Niobiy qaysi oilaga mansub? Niobiyning metallurgiya va sanoatda qo'llanilishi. Niobiyni olish usullari

Tantal va niobiy yuqori toza birikmalardan: oksidlar, murakkab ftorid tuzlari, xloridlardan qaytarilish yo'li bilan olinadi. Metall ishlab chiqarishning sanoat usullarini to'rt guruhga bo'lish mumkin:

Murakkab ftoridlardan natriotermik pasayish;

Oksidlardan uglerod bilan qaytarilishi (karbotermik usul);

Alyuminiy oksidlaridan qaytarilish (alyuminotermik usul);

Xloridlarni vodorod bilan kamaytirish;

Eritilgan muhitning elektrolizi.

Tantal (~ 3000 C) va niobiy (~ 2500 C) yuqori erish nuqtasi tufayli, ular uchinchidan tashqari, kukun yoki sinterlangan gubkalar shaklida barcha sanab o'tilgan usullar bilan pasaytirish natijasida olinadi. Yilni egiluvchan tantal va niobiy ishlab chiqarish vazifasi bu metallar gazlarni (vodorod, azot, kislorod) faol ravishda o'zlashtirishi bilan murakkablashadi, ularning aralashmalari ularni mo'rt qiladi. Shuning uchun kukunlardan bosilgan blankalarni sinterlash yoki ularni yuqori vakuumda eritish kerak.

Tantal va niobiy kukunlarini ishlab chiqarish uchun natriotermik usul

K2TaF7 va K2NbF7 murakkab ftoridlarining natriy termal qaytarilishi tantal va niobiy ishlab chiqarishning birinchi sanoat usuli hisoblanadi. U bugungi kunda ham qo'llaniladi. Ftorga yuqori yaqinlikka ega bo'lgan natriy, kaltsiy va magniy tantal va niobiyning ftorid birikmalarini kamaytirish uchun mos keladi, buni quyida keltirilgan qiymatlardan ko'rish mumkin:

Al<^ент Nb Та Na Mg Са

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

Natriy kamaytirish uchun ishlatiladi, chunki natriy ftorid suvda eriydi va uni tantal va niobiy kukunlaridan yuvish orqali ajratish mumkin, magniy va kaltsiy ftoridlari esa suvda va kislotalarda ozgina eriydi.

Keling, tantal ishlab chiqarish misolida jarayonni ko'rib chiqaylik. K2TaF7 ning natriy bilan kamayishi jarayonning o'z-o'zidan davom etishi uchun etarli bo'lgan issiqlikning katta chiqishi (hatto 5 kg gacha bo'lgan yuklanish shkalasida ham) bilan davom etadi. Zaryad bir joyda 450-500 S ga qizdirilgach, reaksiya zaryadning butun massasiga tez tarqaladi va harorat 800-900 S ga etadi. Natriy 97 C da erib, 883 S da qaynaganligidan ko`rinib turibdiki, suyuqlik va bug 'natriy kamaytirishda ishtirok etadi:

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

(2.18) va (2.19) reaksiyalarning xususiy issiqlik effektlari mos ravishda 1980 va 3120 kJ/kg zaryadga teng.

Kamaytirish po'lat tigelda amalga oshiriladi, uning ichiga kaliy florotantalat va natriy bo'laklari (stexiometrik talab qilinadigan miqdorning ~ 120%) qatlamma-qavat yuklanadi, ular maxsus qaychi bilan kesiladi. Aralashmaning ustiga natriy xlorid qatlami qo'yiladi, u KF va NaF bilan past eriydigan aralashmani hosil qiladi. Eritilgan tuz zarrachalarni oksidlanishdan himoya qiladi
tantal kukuni Jarayonning eng oddiy variantida, reaksiyani boshlash uchun, pastki qismidagi tigel devori qizil nuqta paydo bo'lguncha, olovli olov bilan isitiladi. Reaktsiya butun massa bo'ylab tez davom etadi va 1-2 daqiqada tugaydi. Ushbu jarayon bilan mahsulotlarning maksimal haroratda (800-900 C) qisqa muddatli ta'siri tufayli, tuzlarni yuvgandan so'ng, 2% gacha kislorodni o'z ichiga olgan nozik tantal kukunlari olinadi.

Kislorod miqdori kamroq bo'lgan qo'pol taneli kukun reaksiya tigelni valli elektr pechga qo'yish va 1000 ° C da reaktsiya tugagandan so'ng uni pechda saqlash orqali olinadi.

Olingan tantal ortiqcha natriyni o'z ichiga olgan ftor-xlorid shlakida kichik zarralar shaklida tarqaladi. Sovutgandan so'ng, tigelning tarkibi uriladi, jag'li maydalagichda maydalanadi va kichik qismlarga suv bilan reaktorga yuklanadi, u erda natriy "söndürülür" va tuzlarning asosiy qismi eritiladi. Keyin kukun suyultirilgan natriy xlorid bilan ketma-ket yuviladi (tuzlarni to'liq yuvish va temir va qisman titan aralashmalarini eritish uchun). Tantal oksidlarining tarkibini kamaytirish uchun kukun ba'zan qo'shimcha ravishda sovuq suyultirilgan gidroflorik kislota bilan yuviladi. Keyin kukun distillangan suv bilan yuviladi, filtrlanadi va 110-120 S da quritiladi.

Yuqorida tavsiflangan usuldan foydalanib, taxminan bir xil rejimlarga rioya qilgan holda, k2NbF7 ni natriy bilan kamaytirish orqali niobiy kukunlari olinadi. Quritilgan niobiy kukunlari tarkibiga ega,%: Ti, Si, Fe 0,02-0,06; O taxminan 0,5; N 0,1 gacha; 0,1-0,15 gacha.

Oksidlardan niobiy va tantal olishning karbotermik usuli

Bu usul dastlab Nb2o5 dan niobiy ishlab chiqarish uchun ishlab chiqilgan.

Niobiyni Nb2os dan uglerod bilan vakuumli pechda 1800-1900 °C da kamaytirish mumkin:

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

Nb205 + 5C zaryadi oz miqdorda niobiyni o'z ichiga oladi va hatto briketlangan holatda ham past zichlikka ega (~ 1,8 g / sm3). Shu bilan birga, 1 kg zaryad uchun katta hajmdagi ko (~ 0,34 m3) chiqariladi. Bu holatlar jarayonni reaksiyaga (2.20) muvofiq olib borishni foydasiz qiladi, chunki vakuumli pechning unumdorligi past. Shunday qilib, jarayon ikki bosqichda amalga oshiriladi:

I bosqich - niobiy karbid ishlab chiqarish

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

P bosqichi - vakuumli pechlarda niobiy ishlab chiqarish

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

Bryus bosqichining briketlangan zaryadi niobiyning 84,2% (og'irligi bo'yicha) o'z ichiga oladi, briketlarning zichligi ~3 g/sm3, hajmi 1 kg zaryad uchun 0,14 m3 dan hosil bo'ladi (~ 2,5 baravar kam). zaryad Nb2o5 + sc ). Bu vakuumli pechning yuqori mahsuldorligini ta'minlaydi.

Ikki bosqichli jarayonning muhim afzalligi shundaki, birinchi bosqich grafit-naychali qarshilik pechlarida atmosfera bosimida amalga oshirilishi mumkin (29-rasm).

Niobiy karbidni olish uchun (jarayonning 1-bosqichi) Nb2o5 ning kuyik bilan aralashmasi briketlanadi va briketlar grafit-naychali pechda vodorod yoki argon atmosferasida 1800-1900 ° S haroratda isitiladi (briketlar doimiy ravishda harakatlanadi. o'choq

Guruch. 29. Grafit quvurli qarshilik pechining sxemasi:

1 - korpus; 2 - grafit filamentli trubka; 3 - ekranlovchi grafit trubkasi; 4- kuyikish issiqlik izolyatsion to'ldirish; 5 - muzlatgich; 6 - kontaktli grafit konuslari; 7 - sovutilgan aloqa boshi; 8 - lyuk; 9 - oqim bilan ta'minlaydigan avtobuslar

Issiq zonada 1-1,5 soat turishiga asoslanadi). Maydalangan niobiy karbid sharli tegirmonda Nb2o5 bilan aralashtiriladi, reaksiya talab qiladiganidan (2.22) bir oz ortib (3-5%) olinadi.

Zaryad 1800-1900 S da grafitli isitgichlar bilan vakuumli pechlarda (yoki grafit trubkasi bo'lgan vakuumli induksion pechlarda) isitiladi 100 MPa bosim ostida ignabargli qismlarga bosiladi. EHM qoldiq bosim 1,3-0,13 Pa ga yetganda tugaydi. .

(2.21) va (2.22) reaksiyalar jami. Ular quyi oksidlar (Nt>o2 va NbO), shuningdek Nb2c karbid hosil bo'lishining oraliq bosqichlaridan o'tadi. I bosqichning asosiy reaktsiyalari:

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

Nb02 + C = NbO + CO; (2.24)

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

Nb2C + C = 2NbC. (2.26)

1-bosqich reaktsiyalari:

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

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

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

Metall niobiy jarayonning II bosqichining yakuniy reaksiyasi natijasida olinadi (2.29). 1800 °C > 1,3 Pa da reaksiya (2,29) uchun muvozanat bosimi co. Shuning uchun jarayon ma'lum bir reaksiya uchun muvozanat bosimidan kamroq qoldiq bosimda (0,5-0,13 Pa) amalga oshirilishi kerak.

Olingan sinterlangan g'ovakli niobiy briketlari tarkibida,%: C 0,1-0,15; Taxminan 0,15-0,30; N 0,04-0,5. Yilni egiluvchan metallni olish uchun briketlar elektron nurli pechda eritiladi. Yana bir usul - briketlardan kukun olish (450 C da gidrogenlash, maydalash va keyin vakuumda degidrogenlash), novdalarni presslash va ularni 2300-2350 S da vakuumda sinterlash. Vakuumda eritish va sinterlash jarayonlarida vakuum, kislorod va. uglerod tarkibidan co chiqariladi va uchuvchi pastki oksidlar tarkibida ortiqcha kislorod.

