ไนโอเบียมอยู่ในตระกูลใด? การใช้ไนโอเบียมในโลหะวิทยาและอุตสาหกรรม วิธีการรับไนโอเบียม

แทนทาลัมและไนโอเบียมได้มาจากการลดสารประกอบที่มีความบริสุทธิ์สูง: ออกไซด์, เกลือฟลูออไรด์เชิงซ้อน, คลอไรด์ วิธีทางอุตสาหกรรมในการผลิตโลหะสามารถแบ่งออกเป็นสี่กลุ่ม:

การลดความร้อนตามธรรมชาติจากฟลูออไรด์เชิงซ้อน

การรีดิวซ์จากออกไซด์ด้วยคาร์บอน (วิธีคาร์บอเทอร์มิก)

การรีดิวซ์จากอะลูมิเนียมออกไซด์ (วิธีอะลูมิเนียมเทอร์มิก)

การลดลงจากคลอไรด์ด้วยไฮโดรเจน

อิเล็กโทรไลซิสของตัวกลางหลอมเหลว

เนื่องจากจุดหลอมเหลวสูงของแทนทาลัม (~3000 C) และไนโอเบียม (~2500 C) สิ่งเหล่านี้ได้มาจากการรีดักชันด้วยวิธีที่ระบุไว้ทั้งหมด ยกเว้นวิธีที่สามในรูปของผงหรือฟองน้ำเผาผนึก งานในการผลิตแทนทาลัมและไนโอเบียมขนาดกะทัดรัดที่อ่อนตัวได้นั้นมีความซับซ้อนเนื่องจากโลหะเหล่านี้ดูดซับก๊าซ (ไฮโดรเจน, ไนโตรเจน, ออกซิเจน) อย่างแข็งขัน สิ่งเจือปนที่ทำให้พวกมันเปราะ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเผาช่องว่างที่กดจากผงหรือละลายในสุญญากาศสูง

วิธี Natriothermic สำหรับการผลิตแทนทาลัมและผงไนโอเบียม

การลดความร้อนด้วยโซเดียมของฟลูออไรด์เชิงซ้อน K2TaF7 และ K2NbF7 เป็นวิธีการทางอุตสาหกรรมวิธีแรกสำหรับการผลิตแทนทาลัมและไนโอเบียม ทุกวันนี้ก็ยังใช้อยู่ โซเดียม แคลเซียม และแมกนีเซียม ซึ่งมีความสัมพันธ์กับฟลูออรีนสูง เหมาะสำหรับการรีดักชันสารประกอบฟลูออไรด์ของแทนทาลัมและไนโอเบียม ดังที่เห็นได้จากค่าที่กำหนดด้านล่าง

อัล<^ент Nb Та Na Mg Са

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

โซเดียมใช้ในการรีดิวซ์ เนื่องจากโซเดียมฟลูออไรด์ละลายได้ในน้ำและสามารถแยกออกได้โดยการล้างจากแทนทาลัมและผงไนโอเบียม ในขณะที่แมกนีเซียมและแคลเซียมฟลูออไรด์ละลายได้เล็กน้อยในน้ำและกรด

ลองพิจารณากระบวนการโดยใช้ตัวอย่างการผลิตแทนทาลัม การลดลงของ K2TaF7 ด้วยโซเดียมจะเกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยความร้อนจำนวนมาก (แม้ในระดับการโหลดประจุสูงถึง 5 กก.) เพียงพอสำหรับกระบวนการที่จะดำเนินการเองตามธรรมชาติ หลังจากให้ความร้อนประจุในที่เดียวถึง 450-500 C ปฏิกิริยาจะแพร่กระจายอย่างรวดเร็วทั่วทั้งมวลของประจุและอุณหภูมิจะสูงถึง 800-900 C เนื่องจากโซเดียมละลายที่ 97 C และเดือดที่ 883 จึงเห็นได้ชัดว่าของเหลว และไอโซเดียมมีส่วนร่วมในการลดลง:

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

ผลกระทบทางความร้อนจำเพาะของปฏิกิริยา (2.18) และ (2.19) เท่ากับ 1980 และ 3120 กิโลจูล/กิโลกรัมของประจุ ตามลำดับ

การลดลงจะดำเนินการในถ้วยใส่ตัวอย่างเหล็ก โดยใส่ชิ้นส่วนโพแทสเซียมฟลูออโรแทนทาเลตและโซเดียม (~120% ของปริมาณปริมาณสัมพันธ์ที่ต้องการ) ลงไปทีละชั้น จากนั้นจึงตัดด้วยกรรไกรพิเศษ ส่วนผสมถูกเคลือบด้วยชั้นโซเดียมคลอไรด์ด้านบน ซึ่งก่อให้เกิดส่วนผสมที่ละลายได้ต่ำด้วย KF และ NaF เกลือหลอมเหลวช่วยปกป้องอนุภาคจากการเกิดออกซิเดชัน
ผงแทนทาลัม ในขั้นตอนที่ง่ายที่สุดของกระบวนการ เพื่อเริ่มต้นปฏิกิริยา ผนังถ้วยใส่ตัวอย่างด้านล่างจะถูกให้ความร้อนด้วยเปลวไฟแบบเป่าลมจนกระทั่งจุดสีแดงปรากฏขึ้น ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วทั่วทั้งมวลและสิ้นสุดใน 1-2 นาที ด้วยกระบวนการนี้เนื่องจากการสัมผัสกับผลิตภัณฑ์ในระยะสั้นที่อุณหภูมิสูงสุด (800-900 C) จึงได้ผงแทนทาลัมละเอียดซึ่งหลังจากล้างเกลือแล้วจะมีออกซิเจนสูงถึง 2%

คุณจะได้ผงเนื้อหยาบที่มีปริมาณออกซิเจนต่ำกว่าโดยการวางถ้วยใส่ตัวอย่างปฏิกิริยาในเตาไฟฟ้าแบบเพลา และเก็บไว้ในเตาเผาหลังจากสิ้นสุดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ 1,000 °C

แทนทาลัมที่เกิดขึ้นจะแพร่กระจายในรูปของอนุภาคขนาดเล็กในตะกรันฟลูออไรด์-คลอไรด์ที่มีโซเดียมส่วนเกิน หลังจากการเย็นตัวลง เนื้อหาของเบ้าหลอมจะถูกกระแทกออก บดในเครื่องบดกรามและบรรจุในส่วนเล็ก ๆ ลงในเครื่องปฏิกรณ์ด้วยน้ำ โดยที่โซเดียมจะ "ดับ" และเกลือจำนวนมากจะถูกละลาย จากนั้นจึงล้างผงตามลำดับด้วยโซเดียมคลอไรด์เจือจาง (เพื่อล้างเกลือออกให้หมดและละลายเหล็กและสิ่งสกปรกไทเทเนียมบางส่วน) เพื่อลดปริมาณแทนทาลัมออกไซด์ บางครั้งผงจะถูกล้างเพิ่มเติมด้วยกรดไฮโดรฟลูออริกเจือจางเย็น จากนั้นล้างผงด้วยน้ำกลั่นกรองและทำให้แห้งที่อุณหภูมิ 110-120 C

โดยใช้วิธีการที่อธิบายไว้ข้างต้น โดยสังเกตระบบการปกครองเดียวกันโดยประมาณ จะได้ผงไนโอเบียมโดยการลด k2NbF7 ด้วยโซเดียม ผงไนโอเบียมแห้งมีองค์ประกอบ%: Ti, Si, Fe 0.02-0.06; O ประมาณ 0.5; ยังไม่มีข้อความ สูงถึง 0.1; ตั้งแต่ 0.1-0.15 น.

วิธีคาร์บอเทอร์มิกในการผลิตไนโอเบียมและแทนทาลัมจากออกไซด์

วิธีนี้เดิมได้รับการพัฒนาเพื่อการผลิตไนโอเบียมจาก Nb2o5

ไนโอเบียมสามารถรีดิวซ์ได้จาก Nb2os ด้วยคาร์บอนที่อุณหภูมิ 1800-1900 °C ในเตาสุญญากาศ:

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

ประจุ Nb205 + 5C มีไนโอเบียมเพียงเล็กน้อย และแม้แต่ในสถานะอัดก้อนก็มีความหนาแน่นต่ำ (~1.8 g/cm3) ในเวลาเดียวกัน จะปล่อย co จำนวนมาก (~0.34 m3) ต่อประจุ 1 กิโลกรัม สถานการณ์เหล่านี้ทำให้การดำเนินการตามกระบวนการตามปฏิกิริยา (2.20) ไม่ได้ผลกำไร เนื่องจากประสิทธิภาพของเตาสุญญากาศต่ำ ดังนั้นกระบวนการนี้จึงดำเนินการเป็น 2 ขั้นตอน:

ด่านที่ 1 - การผลิตไนโอเบียมคาร์ไบด์

Nb203 + 1C = 2NbC + 5CO; (2.2 ลิตร)

ด่าน P - การผลิตไนโอเบียมในเตาสุญญากาศ

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

ประจุอัดก้อนของระยะ α ประกอบด้วยไนโอเบียม 84.2% (โดยน้ำหนัก) ความหนาแน่นของก้อนคือ ~ 3 g/cm3 ปริมาตรที่เกิดขึ้นจาก 0.14 m3 ต่อประจุ 1 กิโลกรัม (~ 2.5 เท่าน้อยกว่าในกรณีของ ประจุ Nb2o5 + sc ) สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพการผลิตที่สูงขึ้นของเตาสุญญากาศ

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของกระบวนการสองขั้นตอนก็คือขั้นตอนแรกสามารถทำได้ที่ความดันบรรยากาศในเตาต้านทานแบบท่อกราไฟท์ (รูปที่ 29)

เพื่อให้ได้ไนโอเบียมคาร์ไบด์ (ขั้นตอนที่ 1 ของกระบวนการ) ส่วนผสมของ Nb2o5 กับเขม่าจะถูกอัดก้อนและก้อนจะถูกให้ความร้อนในเตากราไฟท์แบบท่อในบรรยากาศของไฮโดรเจนหรืออาร์กอนที่ 1800-1900 ° C (ก้อนจะถูกเคลื่อนย้ายอย่างต่อเนื่อง เตา

ข้าว. 29. โครงการเตาต้านทานกราไฟท์แบบท่อ:

1 - ปลอก; 2 - หลอดไส้กราไฟท์; 3 - ท่อกราไฟท์ป้องกัน; 4- ทดแทนความร้อนเขม่า; 5 - ตู้เย็น; 6 - กรวยกราไฟท์แบบสัมผัส; 7 - หัวสัมผัสระบายความร้อน; 8 - ฟัก; 9 - รถเมล์จ่ายกระแสไฟฟ้า

จากการอยู่ในเขตร้อนเป็นเวลา 1-1.5 ชั่วโมง) ไนโอเบียมคาร์ไบด์ที่บดแล้วจะถูกผสมในโรงสีลูกบอลที่มี Nb2o5 โดยถ่ายในปริมาณที่มากเกินไป (3-5%) เล็กน้อย เมื่อเทียบกับสิ่งที่ต้องการจากปฏิกิริยา (2.22)

ประจุจะถูกกดลงในแท่งเหล็กภายใต้ความดัน 100 MPa ซึ่งถูกให้ความร้อนในเตาสุญญากาศด้วยเครื่องทำความร้อนกราไฟท์ (หรือเตาเหนี่ยวนำสุญญากาศด้วยท่อกราไฟท์) ที่อุณหภูมิ 1800-1900 C การเปิดรับแสงจะสิ้นสุดลงเมื่อความดันตกค้างถึง 1.3-0.13 Pa .

ปฏิกิริยา (2.21) และ (2.22) รวมแล้ว โดยดำเนินการผ่านขั้นตอนกลางของการก่อตัวของออกไซด์ตอนล่าง (Nt>o2 และ NbO) รวมถึงคาร์ไบด์ Nb2c ปฏิกิริยาหลักของระยะที่ 1:

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

Nb02 + C = NbO + CO; (2.24)

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

Nb2C + C = 2NbC (2.26)

ปฏิกิริยาระยะที่ 1:

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

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

NbO + Nb2C = 3Nb + CO (2.29)

โลหะไนโอเบียมได้มาจากปฏิกิริยาสุดท้ายของระยะที่ 2 ของกระบวนการ (2.29) ความดันสมดุลร่วมสำหรับปฏิกิริยา (2.29) ที่ 1800 °C > 1.3 Pa ดังนั้น กระบวนการจะต้องดำเนินการที่ความดันตกค้างน้อยกว่าความดันสมดุลสำหรับปฏิกิริยาที่กำหนด (0.5-0.13 Pa)

ผลที่ได้คือก้อนที่มีรูพรุนเผาของไนโอเบียม,%: C 0.1-0.15; ประมาณ 0.15-0.30; ยังไม่มีข้อความ 0.04-0.5 เพื่อให้ได้โลหะที่อ่อนตัวได้ขนาดกะทัดรัด ก้อนจะถูกละลายในเตาลำแสงอิเล็กตรอน อีกวิธีหนึ่งคือการได้ผงจากอิฐ (โดยการเติมไฮโดรเจนที่อุณหภูมิ 450 C บดและดีไฮโดรจีเนชันตามมาในสุญญากาศ) กดแท่งแล้วเผาในสุญญากาศที่อุณหภูมิ 2300-2350 C ในกระบวนการสุญญากาศ การหลอมและการเผาผนึกในสุญญากาศ ออกซิเจน และ คาร์บอนจะถูกลบออกจากองค์ประกอบ co และออกซิเจนส่วนเกินในองค์ประกอบของออกไซด์ล่างที่ระเหยได้

ข้อดีหลักของวิธีคาร์บอเทอร์มิกคือให้ผลผลิตโลหะโดยตรงสูง (ไม่ต่ำกว่า 96%) และการใช้สารรีดิวซ์ราคาถูก ข้อเสียของวิธีนี้คือความซับซ้อนของการออกแบบเตาสุญญากาศที่อุณหภูมิสูง

วิธีการคาร์บอเทอร์มิกยังสามารถผลิตโลหะผสมแทนทาลัมและไนโอเบียม-แทนทาลัมได้

วิธีอะลูมินาเทอร์มิกสำหรับการผลิตไนโอเบียมและแทนทาลัมจากออกไซด์ที่สูงขึ้น

วิธีอะลูมิเนียมเมตริกสำหรับการผลิตไนโอเบียมโดยการลดไนโอเบียมเพนท็อกไซด์ด้วยอะลูมิเนียม ซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีข้อได้เปรียบทางเทคนิคและเศรษฐกิจเหนือวิธีอื่นในการผลิตไนโอเบียม เนื่องจากมีลักษณะเป็นขั้นตอนต่ำและความเรียบง่ายของอุปกรณ์

วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาคายความร้อน:

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

ดาวโจนส์ = -925.3 + 0.1362t, กิโลจูล/โมล Nb2o5

ผลกระทบทางความร้อนจำเพาะสูงของปฏิกิริยา (2,640 กิโลจูล/กิโลกรัมของประจุขององค์ประกอบปริมาณสัมพันธ์) ทำให้สามารถดำเนินการกระบวนการได้โดยไม่ต้องให้ความร้อนภายนอกด้วยการหลอมแท่งโลหะผสมไนโอเบียม-อะลูมิเนียม การลดความร้อนด้วยอะลูมิเนียมนอกเตาจะประสบความสำเร็จได้หากอุณหภูมิกระบวนการสูงกว่าจุดหลอมเหลวที่ A12о3 = 2030 °C) และเฟสโลหะ (โลหะผสม Nb +10% ai ละลายที่ 2050 °C) เมื่อมีอะลูมิเนียมส่วนเกินอยู่ในประจุ 30 - 40% เหนือปริมาณปริมาณสัมพันธ์ อุณหภูมิของกระบวนการจึงสูงถึง ~2150-2200 C เนื่องจากการลดลงอย่างรวดเร็ว อุณหภูมิจึงเพิ่มขึ้นประมาณ 100-150 C เมื่อเทียบกับการหลอมละลาย อุณหภูมิของเฟสตะกรันและโลหะก็เพียงพอที่จะรับประกันการแยกตัว ด้วยอลูมิเนียมส่วนเกินที่กล่าวมาข้างต้นในประจุ จะได้โลหะผสมไนโอเบียมที่มีอลูมิเนียม 8-10% ด้วยการสกัดไนโอเบียมจริง 98-98.5%

