregu i niobiumit fillon me prodhimin e lëndëve të para që përmbajnë niobium. Lloji i tij kryesor në Rusi ishte dhe mbetet koncentrati loparit i prodhuar në Lovozersky GOK (tani Sevredmet SHA, rajoni Murmansk). Para rënies së BRSS, ndërmarrja prodhoi rreth 23 mijë ton koncentrat loparit (përmbajtja e oksidit të niobiumit është rreth 8.5%). Më pas, prodhimi i koncentratit ra në mënyrë të vazhdueshme, në vitet 1996-1998. Kompania u ndal disa herë për shkak të mungesës së shitjeve. Aktualisht, vlerësohet se prodhimi i koncentratit loparit në ndërmarrje është në nivelin 700 - 800 tonë në muaj.

Duhet të theksohet se ndërmarrja është mjaft e lidhur rreptësisht me konsumatorin e saj të vetëm - fabrikën e magnezit Solikamsk. Fakti është se koncentrati loparit është një produkt mjaft specifik që merret vetëm në Rusi. Teknologjia e përpunimit të tij është mjaft komplekse për shkak të kompleksit të metaleve të rralla që përmban (niobium, tantal, titan). Për më tepër, koncentrati është radioaktiv, dhe kjo është arsyeja pse të gjitha përpjekjet për të hyrë në tregun botëror me këtë produkt përfunduan të kota. Duhet të theksohet gjithashtu se është e pamundur të merret ferroniobium nga koncentrati i loparitit. Në vitin 2000, në fabrikën Sevredmet, kompania Rosredmet nisi një instalim eksperimental për përpunimin e koncentratit të loparitit për të prodhuar, midis metaleve të tjera, produkte komerciale që përmbajnë niobium (oksid niobiumi).

Tregjet kryesore për produktet e niobiumit të SMZ janë vendet jo të CIS: dërgesat bëhen në SHBA, Japoni dhe vendet evropiane. Pjesa e eksporteve në totalin e prodhimit është mbi 90%. Kapacitete të konsiderueshme të prodhimit të niobiumit në BRSS u përqendruan në Estoni - në Shoqatën e Prodhimit Kimik dhe Metalurgjik Sillamae (Sillamae). Tani kompania estoneze quhet Silmet. Në kohët sovjetike, ndërmarrja përpunonte koncentratin loparit nga fabrika e minierave dhe përpunimit të Lovoozersk që nga viti 1992, dërgesa e tij u ndal. Aktualisht, Silmet përpunon vetëm një vëllim të vogël të hidroksidit të niobiumit nga uzina e magnezit Solikamsk. Kompania aktualisht merr shumicën e lëndëve të para që përmbajnë niobium nga Brazili dhe Nigeria. Menaxhmenti i ndërmarrjes nuk përjashton furnizimin e koncentratit loparit, megjithatë, Sevredmet po përpiqet të ndjekë një politikë të përpunimit të tij në vend, pasi eksportimi i lëndëve të para është më pak fitimprurës se produktet e gatshme.

Tutoring

Keni nevojë për ndihmë për të studiuar një temë?

Specialistët tanë do të këshillojnë ose ofrojnë shërbime tutoriale për temat që ju interesojnë.
Paraqisni aplikacionin tuaj duke treguar temën tani për të mësuar në lidhje me mundësinë e marrjes së një konsultimi.

Ka një numër mjaft të madh elementësh që kur kombinohen me substanca të tjera formojnë lidhje me veti të veçanta të performancës. Një shembull është niobium, një element që fillimisht u quajt "kolumbium" (sipas emrit të lumit ku u gjet për herë të parë), por më vonë u riemërua. Niobiumi është një metal me veti mjaft të pazakonta, të cilat do t'i diskutojmë më në detaje më vonë.

Marrja e një elementi

Kur merren parasysh vetitë e niobiumit, duhet theksuar se përmbajtja e këtij metali për ton shkëmb është relativisht e vogël, afërsisht 18 gram. Kjo është arsyeja pse, pas zbulimit të tij, u bënë mjaft përpjekje për të marrë metalin artificialisht. Për shkak të përbërjes së saj të ngjashme kimike, kjo substancë shpesh minohet së bashku me tantalin.

Depozitat e niobiumit ndodhen pothuajse në të gjithë botën. Shembujt përfshijnë minierat në Kongo, Ruandë, Brazil dhe shumë vende të tjera. Megjithatë, ky element nuk mund të quhet i përhapur në shumë rajone, ai praktikisht nuk gjendet edhe në përqendrime të ulëta.