Karbotermik usulning asosiy afzalliklari to'g'ridan-to'g'ri metallning yuqori rentabelligi (96% dan kam bo'lmagan) va arzon reduktordan foydalanishdir. Ushbu usulning nochorligi yuqori haroratli vakuumli pechlarning konstruktsiyalarining murakkabligi hisoblanadi.

Karbotermik usul tantal va niobiy-tantal qotishmalarini ham ishlab chiqishi mumkin.

Yuqori oksidlardan niobiy va tantal olish uchun aluminatermik usul

Niobiy pentoksidini alyuminiy bilan kamaytirish orqali niobiy olishning aluminometrik usuli so'nggi yillarda ishlab chiqilgan bo'lib, past bosqichliligi va uskunaning soddaligi tufayli niobiy ishlab chiqarishning boshqa usullariga nisbatan texnik va iqtisodiy afzalliklarga ega.

Usul ekzotermik reaktsiyaga asoslangan:

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

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

Reaksiyaning yuqori solishtirma issiqlik effekti (2640 kJ/kg stexiometrik tarkibli zaryad) niobiy-alyuminiy qotishma quymasini eritish bilan jarayonni tashqi isitilmagan holda amalga oshirish imkonini beradi. Agar jarayon harorati A12o3 = 2030 °C erish nuqtasidan yuqori bo'lsa va metall fazasi (Nb +10% ai qotishma 2050 ° C da eriydi) bo'lsa, pechdan tashqarida muvaffaqiyatli aluminotermik pasayish mumkin. 30 - 40% stexiometrik miqdorda yuqorida zaryadida alyuminiy ortiqcha bilan, jarayon harorati ~ 2150-2200 C. qisqarishi tez sodir tufayli erish nisbatan taxminan 100-150 C harorat oshishi. cüruf va metall fazalarining harorati ularning ajralishini ta'minlash uchun etarli. Zaryadda alyuminiyning yuqorida ko'rsatilgan ortiqcha miqdori bilan 98-98,5% haqiqiy niobiy ekstraktsiyasi bilan 8-10% alyuminiyli niobiy qotishmasi olinadi.

Aluminotermik pasayish kaltsiylangan magniy yoki alyuminiy oksidi bilan qoplangan po'lat tigelda amalga oshiriladi. Eritma mahsulotlarini tushirish qulayligi uchun tigel echib olinadigan qilib qo'yilgan. Zaryadga joylashtirilgan nikromli sim shaklida sug'urtaga elektr tokini (20 V, 15 A) etkazib berish uchun kontaktlar devorlar orqali kiritiladi. Boshqa mumkin bo'lgan variant - bu jarayonni devorlarida himoya qatlami hosil bo'lgan massiv bo'lingan mis tigelda amalga oshirishdir.

Yaxshi quritilgan Nb2o5 va zarracha hajmi ~100 mkm bo'lgan alyuminiy kukuni aralashmasi tigelga solinadi. Havo bilan aloqa qilmaslik uchun tigelni argon bilan to'ldirilgan kameraga joylashtirish tavsiya etiladi.

Sigortani yoqgandan so'ng, reaktsiya zaryadning butun massasi bo'ylab tez davom etadi. Olingan qotishma quyma bo'laklarga bo'linadi va alyuminiyning katta qismini (tarkibi 0,2% gacha) olib tashlash uchun grafitli isitgichli pechda ~ 0,13 Pa qoldiq bosimida 1800-2000 S haroratda vakuumli issiqlik bilan ishlov beriladi. ). Keyin elektron nurli pechda eritishni tozalash amalga oshiriladi, tarkibida nopoklik miqdori yuqori bo'lgan niobiy ingotlari olinadi, %: 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.

Aslida, tantalni aluminotermik ishlab chiqarish mumkin, ammo jarayon biroz murakkabroq. Qaytarilish reaktsiyasining o'ziga xos issiqlik effekti 895 kJ / kg zaryadga teng. Tantal va uning alyuminiy bilan qotishmalarining erish nuqtasi yuqori bo'lganligi sababli, quyma eritish (7-7,5% temir va 1,5% alyuminiy bo'lgan qotishma olish tezligida), shuningdek, isitish uchun temir oksidi zaryadga kiritiladi. qo'shimcha - kaliy xlorat (bertolit tuzi). Zaryadlangan tigel pechga joylashtiriladi. 925 C da spontan reaksiya boshlanadi. Tantalning qotishma ichiga olinishi taxminan 90% ni tashkil qiladi.

Vakuumli termik ishlov berish va elektron nurlarini eritishdan so'ng, tantal ingotlari yuqorida niobiy uchun berilgan bilan solishtirish mumkin bo'lgan yuqori tozalikka ega.

Tantal va niobiyni xloridlaridan vodorod bilan qaytarish yo'li bilan olish

Tantal va niobiyni ularning xloridlaridan qaytarishning turli usullari ishlab chiqilgan: magniy, natriy va vodorod bilan qaytarilish. Eng istiqbolli vodorod bilan kamaytirishning ba'zi variantlari, xususan, ixcham metall novda ishlab chiqarish uchun qizdirilgan substratlarda xlorid bug'larini kamaytirish uchun quyida muhokama qilingan usul.

Shaklda. 30-rasmda 1200-1400 ° S gacha qizdirilgan tantal chizig'ida TaC15 bug'ini vodorod bilan kamaytirish orqali tantal ishlab chiqarish uchun o'rnatish sxemasi ko'rsatilgan. Vodorod bilan aralashtirilgan TaCI5 bug'i bug'latgichdan reaktorga oqadi, uning markazida ma'lum bir haroratgacha elektr tokining to'g'ridan-to'g'ri o'tishi bilan isitiladigan tantal chizig'i mavjud. Bug '-gaz aralashmasini kamar uzunligi bo'ylab bir tekis taqsimlash va uning yuzasiga perpendikulyar oqimni ta'minlash uchun kamar atrofida teshiklari bo'lgan zanglamaydigan po'latdan yasalgan ekran o'rnatilgan. Reaksiya qizdirilgan sirtda sodir bo'ladi:

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

Guruch. 30. Tantal pentakloridni vodorod bilan kamaytirish uchun o'rnatish sxemasi: 1 - reaktor gardishi; 2 - izolyatsiyalangan elektr ta'minoti; 3 - qisqich kontaktlari; 4 - reaksiyaga kirmagan xlorid uchun kondansatör; 5 - tantal lenta; 6 - teshiklari bo'lgan qirralar, - 7 - reaktor tanasi; 8 - reaktor isitgichi; 9 - isitiladigan rotametr; 10 - igna valfi; 11 - evaporatatorli elektr pech; 12 - tantal pentaklorid bug'lantiruvchi; 13 - vodorod uchun rotametr

Tantal cho'kishi uchun optimal sharoitlar: lenta harorati 1200-1300 ° S, gaz aralashmasidagi TaCI5 konsentratsiyasi ~ 0,2 mol / mol aralashmaning. Bunday sharoitda cho'kma tezligi 2,5-3,6 g / (sm2 soat) (yoki 1,5-2,1 mm / soat) ni tashkil qiladi, Shunday qilib, 24 soat ichida o'rtacha diametri 24-25 mm bo'lgan sof tantal novda olinadi. varaqlarga o'raladi, elektron nurli pechda qayta eritish uchun ishlatiladi yoki yuqori toza kukunlarga aylanadi (kukunni gidrogenlash, maydalash va suvsizlantirish orqali). Xloridning konversiya darajasi (to'g'ridan-to'g'ri qoplamaga olish) 20-30% ni tashkil qiladi. Reaksiyaga kirmagan xlorid kondensatsiyalanadi va yana ishlatiladi. Elektr energiyasi iste'moli qabul qilingan rejimga qarab 1 kg tantal uchun 7-15 kVt / soatni tashkil qiladi.

Suv bilan so'rilishi bilan HCI bug'lari ajratilgandan so'ng vodorod jarayonga qaytarilishi mumkin.

Ta'riflangan usul niobiy tayoqchalarini ham ishlab chiqishi mumkin. Niobiy yotqizish uchun maqbul sharoitlar: lenta harorati 1000-1300 S, pentaklorid konsentratsiyasi 0,1-0,2 mol / mol gaz aralashmasi. Metall cho'kish tezligi 0,7-1,5 g/(sm2-soat), xloridning metallga aylanish darajasi 15-30%, elektr energiyasi sarfi 17-22 kVt / kg metall. Niobiy uchun jarayon NbCl5 ning bir qismi qizdirilgan lentadan reaktor devorlariga yotqizilgan uchuvchan bo'lmagan NbCl3 ga ma'lum masofada reaktor hajmida kamayishi bilan murakkablashadi.

Tantal olishning elektrolitik usuli

Tantal va niobiyni suvli eritmalardan elektroliz qilish yo'li bilan ajratib bo'lmaydi. Barcha ishlab chiqilgan jarayonlar erigan muhitning elektroliziga asoslangan.

Sanoat amaliyotida bu usul tantal olish uchun ishlatiladi. Shunday qilib, bir necha yillar davomida tantalning elektrolitik usuli Fensteel kompaniyasi tomonidan qo'llanilgan (AQSh) Yaponiyada ishlab chiqarilgan tantalning bir qismi hozirgi vaqtda elektroliz orqali olinadi. Usulning keng qamrovli tadqiqotlari va sanoat sinovlari SSSRda o'tkazildi.

Tantalni elektrolitik usulda ishlab chiqarish usuli alyuminiy ishlab chiqarish usuliga o'xshaydi.

Elektrolit K2TaF7 - KF - - KS1 erigan tuzlarga asoslangan bo'lib, unda tantal oksidi Ta205 erigan. Grafit anodidan foydalanganda uzluksiz anodik ta'sir tufayli faqat bitta tuz K2TaF7 ni o'z ichiga olgan elektrolitdan foydalanish deyarli mumkin emas. K2TaF7, KC1 va NaCl o'z ichiga olgan vannada elektroliz mumkin. Ushbu elektrolitning kamchiliklari elektroliz jarayonida ftorid tuzlarining to'planishi bo'lib, bu kritik oqim zichligining pasayishiga olib keladi va vanna tarkibini sozlashni talab qiladi. Ushbu kamchilik elektrolitga Ta205 ni kiritish orqali yo'q qilinadi. Bu holda elektroliz natijasi katodda tantalning chiqishi bilan tantal oksidining elektrolitik parchalanishi va anodda kislorod anodning grafiti bilan reaksiyaga kirishib, CO2 va CO ni hosil qiladi. Bundan tashqari, Ta205 ning tuz eritmasiga kiritilishi grafit anodining eritma bilan namlanishini yaxshilaydi va kritik oqim zichligini oshiradi.