การลดปริมาณอะลูมิเนียมความร้อนจะดำเนินการในถ้วยใส่ตัวอย่างที่เป็นเหล็กซึ่งมีแมกนีเซียมหรืออะลูมิเนียมออกไซด์ที่เผาแล้วอัดแน่นอยู่ เพื่อความสะดวกในการขนถ่ายผลิตภัณฑ์ถลุง เบ้าหลอมจึงถูกทำให้ถอดออกได้ หน้าสัมผัสจะถูกเสียบผ่านผนังเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้า (20 V, 15 A) ให้กับฟิวส์ในรูปแบบของลวดนิกโครมที่วางอยู่ในประจุ อีกทางเลือกหนึ่งที่เป็นไปได้คือดำเนินการกระบวนการในเบ้าหลอมทองแดงแยกขนาดใหญ่ที่ผนังซึ่งมีชั้นป้องกันเกิดขึ้น

ส่วนผสมของ Nb2o5 ที่แห้งอย่างทั่วถึงและผงอะลูมิเนียมที่มีขนาดอนุภาค ~100 μm จะถูกบรรจุลงในถ้วยใส่ตัวอย่าง เพื่อหลีกเลี่ยงการสัมผัสกับอากาศ แนะนำให้วางเบ้าหลอมไว้ในห้องที่เต็มไปด้วยอาร์กอน

หลังจากเปิดฟิวส์แล้ว ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วตลอดมวลประจุทั้งหมด ลิ่มโลหะผสมที่ได้จะถูกบดเป็นชิ้นๆ และนำไปผ่านการบำบัดความร้อนสุญญากาศที่อุณหภูมิ 1800-2000 C ในเตาเผาที่มีเครื่องทำความร้อนกราไฟท์ที่ความดันตกค้าง ~0.13 Pa เพื่อเอาอะลูมิเนียมส่วนใหญ่ออก (มีปริมาณไม่เกิน 0.2%) ). จากนั้นทำการถลุงแร่ให้บริสุทธิ์ในเตาลำแสงอิเล็กตรอนเพื่อให้ได้แท่งไนโอเบียมที่มีความบริสุทธิ์สูงและมีเนื้อหาไม่บริสุทธิ์ %: 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.

โดยหลักการแล้ว การผลิตแทนทาลัมด้วยอะลูมิเนียมความร้อนนั้นเป็นไปได้ แต่กระบวนการค่อนข้างซับซ้อนกว่า ผลกระทบทางความร้อนจำเพาะของปฏิกิริยารีดักชันคือ 895 กิโลจูล/กิโลกรัมของประจุ เนื่องจากแทนทาลัมมีจุดหลอมเหลวสูงและโลหะผสมกับอลูมิเนียม เหล็กออกไซด์จึงถูกนำเข้าสู่ประจุเพื่อหลอมลิ่ม (ในอัตราการรับโลหะผสมที่มีเหล็ก 7-7.5% และอลูมิเนียม 1.5%) เช่นเดียวกับการให้ความร้อน สารเติมแต่ง - โพแทสเซียมคลอเรต (เกลือเบอร์โทไลต์) . ถ้วยใส่ตัวอย่างที่มีประจุจะถูกวางไว้ในเตาเผา ที่อุณหภูมิ 925 C ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองจะเกิดขึ้น การสกัดแทนทาลัมเข้าไปในโลหะผสมประมาณ 90%

หลังจากการอบชุบด้วยความร้อนด้วยสุญญากาศและการหลอมลำอิเล็กตรอน แท่งแทนทาลัมจะมีความบริสุทธิ์สูง เทียบได้กับความบริสุทธิ์ที่ให้ไว้ข้างต้นสำหรับไนโอเบียม

การเตรียมแทนทาลัมและไนโอเบียมโดยรีดักชันจากคลอไรด์ด้วยไฮโดรเจน

วิธีการต่างๆ ได้รับการพัฒนาสำหรับการลดแทนทาลัมและไนโอเบียมจากคลอไรด์: การลดลงด้วยแมกนีเซียม โซเดียม และไฮโดรเจน สิ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือตัวเลือกบางประการสำหรับการลดปริมาณไฮโดรเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งวิธีการที่กล่าวถึงด้านล่างสำหรับการลดไอระเหยของคลอไรด์บนพื้นผิวที่ให้ความร้อนเพื่อสร้างแท่งโลหะขนาดกะทัดรัด

ในรูป รูปที่ 30 แสดงแผนภาพการติดตั้งเพื่อผลิตแทนทาลัมโดยการลดไอ TaC15 ด้วยไฮโดรเจนบนแถบแทนทาลัมที่ให้ความร้อนถึง 1200-1400 °C ไอของ TaCI5 ผสมกับไฮโดรเจนจะไหลจากเครื่องระเหยเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ โดยมีแถบแทนทาลัมอยู่ตรงกลาง ซึ่งได้รับความร้อนจากกระแสไฟฟ้าโดยตรงจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด เพื่อกระจายส่วนผสมของไอน้ำ-ก๊าซอย่างสม่ำเสมอตามความยาวของสายพาน และให้แน่ใจว่าการไหลตั้งฉากกับพื้นผิว จึงมีการติดตั้งตะแกรงสแตนเลสพร้อมรูรอบๆ สายพาน ปฏิกิริยาเกิดขึ้นบนพื้นผิวที่ร้อน:

TaC15 + 2.5 H2 = Ta + 5 HCl; AG°m·k = -512 กิโลจูล (2.31)

ข้าว. 30. แผนผังการติดตั้งเพื่อลดแทนทาลัมเพนตะคลอไรด์ด้วยไฮโดรเจน: 1 - หน้าแปลนเครื่องปฏิกรณ์; 2 - แหล่งจ่ายไฟหุ้มฉนวน; 3 - หน้าสัมผัสแบบหนีบ; 4 - ตัวเก็บประจุสำหรับคลอไรด์ที่ไม่ทำปฏิกิริยา 5 - เทปแทนทาลัม; 6 - ขอบมีรู - 7 - ตัวเครื่องปฏิกรณ์; 8 - เครื่องทำความร้อนเครื่องปฏิกรณ์; 9 - โรตามิเตอร์แบบอุ่น; 10 - วาล์วเข็ม; 11 - เตาไฟฟ้าระเหย; 12 - เครื่องระเหยแทนทาลัมเพนตะคลอไรด์; 13 - rotameter สำหรับไฮโดรเจน

สภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการสะสมแทนทาลัม: อุณหภูมิของเทป 1200-1300 °C, ความเข้มข้นของ TaCI5 ในส่วนผสมก๊าซ ~ 0.2 โมล/โมลของส่วนผสม อัตราการสะสมภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้คือ 2.5-3.6 g/(cm2 h) (หรือ 1.5-2.1 mm/h) ดังนั้นใน 24 ชั่วโมงจะได้แท่งแทนทาลัมบริสุทธิ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย 24-25 มม. ซึ่งสามารถ รีดเป็นแผ่น ใช้สำหรับการหลอมใหม่ในเตาหลอมลำแสงอิเล็กตรอน หรือทำให้เป็นผงที่มีความบริสุทธิ์สูง (โดยการเติมไฮโดรเจน การบด และดีไฮโดรจีเนติงผง) ระดับการแปลงคลอไรด์ (การสกัดโดยตรงสู่การเคลือบ) คือ 20-30% คลอไรด์ที่ไม่ทำปฏิกิริยาจะถูกควบแน่นและนำไปใช้อีกครั้ง ปริมาณการใช้ไฟฟ้าคือ 7-15 kWh ต่อแทนทาลัม 1 กิโลกรัม ขึ้นอยู่กับโหมดที่นำมาใช้

ไฮโดรเจนหลังจากแยกไอระเหยของ HCI ด้วยการดูดซับด้วยน้ำแล้ว จะสามารถกลับเข้าสู่กระบวนการได้

วิธีการที่อธิบายไว้ยังสามารถผลิตแท่งไนโอเบียมได้ สภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการสะสมไนโอเบียม: อุณหภูมิเทป 1,000-1300 C, ความเข้มข้นของเพนตะคลอไรด์ 0.1-0.2 โมล/โมลของส่วนผสมก๊าซ อัตราการสะสมของโลหะคือ 0.7-1.5 กรัม/(cm2-h) ระดับการเปลี่ยนคลอไรด์เป็นโลหะคือ 15-30% ปริมาณการใช้ไฟฟ้าคือ 17-22 kWh/กก. ของโลหะ กระบวนการสำหรับไนโอเบียมมีความซับซ้อนเนื่องจากส่วนหนึ่งของ NbCl5 ลดลงในปริมาตรเครื่องปฏิกรณ์ที่ระยะห่างจากเทปที่ให้ความร้อนไปเป็น NbCl3 ที่ไม่ระเหยที่สะสมอยู่บนผนังเครื่องปฏิกรณ์

วิธีอิเล็กโทรไลต์เพื่อผลิตแทนทาลัม

แทนทาลัมและไนโอเบียมไม่สามารถแยกได้โดยอิเล็กโทรไลซิสจากสารละลายที่เป็นน้ำ กระบวนการที่พัฒนาทั้งหมดขึ้นอยู่กับอิเล็กโทรไลซิสของตัวกลางหลอมเหลว

ในทางปฏิบัติทางอุตสาหกรรม จะใช้วิธีนี้เพื่อให้ได้แทนทาลัม ดังนั้นเป็นเวลาหลายปีที่ บริษัท Fensteel (USA) ใช้วิธีการอิเล็กโทรไลต์แทนทาลัมซึ่งปัจจุบันได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสส่วนหนึ่งของแทนทาลัมที่ผลิตในญี่ปุ่น การวิจัยอย่างกว้างขวางและการทดสอบทางอุตสาหกรรมของวิธีการดังกล่าวได้ดำเนินการในสหภาพโซเวียต

วิธีการผลิตแทนทาลัมด้วยไฟฟ้านั้นคล้ายคลึงกับวิธีการผลิตอะลูมิเนียม

อิเล็กโทรไลต์นั้นใช้เกลือหลอมเหลว K2TaF7 - KF - - KS1 ซึ่งมีการละลายแทนทาลัมออกไซด์ Ta205 การใช้อิเล็กโทรไลต์ที่มีเกลือเพียงชนิดเดียว K2TaF7 นั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย เนื่องจากมีผลขั้วบวกอย่างต่อเนื่องเมื่อใช้กราไฟท์แอโนด กระแสไฟฟ้าสามารถทำได้ในอ่างที่มี K2TaF7, KC1 และ NaCl ข้อเสียของอิเล็กโทรไลต์นี้คือการสะสมของเกลือฟลูออไรด์ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิส ซึ่งทำให้ความหนาแน่นกระแสวิกฤติลดลง และต้องมีการปรับองค์ประกอบของอ่าง ข้อเสียเปรียบนี้จะหมดไปโดยการใส่ Ta205 เข้าไปในอิเล็กโทรไลต์ ผลลัพธ์ของการแยกสลายด้วยไฟฟ้าในกรณีนี้คือการสลายตัวด้วยไฟฟ้าของแทนทาลัมออกไซด์ด้วยการปล่อยแทนทาลัมที่แคโทด และที่ออกซิเจนของขั้วบวกที่ทำปฏิกิริยากับกราไฟต์ของขั้วบวกทำให้เกิด CO2 และ CO นอกจากนี้ การนำ Ta205 มาใช้ในการละลายเกลือจะช่วยปรับปรุงการทำให้ขั้วบวกของกราไฟท์เปียกด้วยการละลาย และเพิ่มความหนาแน่นกระแสวิกฤต

การเลือกองค์ประกอบอิเล็กโทรไลต์ขึ้นอยู่กับข้อมูลจากการศึกษาระบบไตรภาค K2TaF7-KCl-KF (รูปที่ 31) ระบบนี้ประกอบด้วยเกลือคู่ K2TaF7 KF (หรือ KjTaFg) และ K2TaF7 KS1 (หรือ K3TaF7Cl) สองเกลือยูเทคติกแบบไตรภาค Ei และ E2 สองตัวละลายที่ 580 และ 710 C ตามลำดับและจุดเพอริเทคติก P ที่ 678 ° C เมื่อ Ta205 ถูกนำเข้าไปในของเหลวละลาย มันจะทำปฏิกิริยากับฟลูออโรแทนทาเลตเพื่อสร้างออกโซฟลูออโรแทนทาเลต:

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

ปฏิกิริยากับ K3TaF7Cl ดำเนินไปในทำนองเดียวกัน การก่อตัวของสารเชิงซ้อนแทนทาลัมออกโซฟลูออไรด์จะกำหนดความสามารถในการละลายของ Ta2O5 ในอิเล็กโทรไลต์ การจำกัดความสามารถในการละลายขึ้นอยู่กับปริมาณ K3TaF8 ในการหลอมเหลว และสอดคล้องกับปริมาณสัมพันธ์ของปฏิกิริยา (2.32)

จากข้อมูลเกี่ยวกับอิทธิพลขององค์ประกอบอิเล็กโทรไลต์ต่อประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลซิส (ความหนาแน่นกระแสวิกฤติ ประสิทธิภาพปัจจุบัน การสกัด คุณภาพของผงแทนทาลัม) นักวิจัยโซเวียตเสนอองค์ประกอบอิเล็กโทรไลต์ที่เหมาะสมที่สุดต่อไปนี้: 12.5% (โดยน้ำหนัก) K2TaF7 ส่วนที่เหลือ KS1 และ KF สัมพันธ์กับ 2 :1 (โดยน้ำหนัก) ความเข้มข้นของ Ta2Os ที่แนะนำคือ 2.5-3.5% (โดยน้ำหนัก) ในอิเล็กโทรไลต์นี้ที่อุณหภูมิ 700-800 °C โดยใช้กราไฟท์แอโนด แรงดันไฟฟ้าในการสลายตัวของสารเชิงซ้อนออกโซฟลูออไรด์คือ 1.4 V ในขณะที่สำหรับ KF และ KS1 แรงดันไฟฟ้าในการสลายตัวจะอยู่ที่ ~3.4 V และ ~4.6 V ตามลำดับ

KS ฉัน K2TaF,-KCl KJaFf

ข้าว. 31. แผนภาพฟิวซิบิลิตีของระบบ K2TaF7-KF-KCl

ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิสที่แคโทด จะเกิดการคายประจุของแคตไอออน Ta5+ แบบเป็นขั้นตอน:

Ta5+ + 2e > Ta3+ + เป็น * Ta0

กระบวนการที่ขั้วบวกสามารถแสดงได้ด้วยปฏิกิริยา: TaOF63" - Ze = TaFs + F" + 0; 20 + ค = C02; คาร์บอนไดออกไซด์ + C = 2CO; ทาฟเจ + 3F~ = ทาฟ|~ ไอออนของ TaF|~ ซึ่งทำปฏิกิริยากับ Ta2O ที่ละลายไป จะเกิดเป็นไอออนของ TaOF|~ อีกครั้ง ที่อุณหภูมิอิเล็กโทรไลซิส 700-750 °C องค์ประกอบของก๊าซคือ -95% CO2, 5-7% CO; 0.2-