Përqendrimi relativisht i vogël i substancës në shkëmbinj tokësor rëndohet nga vështirësitë që hasen në marrjen e saj nga koncentrati. Vlen të merret parasysh se niobium NBS mund të merret vetëm nga shkëmbi që është i ngopur me tantal. Më poshtë janë tiparet e procesit të prodhimit:

Për të filluar, minerali i koncentruar furnizohet në fabrikë, i cili kalon në disa faza të pastrimit. Kur prodhohet niobium, minerali që rezulton ndahet në elementë të pastër, duke përfshirë tantalin.
Procesi përfundimtar i përpunimit përfshin rafinimin e metalit.

Pavarësisht vështirësive që hasen në nxjerrjen dhe përpunimin e mineralit në fjalë, çdo vit vëllimi i prodhimit të aliazhit në fjalë rritet ndjeshëm. Kjo për faktin se metali ka cilësi të jashtëzakonshme të performancës dhe përdoret gjerësisht në një shumëllojshmëri të gjerë industrish.

Oksidet e niobiumit

Elementi kimik në fjalë mund të bëhet baza e përbërjeve të ndryshme. Më i zakonshmi është pentoksidi i niobiumit. Ndër veçoritë e kësaj lidhjeje, mund të vërehen pikat e mëposhtme:

Oksidi i niobiumit është një pluhur kristalor i bardhë që ka një nuancë kremoze.
Substanca nuk tretet në ujë.
Substanca që rezulton ruan strukturën e saj kur përzihet me shumicën e acideve.

Karakteristikat e pentoksidit të niobiumit përfshijnë gjithashtu vetitë e mëposhtme:

Forca e rritur.
Refraktoriteti i lartë. Substanca mund të përballojë temperaturat deri në 1490 gradë Celsius.
Kur nxehet, sipërfaqja oksidohet.
Reagon ndaj klorit dhe mund të reduktohet nga hidrogjeni.

Hidroksidi i niobiumit përdoret në shumicën e rasteve për të prodhuar klasa çeliku me aliazh të lartë, të cilat kanë veti performancë mjaft tërheqëse.

Vetite fizike dhe kimike

Niobium ka veti kimike të ngjashme me ato të tantalit. Kur merrni parasysh karakteristikat kryesore të niobiumit, duhet t'i kushtoni vëmendje pikave të mëposhtme:

Rezistent ndaj llojeve të ndryshme të korrozionit. Lidhjet e marra nga futja e këtij elementi në përbërje kanë cilësi të larta rezistente ndaj korrozionit.
Elementi kimik në fjalë shfaq një pikë të lartë shkrirjeje. Siç tregon praktika, shumica e lidhjeve kanë një pikë shkrirje prej më shumë se 1400 gradë Celsius. kjo e ndërlikon procesin e përpunimit, por i bën metalet të domosdoshëm në fusha të ndryshme të veprimtarisë.
Vetitë themelore fizike karakterizohen gjithashtu nga lehtësia e saldimit të lidhjeve që rezultojnë.
Në temperatura nën zero, struktura e elementit mbetet praktikisht e pandryshuar, gjë që lejon ruajtjen e vetive të performancës së metalit.
Struktura e veçantë e atomit të niobiumit përcakton cilësitë superpërçuese të materialit.
Masa atomike është 92.9, valenca varet nga karakteristikat e përbërjes.

Avantazhi kryesor i substancës konsiderohet të jetë refraktariteti i tij. Kjo është arsyeja pse ajo filloi të përdoret në një shumëllojshmëri të gjerë të industrive. Substanca shkrihet në një temperaturë prej rreth 2500 gradë Celsius. Disa lidhje madje shkrihen në një temperaturë rekord prej 4500 gradë Celsius. Dendësia e substancës është mjaft e lartë, 8,57 gram për centimetër kub. Vlen të merret në konsideratë që metali karakterizohet nga paramagneticiteti.

Acidet e mëposhtme nuk ndikojnë në rrjetën kristalore:

squfuri;
kripë;
fosfor;
klorin

Nuk ndikon në solucionet ujore të klorit dhe metaleve. Me një ndikim të caktuar në metal, në sipërfaqen e tij formohet një film oksid dielektrik. Kjo është arsyeja pse metali filloi të përdoret në prodhimin e kondensatorëve miniaturë me kapacitet të lartë, të cilët gjithashtu janë bërë nga tantal më i shtrenjtë.

Aplikimet e niobiumit

Prodhohet një shumëllojshmëri e gjerë e produkteve të niobiumit, shumica e të cilave lidhen me prodhimin e avionëve. Një shembull është përdorimi i niobiumit në prodhimin e pjesëve që instalohen gjatë montimit të raketave ose avionëve. Përveç kësaj, mund të dallohen përdorimet e mëposhtme të këtij elementi:

Prodhimi i elementeve nga të cilët bëhen instalimet e radarëve.
Siç u përmend më parë, aliazhi në fjalë mund të përdoret për të prodhuar kondensatorë elektrikë më të lirë kapacitiv.
Katoda dhe anoda nga petë bëhen gjithashtu duke përdorur elementin në fjalë, i cili shoqërohet me rezistencë të lartë ndaj nxehtësisë.
Shpesh mund të gjeni modele të llambave të fuqishme gjeneratorësh që kanë një rrjet brenda. Në mënyrë që kjo rrjetë të përballojë temperaturat e larta, ajo është bërë nga aliazhi në fjalë.