Elektrolitlar tarkibini tanlash K2TaF7-KCl-KF uchlik tizimini o'rganish ma'lumotlariga asoslanadi (31-rasm). Bu tizimda ikkita qo'sh tuz K2TaF7 KF (yoki KjTaFg) va K2TaF7 KS1 (yoki K3TaF7Cl), mos ravishda 580 va 710 C da eriydigan ikkita uchlamchi evtektika Ei va E2 va 678 ° C da peritektik nuqta P mavjud. Ta205 eritmaga kiritilganda, u ftortantalatlar bilan o'zaro ta'sirlanib, oksoftortantalat hosil qiladi:

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

K3TaF7Cl bilan reaksiya xuddi shunday davom etadi. Tantal oksoflorid komplekslarining hosil bo'lishi Ta2O5 ning elektrolitda eruvchanligini aniqlaydi. Cheklovchi eruvchanlik eritmadagi K3TaF8 tarkibiga bog'liq va reaksiyaning stokiometriyasiga mos keladi (2.32).

Elektrolitlar tarkibining elektroliz samaradorligiga ta'siri (kritik oqim zichligi, oqim samaradorligi, ekstraktsiya, tantal kukunining sifati) ma'lumotlariga asoslanib, sovet tadqiqotchilari quyidagi optimal elektrolitlar tarkibini taklif qilishdi: 12,5% (og'irlik bo'yicha) K2TaF7, qolganlari KS1 va 2 : 1 ga nisbatan KF (og'irlik bo'yicha). Kiritilgan Ta2O ning konsentratsiyasi 2,5-3,5% (og'irlik bo'yicha). Ushbu elektrolitda grafit anod yordamida 700-800 ° S haroratda, oksoflorid kompleksining parchalanish kuchlanishi 1,4 V, KF va KS1 uchun esa parchalanish kuchlanishlari mos ravishda ~ 3,4 V va ~ 4,6 V ni tashkil qiladi.

KS I K2TaF,-KCl KJaFf

Guruch. 31. K2TaF7-KF-KCl tizimining erituvchanlik diagrammasi

Katodda elektroliz paytida Ta5+ kationlarining bosqichma-bosqich ajralishi sodir bo'ladi:

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

Anoddagi jarayonlar reaksiyalar bilan ifodalanishi mumkin: TaOF63" - Ze = TaFs + F" + 0; 20 + C = C02; CO2 + C = 2CO; TaFj + 3F~ = TaF|~. TaF|~ ionlari eritmaga kiritilgan Ta2O lar bilan reaksiyaga kirishib, yana TaOF|~ ionlarini hosil qiladi. 700-750 ° S elektroliz haroratida gaz tarkibi -95% CO2, 5-7% CO; 0,2-

SSSRda sinovdan o'tgan elektrolizatorlarning konstruktsiyalari orasida eng yaxshi natijalar katod nikeldan (yoki nikel va xrom qotishmasidan) tayyorlangan tigel bo'lgan markazda olingan.

32-rasm. Tantal ishlab chiqarish uchun elektrolizatorning diagrammasi:

1 - oziqlantiruvchi Ta205 bilan bunker; 2 - oziqlantiruvchining elektromagnit vibratori; 3 - anod uchun mahkamlagichli qavs; 4 - devordagi teshiklari bo'lgan ichi bo'sh grafit anod; 5 - nikrom tigel-katod; 6 - qopqoq; 7 - issiqlik o'tkazmaydigan shisha; 8 - aktuatorni ko'tarish uchun rul; 9 - quvvat manbai uchun novda bilan vilka

Uning tarkibida devorlarda teshiklari bo'lgan ichi bo'sh grafit anod mavjud (32-rasm). Tantal oksidi vaqti-vaqti bilan ichi bo'sh anodga avtomatik tebranish oziqlantiruvchi tomonidan oziqlanadi. Ushbu oziqlantirish usuli bilan katod konining erimagan tantal pentoksidi bilan mexanik ifloslanishi yo'q qilinadi. Gazlar bortdagi assimilyatsiya orqali chiqariladi. 700-720 S elektroliz haroratida, Ta205 vannasini uzluksiz etkazib berish (ya'ni, anod effektlarining minimal soni bilan), katod oqimining zichligi 30-50 A / dm2 va DjDk = 2 * 4 nisbati, to'g'ridan-to'g'ri tantal ekstraktsiyasi 87-93%, hosildorlik joriy 80% ni tashkil etadi.

Elektroliz tigelning foydali hajmining 2/3 qismi katod cho'kmasi bilan to'lguncha amalga oshiriladi. Elektroliz oxirida anod ko'tariladi va elektrolit katod qatlami bilan birga sovutiladi. Elektrolitni tantal kukunining zarralaridan ajratish uchun katodli mahsulotni qayta ishlashning ikkita usuli qo'llaniladi: havoni ajratish va vakuum-termik tozalash bilan silliqlash.

SSSRda ishlab chiqilgan vakuum-termik usul tantaldan tuzlarning asosiy qismini argon atmosferasida eritish (eritish) yo'li bilan ajratishdan iborat bo'lib, undan keyin qoldiqni vakuumda 900 S da bug'lanish yo'li bilan olib tashlash. Eritilgan va kondensatsiyalangan elektrolitlar. elektrolizga qaytariladi.

30-70 mikron havo ajratish bilan silliqlash va vakuumli issiqlik bilan ishlov berishda - 100-120 mikron.

Tantal kabi oksiftorid-xlorid elektrolitlaridan niobiy ishlab chiqarish ijobiy natija bermadi, chunki katodda tushirish paytida metallni ifloslantiruvchi quyi oksidlar hosil bo'ladi. Joriy chiqish past.

Kislorodsiz elektrolitlar niobiy (shuningdek, tantal) uchun umid baxsh etadi. Niobiy va tantal pentakloridlari erigan ishqoriy metall xloridlarda eriydi va A/eNbCl6 va MeTaCl6 kompleks tuzlarini hosil qiladi. Bu komplekslarning elektrolitik parchalanishi jarayonida katodda niobiy va tantalning yirik kristalli konlari, grafit anodida esa xlor ajralib chiqadi.

Niobiyning tavsifi va xossalari

Niobiy– beshinchi davriy guruhga mansub element, atom raqami – 41. Niobiyning elektron formulasi- Nb 4d45sl. Niobiyning grafik formulasi- Nb - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 4 5s 1. 1801 yilda kashf etilgan - dastlab "Kolumbiya" deb nomlangan, u topilgan daryo nomi bilan atalgan. Keyinchalik nomi o'zgartirildi.

Niobiy - metall oq po'latdan yasalgan soya, plastiklikka ega - osongina choyshabga o'raladi. Niobiyning elektron tuzilishi unga ma'lum xususiyatlarni beradi. Erish paytida yuqori harorat va metallning qaynash nuqtasi ko'rsatilgan. Shu sababli, elektronlarning elektron chiqishi xususiyat sifatida qayd etilgan. Supero'tkazuvchanlik faqat yuqori haroratda paydo bo'ladi. Oksidlanish uchun metall kamida 300º C yoki undan yuqori haroratni talab qiladi. Bu o'ziga xoslikni yaratadi niobiy oksidi Nb2O5.

Niobiy, xossalari ma'lum gazlar bilan faol o'zaro ta'sir qiladi. Bular vodorod, kislorod va azot bo'lib, ularning ta'siri ostida u ma'lum xususiyatlarni o'zgartirishi mumkin. Harorat qanchalik yuqori bo'lsa, vodorod shunchalik intensiv ravishda so'riladi, bu 600º C nazorat nuqtasiga erishilganda niobiyni yanada nozik qiladi, teskari evolyutsiya sodir bo'ladi va metall o'zining yo'qolgan xususiyatlarini tiklaydi. Shundan so'ng NbN nitridi hosil bo'lishi boshlanadi, uning erishi 2300º C ni talab qiladi.

Uglerod va uni o'z ichiga olgan gazlar 1200º C dan yuqori talab qilinadigan haroratda niobiy bilan o'zaro ta'sirini boshlaydi, natijada karbid NbC - erish nuqtasi - 3500º C hosil bo'ladi. Kremniy va borning metall niobiy bilan o'zaro ta'siri natijasida borid NbB2 hosil bo'ladi. hosil bo'lgan - erish nuqtasi - 2900º C.

Niobiy elementi gidroflorik kislotadan tashqari deyarli barcha ma'lum kislotalarga va ayniqsa uning nitrat kislotasi bilan aralashmasiga chidamli. Metall ishqorlarga, ayniqsa issiqlarga sezgir. Ularda eritilganda oksidlanish jarayoni sodir bo'ladi va niobik kislota hosil bo'ladi.

Niobiyning qazib olinishi va kelib chiqishi

Qarzga olingan jinsning bir tonnasiga metall miqdori nisbatan past - bir tonna uchun atigi 18 g. Ko'proq kislotali jinslarda tarkib ko'payadi. Ko'pincha bitta depozitda topiladi niobiy va tantal, ularning bir xil mineralda topilishi va umumiy jarayonlarda ishtirok etishiga imkon beruvchi o'xshash kimyoviy xossalari tufayli. Ko'pincha titanni o'z ichiga olgan ba'zi minerallarda almashtirish hodisasi sodir bo'ladi - "niobiy - titan".

Niobiy o'z ichiga olgan yuzga yaqin turli minerallar ma'lum. Ammo sanoatda faqat bir nechtasi qo'llaniladi. Bular piroxlor, loparit, torolit va boshqalar. Ultramafik va ishqoriy jinslarda niobiy perovskit va evdialitda uchraydi.

Niobiy konlari Braziliya, Avstraliya, Kanada, Kongo, Nigeriya va Ruandada mavjud.

Niobiy ishlab chiqarish uch asosiy bosqichdan iborat ancha murakkab jarayon. Birinchidan, konsentrat ochiladi, keyin niobiy sof birikmalarga ajraladi. Yakuniy bosqich - qayta tiklash jarayonlari va metallni tozalash. Eng keng tarqalgan usullarga karbotermik, aluminotermik va natriytermik usullar kiradi.