ในบรรดาการออกแบบอิเล็กโทรไลเซอร์ที่ทดสอบในสหภาพโซเวียตนั้นผลลัพธ์ที่ดีที่สุดนั้นได้รับจากที่แคโทดเป็นเบ้าหลอมที่ทำจากนิกเกิล (หรือโลหะผสมของนิกเกิลและโครเมียม) ที่อยู่ตรงกลาง

รูปที่ 32 แผนภาพของอิเล็กโทรไลเซอร์สำหรับการผลิตแทนทาลัม:

1 - ถังพร้อมตัวป้อน Ta205; 2 - เครื่องสั่นแม่เหล็กไฟฟ้าของเครื่องป้อน; 3 - วงเล็บพร้อมตัวยึดสำหรับขั้วบวก; 4 - ขั้วบวกกราไฟท์กลวงที่มีรูในผนัง 5 - เบ้าหลอมนิโครม - แคโทด; 6 - ปก; 7 - กระจกฉนวนความร้อน 8 - พวงมาลัยสำหรับยกแอคชูเอเตอร์; 9 - ปลั๊กพร้อมก้านสำหรับจ่ายไฟ

ซึ่งมีกราไฟท์แอโนดกลวงและมีรูที่ผนัง (รูปที่ 32) แทนทาลัมออกไซด์จะถูกป้อนเป็นระยะโดยเครื่องป้อนแบบสั่นอัตโนมัติเข้าไปในขั้วบวกกลวง ด้วยวิธีป้อนนี้ การปนเปื้อนทางกลของคราบแคโทดด้วยแทนทาลัมเพนทอกไซด์ที่ยังไม่ละลายจะถูกกำจัดออกไป ก๊าซจะถูกกำจัดออกโดยการดูดแบบออนบอร์ด ที่อุณหภูมิอิเล็กโทรไลซิส 700-720 C การจ่ายอ่าง Ta205 อย่างต่อเนื่อง (เช่น ด้วยจำนวนเอฟเฟกต์แอโนดขั้นต่ำ) ความหนาแน่นกระแสแคโทด 30-50 A/dm2 และอัตราส่วน DjDк = 2*4 การสกัดแทนทาลัมโดยตรง อยู่ที่ 87-93% อัตราผลตอบแทนปัจจุบัน 80%

อิเล็กโทรไลซิสจะดำเนินการจนกระทั่ง 2/3 ของปริมาตรที่เป็นประโยชน์ของเบ้าหลอมเต็มไปด้วยตะกอนแคโทด ในตอนท้ายของอิเล็กโทรไลซิส แอโนดจะถูกยกขึ้น และอิเล็กโทรไลต์พร้อมกับคราบแคโทดจะถูกทำให้เย็นลง มีวิธีการประมวลผลผลิตภัณฑ์แคโทดสองวิธีเพื่อแยกอิเล็กโทรไลต์ออกจากอนุภาคของผงแทนทาลัม: การบดด้วยการแยกอากาศและการทำความสะอาดความร้อนด้วยสุญญากาศ

วิธีการสุญญากาศ-ความร้อนซึ่งพัฒนาขึ้นในสหภาพโซเวียตประกอบด้วยการแยกเกลือจำนวนมากออกจากแทนทาลัมโดยการหลอม (การหลอม) ในบรรยากาศอาร์กอน ตามด้วยการกำจัดสิ่งตกค้างโดยการระเหยในสุญญากาศที่อุณหภูมิ 900 C อิเล็กโทรไลต์ที่หลอมละลายและควบแน่น จะถูกส่งกลับไปสู่อิเล็กโทรไลซิส

โดยบดด้วยการแยกอากาศ 30-70 ไมครอน และเมื่อใช้ความร้อนสุญญากาศ - 100-120 ไมครอน

การผลิตไนโอเบียมจากอิเล็กโทรไลต์ออกซีฟลูออไรด์ - คลอไรด์เช่นแทนทาลัมไม่ได้ให้ผลลัพธ์ที่เป็นบวกเนื่องจากความจริงที่ว่าในระหว่างการคายประจุที่แคโทดจะเกิดออกไซด์ที่ต่ำกว่าซึ่งก่อให้เกิดมลพิษต่อโลหะ กระแสไฟขาออกต่ำ

อิเล็กโทรไลต์ที่ปราศจากออกซิเจนมีแนวโน้มที่จะเกิดไนโอเบียม (เช่นเดียวกับแทนทาลัม) ไนโอเบียมและแทนทาลัมเพนตะคลอไรด์ละลายในคลอไรด์โลหะอัลคาไลหลอมเหลวเพื่อสร้างเกลือเชิงซ้อน A/eNbCl6 และ MeTaCl6 ในระหว่างการสลายตัวด้วยไฟฟ้าของสารเชิงซ้อนเหล่านี้ ไนโอเบียมและแทนทาลัมที่เป็นผลึกหยาบจะถูกปล่อยออกมาที่แคโทด และคลอรีนจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวกกราไฟท์

รายละเอียดและคุณสมบัติของไนโอเบียม

ไนโอเบียม– องค์ประกอบที่อยู่ในหมู่คาบที่ 5 เลขอะตอม – 41 สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของไนโอเบียม— เอ็นบี 4d45sl สูตรกราฟิกของไนโอเบียม- Nb - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 4 5s 1. ค้นพบในปี 1801 - เดิมเรียกว่า "โคลัมเบีย" ตามชื่อของแม่น้ำที่ถูกค้นพบ ภายหลังเปลี่ยนชื่อ.

ไนโอเบียม-โลหะเหล็กสีขาวมีความเหนียว - รีดเป็นแผ่นได้ง่าย โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของไนโอเบียมกอปรด้วยคุณลักษณะบางประการ มีการบ่งชี้ถึงอุณหภูมิสูงระหว่างการหลอมเหลวและจุดเดือดของโลหะ ด้วยเหตุนี้การไหลออกทางอิเล็กทรอนิกส์ของอิเล็กตรอนจึงถูกบันทึกเป็นคุณลักษณะ ตัวนำยิ่งยวดจะปรากฏที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น สำหรับการเกิดออกซิเดชัน โลหะต้องมีอุณหภูมิขั้นต่ำประมาณ 300°C หรือสูงกว่า สิ่งนี้ทำให้เกิดความเฉพาะเจาะจง ไนโอเบียมออกไซด์ Nb2O5.

คุณสมบัติของไนโอเบียมซึ่งมีปฏิกิริยาโต้ตอบกับก๊าซบางชนิดอย่างแข็งขัน เหล่านี้คือไฮโดรเจนออกซิเจนและไนโตรเจนภายใต้อิทธิพลของพวกมันสามารถเปลี่ยนลักษณะบางอย่างได้ ยิ่งอุณหภูมิสูงเท่าใด ไฮโดรเจนก็จะถูกดูดซับมากขึ้นเท่านั้น ส่งผลให้ไนโอเบียมเปราะบางมากขึ้น เมื่อถึงจุดควบคุมที่ 600°C การวิวัฒนาการแบบย้อนกลับจะเริ่มเกิดขึ้น และโลหะจะฟื้นคืนคุณสมบัติที่สูญเสียไป หลังจากนั้น การก่อตัวของ NbN ไนไตรด์จะเริ่มขึ้น ซึ่งการหลอมต้องใช้อุณหภูมิ 2300 องศาเซลเซียส

คาร์บอนและก๊าซที่บรรจุอยู่จะเริ่มทำปฏิกิริยากับไนโอเบียมที่อุณหภูมิที่ต้องการสูงกว่า 1200° C ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของคาร์ไบด์ NbC - จุดหลอมเหลว - 3500° C จากผลของปฏิกิริยาระหว่างซิลิคอนและโบรอนกับโลหะไนโอเบียม ทำให้โบไรด์ NbB2 คือ เกิดขึ้น - จุดหลอมเหลว - 2900º C

ธาตุไนโอเบียมทนทานต่อกรดที่รู้จักเกือบทั้งหมด ยกเว้นกรดไฮโดรฟลูออริก และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผสมกับกรดไนตริก โลหะนั้นไวต่อด่าง โดยเฉพาะโลหะที่ร้อน เมื่อละลายจะเกิดกระบวนการออกซิเดชั่นและเกิดกรดไนโอบิก

การขุดและกำเนิดไนโอเบียม

ปริมาณโลหะต่อตันของหินที่ยืมมาค่อนข้างต่ำ - เพียง 18 กรัมต่อตัน เนื้อหาจะเพิ่มขึ้นในหินที่มีความเป็นกรดมากขึ้น มักพบในเงินฝากครั้งเดียว ไนโอเบียมและแทนทาลัมเนื่องจากมีคุณสมบัติทางเคมีที่คล้ายคลึงกันซึ่งทำให้สามารถพบได้ในแร่ชนิดเดียวกันและมีส่วนร่วมในกระบวนการทั่วไป บ่อยครั้งในแร่ธาตุบางชนิดที่มีไททาเนียม ปรากฏการณ์ทดแทนเกิดขึ้น - "ไนโอเบียม-ไทเทเนียม"

รู้จักแร่ธาตุต่าง ๆ ประมาณหนึ่งร้อยชนิดที่มีไนโอเบียม แต่มีเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่ใช้ในอุตสาหกรรม ได้แก่ ไพโรคลอร์ โลพาไรต์ โทโรไลต์ ฯลฯ ในหินอัลตรามาฟิคและอัลคาไลน์ ไนโอเบียมเกิดขึ้นในเพอร์รอฟสไกต์และยูไดไลต์

เงินฝากไนโอเบียมมีจำหน่ายในบราซิล ออสเตรเลีย แคนาดา คองโก ไนจีเรีย และรวันดา

การผลิตไนโอเบียมกระบวนการที่ค่อนข้างซับซ้อนโดยมีสามขั้นตอนหลัก ขั้นแรก ให้เปิดสมาธิ จากนั้นไนโอเบียมจะถูกแยกออกเป็นสารประกอบบริสุทธิ์ ขั้นตอนสุดท้ายคือกระบวนการนำกลับคืนและการกลั่นโลหะ วิธีการที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ วิธีคาร์บอเทอร์มิก อะลูมิโนเทอร์มิก และโซเดียมเทอร์มิก

ตัวอย่างเช่นโดยการผสมไนโอเบียมออกไซด์และเขม่าที่อุณหภูมิสูงในสภาพแวดล้อมไฮโดรเจนจะได้คาร์ไบด์จากนั้นโดยการผสมคาร์ไบด์และไนโอเบียมออกไซด์ที่อุณหภูมิเดียวกัน แต่ในสุญญากาศที่สมบูรณ์จะได้โลหะซึ่งต่าง ๆ โลหะผสมไนโอเบียม- เป็นไปได้ที่จะได้รับโลหะผสมไนโอเบียมโดยใช้วิธีโลหะวิทยาแบบผง โดยใช้วิธีการหลอมอาร์กลำแสงอิเล็กตรอนและสุญญากาศ

การใช้ไนโอเบียม

เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะตัว ไนโอเบียมจึงถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมหลายประเภท โลหะผสมไนโอเบียมมีคุณสมบัติการหักเหของแสง, ทนความร้อน, ความเป็นตัวนำยิ่งยวด, คุณสมบัติทะเยอทะยานและป้องกันการกัดกร่อน นอกจากนี้ยังง่ายต่อการแปรรูปและเชื่อม มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีอวกาศและการบิน วิศวกรรมวิทยุและไฟฟ้า อุตสาหกรรมเคมี และพลังงานนิวเคลียร์ ในหลอดเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีการใช้องค์ประกอบความร้อนจำนวนมาก โลหะผสมกับแทนทาลัมยังใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ด้วย

วงจรเรียงกระแสไฟฟ้าและตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าก็มีโลหะนี้อยู่จำนวนหนึ่งเช่นกัน การใช้งานในอุปกรณ์เหล่านี้เกิดจากการส่งผ่านลักษณะเฉพาะและคุณสมบัติออกซิไดซ์ ตัวเก็บประจุที่มีโลหะชนิดนี้ซึ่งมีขนาดค่อนข้างเล็กจะมีความต้านทานสูง องค์ประกอบตัวเก็บประจุทั้งหมดทำจากฟอยล์พิเศษ มันถูกกดจากผงไนโอเบียม

ความต้านทานต่อกรดต่างๆ ค่าการนำความร้อนสูง และความยืดหยุ่นของโครงสร้างเป็นตัวกำหนดความนิยมในด้านเคมีและโลหะวิทยาในการสร้างอุปกรณ์และโครงสร้างต่างๆ การรวมกันของคุณสมบัติเชิงบวกของโลหะที่สำคัญนี้เป็นที่ต้องการแม้ในพลังงานนิวเคลียร์

เนื่องจากผลกระทบที่อ่อนแอของไนโอเบียมกับยูเรเนียมอุตสาหกรรม ที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ (900° C) โลหะจึงเหมาะสำหรับการสร้างชั้นป้องกันในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ด้วยเปลือกดังกล่าวทำให้สามารถใช้สารหล่อเย็นโซเดียมได้ซึ่งแทบจะไม่มีปฏิกิริยาใดๆ เลย ไนโอเบียมช่วยยืดอายุการใช้งานของธาตุยูเรเนียมได้อย่างมากโดยการสร้างออกไซด์ป้องกันบนพื้นผิวจากผลกระทบที่เป็นอันตรายของไอน้ำ

คุณสมบัติทนความร้อนของบางชนิดสามารถปรับปรุงได้โดยการผสมกับไนโอเบียม โลหะผสมไนโอเบียมก็พิสูจน์ตัวเองได้ค่อนข้างดีเช่นกัน ตัวอย่างเช่น นี่คือโลหะผสม ไนโอเบียม - เซอร์โคเนียมโดดเด่นด้วยคุณสมบัติอันโดดเด่น ชิ้นส่วนต่างๆ สำหรับยานอวกาศและเครื่องบิน รวมถึงผิวหนัง ทำจากโลหะผสมดังกล่าว อุณหภูมิในการทำงานของโลหะผสมดังกล่าวสามารถสูงถึง 1200 องศาเซลเซียส

โลหะผสมบางชนิดสำหรับการแปรรูปเหล็กมีไนโอเบียมคาร์ไบด์ ซึ่งช่วยเพิ่มคุณสมบัติของโลหะผสม การเติมไนโอเบียมค่อนข้างน้อยลงในเหล็กกล้าไร้สนิมจะช่วยเพิ่มคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อนและปรับปรุงคุณภาพของรอยเชื่อมที่เกิดขึ้น เหล็กกล้าเครื่องมือหลายชนิดยังมีไนโอเบียมด้วย ในการเร่งปฏิกิริยา สารประกอบต่างๆ ของมันมีส่วนร่วมในกระบวนการสังเคราะห์สารอินทรีย์เทียม

ราคาไนโอเบียม

รูปแบบหลักสำหรับการขายในตลาดโลกคือ แท่งไนโอเบียมแต่การจัดเก็บรูปแบบอื่นค่อนข้างเป็นไปได้ มีความต้องการในโลกมาโดยตลอด ไนโอเบียมราคาซึ่งจนถึงต้นปี 2543 ยังคงอยู่ในระดับคงที่ ความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างมั่นใจเกี่ยวข้องกับการพัฒนาเศรษฐกิจของหลายประเทศ และปริมาณการผลิตที่เพิ่มขึ้นในด้านเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรม อุตสาหกรรมโลหะและเคมี ส่งผลให้ราคาพุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็วภายในปี 2550 จาก 12 ดอลลาร์เป็น 32 ดอลลาร์ต่อโลหะหนึ่งกิโลกรัม