Cilësitë e larta fizike dhe kimike përcaktojnë përdorimin e niobiumit në prodhimin e tubave për transportimin e metaleve të lëngëta. Përveç kësaj, lidhjet përdoren për të prodhuar kontejnerë për qëllime të ndryshme.

Lidhjet me niobium

Kur merren parasysh lidhjet e tilla, duhet të merret parasysh se ky element përdoret shpesh për prodhimin e ferroniobiumit. Ky material përdoret gjerësisht në industrinë e shkritores, si dhe në prodhimin e veshjeve elektronike. Përfshin:

hekuri;
niobium me tantal;
silikon;
alumini;
karboni;
squfuri;
fosfor;
titanium.

Përqendrimi i elementëve kryesorë mund të ndryshojë në një gamë mjaft të gjerë, gjë që përcakton performancën e materialit.

Një aliazh alternativ ferroniobiumi mund të quhet niobium 5VMC. Gjatë prodhimit të tij, tungsteni, zirkonium dhe molibden përdoren si elementë aliazh. Në shumicën e rasteve, kjo rrëshirë përdoret për prodhimin e produkteve gjysëm të gatshme.

Si përfundim, vërejmë se niobium përdoret në prodhimin e monedhave në disa vende. Kjo është për shkak të kostos mjaft të lartë të materialit. Me prodhimin masiv të lidhjeve që përmbajnë niobium si element kryesor, krijohen shufra unike.

Aplikimi i niobiumit për lidhjet e metaleve

Raketa dhe teknologjia hapësinore u bënë gjithashtu konsumatorë të elementit nr.41. Nuk është sekret që disa sasi të këtij elementi tashmë po rrotullohen në orbitat afër Tokës. Disa pjesë të raketave dhe pajisjeve në bord të satelitëve artificialë të Tokës janë bërë nga lidhjet që përmbajnë niobium dhe niobium i pastër.

Përdorimi i niobiumit në industri të tjera

Përveç metalit të pastër, për të njëjtat qëllime përdoren lidhjet tantaloni-bium.

Elementet e kondensatorit të niobiumit janë bërë nga fletë e hollë ose pllaka poroze të shtypura nga pluhurat metalikë.

Karbidi i niobiumit është një përbërës i disa llojeve të karabitit me bazë karabit tungsteni që përdoret për prerjen e çeliqeve.

Niobiumi shtohet gjithashtu në çeliqe të ndryshme rezistente ndaj nxehtësisë (për shembull, për turbinat me gaz), si dhe në çeliqet e veglave dhe magnetike.

Në sintezën organike, disa përbërës të niobiumit (kripëra komplekse fluori, okside) përdoren si katalizatorë.

Aplikimet e niobiumit metalik

Pjesët e avionit janë bërë nga niobium i pastër ose lidhjet e tij; veshje për elementët e karburantit të uraniumit dhe plutoniumit; kontejnerë dhe tuba; për metale të lëngëta; pjesë të kondensatorëve elektrolitikë; Pajisjet "të nxehta" për llambat elektronike (për instalimet e radarëve) dhe llambat e fuqishme të gjeneratorëve (anoda, katoda, rrjeta, etj.); pajisje rezistente ndaj korrozionit në industrinë kimike.
Metalet e tjera me ngjyra, përfshirë uraniumin, janë të lidhur me niobium.
Niobiumi përdoret në kriotronet - elementë superpërçues të kompjuterëve. Niobiumi njihet gjithashtu për përdorimin e tij në strukturat përshpejtuese të Përplasësit të Madh të Hadronit.

Përbërjet ndërmetalike dhe lidhjet e niobiumit

Nb 3 Stanidi Sn dhe lidhjet e niobiumit me titan dhe zirkon përdoren për prodhimin e solenoideve superpërcjellëse.
Niobiumi dhe lidhjet me tantal në shumë raste zëvendësojnë tantalin, i cili jep një efekt të madh ekonomik (niobiumi është më i lirë dhe pothuajse dy herë më i lehtë se tantali).
Ferroniobium futet në çelik inox krom-nikel për të parandaluar korrozionin dhe shkatërrimin e tyre ndërgranular dhe në llojet e tjera të çelikut për të përmirësuar vetitë e tyre.
Niobium përdoret në prerjen e monedhave të koleksionit. Kështu, Banka e Letonisë pretendon se niobium përdoret së bashku me argjendin në monedha koleksioni 1 lat.