Masalan, vodorod muhitida yuqori haroratlarda niobiy oksidi va kuyikish aralashtirib, karbid olinadi, keyin karbid va niobiy oksidni bir xil haroratlarda aralashtirish orqali, lekin to'liq vakuumda metall olinadi, undan turli xil niobiy qotishmalari. Niobiy qotishmalarini chang metallurgiya usullari, vakuum va elektron nurli yoy eritish usullaridan foydalangan holda olish mumkin.

Niobiyning qo'llanilishi

O'zining noyob xususiyatlari tufayli niobiy sanoatning ko'plab sohalarida qo'llaniladi. Niobiy qotishmalari refrakterlik, issiqlikka chidamlilik, o'ta o'tkazuvchanlik, oluvchi va korroziyaga qarshi xususiyatlarga ega. Bundan tashqari, uni qayta ishlash va payvandlash juda oson. U kosmik va aviatsiya texnologiyalari, radio va elektrotexnika, kimyo sanoati va atom energetikasida keng qo'llaniladi. Jeneratör lampalarida ko'plab isitish elementlari uning yordamida amalga oshiriladi. Ushbu maqsadlar uchun uning tantal bilan qotishmasi ham ishlatiladi.

Elektr rektifikatorlari va elektrolitik kondansatkichlar ham ushbu metallning ma'lum miqdorini o'z ichiga oladi. Ushbu qurilmalarda foydalanish uning xarakterli uzatish va oksidlovchi xususiyatlariga bog'liq. Nisbatan kichik o'lchamlarga ega bo'lgan ushbu metallni o'z ichiga olgan kondansatörler yuqori qarshilikka ega. Barcha kondansatör elementlari maxsus folga qilingan. U niobiy kukunidan presslanadi.

Turli kislotalarga chidamliligi, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi va strukturaning egiluvchanligi uning kimyo va metallurgiyada, turli xil qurilmalar va tuzilmalarni yaratishda mashhurligini belgilaydi. Ushbu muhim metallning ijobiy xususiyatlarining kombinatsiyasi hatto atom energiyasida ham talabga ega.

Niobiyning sanoat uraniga zaif ta'siri tufayli nisbatan past haroratlarda (900º C) metall yadroviy reaktorlarda himoya qatlamini yaratish uchun javob beradi. Bunday qobiq bilan natriy sovutgichlardan foydalanish mumkin bo'ladi, ular bilan u deyarli o'zaro ta'sir qilmaydi. Niobiy uran elementlari yuzasida suv bug'ining zararli ta'siridan himoya qiluvchi oksid hosil qilish orqali ularning xizmat muddatini sezilarli darajada uzaytiradi.

Ba'zilarining issiqlikka chidamlilik xususiyatlarini niobiy bilan qotishma orqali yaxshilash mumkin. Niobiy qotishmalari ham o'zini juda yaxshi isbotladi. Masalan, bu qotishma niobiy - tsirkoniy, ajoyib xususiyatlar bilan ajralib turadi. Bunday qotishmalardan kosmik kemalar va samolyotlar uchun turli qismlar, shuningdek ularning terilari tayyorlanadi. Bunday qotishmaning ish harorati 1200º S gacha yetishi mumkin.

Po'latni qayta ishlash uchun ba'zi qotishmalar niobiy karbidni o'z ichiga oladi, bu esa qotishma xususiyatlarini oshiradi. Niobiyning zanglamaydigan po'latga nisbatan kichik qo'shilishi uning korroziyaga qarshi xususiyatlarini oshiradi va natijada paydo bo'ladigan choklarning sifatini yaxshilaydi. Ko'pgina asboblar po'latlarida niobiy ham mavjud. Kataliz sifatida uning turli birikmalari sun'iy organik sintez jarayonlarida ishtirok etadi.

Niobiy narxi

Jahon bozorida sotish uchun asosiy shakl hisoblanadi niobiy ingotlari, lekin saqlashning boshqa shakllari juda mumkin. Dunyoda har doim talab mavjud niobiy, narxi 2000-yil boshlariga qadar barqaror darajada saqlanib qoldi. Ko'pgina mamlakatlar iqtisodiyotining rivojlanishi bilan bog'liq talabning ishonchli o'sishi va innovatsion texnologiyalar, metallurgiya va kimyo sanoati sohasida ishlab chiqarish hajmining o'sishi 2007 yilga kelib bir kilogramm metall narxining 12 dollardan 32 dollargacha keskin oshishiga yordam berdi.

Keyingi yillarda iqtisodiy sohada global inqiroz tufayli 2012 yilgacha biroz pasayish kuzatildi. Tovar ayirboshlash sur'ati mos ravishda pasaydi. Ammo 2012 yilga kelib, narxlar yana ko'tarildi va hatto keyin ham niobiy sotib oling bir kilogramm uchun faqat 60 dollar bo'lishi mumkin edi va o'sish hali to'xtamadi. Ekvivalent, ammo qulayroq o'rinbosarlar masalasi uzoq vaqtdan beri ko'tarilgan. Va ular mavjud, ammo ularning xususiyatlari niobiydan aniq past. Shuning uchun u hali ham narxda.

Ural davlat konchilik universiteti

Mavzu bo'yicha: Niobiyning xossalari

Guruh: M-13-3

Talaba: Moxnashin Nikita

1. Element haqida umumiy ma’lumot

Niobiyning fizik xossalari

Niobiyning kimyoviy xossalari

Bepul niobiy

Niobiy oksidlari va ularning tuzlari

Niobiy birikmalari

Niobiy ishlab chiqarish bo'yicha etakchi davlatlar

1. Element haqida umumiy ma’lumot

Davriy sistemaning 41-hujayrasini egallagan element insoniyatga uzoq vaqtdan beri tanish. Uning hozirgi nomi, niobiy, deyarli yarim asr yoshroq. Shunday qilib, 41-sonli element ikki marta ochildi. Birinchi marta - 1801 yilda ingliz olimi Charlz Xetchet Britaniya muzeyiga Amerikadan yuborilgan haqiqiy mineral namunasini o'rganib chiqdi. Bu mineraldan u ilgari noma'lum element oksidini ajratib oldi. Hatchet yangi elementni kolumbiy deb atadi va shu bilan uning chet elda kelib chiqishini qayd etdi. Qora mineral esa kolumbit deb ataldi. Bir yil o'tgach, shved kimyogari Ekeberg kolumbitdan tantal deb nomlangan yana bir yangi element oksidini ajratib oldi. Kolumbiya va tantal birikmalari o'rtasidagi o'xshashlik shunchalik katta ediki, 40 yil davomida ko'pchilik kimyogarlar tantal va kolumbiy bir xil element ekanligiga ishonishgan.

1844 yilda nemis kimyogari Geynrix Rouz Bavariyada topilgan kolumbit namunalarini tekshirdi. U yana ikkita metalning oksidlarini topdi. Ulardan biri allaqachon ma'lum bo'lgan tantalning oksidi edi. Oksidlar o'xshash edi va ularning o'xshashligini ta'kidlab, Rose ikkinchi niobiy oksidi hosil qiluvchi elementni mifologik shahid Tantalning qizi Niobe sharafiga nomladi. Biroq, Rose, Hatchet kabi, bu elementni erkin holatda ololmadi. Metall niobiy birinchi marta faqat 1866 yilda shved olimi Blomstrand tomonidan niobiy xloridni vodorod bilan qaytarish jarayonida olingan. 19-asr oxirida. ushbu elementni olishning yana ikkita usuli topildi. Birinchidan, Moissan uni niobiy oksidini uglerod bilan kamaytiruvchi elektr pechida oldi, keyin Goldshmidt alyuminiy bilan bir xil elementni kamaytirishga muvaffaq bo'ldi. Va 41-sonli element turli mamlakatlarda turlicha nomlanishda davom etdi: Angliya va AQShda - Kolumbiya, boshqa mamlakatlarda - niobiy. Xalqaro sof va amaliy kimyo ittifoqi (IUPAC) 1950 yilda bu bahsga nuqta qo'ydi. "Niobiy" elementining nomini hamma joyda qonuniylashtirishga qaror qilindi va niobiyning asosiy mineraliga "kolumbit" nomi berildi. Uning formulasi (Fe, Mn) (Nb, Ta)2 HAQIDA 6.

Niobiy kamdan-kam uchraydigan element deb hisoblanishi bejiz emas: u haqiqatan ham kamdan-kam hollarda va oz miqdorda, har doim minerallar shaklida va hech qachon mahalliy holatda topilmaydi. Qiziqarli tafsilot: turli xil ma'lumotnoma nashrlarida niobiyning klarki (er qobig'idagi tarkib) boshqacha. Bu, asosan, so'nggi yillarda Afrika mamlakatlarida niobiy o'z ichiga olgan minerallarning yangi konlari topilganligi bilan izohlanadi. Kimyogarning qoʻllanmasi, 1-jild (M., Chemistry, 1963) quyidagi raqamlarni beradi: 3,2 10-5% (1939), 1 10-3% (1949) va 2, 4·10-3% (1954). Ammo so'nggi raqamlar ham kam baholanadi: so'nggi yillarda ochilgan Afrika konlari bu erga kiritilmagan. Shunga qaramay, ma'lum bo'lgan konlarning minerallaridan taxminan 1,5 million tonna metall niobiyni eritish mumkinligi taxmin qilinmoqda.

Niobiyning fizik xossalari

Niobiy yaltiroq kumushrang-kulrang metalldir.

Elementar niobiy o'ta o'tga chidamli (2468 ° C) va yuqori qaynaydigan (4927 ° S) metall bo'lib, ko'plab agressiv muhitlarga juda chidamli. Hidroflorik kislotadan tashqari barcha kislotalar unga ta'sir qilmaydi. Oksidlovchi kislotalar niobiyni "passivlashtiradi", uni himoya oksidi plyonkasi bilan qoplaydi (№ 205). Ammo yuqori haroratlarda niobiyning kimyoviy faolligi oshadi. Agar 150 ... 200 ° S da metallning faqat kichik sirt qatlami oksidlansa, u holda 900 ... 1200 ° S da oksid plyonkasi qalinligi sezilarli darajada oshadi.

Niobiyning kristall panjarasi a = 3,294 Å parametri bilan tana markazli kubdir.