ในปีต่อ ๆ มาเนื่องจากวิกฤตภาคเศรษฐกิจโลกจนถึงปี 2555 มีการลดลงเล็กน้อย อัตรามูลค่าการซื้อขายลดลงตามไปด้วย แต่ภายในปี 2555 ราคาก็พุ่งสูงขึ้นอีกครั้งและถึงตอนนั้น ซื้อไนโอเบียมเป็นไปได้เพียง 60 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัม และการเติบโตยังไม่หยุดลง คำถามเกี่ยวกับสิ่งทดแทนที่เทียบเท่า แต่เข้าถึงได้ง่ายกว่าได้ถูกหยิบยกขึ้นมามานานแล้ว และมีอยู่จริง แต่คุณสมบัติของพวกมันด้อยกว่าไนโอเบียมอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้นจึงยังอยู่ในราคา

มหาวิทยาลัยเหมืองแร่แห่งรัฐอูราล

ในหัวข้อ: คุณสมบัติของไนโอเบียม

กลุ่ม: M-13-3

นักเรียน: Mokhnashin Nikita

1. ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับองค์ประกอบ

คุณสมบัติทางกายภาพของไนโอเบียม

คุณสมบัติทางเคมีของไนโอเบียม

ไนโอเบียมฟรี

ไนโอเบียมออกไซด์และเกลือของมัน

สารประกอบไนโอเบียม

ประเทศชั้นนำในการผลิตไนโอเบียม

1. ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับองค์ประกอบ

มนุษยชาติคุ้นเคยกับองค์ประกอบที่อยู่ในเซลล์ที่ 41 ในตารางธาตุมาเป็นเวลานาน ชื่อปัจจุบันคือไนโอเบียม ซึ่งมีอายุน้อยกว่าเกือบครึ่งศตวรรษ มันเกิดขึ้นที่องค์ประกอบ #41 ถูกเปิดสองครั้ง ครั้งแรก - ในปี 1801 Charles Hatchet นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้ตรวจสอบตัวอย่างแร่จริงที่ส่งไปยัง British Museum จากอเมริกา จากแร่ธาตุนี้ เขาแยกออกไซด์ของธาตุที่ไม่รู้จักมาก่อนได้ แฮทเช็ตตั้งชื่อธาตุใหม่ว่า columbium ดังนั้นจึงเป็นการสังเกตต้นกำเนิดจากต่างประเทศ และแร่สีดำนั้นเรียกว่าโคลัมไบท์ หนึ่งปีต่อมา Ekeberg นักเคมีชาวสวีเดนได้แยกออกไซด์ของธาตุใหม่อีกชนิดหนึ่งออกจากโคลัมไบต์ที่เรียกว่าแทนทาลัม ความคล้ายคลึงกันระหว่างสารประกอบโคลัมเบียและแทนทาลัมมีมากจนเป็นเวลา 40 ปีที่นักเคมีส่วนใหญ่เชื่อว่าแทนทาลัมและโคลัมเบียมเป็นองค์ประกอบเดียวกัน

ในปี ค.ศ. 1844 นักเคมีชาวเยอรมัน ไฮน์ริช โรส ได้ตรวจตัวอย่างโคลัมไบต์ที่พบในบาวาเรีย เขาค้นพบออกไซด์ของโลหะสองชนิดอีกครั้ง หนึ่งในนั้นคือออกไซด์ของแทนทาลัมที่รู้จักอยู่แล้ว ออกไซด์มีความคล้ายคลึงกัน และเพื่อเน้นย้ำถึงความคล้ายคลึงกัน โรสจึงตั้งชื่อธาตุที่ก่อให้เกิดออกไซด์ไนโอเบียมตัวที่สอง ตามหลัง Niobe ลูกสาวของผู้พลีชีพในตำนาน Tantalus อย่างไรก็ตาม โรสก็เหมือนกับขวานเล็ก ไม่สามารถรับธาตุนี้ในสถานะอิสระได้ ไนโอเบียมโลหะได้รับครั้งแรกในปี พ.ศ. 2409 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน Blomstrand ในระหว่างการลดไนโอเบียมคลอไรด์ด้วยไฮโดรเจน ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 พบอีกสองวิธีในการรับองค์ประกอบนี้ ขั้นแรก Moissan ได้รับมันในเตาไฟฟ้า โดยลดไนโอเบียมออกไซด์ด้วยคาร์บอน จากนั้น Goldschmidt ก็สามารถลดองค์ประกอบเดียวกันด้วยอลูมิเนียมได้ และธาตุหมายเลข 41 ยังคงถูกเรียกแตกต่างกันในประเทศต่าง ๆ: ในอังกฤษและสหรัฐอเมริกา - โคลัมเบีย, ในประเทศอื่น ๆ - ไนโอเบียม สหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) ยุติข้อโต้แย้งนี้ในปี 1950 มีการตัดสินใจที่จะทำให้ชื่อของธาตุ “ไนโอเบียม” ถูกต้องตามกฎหมายในทุกที่ และตั้งชื่อ “โคลัมไบต์” ให้กับแร่หลักของไนโอเบียม สูตรของมันคือ (Fe, Mn) (Nb, Ta)2 เกี่ยวกับ 6.

ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ไนโอเบียมถือเป็นองค์ประกอบที่หายาก: แท้จริงแล้วพบไม่บ่อยนักและในปริมาณน้อย มักจะอยู่ในรูปของแร่ธาตุและไม่เคยอยู่ในสถานะดั้งเดิมเลย รายละเอียดที่น่าสนใจ: ในเอกสารอ้างอิงต่างๆ ไนโอเบียมคลาร์ก (เนื้อหาในเปลือกโลก) นั้นแตกต่างกัน นี่คือคำอธิบายส่วนใหญ่จากข้อเท็จจริงที่ว่าในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการค้นพบแหล่งแร่ที่มีไนโอเบียมใหม่ในประเทศในแอฟริกา The Chemist's Handbook เล่ม 1 (M., Chemistry, 1963) ให้ตัวเลขต่อไปนี้: 3.2 10-5% (1939), 1 10-3% (1949) และ 2, 4·10-3% (1954) แต่ตัวเลขล่าสุดก็ถูกประเมินต่ำเกินไป: เงินฝากของแอฟริกาที่ค้นพบในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาไม่ได้รวมอยู่ที่นี่ อย่างไรก็ตาม เป็นที่คาดกันว่าโลหะไนโอเบียมประมาณ 1.5 ล้านตันสามารถถลุงได้จากแร่ธาตุที่สะสมอยู่แล้ว

คุณสมบัติทางกายภาพของไนโอเบียม

ไนโอเบียมเป็นโลหะสีเทาเงินมันวาว

ธาตุไนโอเบียมเป็นโลหะที่ทนไฟได้สูง (2468°C) และมีจุดเดือดสูง (4927°C) ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้มาก กรดทั้งหมด ยกเว้นกรดไฮโดรฟลูออริก จะไม่มีผลกระทบใดๆ กรดออกซิไดซ์จะทำให้ไนโอเบียม "พาสซีฟ" คลุมด้วยฟิล์มออกไซด์ป้องกัน (หมายเลข 205) แต่ที่อุณหภูมิสูง กิจกรรมทางเคมีของไนโอเบียมจะเพิ่มขึ้น หากที่อุณหภูมิ 150...200°C มีเพียงชั้นผิวโลหะเล็กๆ เท่านั้นที่ถูกออกซิไดซ์ ที่อุณหภูมิ 900...1200°C ความหนาของฟิล์มออกไซด์จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

โครงผลึกของไนโอเบียมเป็นลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางที่ตัวถัง โดยมีพารามิเตอร์ a = 3.294 Å

โลหะบริสุทธิ์มีความเหนียวและสามารถรีดเป็นแผ่นบาง (ความหนาสูงสุด 0.01 มม.) ในสภาวะเย็นโดยไม่ต้องอบอ่อนกลาง

คุณสมบัติของไนโอเบียมสามารถทราบได้ว่าเป็นจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง ฟังก์ชั่นการทำงานของอิเล็กตรอนต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะทนไฟอื่น ๆ - ทังสเตนและโมลิบดีนัม คุณสมบัติสุดท้ายแสดงถึงความสามารถในการปล่อยอิเล็กตรอน (การปล่อยอิเล็กตรอน) ซึ่งใช้สำหรับการใช้ไนโอเบียมในเทคโนโลยีสูญญากาศไฟฟ้า ไนโอเบียมยังมีอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงสูงไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวด

ความหนาแน่น 8.57 กรัม/ซม 3(20 °ซ); ที กรุณา 2500 องศาเซลเซียส; ที ก้อน 4927 องศาเซลเซียส; ความดันไอ (เป็น mm Hg; 1 mm Hg = 133.3 n/m) 2) 1·10 -5(2194 °C), 1 10 -4(2355 °C), 6 10 -4(ที่ที กรุณา ), 1·10-3 (2539 องศาเซลเซียส)

ที่อุณหภูมิปกติ ไนโอเบียมจะคงตัวในอากาศ การเกิดออกซิเดชัน (ฟิล์มเปลี่ยนสี) จะสังเกตได้เมื่อโลหะได้รับความร้อนถึง 200 - 300°C การเกิดออกซิเดชันอย่างรวดเร็วที่สูงกว่า 500° เกิดขึ้นพร้อมกับการก่อตัวของ Nb2 ออกไซด์ โอ 5.

ค่าการนำความร้อนในหน่วย W/(m·K) ที่ 0°C และ 600°C คือ 51.4 และ 56.2 ตามลำดับ และค่าเดียวกันในหน่วย cal/(cm·sec·°C) คือ 0.125 และ 0.156 ความต้านทานไฟฟ้าเชิงปริมาตรจำเพาะที่ 0°C 15.22 10 -8โอห์ม ม. (15.22 10 -6โอห์ม ซม.) อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดคือ 9.25 K ไนโอเบียมเป็นแบบพาราแมกเนติก ฟังก์ชั่นการทำงานของอิเล็กตรอน 4.01 eV.

ไนโอเบียมบริสุทธิ์ได้รับการประมวลผลอย่างง่ายดายด้วยแรงดันในความเย็น และยังคงรักษาคุณสมบัติเชิงกลที่น่าพอใจที่อุณหภูมิสูง ความต้านทานแรงดึงที่ 20 และ 800 °C อยู่ที่ 342 และ 312 Mn/m ตามลำดับ 2เท่ากันในหน่วย kgf/mm 234.2 และ 31.2; การยืดตัวสัมพัทธ์ที่ 20 และ 800 °C คือ 19.2 และ 20.7% ตามลำดับ ความแข็งบริเนลของไนโอเบียมบริสุทธิ์คือ 450, เทคนิค 750-1800 Mn/m 2- สิ่งเจือปนของธาตุบางชนิด โดยเฉพาะไฮโดรเจน ไนโตรเจน คาร์บอน และออกซิเจน จะทำให้ความเหนียวลดลงอย่างมาก และเพิ่มความแข็งของไนโอเบียม

3. คุณสมบัติทางเคมีของไนโอเบียม

ไนโอเบียมมีคุณค่าเป็นพิเศษสำหรับการต้านทานต่อสารอนินทรีย์และสารอินทรีย์

พฤติกรรมทางเคมีของโลหะที่เป็นผงและโลหะก้อนมีความแตกต่างกัน หลังมีเสถียรภาพมากขึ้น โลหะไม่มีผลกระทบใด ๆ แม้ว่าจะถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิสูงก็ตาม โลหะอัลคาไลเหลวและโลหะผสม บิสมัท ตะกั่ว ปรอท และดีบุกสามารถสัมผัสกับไนโอเบียมเป็นเวลานานโดยไม่เปลี่ยนคุณสมบัติของมัน แม้แต่ตัวออกซิไดซ์ที่แรงเช่นกรดเปอร์คลอริก น้ำกัดทอง ไม่ต้องพูดถึงไนตริก ซัลฟิวริก ไฮโดรคลอริก และอื่นๆ ทั้งหมด ก็ไม่สามารถทำอะไรกับมันได้ สารละลายอัลคาไลก็ไม่มีผลต่อไนโอเบียมเช่นกัน

อย่างไรก็ตาม มีรีเอเจนต์สามชนิดที่สามารถเปลี่ยนโลหะไนโอเบียมให้เป็นสารประกอบเคมีได้ หนึ่งในนั้นคือการละลายของไฮดรอกไซด์ของโลหะอัลคาไล:

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

อีกสองชนิดคือกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) หรือผสมกับกรดไนตริก (HF+HNO) ในกรณีนี้จะเกิดสารประกอบเชิงซ้อนของฟลูออไรด์ซึ่งองค์ประกอบส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยา ไม่ว่าในกรณีใด องค์ประกอบนั้นจะเป็นส่วนหนึ่งของไอออนประเภท 2- หรือ 2-

หากคุณใช้ไนโอเบียมแบบผงก็จะมีความกระฉับกระเฉงมากกว่า ตัวอย่างเช่นในโซเดียมไนเตรตหลอมเหลวมันยังติดไฟและกลายเป็นออกไซด์ คอมแพ็คไนโอเบียมเริ่มออกซิไดซ์เมื่อถูกความร้อนสูงกว่า 200°C และผงถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์ที่อุณหภูมิ 150°C ในขณะเดียวกันคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมอย่างหนึ่งของโลหะนี้ก็ปรากฏให้เห็น - มันยังคงความเหนียวไว้

ในรูปของขี้เลื่อย เมื่อถูกความร้อนสูงกว่า 900°C จะเผาไหม้จนหมดเหลือ Nb2O5 เผาไหม้อย่างแรงในกระแสคลอรีน:

เอ็นบี + 5Cl2 = 2NbCl5

เมื่อถูกความร้อนจะทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ เป็นการยากที่จะผสมกับโลหะส่วนใหญ่ บางทีอาจมีข้อยกเว้นเพียงสองประการ: เหล็กซึ่งมีสารละลายของแข็งในอัตราส่วนที่แตกต่างกันเกิดขึ้นและอลูมิเนียมซึ่งมีสารประกอบ Al2Nb กับไนโอเบียม

ไนโอเบียมมีคุณสมบัติอะไรบ้างที่ช่วยต้านทานการกระทำของกรดออกซิไดซ์ที่แรงที่สุด? ปรากฎว่าสิ่งนี้ไม่ได้หมายถึงคุณสมบัติของโลหะ แต่หมายถึงลักษณะของออกไซด์ของมัน เมื่อสัมผัสกับสารออกซิไดซ์ ชั้นออกไซด์บาง (จึงมองไม่เห็น) แต่มีความหนาแน่นมากจะปรากฏขึ้นบนพื้นผิวโลหะ ชั้นนี้จะกลายเป็นสิ่งกีดขวางที่ผ่านไม่ได้ในการที่สารออกซิไดซ์ไปยังพื้นผิวโลหะที่สะอาด มีเพียงสารเคมีบางชนิดเท่านั้นที่สามารถทะลุผ่านได้ โดยเฉพาะฟลูออรีนไอออน ด้วยเหตุนี้ โลหะจึงถูกออกซิไดซ์เป็นหลัก แต่ในทางปฏิบัติแล้ว ผลลัพธ์ของการเกิดออกซิเดชันจะมองไม่เห็นเนื่องจากมีฟิล์มป้องกันบางๆ ความเฉื่อยต่อกรดซัลฟิวริกเจือจางถูกนำมาใช้เพื่อสร้างวงจรเรียงกระแสไฟ AC ได้รับการออกแบบอย่างเรียบง่าย: แผ่นแพลทินัมและไนโอเบียมจุ่มอยู่ในสารละลายกรดซัลฟิวริก 0.05 ม. ไนโอเบียมในสถานะพาสซีฟสามารถนำกระแสไฟฟ้าได้หากเป็นอิเล็กโทรดลบ - แคโทดเช่น อิเล็กตรอนสามารถผ่านชั้นออกไซด์จากด้านโลหะเท่านั้น เส้นทางของอิเล็กตรอนออกจากสารละลายปิดอยู่ ดังนั้นเมื่อกระแสสลับถูกส่งผ่านอุปกรณ์ดังกล่าว จะมีเพียงเฟสเดียวเท่านั้นที่ผ่านไป โดยแพลตตินัมเป็นขั้วบวกและไนโอเบียมเป็นแคโทด