Aplikimi i komponimeve të niobiumit

Nb 2 O 5 katalizator në industrinë kimike;
në prodhimin e lëndëve zjarrduruese, qermeta, speciale. qelqi, nitrid, karabit, niobate.
Karbidi i niobiumit (mp 3480 °C) i lidhur me karabit zirkonium dhe karabit uranium-235 është materiali më i rëndësishëm strukturor për shufrat e karburantit të motorëve reaktiv bërthamorë të fazës së ngurtë.
Nitridi i niobiumit NbN përdoret për të prodhuar filma superpërçues të hollë dhe ultra të hollë me një temperaturë kritike prej 5 deri në 10 K me një tranzicion të ngushtë të rendit prej 0,1 K.

Niobium në mjekësi

Aplikim në bizhuteri

Niobium jo vetëm që ka një sërë veçorish të nevojshme për teknologjinë, por edhe duket mjaft bukur. Bizhuteritë u përpoqën të përdornin këtë metal të bardhë me shkëlqim për të bërë kuti orëve. Lidhjet e niobiumit me tungsten ose renium ndonjëherë zëvendësojnë metalet fisnike: ari, platini, iridiumi. Kjo e fundit është veçanërisht e rëndësishme, pasi aliazhi niobium-renium jo vetëm që duket i ngjashëm me iridiumin metalik, por është pothuajse po aq rezistent ndaj konsumit. Kjo u lejoi disa vendeve të bënin pa iridium të shtrenjtë në prodhimin e majave të saldimit për majat e stilolapsit.

Niobiumi si material superpërçues i gjeneratës së parë

Fenomeni mahnitës i superpërcjellshmërisë, kur temperatura e një përcjellësi ulet, në të ndodh një zhdukje e papritur e rezistencës elektrike, u vëzhgua për herë të parë nga fizikani holandez G. Kamerlingh-Onnes në vitin 1911. Superpërcjellësi i parë doli të ishte merkuri, por jo ai, por niobiumi dhe disa komponime ndërmetalike të niobit ishin të destinuara të bëheshin materialet e para superpërcjellëse teknikisht të rëndësishme.

Dy karakteristika të superpërçuesve janë praktikisht të rëndësishme: vlera e temperaturës kritike në të cilën ndodh kalimi në gjendjen e superpërcjellshmërisë dhe fusha magnetike kritike (Kamerlingh Onnes gjithashtu vuri re humbjen e superpërcjellshmërisë nga një superpërçues kur ekspozohej ndaj një fushe magnetike mjaftueshëm të fortë ). Në vitin 1975, përbërja ndërmetalike e niobit dhe germaniumit me përbërjen Nb 3 Ge u bë mbajtësi i rekordit për temperaturën më të lartë kritike. Temperatura e tij kritike është 23,2°K; Kjo është më e lartë se pika e vlimit të hidrogjenit. (Shumica e superpërçuesve të njohur bëhen superpërçues vetëm në temperaturën e heliumit të lëngshëm).

Aftësia për të kaluar në një gjendje të superpërcjellshmërisë është gjithashtu karakteristike e stannidit të niobit Nb 3 Sn, lidhjeve të niobiumit me alumin dhe germanium ose me titan dhe zirkon. Të gjitha këto lidhje dhe komponime përdoren tashmë për të bërë solenoidë superpërçues, si dhe disa pajisje të tjera teknike të rëndësishme.

Një nga superpërçuesit e përdorur në mënyrë aktive (temperatura e tranzicionit superpërcjellës 9,25 K). Komponimet e niobiumit kanë një temperaturë tranzicioni superpërcjellës deri në 23,2 K (Nb 3 Ge).
Superpërçuesit industrialë më të përdorur janë NbTi dhe Nb 3 Sn.
Niobium përdoret gjithashtu në lidhjet magnetike.
Përdoret si një aditiv aliazh.
Nitridi i niobiumit përdoret për të prodhuar bolometra superpërçues.

Rezistenca e jashtëzakonshme e niobiumit dhe lidhjeve të tij me tantalin në avujt e cezium-133 të mbinxehur e bën atë një nga materialet strukturore më të preferuara dhe më të lira për gjeneratorët termionikë me fuqi të lartë.

Cilës familje i përket niobium? Aplikimi i niobiumit në metalurgji dhe industri. Metodat për marrjen e niobiumit

Tutoring

Marrja e një elementi

Oksidet e niobiumit

Vetite fizike dhe kimike

Aplikimet e niobiumit

Lidhjet me niobium

Tregime të frikshme dhe histori mistike Duke thirrur Jeff vrasësin në shtëpi gjatë natës

Bërja e pudingave dhe sufllaqeve