Sof metall egiluvchan va oraliq tavlanmasdan sovuq holatda yupqa qatlamlarga (qalinligi 0,01 mm gacha) o'ralishi mumkin.

Niobiyning yuqori erish va qaynash nuqtalari, boshqa o'tga chidamli metallar - volfram va molibdenga nisbatan past elektron ish funktsiyasi kabi xususiyatlarini qayd etish mumkin. Oxirgi xususiyat niobiyni elektr vakuum texnologiyasida qo'llash uchun ishlatiladigan elektron emissiya (elektron emissiya) qobiliyatini tavsiflaydi. Niobiy, shuningdek, o'ta o'tkazuvchanlik holatiga yuqori o'tish haroratiga ega.

Zichlik 8,57 g/sm 3(20 °C); t pl 2500 ° C; t balya 4927 °C; bug 'bosimi (mm Hg da; 1 mm Hg = 133,3 n / m 2) 1·10 -5(2194 °C), 1 10 -4(2355 °C), 6 10 -4(da t pl ), 1·10-3 (2539 °C).

Oddiy haroratlarda niobiy havoda barqarordir. Oksidlanishning boshlanishi (rangsiz plyonka) metall 200 - 300 ° S gacha qizdirilganda kuzatiladi. 500 ° dan yuqori tezlikda oksidlanish Nb2 oksidi hosil bo'lishi bilan sodir bo'ladi O 5.

0 ° C va 600 ° C da Vt / (m · K) issiqlik o'tkazuvchanligi mos ravishda 51,4 va 56,2 ni tashkil qiladi va bir xil kal / (sm · sek · ° C) 0,125 va 0,156 ni tashkil qiladi. 0 ° S da o'ziga xos hajmli elektr qarshiligi 15,22 10 -8ohm m (15,22 10 -6ohm sm). Supero'tkazuvchi holatga o'tish harorati 9,25 K. Niobiy paramagnitdir. Elektron ish funktsiyasi 4,01 eV.

Sof niobiy sovuq bosim bilan osongina qayta ishlanadi va yuqori haroratlarda qoniqarli mexanik xususiyatlarni saqlaydi. Uning 20 va 800 ° C haroratdagi kuchlanish kuchi mos ravishda 342 va 312 Mn / m ni tashkil qiladi. 2, kgf/mm da bir xil 234.2 va 31.2; 20 va 800 ° S da nisbiy cho'zilish mos ravishda 19,2 va 20,7% ni tashkil qiladi. Sof niobiyning Brinell qattiqligi 450, texnik 750-1800 Mn/m. 2. Ayrim elementlarning, ayniqsa vodorod, azot, uglerod va kislorodning aralashmalari niobiyning egiluvchanligini sezilarli darajada yomonlashtiradi va qattiqligini oshiradi.

3. Niobiyning kimyoviy xossalari

Niobiy, ayniqsa, noorganik va organik moddalarga chidamliligi uchun qadrlanadi.

Kukunli va bo'lakli metallning kimyoviy harakatida farq bor. Ikkinchisi barqarorroq. Yuqori haroratgacha qizdirilsa ham, metallar unga ta'sir qilmaydi. Suyuq ishqoriy metallar va ularning qotishmalari, vismut, qoʻrgʻoshin, simob, qalay niobiy bilan uzoq vaqt davomida uning xossalarini oʻzgartirmagan holda aloqa qilishlari mumkin. Hatto perklorik kislota, aqua regia kabi kuchli oksidlovchi moddalar, nitrat, oltingugurt, xlorid va boshqalarni hisobga olmaganda, u bilan hech narsa qila olmaydi. Ishqor eritmalari ham niobiyga ta'sir qilmaydi.

Biroq, niobiy metalini kimyoviy birikmalarga aylantira oladigan uchta reagent mavjud. Ulardan biri gidroksidi gidroksidi eritmasi:

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

Qolgan ikkitasi florik kislota (HF) yoki uning nitrat kislota bilan aralashmasi (HF+HNO). Bunday holda, ftorid komplekslari hosil bo'ladi, ularning tarkibi ko'p jihatdan reaksiya sharoitlariga bog'liq. Har holda, element 2- yoki 2- turdagi anionning bir qismidir.

Agar siz niobiy kukunini olsangiz, u biroz faolroq bo'ladi. Masalan, erigan natriy nitratda u hatto yonib, oksidga aylanadi. Yilni niobiy 200 ° C dan yuqori qizdirilganda oksidlanishni boshlaydi va kukun allaqachon 150 ° C da oksidli plyonka bilan qoplanadi. Shu bilan birga, bu metallning ajoyib xususiyatlaridan biri o'zini namoyon qiladi - u o'zining egiluvchanligini saqlaydi.

Talaş shaklida, 900 ° C dan yuqori qizdirilganda, u Nb2O5 ga to'liq yonadi. Xlor oqimida kuchli yonadi:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Qizdirilganda oltingugurt bilan reaksiyaga kirishadi. Ko'pgina metallar bilan qotishma qiyin. Ehtimol, faqat ikkita istisno mavjud: har xil nisbatdagi qattiq eritmalar hosil bo'lgan temir va niobiy bilan Al2Nb birikmasiga ega alyuminiy.

Niobiyning qanday fazilatlari eng kuchli oksidlovchi kislotalarning ta'siriga qarshilik ko'rsatishga yordam beradi? Ma'lum bo'lishicha, bu metallning xususiyatlariga emas, balki uning oksidlarining xususiyatlariga tegishli. Oksidlovchi moddalar bilan aloqa qilganda, metall yuzasida nozik (shuning uchun sezilmaydi), lekin juda zich oksidlar qatlami paydo bo'ladi. Bu qatlam oksidlovchi vositani toza metall yuzasiga olib boradigan yo'lda yengib bo'lmaydigan to'siq bo'ladi. U orqali faqat ma'lum kimyoviy reagentlar, xususan, ftor anioni o'tishi mumkin. Binobarin, metall asosan oksidlanadi, lekin oksidlanish natijalari deyarli yupqa himoya plyonkasi mavjudligi sababli ko'rinmaydi. Suyultirilgan sulfat kislotaga nisbatan passivlik AC rektifikatorini yaratish uchun ishlatiladi. U sodda tarzda ishlab chiqilgan: platina va niobiy plitalari 0,05 m sulfat kislota eritmasiga botiriladi. Niobiy passivlangan holatda, agar u salbiy elektrod - katod bo'lsa, oqim o'tkazishi mumkin, ya'ni elektronlar oksid qatlamidan faqat metall tomondan o'tishi mumkin. Elektronlarning eritmadan chiqish yo'li yopiq. Shuning uchun bunday qurilma orqali o'zgaruvchan tok o'tkazilganda faqat bitta faza o'tadi, buning uchun platina anod va niobiy katoddir.

niobiy metall halogen

4. Niobiy erkin holatda

Bu shunchalik go'zalki, bir vaqtlar ular undan zargarlik buyumlarini yasashga harakat qilishgan: och kul rang bilan niobiy platinaga o'xshaydi. Yuqori erish nuqtalari (2500 ° C) va qaynash nuqtalari (4840 ° S) bo'lishiga qaramay, undan har qanday mahsulotni osongina tayyorlash mumkin. Metall shu qadar egiluvchanki, uni sovuqda qayta ishlash mumkin. Niobiy yuqori haroratlarda mexanik xususiyatlarini saqlab qolishi juda muhimdir. To'g'ri, vanadiyda bo'lgani kabi, vodorod, azot, uglerod va kislorodning kichik aralashmalari ham egiluvchanlikni sezilarli darajada kamaytiradi va qattiqlikni oshiradi. Niobiy - 100 dan - 200 ° C gacha bo'lgan haroratlarda mo'rt bo'ladi.

Niobiyni o'ta sof va ixcham shaklda olish so'nggi yillarda texnologiyadan foydalanish bilan mumkin bo'ldi. Butun texnologik jarayon murakkab va ko'p mehnat talab qiladi. Asosan 4 bosqichga bo'linadi:

1.konsentrat olish: ferroniobiy yoki ferrotantaloniobium;

.konsentratni ochish - niobiyni (va tantalni) kontsentratning asosiy qismidan ajratish uchun uni ba'zi erimaydigan birikmalarga aylantirish;

.niobiy va tantalni ajratish va ularning alohida birikmalarini olish;

.metallarni ishlab chiqarish va qayta ishlash.

Birinchi ikki bosqich juda oddiy va keng tarqalgan, garchi mehnat talab qilsa. Niobiy va tantalning ajralish darajasi uchinchi bosqich bilan belgilanadi. Iloji boricha ko'proq niobiy va ayniqsa tantal olish istagi bizni eng so'nggi ajratish usullarini topishga majbur qildi: selektiv ekstraktsiya, ion almashinuvi va bu elementlarning birikmalarini halogenlar bilan rektifikatsiya qilish. Natijada tantal va niobiyning oksidi yoki pentakloridlari alohida olinadi. Oxirgi bosqichda vodorod oqimida 1800 ° S haroratda ko'mir (soot) bilan qaytarilish qo'llaniladi va keyin harorat 1900 ° S ga ko'tariladi va bosim kamayadi. Ko'mir bilan o'zaro ta'sir natijasida hosil bo'lgan karbid Nb2O5 bilan reaksiyaga kirishadi:

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

va niobiy kukuni paydo bo'ladi. Agar niobiyni tantaldan ajratish natijasida oksid emas, balki tuz olinsa, u holda u 1000°C da metall natriy bilan ishlanadi va kukun holidagi niobiy ham olinadi. Shuning uchun kukunni keyinchalik ixcham monolitga aylantirish jarayonida yoy pechida qayta eritish amalga oshiriladi va ayniqsa sof niobiyning monokristallarini olish uchun elektron nur va zonali eritish qo'llaniladi.

Niobiy oksidlari va ularning tuzlari

Niobiydagi kislorod bilan birikmalar soni kichik, vanadiyga qaraganda sezilarli darajada kamroq. Bu +4, +3 va +2 oksidlanish darajasiga mos keladigan birikmalarda niobiyning o'ta beqaror ekanligi bilan izohlanadi. Agar ushbu elementning atomi elektronlardan voz kechishni boshlasa, u barqaror elektron konfiguratsiyasini ochib berish uchun barcha beshtasidan voz kechishga intiladi.