ฮาโลเจนโลหะไนโอเบียม

4. ไนโอเบียมในสถานะอิสระ

มันสวยงามมากจนครั้งหนึ่งพวกเขาพยายามทำเครื่องประดับจากมัน: ด้วยสีเทาอ่อนไนโอเบียมจึงมีลักษณะคล้ายทองคำขาว แม้จะมีจุดหลอมเหลวสูง (2,500°C) และจุดเดือด (4,840°C) ผลิตภัณฑ์ใดๆ ก็สามารถผลิตได้อย่างง่ายดาย โลหะมีความเหนียวมากจนสามารถแปรรูปในที่เย็นได้ เป็นสิ่งสำคัญมากที่ไนโอเบียมจะรักษาคุณสมบัติเชิงกลของมันไว้ที่อุณหภูมิสูง จริงอยู่ เช่นเดียวกับในกรณีของวานาเดียม แม้แต่ไฮโดรเจน ไนโตรเจน คาร์บอน และออกซิเจนที่เจือปนเพียงเล็กน้อยก็ช่วยลดความเหนียวและเพิ่มความแข็งได้อย่างมาก ไนโอเบียมจะเปราะที่อุณหภูมิตั้งแต่ - 100 ถึง - 200 °C

การได้รับไนโอเบียมในรูปแบบที่บริสุทธิ์และกะทัดรัดเป็นไปได้ด้วยการใช้เทคโนโลยีในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา กระบวนการทางเทคโนโลยีทั้งหมดมีความซับซ้อนและใช้แรงงานเข้มข้น โดยพื้นฐานแล้วจะแบ่งออกเป็น 4 ขั้นตอน:

1.การได้รับสมาธิ: ferroniobium หรือ ferrotantaloniobium;

.การเปิดสมาธิ - เปลี่ยนไนโอเบียม (และแทนทาลัม) ให้เป็นสารประกอบที่ไม่ละลายน้ำบางชนิดเพื่อแยกออกจากสมาธิจำนวนมาก

.การแยกไนโอเบียมและแทนทาลัมและรับสารประกอบแต่ละชนิด

.การผลิตและการกลั่นโลหะ

สองขั้นตอนแรกนั้นค่อนข้างง่ายและเป็นเรื่องปกติ แม้ว่าจะต้องใช้แรงงานมากก็ตาม ระดับการแยกไนโอเบียมและแทนทาลัมจะพิจารณาจากขั้นตอนที่สาม ความปรารถนาที่จะได้ไนโอเบียมและแทนทาลัมมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ทำให้เราต้องหาวิธีการแยกใหม่ล่าสุด ได้แก่ การสกัดแบบเลือกสรร การแลกเปลี่ยนไอออน และการแก้ไขสารประกอบของธาตุเหล่านี้ด้วยฮาโลเจน เป็นผลให้ได้รับออกไซด์หรือเพนตะคลอไรด์ของแทนทาลัมและไนโอเบียมแยกกัน ในขั้นตอนสุดท้าย จะใช้ถ่านหิน (เขม่า) ในกระแสไฮโดรเจนที่อุณหภูมิ 1800°C จากนั้นจึงเพิ่มอุณหภูมิเป็น 1900°C และความดันจะลดลง คาร์ไบด์ที่เกิดจากปฏิกิริยากับถ่านหินทำปฏิกิริยากับ Nb2O5:

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

และผงไนโอเบียมก็ปรากฏขึ้น จากการแยกไนโอเบียมออกจากแทนทาลัม หากไม่ได้ออกไซด์ แต่เป็นเกลือ ก็จะได้รับไนโอเบียมที่เป็นโลหะที่อุณหภูมิ 1,000°C และได้ไนโอเบียมที่เป็นผงด้วย ดังนั้นในระหว่างการเปลี่ยนผงให้เป็นก้อนเดียวขนาดกะทัดรัด การหลอมใหม่จะดำเนินการในเตาอาร์ค และเพื่อให้ได้ผลึกเดี่ยวของไนโอเบียมบริสุทธิ์โดยเฉพาะ ลำแสงอิเล็กตรอนและการหลอมโซนจึงถูกนำมาใช้

ไนโอเบียมออกไซด์และเกลือของมัน

จำนวนสารประกอบที่มีออกซิเจนในไนโอเบียมมีขนาดเล็กซึ่งน้อยกว่าวาเนเดียมอย่างมาก สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในสารประกอบที่สอดคล้องกับสถานะออกซิเดชัน +4, +3 และ +2 ไนโอเบียมจะไม่เสถียรอย่างยิ่ง หากอะตอมของธาตุนี้เริ่มที่จะสูญเสียอิเล็กตรอน ก็มีแนวโน้มที่จะยอมสละอิเล็กตรอนทั้ง 5 ตัวเพื่อให้เห็นโครงสร้างอิเล็กตรอนที่เสถียร

หากเราเปรียบเทียบไอออนที่มีสถานะออกซิเดชันเดียวกันของเพื่อนบ้านสองคนในกลุ่ม - วานาเดียมและไนโอเบียม เราจะพบว่ามีคุณสมบัติเพิ่มขึ้นในทิศทางของโลหะ ลักษณะที่เป็นกรดของ Nb2O5 ออกไซด์จะอ่อนกว่าวาเนเดียม (V) ออกไซด์อย่างเห็นได้ชัด เมื่อละลายแล้วจะไม่เกิดเป็นกรด เฉพาะเมื่อผสมกับอัลคาลิสหรือคาร์บอเนตเท่านั้นที่คุณสมบัติที่เป็นกรดจะปรากฏขึ้น:

O5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3NbO4 + 3С02

เกลือนี้ - โซเดียมออร์โธนิโอเบต - คล้ายกับเกลือชนิดเดียวกันของกรดออร์โธฟอสฟอริกและออร์โธวานาดิก อย่างไรก็ตาม ในฟอสฟอรัสและสารหนู รูปแบบของออร์โธจะเสถียรที่สุด และความพยายามที่จะได้รับออร์โธไนโอเบตในรูปแบบบริสุทธิ์ก็ล้มเหลว เมื่อโลหะผสมถูกบำบัดด้วยน้ำ จะไม่ใช่เกลือ Na3NbO4 ที่ปล่อยออกมา แต่เป็น NaNbO3 มีเทนโอเบต เป็นผงผลึกละเอียดไม่มีสีละลายได้ไม่ดีในน้ำเย็น ดังนั้นในไนโอเบียมในระดับสูงสุดของการเกิดออกซิเดชัน มันจึงไม่ใช่ออร์โธ- แต่เป็นรูปแบบเมตาดาต้าของสารประกอบที่มีความเสถียรมากกว่า

ในบรรดาสารประกอบอื่น ๆ ของไนโอเบียม (V) ออกไซด์ที่มีออกไซด์พื้นฐานไดนิโอเบต K4Nb2O7 ชวนให้นึกถึงไพโรแอซิดและโพลีไนโอเบต (เป็นเงาของกรดโพลีฟอสฟอริกและโพลีวานาเดียม) ด้วยสูตรโดยประมาณ K7Nb5O16.nH2O และ K8Nb6O19.mH2O เกลือดังกล่าวซึ่งสอดคล้องกับไนโอเบียมออกไซด์ที่สูงกว่านั้นมีองค์ประกอบนี้เป็นส่วนหนึ่งของไอออนลบ รูปร่างของเกลือเหล่านี้ช่วยให้เราพิจารณาอนุพันธ์ของไนโอเบียมได้ กรด กรดเหล่านี้ไม่สามารถหาได้ในรูปแบบบริสุทธิ์ เนื่องจากอาจถือได้ว่าเป็นออกไซด์ที่จับกับโมเลกุลของน้ำ ตัวอย่างเช่น รูปแบบเมตาคือ Nb2O5 H2O และรูปแบบออร์โกคือ Nb2O5 3H2O นอกจากสารประกอบประเภทนี้แล้ว ไนโอเบียมยังมีสารประกอบอื่นที่เป็นส่วนหนึ่งของไอออนบวกอยู่แล้ว ไนโอเบียมไม่ก่อให้เกิดเกลือธรรมดา เช่น ซัลเฟต ไนเตรต ฯลฯ เมื่อทำปฏิกิริยากับโซเดียมไฮโดรเจนซัลเฟต NaHSO4 หรือไนโตรเจนออกไซด์ N2O4 สารที่มีไอออนบวกเชิงซ้อนจะปรากฏขึ้น: Nb2O2(SO4)3 แคตไอออนในเกลือเหล่านี้มีลักษณะคล้ายกับแคตไอออนของวานาเดียม โดยมีความแตกต่างเพียงอย่างเดียวว่าไอออนมีประจุ 5 ประจุ และวานาเดียมมีสถานะออกซิเดชันที่ 4 ในไอออนวานาดิล ไอออนบวก NbO3+ เดียวกันนี้รวมอยู่ในองค์ประกอบของเกลือเชิงซ้อนบางชนิด Nb2O5 ออกไซด์ละลายค่อนข้างง่ายในกรดไฮโดรฟลูออริกในน้ำ จากสารละลายดังกล่าว สามารถแยกเกลือเชิงซ้อน K2 ได้ น้ำ

จากปฏิกิริยาที่พิจารณา เราสามารถสรุปได้ว่าไนโอเบียมที่มีสถานะออกซิเดชันสูงสุดสามารถเป็นส่วนหนึ่งของทั้งไอออนลบและไอออนบวกได้ ซึ่งหมายความว่าไนโอเบียมเพนทาวาเลนต์เป็นแอมโฟเทอริก แต่ยังคงมีคุณสมบัติเป็นกรดเหนือกว่าอย่างมีนัยสำคัญ

มีหลายวิธีในการรับ Nb2O5 ประการแรก ปฏิกิริยาระหว่างไนโอเบียมกับออกซิเจนเมื่อถูกความร้อน ประการที่สอง การเผาเกลือไนโอเบียมในอากาศ: ซัลไฟด์ ไนไตรด์ หรือคาร์ไบด์ ประการที่สาม วิธีการที่พบบ่อยที่สุดคือการทำให้ร่างกายขาดน้ำ ไฮเดรตออกไซด์ Nb2O5 ถูกตกตะกอนจากสารละลายเกลือในน้ำที่มีกรดเข้มข้น xH2O. จากนั้นเมื่อสารละลายเจือจาง จะเกิดการตกตะกอนของออกไซด์สีขาว การคายน้ำของตะกอน Nb2O5 xH2O จะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อน มวลทั้งหมดกำลังร้อนขึ้น สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอสัณฐานออกไซด์ให้อยู่ในรูปผลึก ไนโอเบียมออกไซด์มีสองสี ภายใต้สภาวะปกติจะเป็นสีขาว แต่เมื่อถูกความร้อนจะเปลี่ยนเป็นสีเหลือง อย่างไรก็ตาม ทันทีที่ออกไซด์เย็นลง สีก็จะหายไป ออกไซด์นั้นทนไฟ (tmelt = 1460°C) และไม่ระเหย

สถานะออกซิเดชันที่ต่ำกว่าของไนโอเบียมสอดคล้องกับ NbO2 และ NbO อันแรกของทั้งสองนี้เป็นผงสีดำที่มีโทนสีน้ำเงิน NbO2 ได้มาจาก Nb2O5 โดยการกำจัดออกซิเจนด้วยแมกนีเซียมหรือไฮโดรเจนที่อุณหภูมิประมาณหนึ่งพันองศา:

O5 + H2 = 2NbO2 + H2O

ในอากาศ สารประกอบนี้จะเปลี่ยนกลับเป็นออกไซด์ Nb2O5 ที่สูงกว่าได้อย่างง่ายดาย ลักษณะของมันค่อนข้างเป็นความลับเนื่องจากออกไซด์ไม่ละลายในน้ำหรือกรด อย่างไรก็ตาม มีลักษณะเป็นกรดโดยพิจารณาจากปฏิกิริยากับด่างที่เป็นน้ำร้อน อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ เกิดออกซิเดชันกับไอออนที่มีประจุห้าตัว

ดูเหมือนว่าความแตกต่างของอิเล็กตรอนตัวหนึ่งจะไม่มากนัก แต่ต่างจาก Nb2O5 ตรงที่ NbO2 ออกไซด์นำกระแสไฟฟ้า แน่นอนว่าในสารประกอบนี้มีพันธะโลหะกับโลหะ หากคุณใช้ประโยชน์จากคุณภาพนี้ เมื่อได้รับความร้อนด้วยกระแสสลับที่แรง คุณสามารถบังคับให้ NbO2 ปล่อยออกซิเจนได้

เมื่อสูญเสียออกซิเจน NbO2 จะกลายเป็น NbO ออกไซด์ จากนั้นออกซิเจนทั้งหมดจะถูกแยกออกอย่างรวดเร็ว ไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับ NbO ของไนโอเบียมออกไซด์ตอนล่าง มีความแวววาวของโลหะและมีลักษณะคล้ายกับโลหะ นำไฟฟ้าได้อย่างสมบูรณ์แบบ มันทำงานราวกับว่าไม่มีออกซิเจนในองค์ประกอบเลย เช่นเดียวกับโลหะทั่วไป มันจะทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับคลอรีนเมื่อถูกความร้อนและกลายเป็นออกซีคลอไรด์:

2NbO + 3Cl2=2NbOCl3

มันแทนที่ไฮโดรเจนจากกรดไฮโดรคลอริก (ราวกับว่ามันไม่ใช่ออกไซด์เลย แต่เป็นโลหะเช่นสังกะสี):

เอ็นบีโอ + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2

NbO สามารถรับได้ในรูปแบบบริสุทธิ์โดยการเผาเกลือเชิงซ้อน K2 ที่กล่าวถึงแล้วด้วยโซเดียมโลหะ:

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

NbO ออกไซด์มีจุดหลอมเหลวสูงที่สุดในบรรดาไนโอเบียมออกไซด์ทั้งหมด คือ 1935°C ในการฟอกไนโอเบียมจากออกซิเจน อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นเป็น 2300 - 2350°C จากนั้นพร้อมกันกับการระเหย NbO จะสลายตัวเป็นออกซิเจนและโลหะ การกลั่น (การทำความสะอาด) ของโลหะเกิดขึ้น

สารประกอบไนโอเบียม

เรื่องราวเกี่ยวกับธาตุนี้จะไม่สมบูรณ์หากไม่ได้กล่าวถึงสารประกอบที่มีฮาโลเจน คาร์ไบด์ และไนไตรด์ นี่เป็นสิ่งสำคัญด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรก ต้องขอบคุณฟลูออไรด์คอมเพล็กซ์ที่ทำให้สามารถแยกไนโอเบียมออกจากแทนทาลัมที่อยู่คู่กันชั่วนิรันดร์ได้ ประการที่สอง สารประกอบเหล่านี้แสดงให้เราทราบถึงคุณสมบัติของไนโอเบียมในฐานะโลหะ