Agar guruhdagi ikkita qo'shni - vanadiy va niobiyning oksidlanish darajasi bir xil bo'lgan ionlarini solishtirsak, metallar yo'nalishi bo'yicha xossalarning oshishini topamiz. Nb2O5 oksidining kislotaliligi vanadiy (V) oksidiga qaraganda sezilarli darajada zaifdir. U eritilganda kislota hosil qilmaydi. Faqat ishqorlar yoki karbonatlar bilan eritilganda uning kislotali xususiyatlari paydo bo'ladi:

O5 + 3Na2SO3 = 2Na3NbO4 + 3S02

Bu tuz - natriy ortoniobat - ortofosforik va ortovanadik kislotalarning bir xil tuzlariga o'xshaydi. Biroq, fosfor va mishyakda orto shakli eng barqaror bo'lib, ortoniobatni uning sof shaklida olishga urinish muvaffaqiyatsizlikka uchraydi. Qotishma suv bilan ishlov berilganda Na3NbO4 tuzi emas, balki NaNbO3 metaniobat ajralib chiqadi. Bu rangsiz, sovuq suvda yomon eriydigan mayda kristall kukun. Binobarin, niobiyda oksidlanishning eng yuqori darajasida birikmalarning orto- emas, balki meta-shakli barqarorroqdir.

Niobiy (V) oksidning asosiy oksidli boshqa birikmalari qatorida pirokislotalarni eslatuvchi diniobatlar K4Nb2O7 va K7Nb5O16.nH2O va K8Nb6O taqriban formulalari bilan poliniobatlar (polifosfor va polivanadiy kislotalarning soyasi sifatida) ma'lum. Yuqori niobiy oksidiga to'g'ri keladigan ko'rsatilgan tuzlar anionning bir qismi sifatida ushbu elementni o'z ichiga oladi. Bu tuzlarning shakli ularni niobiy hosilalari deb hisoblash imkonini beradi. kislotalar Ushbu kislotalarni sof shaklda olish mumkin emas, chunki ularni suv molekulalari bilan bog'langan oksidlar deb hisoblash mumkin. Masalan, meta shakli Nb2O5. H2O, orgo shakli esa Nb2O5. 3H2O. Ushbu turdagi birikmalar bilan bir qatorda, niobiy allaqachon kationning bir qismi bo'lgan boshqalarga ega. Niobiy sulfatlar, nitratlar va boshqalar kabi oddiy tuzlar hosil qilmaydi.Natriy vodorod sulfat NaHSO4 yoki azot oksidi N2O4 bilan oʻzaro taʼsirlashganda murakkab kationli moddalar paydo boʻladi: Nb2O2(SO4)3. Bu tuzlardagi kationlar vanadiy kationiga o'xshaydi, yagona farqi shundaki, bu erda ion beshta zaryadlangan, vanadiy esa vanadil ionida to'rtta oksidlanish darajasiga ega. Ayrim murakkab tuzlar tarkibiga bir xil NbO3+ kationi kiradi. Nb2O5 oksidi suvli gidroflorik kislotada juda oson eriydi. Bunday eritmalardan K2 kompleks tuzini ajratib olish mumkin. H2O.

Ko'rib chiqilgan reaktsiyalarga asoslanib, biz eng yuqori oksidlanish darajasida niobiy ham anionlarning, ham kationning bir qismi bo'lishi mumkin degan xulosaga kelishimiz mumkin. Bu shuni anglatadiki, besh valentli niobiy amfoter, ammo shunga qaramay kislotali xususiyatlarning sezilarli ustunligi bilan.

Nb2O5 olishning bir qancha usullari mavjud. Birinchidan, qizdirilganda niobiyning kislorod bilan o'zaro ta'siri. Ikkinchidan, havodagi niobiy tuzlarini kaltsiylash: sulfid, nitrid yoki karbid. Uchinchidan, eng keng tarqalgan usul - hidratlarning suvsizlanishi. Nb2O5 gidratlangan oksidi konsentrlangan kislotalar bilan suvli tuz eritmalaridan cho'ktiriladi. xH2O. Keyin, eritmalar suyultirilganda, oq oksidli cho'kma hosil bo'ladi. Nb2O5 xH2O cho'kmasining suvsizlanishi issiqlikning chiqishi bilan birga keladi. Butun massa qiziydi. Bu amorf oksidning kristall shaklga aylanishi tufayli yuzaga keladi. Niobiy oksidi ikki rangda bo'ladi. Oddiy sharoitlarda u oq, lekin qizdirilganda sariq rangga aylanadi. Biroq, oksid sovishi bilanoq, rang yo'qoladi. Oksid o'tga chidamli (tmelt = 1460 ° C) va uchuvchan emas.

Niobiyning quyi oksidlanish darajasi NbO2 va NbO ga mos keladi. Bu ikkitadan birinchisi ko'k rangga ega qora kukun. NbO2 Nb2O5 dan kislorodni magniy yoki vodorod bilan ming darajaga yaqin haroratda olib tashlash orqali olinadi:

O5 + H2 = 2NbO2 + H2O

Havoda bu birikma osonlik bilan yana yuqori oksidi Nb2O5 ga aylanadi. Uning xarakteri ancha sirli, chunki oksid na suvda, na kislotalarda erimaydi. Shunga qaramay, u issiq suvli ishqor bilan o'zaro ta'siriga ko'ra kislotali xususiyatga ega; bu holda, ammo oksidlanish beshta zaryadlangan ionda sodir bo'ladi.

Bir elektronning farqi unchalik katta emasdek tuyuladi, lekin Nb2O5 dan farqli o'laroq, NbO2 oksidi elektr tokini o'tkazadi. Shubhasiz, bu birikmada metall-metall bog'lanish mavjud. Agar siz ushbu sifatdan foydalansangiz, unda kuchli o'zgaruvchan tok bilan qizdirilganda siz NbO2 ni kisloroddan voz kechishga majbur qilishingiz mumkin.

Kislorod yo'qolganda, NbO2 NbO oksidiga aylanadi va keyin barcha kislorod juda tez bo'linadi. Pastki niobiy oksidi NbO haqida kam narsa ma'lum. Metall yorqinligi bor va tashqi ko'rinishi metallga o'xshaydi. Elektr tokini mukammal o'tkazadi. Bir so'z bilan aytganda, tarkibida kislorod umuman yo'qdek tutadi. Hatto odatdagi metall kabi, qizdirilganda xlor bilan kuchli reaksiyaga kirishadi va oksixloridga aylanadi:

2NbO + 3Cl2=2NbOCl3

U vodorodni xlorid kislotadan siqib chiqaradi (go'yo u umuman oksid emas, balki rux kabi metall):

NbO + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2

NbO ni sof shaklda yuqorida aytib o'tilgan K2 kompleks tuzini metall natriy bilan kaltsiylash orqali olish mumkin:

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

NbO oksidi barcha niobiy oksidlari orasida eng yuqori erish nuqtasiga ega, 1935 ° C. Niobiyni kisloroddan tozalash uchun harorat 2300 - 2350 ° S ga ko'tariladi, keyin bug'lanish bilan bir vaqtda NbO kislorod va metallga parchalanadi. Metallni tozalash (tozalash) sodir bo'ladi.

Niobiy birikmalari

Element haqidagi hikoya uning galogenlar, karbidlar va nitridlar bilan birikmalarini eslatmasdan to'liq bo'lmaydi. Bu ikki sababga ko'ra muhim. Birinchidan, ftorid komplekslari tufayli niobiyni uning abadiy hamrohi tantalidan ajratish mumkin. Ikkinchidan, bu birikmalar bizga niobiyning metall sifatidagi xususiyatlarini ochib beradi.

Galogenlarning metall niobiy bilan o'zaro ta'siri:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5 olinishi mumkin, barcha mumkin bo'lgan niobiy pentahalidlar.

NbF5 pentaflorid (eritma = 76 °C) suyuq holatda va bug'da rangsizdir. Vanadiy pentaflorid kabi, suyuq holatda u polimerdir. Niobiy atomlari bir-biri bilan ftor atomlari orqali bog'langan. Qattiq shaklda u to'rt molekuladan iborat tuzilishga ega (2-rasm).

Guruch. 2. Qattiq shakldagi NbF5 va TaF5 ning tuzilishi to'rt molekuladan iborat.

H2F2 gidroflorik kislotadagi eritmalar turli xil murakkab ionlarni o'z ichiga oladi:

H2F2 = H2 ;+ H2O = H2

Kaliy tuzi K2. H2O niobiyni tantaldan ajratish uchun muhimdir, chunki tantal tuzidan farqli o'laroq, u juda eriydi.

Qolgan niobiy pentahalidlar yorqin rangga ega: NbCl5 sariq, NbBr5 binafsha-qizil, NbI2 jigarrang. Ularning barchasi tegishli halogen atmosferasida parchalanmasdan sublimatsiyalanadi; juft bo'lib ular monomerlardir. Xlordan brom va yodga o'tganda ularning erish va qaynash haroratlari ortadi. Pentahalidlarni tayyorlashning ba'zi usullari:

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

2NbCl5+5F22NbF5+5Cl2

Pentagalidlar organik erituvchilarda yaxshi eriydi: efir, xloroform, spirt. Biroq, ular butunlay suv bilan parchalanadi - gidrolizlanadi. Gidroliz natijasida ikkita kislota - gidrogal kislotasi va niob kislotasi olinadi. Masalan,

4H2O = 5HCl + H3NbO4

Agar gidroliz istalmagan bo'lsa, unda qandaydir kuchli kislota kiritiladi va yuqorida tavsiflangan jarayonning muvozanati NbCl5 tomon siljiydi. Bunday holda, pentagalid gidrolizga uchramasdan eriydi,

Niobiy karbid metallurglarning alohida minnatdorchiligiga sazovor bo'ldi. Har qanday po'latda uglerod mavjud; niobiy, uni karbidga bog'lab, qotishma po'latning sifatini yaxshilaydi. Odatda, zanglamaydigan po'latdan payvandlashda payvand kamroq kuchga ega. Bir tonna uchun 200 g miqdorida niobiyning kiritilishi bu kamchilikni tuzatishga yordam beradi. Niobiy qizdirilganda, boshqa barcha po'lat metallardan oldin, uglerod - karbid bilan birikma hosil qiladi. Ushbu birikma juda plastik va ayni paytda 3500 ° S gacha bo'lgan haroratga bardosh bera oladi. Yarim millimetr qalinlikdagi karbid qatlami metallarni va ayniqsa qimmatli bo'lgan grafitni korroziyadan himoya qilish uchun etarli. Karbidni metall yoki niobiy (V) oksidini uglerod yoki uglerodli gazlar (CH4, CO) bilan isitish orqali olish mumkin.