ปฏิกิริยาของฮาโลเจนกับโลหะไนโอเบียม:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5 สามารถรับได้ ไนโอเบียมเพนทาฮาไลด์ที่เป็นไปได้ทั้งหมด

NbF5 เพนตะฟลูออไรด์ (ละลาย = 76 °C) ไม่มีสีในสถานะของเหลวและในไอ เช่นเดียวกับวานาเดียมเพนทาฟลูออไรด์ ในสถานะของเหลวจะเป็นโพลีเมอร์ อะตอมของไนโอเบียมเชื่อมต่อถึงกันผ่านอะตอมของฟลูออรีน ในรูปของแข็งมีโครงสร้างประกอบด้วยโมเลกุล 4 โมเลกุล (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. โครงสร้างของ NbF5 และ TaF5 ในรูปของแข็งประกอบด้วยโมเลกุลสี่โมเลกุล

สารละลายในกรดไฮโดรฟลูออริก H2F2 มีไอออนเชิงซ้อนต่างๆ:

H2F2 = H2 ;+ H2O = H2

เกลือโพแทสเซียม K2 H2O มีความสำคัญต่อการแยกไนโอเบียมออกจากแทนทาลัม เพราะไม่เหมือนกับเกลือแทนทาลัมตรงที่ละลายได้สูง

ไนโอเบียมเพนทาฮาไลด์ที่เหลือมีสีสดใส: NbCl5 สีเหลือง, NbBr5 สีม่วงแดง, NbI2 สีน้ำตาล ทั้งหมดนี้ประเสริฐโดยไม่สลายตัวในบรรยากาศของฮาโลเจนที่สอดคล้องกัน พวกมันเป็นโมโนเมอร์เป็นคู่ จุดหลอมเหลวและจุดเดือดจะเพิ่มขึ้นเมื่อเปลี่ยนจากคลอรีนไปเป็นโบรมีนและไอโอดีน วิธีการเตรียมเพนทาฮาไลด์บางส่วน ได้แก่:

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

2NbCl5+5F22NbF5+5Cl2

เพนทาฮาไลด์ละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์: อีเทอร์ คลอโรฟอร์ม แอลกอฮอล์ อย่างไรก็ตามพวกมันจะถูกย่อยสลายอย่างสมบูรณ์ด้วยน้ำ - ไฮโดรไลซ์ จากการไฮโดรไลซิสจะได้กรดสองชนิด ได้แก่ กรดไฮโดรฮาลิกและกรดไนโอบิก ตัวอย่างเช่น,

4H2O = 5HCl + H3NbO4

เมื่อการไฮโดรไลซิสไม่เป็นที่พึงปรารถนา ก็จะเกิดกรดแก่ขึ้น และความสมดุลของกระบวนการที่อธิบายไว้ข้างต้นจะเปลี่ยนไปทาง NbCl5 ในกรณีนี้ เพนทาฮาไลด์จะละลายโดยไม่ต้องผ่านการไฮโดรไลซิส

ไนโอเบียมคาร์ไบด์ได้รับความขอบคุณเป็นพิเศษจากนักโลหะวิทยา ในเหล็กทุกชนิดก็มีคาร์บอน ไนโอเบียมซึ่งจับตัวเป็นคาร์ไบด์ช่วยเพิ่มคุณภาพของโลหะผสมเหล็ก โดยปกติแล้วการเชื่อมสแตนเลสจะมีความแข็งแรงน้อย การแนะนำไนโอเบียมในปริมาณ 200 กรัมต่อตันช่วยแก้ไขข้อบกพร่องนี้ เมื่อถูกความร้อน ไนโอเบียมจะเกิดสารประกอบที่มีคาร์บอน-คาร์ไบด์ ก่อนโลหะเหล็กอื่นๆ ทั้งหมด สารประกอบนี้ค่อนข้างเป็นพลาสติกและในขณะเดียวกันก็สามารถทนอุณหภูมิได้สูงถึง 3,500°C ชั้นคาร์ไบด์ที่มีความหนาเพียงครึ่งมิลลิเมตรก็เพียงพอที่จะปกป้องโลหะและกราไฟท์ที่มีคุณค่าเป็นพิเศษจากการกัดกร่อน สามารถรับคาร์ไบด์ได้โดยการให้ความร้อนโลหะหรือไนโอเบียม (V) ออกไซด์ด้วยคาร์บอนหรือก๊าซที่มีคาร์บอน (CH4, CO)

ไนโอเบียมไนไตรด์เป็นสารประกอบที่ไม่ได้รับผลกระทบจากกรดใดๆ และแม้แต่ "วอดก้ารีเจีย" เมื่อต้ม; ทนต่อน้ำ สิ่งเดียวที่สามารถบังคับให้โต้ตอบได้คือด่างเดือด ในกรณีนี้มันจะสลายตัวและปล่อยแอมโมเนียออกมา

NbN ไนไตรด์มีสีเทาอ่อนและมีโทนสีเหลือง เป็นวัสดุทนไฟ (อุณหภูมิ mp. mp. 2300 ° C) มีคุณสมบัติโดดเด่น - ที่อุณหภูมิใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ (15.6 K หรือ -267.4 ° C) จะมีสภาพนำยิ่งยวด

ในบรรดาสารประกอบที่มีไนโอเบียมในสถานะออกซิเดชันต่ำกว่า เฮไลด์เป็นที่รู้จักกันดีที่สุด เฮไลด์ล่างทั้งหมดเป็นของแข็งผลึกสีเข้ม (จากสีแดงเข้มไปจนถึงสีดำ) ความเสถียรลดลงเมื่อสถานะออกซิเดชันของโลหะลดลง

การใช้ไนโอเบียมในอุตสาหกรรมต่างๆ

การใช้ไนโอเบียมในการผสมโลหะ

เหล็กโลหะผสมไนโอเบียมมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดี โครเมียมยังช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็ก และมีราคาถูกกว่าไนโอเบียมมาก ผู้อ่านคนนี้ถูกและผิดในเวลาเดียวกัน ฉันผิดเพราะฉันลืมไปเรื่องหนึ่ง

เหล็กโครเมียม-นิกเกิลก็เหมือนกับเหล็กอื่นๆ ที่มีคาร์บอนอยู่เสมอ แต่คาร์บอนรวมกับโครเมียมจะเกิดเป็นคาร์ไบด์ ซึ่งทำให้เหล็กเปราะมากขึ้น ไนโอเบียมมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับคาร์บอนมากกว่าโครเมียม ดังนั้นเมื่อเติมไนโอเบียมลงในเหล็ก ไนโอเบียมคาร์ไบด์จึงจำเป็นต้องเกิดขึ้น เหล็กที่ผสมกับไนโอเบียมจะมีคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อนสูงและไม่สูญเสียความเหนียว ผลลัพธ์ที่ต้องการจะเกิดขึ้นได้เมื่อเติมโลหะไนโอเบียมเพียง 200 กรัมลงในเหล็กหนึ่งตัน และไนโอเบียมให้ความต้านทานการสึกหรอสูงกับเหล็กโครเมียมแมงกานีส

โลหะที่ไม่ใช่เหล็กหลายชนิดยังผสมกับไนโอเบียมอีกด้วย ดังนั้นอลูมิเนียมซึ่งละลายในด่างได้ง่ายจะไม่ทำปฏิกิริยากับพวกมันหากเติมไนโอเบียมเพียง 0.05% เท่านั้น และทองแดงซึ่งขึ้นชื่อเรื่องความนุ่ม และโลหะผสมหลายชนิดดูเหมือนจะแข็งตัวด้วยไนโอเบียม เพิ่มความแข็งแรงของโลหะ เช่น ไทเทเนียม โมลิบดีนัม เซอร์โคเนียม และในขณะเดียวกันก็เพิ่มความต้านทานความร้อนและความต้านทานความร้อนด้วย

ขณะนี้คุณสมบัติและความสามารถของไนโอเบียมได้รับการชื่นชมจากการบิน วิศวกรรมเครื่องกล วิศวกรรมวิทยุ อุตสาหกรรมเคมี และพลังงานนิวเคลียร์ พวกเขาทั้งหมดกลายเป็นผู้บริโภคไนโอเบียม

คุณสมบัติอันเป็นเอกลักษณ์ - การไม่มีอันตรกิริยาที่เห็นได้ชัดเจนของไนโอเบียมกับยูเรเนียมที่อุณหภูมิสูงถึง 1,100°C และนอกจากนี้ ยังมีการนำความร้อนที่ดี ภาพตัดขวางการดูดกลืนแสงที่มีประสิทธิภาพของนิวตรอนความร้อนเพียงเล็กน้อย ทำให้ไนโอเบียมกลายเป็นคู่แข่งสำคัญกับโลหะที่ได้รับการยอมรับในนิวเคลียร์ อุตสาหกรรม - อลูมิเนียม เบริลเลียม และเซอร์โคเนียม นอกจากนี้กัมมันตภาพรังสีเทียม (เหนี่ยวนำ) ของไนโอเบียมยังต่ำ ดังนั้นจึงสามารถนำมาใช้ทำภาชนะสำหรับเก็บกากกัมมันตภาพรังสีหรือสถานที่ติดตั้งเพื่อการใช้งานได้

อุตสาหกรรมเคมีใช้ไนโอเบียมค่อนข้างน้อย แต่สามารถอธิบายได้ด้วยความขาดแคลนเท่านั้น อุปกรณ์สำหรับการผลิตกรดที่มีความบริสุทธิ์สูงบางครั้งทำจากโลหะผสมที่มีไนโอเบียมและจากแผ่นไนโอเบียมโดยทั่วไปน้อยกว่า ความสามารถของไนโอเบียมในการมีอิทธิพลต่ออัตราของปฏิกิริยาเคมีบางอย่างถูกนำมาใช้ เช่น ในการสังเคราะห์แอลกอฮอล์จากบิวทาไดอีน

จรวดและเทคโนโลยีอวกาศก็กลายเป็นผู้บริโภคธาตุหมายเลข 41 เช่นกัน ไม่เป็นความลับเลยที่ธาตุจำนวนหนึ่งกำลังหมุนรอบตัวเองในวงโคจรใกล้โลกอยู่แล้ว จรวดและอุปกรณ์ออนบอร์ดบางส่วนของดาวเทียมโลกเทียมทำจากโลหะผสมที่มีไนโอเบียมและไนโอเบียมบริสุทธิ์

การใช้ไนโอเบียมในอุตสาหกรรมอื่นๆ

“ข้อต่อร้อน” (เช่น ชิ้นส่วนที่ให้ความร้อน) ทำจากแผ่นและแท่งไนโอเบียม - แอโนด, กริด, แคโทดที่ให้ความร้อนทางอ้อม และส่วนอื่น ๆ ของหลอดอิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะหลอดเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำลังสูง

นอกจากโลหะบริสุทธิ์แล้ว โลหะผสมแทนทาโลเนียม-เบียมยังใช้เพื่อจุดประสงค์เดียวกันอีกด้วย

ไนโอเบียมถูกใช้เพื่อสร้างตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าและวงจรเรียงกระแส ที่นี่ความสามารถของไนโอเบียมในการสร้างฟิล์มออกไซด์ที่เสถียรในระหว่างการออกซิเดชันของขั้วบวกถูกนำมาใช้ ฟิล์มออกไซด์มีความเสถียรในอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นกรดและส่งผ่านกระแสในทิศทางจากอิเล็กโทรไลต์ไปยังโลหะเท่านั้น ตัวเก็บประจุไนโอเบียมที่มีอิเล็กโทรไลต์แข็งมีลักษณะเฉพาะคือความจุสูงแต่มีขนาดเล็กและมีความต้านทานฉนวนสูง

องค์ประกอบตัวเก็บประจุไนโอเบียมทำจากฟอยล์บาง ๆ หรือแผ่นที่มีรูพรุนกดจากผงโลหะ

ความต้านทานการกัดกร่อนของไนโอเบียมในกรดและตัวกลางอื่น ๆ รวมกับค่าการนำความร้อนและความเหนียวสูง ทำให้ไนโอเบียมเป็นวัสดุโครงสร้างที่มีคุณค่าสำหรับอุปกรณ์ในอุตสาหกรรมเคมีและโลหะวิทยา ไนโอเบียมมีคุณสมบัติหลายอย่างที่ตรงตามข้อกำหนดของพลังงานนิวเคลียร์สำหรับวัสดุโครงสร้าง

ไนโอเบียมมีปฏิกิริยาน้อยกับยูเรเนียมที่อุณหภูมิสูงถึง 900°C และเหมาะสำหรับการผลิตเปลือกป้องกันสำหรับองค์ประกอบเชื้อเพลิงยูเรเนียมของเครื่องปฏิกรณ์พลังงาน ในกรณีนี้ คุณสามารถใช้สารหล่อเย็นโลหะเหลว: โซเดียมหรือโลหะผสมของโซเดียมและโพแทสเซียม ซึ่งไนโอเบียมไม่มีปฏิกิริยากับอุณหภูมิสูงถึง 600°C เพื่อเพิ่มความอยู่รอดของธาตุเชื้อเพลิงยูเรเนียม ยูเรเนียมจึงถูกเจือด้วยไนโอเบียม (~ 7% ไนโอเบียม) สารเติมแต่งไนโอเบียมทำให้ฟิล์มป้องกันออกไซด์บนยูเรเนียมคงตัว ซึ่งจะเพิ่มความต้านทานต่อไอน้ำ

ไนโอเบียมเป็นส่วนประกอบของโลหะผสมทนความร้อนหลายชนิดสำหรับกังหันก๊าซของเครื่องยนต์ไอพ่น การผสมโมลิบดีนัม ไทเทเนียม เซอร์โคเนียม อลูมิเนียม และทองแดงเข้ากับไนโอเบียมจะช่วยเพิ่มคุณสมบัติของโลหะเหล่านี้รวมถึงโลหะผสมได้อย่างมาก มีโลหะผสมทนความร้อนที่มีไนโอเบียมเป็นวัสดุโครงสร้างสำหรับชิ้นส่วนของเครื่องยนต์ไอพ่นและจรวด (การผลิตใบพัดกังหัน ขอบนำปีก ปลายจมูกของเครื่องบินและจรวด หนังจรวด) ไนโอเบียมและโลหะผสมที่มีพื้นฐานมาจากไนโอเบียมสามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิการทำงาน 1,000 - 1200°C

ไนโอเบียมคาร์ไบด์เป็นส่วนประกอบของคาร์ไบด์ทังสเตนคาร์ไบด์บางเกรดที่ใช้สำหรับการตัดเหล็ก

ไนโอเบียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นสารเติมแต่งอัลลอยด์ในเหล็ก การเติมไนโอเบียมในปริมาณที่สูงกว่าปริมาณคาร์บอนในเหล็กถึง 6 ถึง 10 เท่า ช่วยลดการกัดกร่อนตามขอบเกรนของเหล็กกล้าไร้สนิมและป้องกันรอยเชื่อมจากการถูกทำลาย

นอกจากนี้ ไนโอเบียมยังถูกเติมลงในเหล็กทนความร้อนหลายชนิด (เช่น สำหรับกังหันก๊าซ) เช่นเดียวกับเหล็กเครื่องมือและเหล็กแม่เหล็ก

ไนโอเบียมถูกนำเข้าสู่เหล็กกล้าในโลหะผสมกับเหล็ก (เฟอร์โรไนโอเบียม) ซึ่งมี Nb มากถึง 60% นอกจากนี้ เฟอร์โรแทนทาโลนิโอเบียมยังใช้กับอัตราส่วนที่แตกต่างกันระหว่างแทนทาลัมและไนโอเบียมในเฟอร์โรอัลลอยด์

ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ สารประกอบไนโอเบียมบางชนิด (เกลือเชิงซ้อนของฟลูออไรด์ ออกไซด์) จะถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

การใช้และการผลิตไนโอเบียมเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นผลมาจากการรวมกันของคุณสมบัติต่างๆ เช่น การหักเหของแสง ส่วนตัดขวางขนาดเล็กสำหรับการดักจับนิวตรอนความร้อน ความสามารถในการขึ้นรูปที่ทนความร้อน ตัวนำยิ่งยวดและโลหะผสมอื่น ๆ ความต้านทานการกัดกร่อน คุณสมบัติทะเยอทะยาน ฟังก์ชั่นการทำงานของอิเล็กตรอนต่ำ สามารถทำงานได้ดีภายใต้แรงดันเย็นและการเชื่อมได้ การประยุกต์ใช้ไนโอเบียมหลัก ได้แก่ จรวด เทคโนโลยีการบินและอวกาศ วิศวกรรมวิทยุ อิเล็กทรอนิกส์ วิศวกรรมเคมี พลังงานนิวเคลียร์

การใช้โลหะไนโอเบียม

ชิ้นส่วนเครื่องบินทำจากไนโอเบียมบริสุทธิ์หรือโลหะผสม การหุ้มสำหรับองค์ประกอบเชื้อเพลิงยูเรเนียมและพลูโตเนียม ภาชนะและท่อ สำหรับโลหะเหลว ชิ้นส่วนของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า อุปกรณ์เชื่อมต่อแบบ "ร้อน" สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (สำหรับการติดตั้งเรดาร์) และหลอดเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำลังสูง (แอโนด, แคโทด, กริด ฯลฯ ); อุปกรณ์ที่ทนต่อการกัดกร่อนในอุตสาหกรรมเคมี

โลหะที่ไม่ใช่เหล็กอื่นๆ รวมถึงยูเรเนียม ผสมกับไนโอเบียม

ไนโอเบียมถูกใช้ในไครโอตรอน - องค์ประกอบตัวนำยิ่งยวดของคอมพิวเตอร์ ไนโอเบียมยังเป็นที่รู้จักจากการใช้ในโครงสร้างเร่งของ Large Hadron Collider

สารประกอบระหว่างโลหะและโลหะผสมของไนโอเบียม

Nb3Sn สแตนไนด์และโลหะผสมของไนโอเบียมกับไทเทเนียมและเซอร์โคเนียมใช้สำหรับการผลิตโซลินอยด์ที่มีตัวนำยิ่งยวด

ไนโอเบียมและโลหะผสมที่มีแทนทาลัมในหลายกรณีจะเข้ามาแทนที่แทนทาลัม ซึ่งให้ผลทางเศรษฐกิจอย่างมาก (ไนโอเบียมมีราคาถูกกว่าและเบากว่าแทนทาลัมเกือบสองเท่า)

เฟอร์โรนีโอเบียมถูกนำมาใช้ในเหล็กกล้าสเตนเลสโครเมียม-นิกเกิล เพื่อป้องกันการกัดกร่อนและการถูกทำลายตามขอบเกรน และนำไปใช้กับเหล็กประเภทอื่นๆ เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติ

ไนโอเบียมใช้ในการทำเหรียญกษาปณ์สะสม ดังนั้นธนาคารแห่งลัตเวียจึงอ้างว่ามีการใช้ไนโอเบียมร่วมกับเงินในเหรียญสะสม 1 lat

การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาสารประกอบไนโอเบียม O5 ในอุตสาหกรรมเคมี

ในการผลิตวัสดุทนไฟ เซอร์เม็ท ชนิดพิเศษ แก้ว ไนไตรด์ คาร์ไบด์ ไนโอเบต

ไนโอเบียมคาร์ไบด์ (mp 3480 °C) ผสมกับเซอร์โคเนียมคาร์ไบด์และยูเรเนียม-235 คาร์ไบด์เป็นวัสดุโครงสร้างที่สำคัญที่สุดสำหรับแท่งเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟส

ไนโอเบียมไนไตรด์ NbN ใช้ในการผลิตฟิล์มตัวนำยิ่งยวดบางและบางพิเศษที่มีอุณหภูมิวิกฤติ 5 ถึง 10 K โดยมีการเปลี่ยนลำดับแคบ 0.1 K

ไนโอเบียมในทางการแพทย์

ความต้านทานการกัดกร่อนสูงของไนโอเบียมทำให้สามารถนำไปใช้ในทางการแพทย์ได้ เส้นด้ายไนโอเบียมไม่ก่อให้เกิดการระคายเคืองต่อเนื้อเยื่อที่มีชีวิตและยึดเกาะได้ดี การผ่าตัดเสริมสร้างประสบความสำเร็จในการใช้ด้ายดังกล่าวเพื่อเย็บเส้นเอ็นที่ฉีกขาด หลอดเลือด และแม้กระทั่งเส้นประสาทเข้าด้วยกัน

การประยุกต์ใช้ในเครื่องประดับ

ไนโอเบียมไม่เพียงแต่มีคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังดูสวยงามอีกด้วย ร้านขายอัญมณีพยายามใช้โลหะมันวาวสีขาวนี้มาทำตัวเรือนนาฬิกา โลหะผสมของไนโอเบียมกับทังสเตนหรือรีเนียมบางครั้งแทนที่โลหะมีตระกูล: ทองคำ แพลทินัม อิริเดียม อย่างหลังมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากโลหะผสมของไนโอเบียมกับรีเนียมไม่เพียงแต่ภายนอกจะคล้ายกับอิริเดียมของโลหะเท่านั้น แต่ยังทนทานต่อการสึกหรอได้เกือบพอๆ กัน วิธีนี้ทำให้บางประเทศสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้อิริเดียมราคาแพงในการผลิตหัวแร้งสำหรับหัวปากกาหมึกซึม

การขุดไนโอเบียมในรัสเซีย

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การผลิตไนโอเบียมทั่วโลกอยู่ที่ระดับ 24-29,000 ตัน ควรสังเกตว่าตลาดไนโอเบียมโลกถูกผูกขาดอย่างมีนัยสำคัญโดย บริษัท SVMM ของบราซิล ซึ่งคิดเป็นประมาณ 85% ของการผลิตไนโอเบียมของโลก

ผู้บริโภคหลักของผลิตภัณฑ์ที่มีไนโอเบียม (ซึ่งรวมถึงเฟอร์โรนีโอเบียมเป็นหลัก) คือประเทศญี่ปุ่น ประเทศนี้นำเข้าเฟอร์โรนีโอเบียมมากกว่า 4 พันตันจากบราซิลเป็นประจำทุกปี ดังนั้นราคานำเข้าของญี่ปุ่นสำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีไนโอเบียมจึงสามารถถือได้อย่างมั่นใจเนื่องจากใกล้เคียงกับค่าเฉลี่ยของโลก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีแนวโน้มที่ราคาของเฟอร์โรนีโอเบียมจะสูงขึ้น นี่เป็นเพราะการใช้ที่เพิ่มขึ้นในการผลิตเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำสำหรับท่อส่งน้ำมันและก๊าซเป็นหลัก โดยทั่วไปควรสังเกตว่าในช่วง 15 ปีที่ผ่านมา การบริโภคไนโอเบียมทั่วโลกเพิ่มขึ้นโดยเฉลี่ย 4-5% ต่อปี

เป็นเรื่องน่าเสียใจที่เราต้องยอมรับว่ารัสเซียอยู่นอกตลาดไนโอเบียม ในช่วงต้นทศวรรษที่ 90 ตามที่ผู้เชี่ยวชาญของ Giredmet ระบุว่าไนโอเบียมประมาณ 2,000 ตัน (ในรูปของไนโอเบียมออกไซด์) ถูกผลิตและบริโภคในอดีตสหภาพโซเวียต ปัจจุบันการบริโภคผลิตภัณฑ์ไนโอเบียมโดยอุตสาหกรรมรัสเซียไม่เกิน 100 - 200 ตัน ควรสังเกตว่าในอดีตสหภาพโซเวียตมีการสร้างกำลังการผลิตไนโอเบียมที่สำคัญซึ่งกระจัดกระจายไปทั่วสาธารณรัฐต่างๆ - รัสเซีย, เอสโตเนีย, คาซัคสถาน คุณลักษณะดั้งเดิมของการพัฒนาอุตสาหกรรมในสหภาพโซเวียตทำให้รัสเซียตกอยู่ในสถานการณ์ที่ยากลำบากมากเกี่ยวกับวัตถุดิบและโลหะหลายประเภท ตลาดไนโอเบียมเริ่มต้นด้วยการผลิตวัตถุดิบที่มีไนโอเบียม ประเภทหลักในรัสเซียคือและยังคงเป็นโลพาไรต์เข้มข้นที่ผลิตที่ Lovozersky GOK (ปัจจุบันคือ Sevredmet JSC ภูมิภาค Murmansk) ก่อนการล่มสลายของสหภาพโซเวียต องค์กรผลิตโลพาไรต์เข้มข้นประมาณ 23,000 ตัน (ปริมาณไนโอเบียมออกไซด์ประมาณ 8.5%) ต่อมาการผลิตเข้มข้นลดลงอย่างต่อเนื่องในช่วงปี พ.ศ. 2539-2541 บริษัทหยุดหลายครั้งเนื่องจากขาดยอดขาย ปัจจุบันคาดว่าการผลิตโลพาไรต์เข้มข้นในองค์กรจะอยู่ที่ระดับ 700 - 800 ตันต่อเดือน

ควรสังเกตว่าองค์กรนี้ค่อนข้างผูกพันกับผู้บริโภคเพียงรายเดียวเท่านั้นนั่นคือโรงงานแมกนีเซียม Solikamsk ความจริงก็คือโลพาไรต์เข้มข้นเป็นผลิตภัณฑ์ที่ค่อนข้างเฉพาะซึ่งได้รับในรัสเซียเท่านั้น เทคโนโลยีการประมวลผลค่อนข้างซับซ้อนเนื่องจากมีโลหะหายากที่ซับซ้อน (ไนโอเบียม แทนทาลัม ไทเทเนียม) นอกจากนี้สมาธิยังมีกัมมันตภาพรังสีซึ่งส่วนใหญ่เป็นสาเหตุว่าทำไมความพยายามที่จะเข้าสู่ตลาดโลกด้วยผลิตภัณฑ์นี้จึงจบลงอย่างไร้ประโยชน์ ควรสังเกตว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับเฟอร์โรนีโอเบียมจากโลพาไรต์เข้มข้น ในปี 2000 ที่โรงงาน Sevredmet บริษัท Rosredmet ได้เปิดตัวการติดตั้งทดลองสำหรับการแปรรูปโลพาไรต์เข้มข้นเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีไนโอเบียมเชิงพาณิชย์ (ไนโอเบียมออกไซด์) ท่ามกลางโลหะอื่นๆ

ตลาดหลักสำหรับผลิตภัณฑ์ไนโอเบียมของ SMZ คือประเทศที่ไม่ใช่ CIS โดยจะมีการจัดส่งไปยังสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และประเทศในยุโรป ส่วนแบ่งการส่งออกในการผลิตรวมมีมากกว่า 90% กำลังการผลิตไนโอเบียมที่สำคัญในสหภาพโซเวียตกระจุกตัวอยู่ในเอสโตเนีย - ที่สมาคมการผลิตเคมีและโลหะวิทยา Sillamae (Sillamae) ปัจจุบันบริษัทเอสโตเนียมีชื่อว่า Silmet ในสมัยโซเวียต องค์กรแปรรูปโลพาไรต์เข้มข้นจากโรงงานเหมืองแร่และแปรรูป Lovoozersk ตั้งแต่ปี 1992 การขนส่งก็หยุดลง ปัจจุบัน Silmet ดำเนินการไนโอเบียมไฮดรอกไซด์ในปริมาณเพียงเล็กน้อยจากโรงงานแมกนีเซียม Solikamsk ปัจจุบันบริษัทได้รับวัตถุดิบที่มีไนโอเบียมส่วนใหญ่จากบราซิลและไนจีเรีย การจัดการขององค์กรไม่ได้แยกการจัดหาโลพาไรต์เข้มข้นอย่างไรก็ตาม Sevredmet กำลังพยายามดำเนินนโยบายในการประมวลผลในพื้นที่เนื่องจากการส่งออกวัตถุดิบมีกำไรน้อยกว่าผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

กวดวิชา

ต้องการความช่วยเหลือในการศึกษาหัวข้อหรือไม่?

ผู้เชี่ยวชาญของเราจะแนะนำหรือให้บริการสอนพิเศษในหัวข้อที่คุณสนใจ
ส่งใบสมัครของคุณระบุหัวข้อในขณะนี้เพื่อค้นหาความเป็นไปได้ในการรับคำปรึกษา

มีองค์ประกอบจำนวนมากซึ่งเมื่อรวมกับสารอื่นๆ จะทำให้เกิดโลหะผสมที่มีคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพพิเศษ ตัวอย่างคือ ไนโอเบียม ซึ่งเป็นธาตุที่แรกเรียกว่า "โคลัมเบียม" (ตามชื่อแม่น้ำที่พบครั้งแรก) แต่ต่อมาได้เปลี่ยนชื่อใหม่ ไนโอเบียมเป็นโลหะที่มีคุณสมบัติค่อนข้างผิดปกติ ซึ่งเราจะหารือในรายละเอียดเพิ่มเติมในภายหลัง

รับองค์ประกอบ

เมื่อพิจารณาคุณสมบัติของไนโอเบียมควรสังเกตว่าปริมาณโลหะนี้ต่อหินหนึ่งตันมีขนาดค่อนข้างเล็กประมาณ 18 กรัม นั่นคือเหตุผลที่หลังจากการค้นพบนี้ จึงมีความพยายามไม่กี่ครั้งเพื่อให้ได้โลหะเทียม เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีคล้ายกัน สารนี้จึงมักถูกขุดร่วมกับแทนทาลัม

แหล่งไนโอเบียมตั้งอยู่เกือบทั่วโลก ตัวอย่างคือเหมืองในคองโก รวันดา บราซิล และประเทศอื่นๆ อีกมากมาย อย่างไรก็ตามองค์ประกอบนี้ไม่สามารถเรียกได้ว่าแพร่หลายในหลายภูมิภาคไม่พบแม้ในระดับความเข้มข้นต่ำ

ความเข้มข้นที่ค่อนข้างน้อยของสสารในหินโลกนั้นรุนแรงขึ้นเนื่องจากความยากลำบากในการรับสารจากสมาธิ ควรพิจารณาว่าไนโอเบียม NBS สามารถหาได้จากหินที่อิ่มตัวด้วยแทนทาลัมเท่านั้น ต่อไปนี้เป็นคุณสมบัติของกระบวนการผลิต:

เริ่มต้นด้วยการจัดหาแร่เข้มข้นให้กับโรงงานซึ่งต้องผ่านการทำให้บริสุทธิ์หลายขั้นตอน เมื่อผลิตไนโอเบียม แร่ที่ได้จะถูกแยกออกเป็นธาตุบริสุทธิ์ รวมถึงแทนทาลัมด้วย
กระบวนการแปรรูปขั้นสุดท้ายเกี่ยวข้องกับการขัดเกลาโลหะ

แม้จะพบความยากลำบากในการสกัดและการแปรรูปแร่ที่เป็นปัญหา แต่ปริมาณการผลิตโลหะผสมที่เป็นปัญหาก็เพิ่มขึ้นอย่างมากทุกปี เนื่องจากโลหะมีคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพที่โดดเด่นและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย

ไนโอเบียมออกไซด์

องค์ประกอบทางเคมีที่เป็นปัญหาสามารถกลายเป็นพื้นฐานของสารประกอบต่างๆ ได้ ที่พบมากที่สุดคือไนโอเบียมเพนทอกไซด์ ในบรรดาคุณสมบัติของการเชื่อมต่อนี้สามารถสังเกตได้ดังต่อไปนี้:

ไนโอเบียมออกไซด์เป็นผงผลึกสีขาวที่มีสีครีม
สารไม่ละลายในน้ำ
สารที่ได้จะคงโครงสร้างไว้เมื่อผสมกับกรดส่วนใหญ่

คุณสมบัติของไนโอเบียมเพนท็อกไซด์ยังรวมถึงคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

ความแข็งแรงเพิ่มขึ้น
การหักเหของแสงสูง สารสามารถทนอุณหภูมิได้สูงถึง 1490 องศาเซลเซียส
เมื่อถูกความร้อน พื้นผิวจะออกซิไดซ์
ทำปฏิกิริยากับคลอรีนและสามารถรีดิวซ์ได้ด้วยไฮโดรเจน

ไนโอเบียมไฮดรอกไซด์ในกรณีส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตเกรดเหล็กโลหะผสมสูง ซึ่งมีคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพที่ค่อนข้างน่าสนใจ

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

ไนโอเบียมมีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกับแทนทาลัม เมื่อพิจารณาลักษณะสำคัญของไนโอเบียม คุณต้องคำนึงถึงประเด็นต่อไปนี้:

ทนต่อการกัดกร่อนได้หลายประเภท โลหะผสมที่ได้จากการแนะนำองค์ประกอบนี้เข้าไปในองค์ประกอบมีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อนสูง
องค์ประกอบทางเคมีที่เป็นปัญหามีจุดหลอมเหลวสูง ตามที่แสดงในทางปฏิบัติ โลหะผสมส่วนใหญ่มีจุดหลอมเหลวมากกว่า 1,400 องศาเซลเซียส สิ่งนี้ทำให้กระบวนการแปรรูปซับซ้อน แต่ทำให้โลหะเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในกิจกรรมด้านต่างๆ
คุณสมบัติทางกายภาพขั้นพื้นฐานยังโดดเด่นด้วยความง่ายในการเชื่อมโลหะผสมที่เกิดขึ้น
ที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ โครงสร้างขององค์ประกอบยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งช่วยให้สามารถรักษาคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพของโลหะได้
โครงสร้างพิเศษของอะตอมไนโอเบียมจะกำหนดคุณสมบัติตัวนำยิ่งยวดของวัสดุ
มวลอะตอมคือ 92.9 ความจุขึ้นอยู่กับลักษณะขององค์ประกอบ

ข้อได้เปรียบหลักของสารนี้ถือเป็นการหักเหของแสง นั่นคือเหตุผลที่ว่าทำไมมันถึงเริ่มใช้ในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย สารจะละลายที่อุณหภูมิประมาณ 2,500 องศาเซลเซียส โลหะผสมบางชนิดถึงกับละลายที่อุณหภูมิสูงสุดเป็นประวัติการณ์ที่ 4,500 องศาเซลเซียส มีความหนาแน่นของสารค่อนข้างสูง 8.57 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ควรพิจารณาว่าโลหะมีลักษณะเป็นพาราแมกเนติก

กรดต่อไปนี้ไม่ส่งผลต่อโครงผลึก:

กำมะถัน;
เกลือ;
ฟอสฟอรัส;
คลอรีน

ไม่ส่งผลกระทบต่อสารละลายโลหะและคลอรีนในน้ำ เมื่อกระทบกับโลหะ ฟิล์มอิเล็กทริกออกไซด์จะเกิดขึ้นบนพื้นผิว นั่นคือเหตุผลที่โลหะเริ่มถูกนำมาใช้ในการผลิตตัวเก็บประจุความจุสูงขนาดเล็กซึ่งทำจากแทนทาลัมที่มีราคาแพงกว่าเช่นกัน

การใช้ไนโอเบียม

มีการผลิตผลิตภัณฑ์ไนโอเบียมหลากหลายชนิด ซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการผลิตเครื่องบิน ตัวอย่างคือการใช้ไนโอเบียมในการผลิตชิ้นส่วนที่ติดตั้งระหว่างการประกอบจรวดหรือเครื่องบิน นอกจากนี้สามารถแยกแยะการใช้องค์ประกอบนี้ได้ดังต่อไปนี้:

การผลิตองค์ประกอบที่ใช้ติดตั้งเรดาร์
ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ โลหะผสมดังกล่าวสามารถนำมาใช้เพื่อผลิตตัวเก็บประจุไฟฟ้าแบบคาปาซิทีฟที่ราคาถูกกว่าได้
แคโทดและแอโนดจากฟอยล์ก็ทำโดยใช้องค์ประกอบที่เป็นปัญหาซึ่งมีความสัมพันธ์กับความต้านทานความร้อนสูง
คุณมักจะพบการออกแบบโคมไฟเครื่องปั่นไฟที่ทรงพลังซึ่งมีตะแกรงอยู่ข้างใน เพื่อให้ตาข่ายนี้ทนต่ออุณหภูมิสูงได้ จึงทำจากโลหะผสมที่เป็นปัญหา

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีสูงเป็นตัวกำหนดการใช้ไนโอเบียมในการผลิตท่อสำหรับขนส่งโลหะเหลว นอกจากนี้โลหะผสมยังใช้ในการผลิตภาชนะเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ

โลหะผสมกับไนโอเบียม

เมื่อพิจารณาโลหะผสมดังกล่าวควรคำนึงว่าองค์ประกอบนี้มักใช้ในการผลิตเฟอร์โรนีโอเบียม วัสดุนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมโรงหล่อ เช่นเดียวกับในการผลิตสารเคลือบอิเล็กทรอนิกส์ รวมถึง:

เหล็ก;
ไนโอเบียมกับแทนทาลัม
ซิลิคอน;
อลูมิเนียม;
คาร์บอน;
กำมะถัน;
ฟอสฟอรัส;
ไทเทเนียม.

ความเข้มข้นขององค์ประกอบหลักอาจแตกต่างกันไปในช่วงที่ค่อนข้างกว้าง ซึ่งเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของวัสดุ

โลหะผสมเฟอร์โรนีโอเบียมทางเลือกสามารถเรียกว่าไนโอเบียม 5VMC เมื่อผลิตจะใช้ทังสเตนเซอร์โคเนียมและโมลิบดีนัมเป็นองค์ประกอบผสม ในกรณีส่วนใหญ่ เรซินนี้ใช้สำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป

โดยสรุป เราทราบว่าไนโอเบียมใช้ในการผลิตเหรียญในบางประเทศ นี่เป็นเพราะต้นทุนวัสดุค่อนข้างสูง ด้วยการผลิตโลหะผสมจำนวนมากที่มีไนโอเบียมเป็นองค์ประกอบหลัก จึงสร้างแท่งโลหะที่มีลักษณะเฉพาะขึ้นมา

การใช้ไนโอเบียมในการผสมโลหะ

คุณสมบัติอันเป็นเอกลักษณ์ - การไม่มีอันตรกิริยาที่เห็นได้ชัดเจนของไนโอเบียมกับยูเรเนียมที่อุณหภูมิสูงถึง 1,100°C และนอกจากนี้ ยังมีการนำความร้อนที่ดี ภาพตัดขวางการดูดกลืนแสงที่มีประสิทธิภาพของนิวตรอนความร้อนเพียงเล็กน้อย ทำให้ไนโอเบียมกลายเป็นคู่แข่งสำคัญกับโลหะที่ได้รับการยอมรับในนิวเคลียร์ อุตสาหกรรม - อลูมิเนียม เบริลเลียม และเซอร์โคเนียม นอกจากนี้กัมมันตภาพรังสีเทียม (เหนี่ยวนำให้เกิด) ของไนโอเบียมยังต่ำ ดังนั้นจึงสามารถนำมาใช้ทำภาชนะสำหรับเก็บกากกัมมันตภาพรังสีหรือสถานที่ติดตั้งเพื่อการใช้งานได้

การใช้ไนโอเบียมในอุตสาหกรรมอื่นๆ

การใช้โลหะไนโอเบียม

ชิ้นส่วนเครื่องบินทำจากไนโอเบียมบริสุทธิ์หรือโลหะผสม การหุ้มสำหรับองค์ประกอบเชื้อเพลิงยูเรเนียมและพลูโตเนียม ภาชนะและท่อ สำหรับโลหะเหลว ชิ้นส่วนของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า อุปกรณ์เชื่อมต่อแบบ "ร้อน" สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (สำหรับการติดตั้งเรดาร์) และหลอดเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำลังสูง (แอโนด, แคโทด, กริด ฯลฯ ); อุปกรณ์ที่ทนต่อการกัดกร่อนในอุตสาหกรรมเคมี
โลหะที่ไม่ใช่เหล็กอื่นๆ รวมถึงยูเรเนียม ผสมกับไนโอเบียม
ไนโอเบียมถูกใช้ในไครโอตรอน - องค์ประกอบตัวนำยิ่งยวดของคอมพิวเตอร์ ไนโอเบียมยังเป็นที่รู้จักจากการใช้ในโครงสร้างเร่งของ Large Hadron Collider

สารประกอบระหว่างโลหะและโลหะผสมของไนโอเบียม

Nb 3 Sn standnide และโลหะผสมของไนโอเบียมกับไทเทเนียมและเซอร์โคเนียมใช้สำหรับการผลิตโซลินอยด์ตัวนำยิ่งยวด
ไนโอเบียมและโลหะผสมที่มีแทนทาลัมในหลายกรณีจะเข้ามาแทนที่แทนทาลัม ซึ่งให้ผลทางเศรษฐกิจอย่างมาก (ไนโอเบียมมีราคาถูกกว่าและเบากว่าแทนทาลัมเกือบสองเท่า)
เฟอร์โรนีโอเบียมถูกนำมาใช้ในเหล็กกล้าสเตนเลสโครเมียม-นิกเกิล เพื่อป้องกันการกัดกร่อนและการถูกทำลายตามขอบเกรน และนำไปใช้กับเหล็กประเภทอื่นๆ เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติ
ไนโอเบียมใช้ในการทำเหรียญกษาปณ์สะสม ดังนั้นธนาคารแห่งลัตเวียจึงอ้างว่ามีการใช้ไนโอเบียมร่วมกับเงินในเหรียญสะสม 1 lat

การใช้สารประกอบไนโอเบียม

ตัวเร่งปฏิกิริยา Nb 2 O 5 ในอุตสาหกรรมเคมี
ในการผลิตวัสดุทนไฟ เซอร์เม็ท ชนิดพิเศษ แก้ว ไนไตรด์ คาร์ไบด์ ไนโอเบต
ไนโอเบียมคาร์ไบด์ (mp 3480 °C) ผสมกับเซอร์โคเนียมคาร์ไบด์และยูเรเนียม-235 คาร์ไบด์เป็นวัสดุโครงสร้างที่สำคัญที่สุดสำหรับแท่งเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟส
ไนโอเบียมไนไตรด์ NbN ใช้ในการผลิตฟิล์มตัวนำยิ่งยวดบางและบางพิเศษที่มีอุณหภูมิวิกฤติ 5 ถึง 10 K โดยมีการเปลี่ยนลำดับแคบ 0.1 K

ไนโอเบียมในทางการแพทย์

การประยุกต์ใช้ในเครื่องประดับ

ไนโอเบียมไม่เพียงแต่มีคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังดูสวยงามอีกด้วย ร้านขายอัญมณีพยายามใช้โลหะมันวาวสีขาวนี้มาทำตัวเรือนนาฬิกา โลหะผสมของไนโอเบียมกับทังสเตนหรือรีเนียมบางครั้งแทนที่โลหะมีตระกูล: ทองคำ แพลทินัม อิริเดียม อย่างหลังมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากโลหะผสมไนโอเบียม-รีเนียมไม่เพียงแต่ดูคล้ายกับอิริเดียมของโลหะเท่านั้น แต่ยังทนต่อการสึกหรอได้เกือบพอๆ กัน วิธีนี้ทำให้บางประเทศสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้อิริเดียมราคาแพงในการผลิตหัวแร้งสำหรับหัวปากกาหมึกซึม

ไนโอเบียมเป็นวัสดุตัวนำยิ่งยวดรุ่นแรก

ปรากฏการณ์ที่น่าอัศจรรย์ของตัวนำยิ่งยวดเมื่ออุณหภูมิของตัวนำลดลงความต้านทานไฟฟ้าที่หายไปอย่างกะทันหันเกิดขึ้นเป็นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ G. Kamerlingh-Onnes ในปี 1911 ตัวนำยิ่งยวดตัวแรกกลายเป็นปรอท แต่ ไม่ใช่ แต่ไนโอเบียมและสารประกอบระหว่างโลหะบางชนิดของไนโอเบียมถูกกำหนดให้เป็นวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่มีความสำคัญทางเทคนิคชนิดแรก

ลักษณะตัวนำยิ่งยวดสองลักษณะมีความสำคัญในทางปฏิบัติ: ค่าของอุณหภูมิวิกฤติที่เกิดการเปลี่ยนไปสู่สถานะของตัวนำยิ่งยวดและสนามแม่เหล็กวิกฤต (Kamerlingh Onnes ยังสังเกตเห็นการสูญเสียตัวนำยิ่งยวดโดยตัวนำยิ่งยวดเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กแรงเพียงพอ ). ในปี 1975 สารประกอบระหว่างโลหะของไนโอเบียมและเจอร์เมเนียมที่มีองค์ประกอบ Nb 3 Ge กลายเป็นเจ้าของสถิติอุณหภูมิวิกฤตสูงสุด อุณหภูมิวิกฤติอยู่ที่ 23.2°K; ซึ่งสูงกว่าจุดเดือดของไฮโดรเจน (ตัวนำยิ่งยวดที่รู้จักกันดีที่สุดจะกลายเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิฮีเลียมเหลวเท่านั้น)

ความสามารถในการเปลี่ยนไปสู่สถานะของตัวนำยิ่งยวดนั้นเป็นลักษณะของไนโอเบียมสแตนไนด์ Nb 3 Sn ซึ่งเป็นโลหะผสมของไนโอเบียมกับอลูมิเนียมและเจอร์เมเนียมหรือกับไทเทเนียมและเซอร์โคเนียม โลหะผสมและสารประกอบทั้งหมดนี้ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างโซลินอยด์ตัวนำยิ่งยวด รวมถึงอุปกรณ์ทางเทคนิคที่สำคัญอื่นๆ บางส่วนแล้ว

หนึ่งในตัวนำยิ่งยวดที่ใช้งานอยู่ (อุณหภูมิการเปลี่ยนตัวนำยิ่งยวด 9.25 K) สารประกอบไนโอเบียมมีอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวดสูงถึง 23.2 K (Nb 3 Ge)
ตัวนำยิ่งยวดทางอุตสาหกรรมที่ใช้กันมากที่สุดคือ NbTi และ Nb 3 Sn
ไนโอเบียมยังใช้ในโลหะผสมแม่เหล็ก
ใช้เป็นสารเติมแต่งอัลลอยด์
ไนโอเบียมไนไตรด์ใช้ในการผลิตโบโลมิเตอร์ตัวนำยิ่งยวด

ความต้านทานที่ยอดเยี่ยมของไนโอเบียมและโลหะผสมของมันกับแทนทาลัมในไอซีเซียม-133 ที่ให้ความร้อนยวดยิ่ง ทำให้ไนโอเบียมเป็นหนึ่งในวัสดุโครงสร้างที่เป็นที่ต้องการมากที่สุดและถูกที่สุดสำหรับเครื่องกำเนิดความร้อนกำลังสูง