Niobium nitridi - qaynatilganda hech qanday kislotalar va hatto "regia vodka" ta'sir qilmaydigan birikma; suvga chidamli. U bilan ta'sir o'tkazishga majbur bo'lishi mumkin bo'lgan yagona narsa - bu qaynayotgan gidroksidi. Bunday holda, u parchalanadi, ammiakni chiqaradi.

NbN nitridi och kulrang, sarg'ish rangga ega. O'tga chidamli (harorat mp. 2300 ° C), ajoyib xususiyatga ega - mutlaq nolga yaqin haroratda (15,6 K yoki -267,4 ° S), supero'tkazuvchanlikka ega.

Oksidlanish darajasi past bo'lgan niobiyni o'z ichiga olgan birikmalardan galogenidlar yaxshi ma'lum. Barcha pastki galogenidlar quyuq kristalli qattiq moddalardir (to'q qizildan qora ranggacha). Metallning oksidlanish darajasi pasayganda ularning barqarorligi pasayadi.

Niobiyning turli sohalarda qo'llanilishi

Metall qotishma uchun niobiyni qo'llash

Niobiy qotishma po'lat yaxshi korroziyaga chidamliligiga ega. Xrom po'latning korroziyaga chidamliligini ham oshiradi va u niobiydan ancha arzon. Bu o'quvchi bir vaqtning o'zida to'g'ri va noto'g'ri. Men xato qildim, chunki men bir narsani unutganman.

Xrom-nikel po'lat, boshqa har qanday kabi, har doim uglerod o'z ichiga oladi. Ammo uglerod xrom bilan birlashib, karbid hosil qiladi, bu po'latni mo'rtroq qiladi. Niobiy xromga qaraganda ko'proq uglerodga yaqinroqdir. Shuning uchun po'latga niobiy qo'shilsa, niobiy karbid majburiy ravishda hosil bo'ladi. Niobiy bilan qotishma po'lat yuqori korroziyaga qarshi xususiyatlarga ega bo'ladi va egiluvchanligini yo'qotmaydi. Bir tonna po'latga atigi 200 g niobiy metall qo'shilsa, kerakli effektga erishiladi. Va niobiy xrom-marganets po'latiga yuqori aşınma qarshilik beradi.

Ko'pgina rangli metallar ham niobiy bilan qotishtiriladi. Shunday qilib, ishqorlarda oson eriydigan alyuminiy, agar unga atigi 0,05% niobiy qo'shilsa, ular bilan reaksiyaga kirishmaydi. Yumshoqligi bilan mashhur bo'lgan mis va uning ko'plab qotishmalari niobiy tomonidan qotib qolganga o'xshaydi. Titan, molibden, sirkoniy kabi metallarning mustahkamligini oshiradi va shu bilan birga ularning issiqlikka chidamliligi va issiqlikka chidamliligini oshiradi.

Endi niobiyning xususiyatlari va imkoniyatlari aviatsiya, mashinasozlik, radiotexnika, kimyo sanoati va atom energetikasi tomonidan qadrlanadi. Ularning barchasi niobiy iste'molchilariga aylandi.

Noyob xususiyat - 1100 ° C gacha bo'lgan haroratlarda niobiyning uran bilan sezilarli o'zaro ta'sirining yo'qligi va qo'shimcha ravishda yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligi, termal neytronlarning kichik samarali yutilish kesimi - niobiyni yadroda tan olingan metallar uchun jiddiy raqobatchiga aylantirdi. sanoat - alyuminiy, berilliy va sirkoniy. Bundan tashqari, niobiyning sun'iy (induktsiyalangan) radioaktivligi past. Shuning uchun u radioaktiv chiqindilarni saqlash uchun konteynerlar yoki ulardan foydalanish uchun moslamalar tayyorlash uchun ishlatilishi mumkin.

Kimyo sanoati nisbatan kam niobiy iste'mol qiladi, lekin bu faqat uning tanqisligi bilan izohlanadi. Yuqori toza kislotalarni ishlab chiqarish uchun asbob-uskunalar ba'zan niobiy o'z ichiga olgan qotishmalardan va kamroq tarqalgan bo'lib niobiy varaqdan tayyorlanadi. Niobiyning ma'lum kimyoviy reaktsiyalar tezligiga ta'sir qilish qobiliyati, masalan, butadiendan spirtni sintez qilishda qo'llaniladi.

Raketa va kosmik texnologiyalar ham 41-sonli element iste'molchilariga aylandi. Hech kimga sir emaski, ushbu elementning ba'zi miqdori allaqachon Yerga yaqin orbitalarda aylanmoqda. Raketalarning ba'zi qismlari va sun'iy Yer sun'iy yo'ldoshlarining bort jihozlari niobiy o'z ichiga olgan qotishmalardan va sof niobiydan tayyorlangan.

Niobiyning boshqa sohalarda qo'llanilishi

"Issiq armatura" (ya'ni isitiladigan qismlar) niobiy plitalari va barlardan - anodlar, panjaralar, bilvosita isitiladigan katodlar va elektron lampalarning boshqa qismlari, ayniqsa kuchli generator lampalaridan tayyorlanadi.

Xuddi shu maqsadlar uchun sof metalldan tashqari, tantalonium-bium qotishmalari ham qo'llaniladi.

Niobiy elektrolitik kondansatkichlar va tok rektifikatorlarini ishlab chiqarish uchun ishlatilgan. Bu erda anodik oksidlanish jarayonida niobiyning barqaror oksidli plyonka hosil qilish qobiliyatidan foydalaniladi. Oksid plyonkasi kislotali elektrolitlarda barqaror bo'lib, oqimni faqat elektrolitdan metallga yo'nalishda o'tkazadi. Qattiq elektrolitli niobiy kondansatkichlari kichik o'lchamli va yuqori izolyatsiyaga chidamliligi bilan yuqori quvvat bilan tavsiflanadi.

Niobiy kondansatkich elementlari yupqa folga yoki metall kukunlardan presslangan gözenekli plitalardan tayyorlanadi.

Niobiyning kislotalar va boshqa muhitlardagi korroziyaga chidamliligi, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi va egiluvchanligi bilan birgalikda uni kimyo va metallurgiya sanoati uskunalari uchun qimmatbaho konstruktiv materialga aylantiradi. Niobiy strukturaviy materiallar uchun yadro energiyasi talablariga javob beradigan xususiyatlarning kombinatsiyasiga ega.

900 ° C gacha, niobiy uran bilan zaif ta'sir qiladi va energiya reaktorlarining uran yoqilg'isi elementlari uchun himoya qobiqlarni ishlab chiqarish uchun javob beradi. Bunday holda, suyuq metall sovutgichlardan foydalanish mumkin: natriy yoki natriy va kaliy qotishmasi, ular bilan niobiy 600 ° S gacha o'zaro ta'sir qilmaydi. Uran yoqilg'isi elementlarining yashash qobiliyatini oshirish uchun uran niobiy (~ 7% niobiy) bilan qo'shiladi. Niobiy qo'shimchasi urandagi himoya oksidi plyonkasini barqarorlashtiradi, bu uning suv bug'iga chidamliligini oshiradi.

Niobiy reaktiv dvigatel gaz turbinalari uchun turli xil issiqlikka chidamli qotishmalarning tarkibiy qismidir. Molibden, titan, sirkoniy, alyuminiy va misni niobiy bilan qotishma bu metallarning, shuningdek, ularning qotishmalarining xossalarini keskin yaxshilaydi. Reaktiv dvigatellar va raketalarning qismlari uchun konstruktiv material sifatida niobiy asosida issiqlikka chidamli qotishmalar mavjud (turbinalar pichoqlarini ishlab chiqarish, qanotlarning oldingi qirralari, samolyot va raketalarning burun uchlari, raketa terilari). Niobiy va unga asoslangan qotishmalar 1000 - 1200 ° S ish haroratida ishlatilishi mumkin.

Niobiy karbid po'latlarni kesish uchun ishlatiladigan volfram karbidiga asoslangan karbidning ba'zi navlarining tarkibiy qismidir.

Niobiy po'latlarda qotishma qo'shimcha sifatida keng qo'llaniladi. Po'latdagi uglerod miqdoridan 6 dan 10 baravar ko'p miqdorda niobiy qo'shilishi zanglamaydigan po'latdan yasalgan donalararo korroziyani yo'q qiladi va choklarni yo'q qilishdan himoya qiladi.

Niobiy, shuningdek, har xil issiqlikka chidamli po'latlarga (masalan, gaz turbinalari uchun), shuningdek, asbob va magnit po'latlarga qo'shiladi.

Niobiy po'latga 60% Nb gacha bo'lgan temir (ferroniobiy) bilan qotishma shaklida kiritiladi. Bundan tashqari, ferrotantaloniobium ferroqotishmada tantal va niobiy o'rtasidagi turli nisbatlarda ishlatiladi.

Organik sintezda katalizator sifatida ayrim niobiy birikmalari (ftorid kompleks tuzlari, oksidlar) ishlatiladi.

Niobiydan foydalanish va ishlab chiqarish tez sur'atlar bilan o'sib bormoqda, bu o'tga chidamlilik, termal neytronlarni ushlab turish uchun kichik tasavvurlar, issiqlikka chidamli, o'ta o'tkazuvchan va boshqa qotishmalarni hosil qilish qobiliyati, korroziyaga chidamliligi, oluvchi xususiyatlari kabi xususiyatlarning kombinatsiyasi bilan bog'liq. past elektron ish funktsiyasi, sovuq bosim ostida yaxshi ishlov berish va payvandlash mumkinligi. Niobiyni qo'llashning asosiy yo'nalishlari: raketasozlik, aviatsiya va kosmik texnologiyalar, radiotexnika, elektronika, kimyo muhandisligi, yadro energetikasi.

Metall niobiyning qo'llanilishi

Samolyot qismlari sof niobiy yoki uning qotishmalaridan tayyorlanadi; uran va plutoniy yonilg'i elementlari uchun qoplamalar; konteynerlar va quvurlar; suyuq metallar uchun; elektrolitik kondansatkichlarning qismlari; elektron (radar qurilmalari uchun) va kuchli generator lampalari (anodlar, katodlar, panjaralar va boshqalar) uchun "issiq" armatura; kimyo sanoatida korroziyaga chidamli uskunalar.

Boshqa rangli metallar, shu jumladan uran, niobiy bilan qotishma.

Niobiy kriotronlarda - kompyuterlarning o'ta o'tkazuvchan elementlarida qo'llaniladi. Niobiy, shuningdek, Katta adron kollayderining tezlashtiruvchi tuzilmalarida qo'llanilishi bilan mashhur.

Niobiyning intermetalik birikmalari va qotishmalari

Nb3Sn stannidi va niobiyning titan va sirkoniy bilan qotishmalari o'ta o'tkazuvchan solenoidlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Niobiy va tantal bilan qotishmalar ko'p hollarda tantal o'rnini bosadi, bu katta iqtisodiy samara beradi (niobiy tantalga qaraganda arzonroq va deyarli ikki baravar engil).

Ferroniobiy zanglamaydigan xrom-nikel po'latlariga ularning donalararo korroziyasini va yo'q qilinishini oldini olish uchun va boshqa turdagi po'latlarga ularning xususiyatlarini yaxshilash uchun kiritiladi.

Niobiy kolleksion tangalar zarb qilishda ishlatiladi. Shunday qilib, Latviya banki 1 latlik kolleksiya tangalarida kumush bilan bir qatorda niobiy ham qo‘llanilishini da’vo qilmoqda.

Niobiy birikmalari O5 katalizatorini kimyo sanoatida qo'llash;

refrakterlar, sermetlar, maxsus mahsulotlar ishlab chiqarishda. shisha, nitrid, karbid, niobatlar.

Zirkonyum karbid va uran-235 karbid bilan qotishma niobiy karbid (mp 3480 ° C) qattiq fazali yadro reaktiv dvigatellarining yonilg'i tayoqlari uchun eng muhim strukturaviy materialdir.

Niobiy nitridi NbN 0,1 K tartibli tor o'tish bilan 5 dan 10 K gacha kritik haroratga ega bo'lgan nozik va o'ta yupqa supero'tkazuvchi plyonkalarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Niobiy tibbiyotda

Niobiyning yuqori korroziyaga chidamliligi uni tibbiyotda qo'llash imkonini berdi. Niobiy iplari tirik to'qimalarga tirnash xususiyati keltirmaydi va unga yaxshi yopishadi. Rekonstruktiv jarrohlik yirtilgan tendonlarni, qon tomirlarini va hatto nervlarni birlashtirish uchun bunday iplardan muvaffaqiyatli foydalangan.

Zargarlik buyumlarida qo'llanilishi

Niobiy nafaqat texnologiya uchun zarur bo'lgan xususiyatlar to'plamiga ega, balki juda chiroyli ko'rinadi. Zargarlar bu oq yaltiroq metalldan soat qutilarini yasashda foydalanishga harakat qilishdi. Niobiyning volfram yoki reniy bilan qotishmalari ba'zan olijanob metallarni almashtiradi: oltin, platina, iridiy. Ikkinchisi ayniqsa muhimdir, chunki niobiyning reniy bilan qotishmasi nafaqat metall iridiyga tashqi o'xshash, balki deyarli aşınmaya bardoshli. Bu ba'zi mamlakatlarga favvora qalamlari uchun lehim uchlarini ishlab chiqarishda qimmatbaho iridiysiz qilish imkonini berdi.

Rossiyada niobiy qazib olish

So'nggi yillarda jahon niobiy ishlab chiqarish 24-29 ming tonna darajasida bo'ldi, shuni ta'kidlash kerakki, jahon niobiy bozori jahon niobiy ishlab chiqarishining qariyb 85 foizini tashkil etadigan Braziliyaning SVMM kompaniyasi tomonidan sezilarli darajada monopollashtiriladi.

Niobiy o'z ichiga olgan mahsulotlarning asosiy iste'molchisi (bu birinchi navbatda ferroniobiyni o'z ichiga oladi) Yaponiyadir. Bu mamlakat har yili Braziliyadan 4 ming tonnadan ortiq ferroniobiy import qiladi. Shu sababli, niobiy o'z ichiga olgan mahsulotlarning Yaponiya import narxlarini jahon o'rtacha darajasiga yaqin deb ishonch bilan qabul qilish mumkin. So'nggi yillarda ferroniobiy narxining oshishi tendentsiyasi kuzatildi. Bu asosan neft va gaz quvurlari uchun mo'ljallangan past qotishma po'latlarni ishlab chiqarish uchun tobora ortib borayotganligi bilan bog'liq. Umuman olganda, so'nggi 15 yil ichida niobiyning global iste'moli har yili o'rtacha 4-5% ga oshganini ta'kidlash kerak.

Afsuski, tan olishimiz kerakki, Rossiya niobiy bozorining chetida. 90-yillarning boshlarida, Giredmet mutaxassislarining fikriga ko'ra, sobiq SSSRda 2 ming tonnaga yaqin niobiy (niobiy oksidi bo'yicha) ishlab chiqarilgan va iste'mol qilingan. Hozirgi vaqtda Rossiya sanoati tomonidan niobiy mahsulotlarini iste'mol qilish atigi 100-200 tonnadan oshmaydi, shuni ta'kidlash kerakki, sobiq SSSRda turli respublikalarda - Rossiya, Estoniya, Qozog'istonda tarqalgan niobiy ishlab chiqarishning sezilarli quvvatlari yaratilgan. SSSRda sanoat rivojlanishining bu an'anaviy xususiyati hozirda Rossiyani xomashyo va metallarning ko'p turlari bo'yicha juda og'ir ahvolga solib qo'ydi. Niobiy bozori niobiy o'z ichiga olgan xom ashyoni ishlab chiqarish bilan boshlanadi. Uning Rossiyadagi asosiy turi Lovozerskiy GOKda (hozirgi Murmansk viloyati "Sevredmet" OAJ) ishlab chiqarilgan loparit kontsentrati edi va shunday bo'lib qoladi. SSSR parchalanishidan oldin korxona 23 ming tonnaga yaqin loparit kontsentrati ishlab chiqargan (niobiy oksidi miqdori taxminan 8,5%). Keyinchalik 1996-1998 yillarda konsentrat ishlab chiqarish doimiy ravishda kamaydi. Sotish yo'qligi sababli kompaniya bir necha bor to'xtab qoldi. Ayni paytda korxonada loparit konsentrati ishlab chiqarish oyiga 700-800 tonnani tashkil etishi taxmin qilinmoqda.

Shuni ta'kidlash kerakki, korxona o'zining yagona iste'molchisi - Solikamsk magniy zavodi bilan juda qattiq bog'langan. Gap shundaki, loparit konsentrati faqat Rossiyada olinadigan o'ziga xos mahsulotdir. Uni qayta ishlash texnologiyasi tarkibida noyob metallar (niobiy, tantal, titan) majmuasi tufayli ancha murakkab. Bundan tashqari, kontsentrat radioaktivdir, shuning uchun ushbu mahsulot bilan jahon bozoriga chiqishga bo'lgan barcha urinishlar behuda tugadi. Shuni ham ta'kidlash kerakki, loparit konsentratidan ferroniobiy olish mumkin emas. 2000 yilda "Sevredmet" zavodida "Rosredmet" kompaniyasi boshqa metallar qatorida niobiy o'z ichiga olgan tijorat mahsulotlari (niobiy oksidi) ishlab chiqarish uchun loparit konsentratini qayta ishlash bo'yicha eksperimental qurilmani ishga tushirdi.

SMZ niobiy mahsulotlarining asosiy bozorlari MDHdan tashqari davlatlardir: AQSh, Yaponiya va Yevropa mamlakatlariga yetkazib beriladi. Eksportning umumiy ishlab chiqarishdagi ulushi 90 foizdan ortiq. SSSRda muhim niobiy ishlab chiqarish quvvatlari Estoniyada - Sillamae kimyo-metallurgiya ishlab chiqarish birlashmasida (Sillamae) to'plangan. Endi Estoniya kompaniyasi Silmet deb ataladi. Sovet davrida korxona 1992 yildan beri Lovoozersk kon-qayta ishlash zavodidan loparit konsentratini qayta ishlagan, uni jo'natish to'xtatilgan. Hozirda Silmet Solikamsk magniy zavodidan faqat kichik hajmdagi niobiy gidroksidni qayta ishlaydi. Hozirda kompaniya tarkibida niobiy bo‘lgan xomashyoning asosiy qismini Braziliya va Nigeriyadan oladi. Korxona rahbariyati loparit kontsentrati yetkazib berishni istisno etmayapti, ammo “Sevredmet” uni mahalliy sharoitda qayta ishlash siyosatini olib borishga harakat qilmoqda, chunki xomashyo eksporti tayyor mahsulotga qaraganda unchalik foydali emas.

Repetitorlik

Mavzuni o'rganishda yordam kerakmi?

Mutaxassislarimiz sizni qiziqtirgan mavzular bo'yicha maslahat beradilar yoki repetitorlik xizmatlarini ko'rsatadilar.
Arizangizni yuboring konsultatsiya olish imkoniyati haqida bilish uchun hozir mavzuni ko'rsating.

Boshqa moddalar bilan birlashganda, maxsus ishlash xususiyatlariga ega bo'lgan qotishmalar hosil qiluvchi juda ko'p sonli elementlar mavjud. Bunga misol qilib niobiyni keltirish mumkin, bu element birinchi marta "kolumbiy" deb nomlangan (birinchi topilgan daryo nomidan keyin), lekin keyinchalik nomi o'zgartirilgan. Niobiy - bu juda g'ayrioddiy xususiyatlarga ega bo'lgan metall, biz keyinroq batafsilroq muhokama qilamiz.

Elementni olish

Niobiyning xossalarini ko'rib chiqayotganda shuni ta'kidlash kerakki, bu metalning bir tonna toshdagi miqdori nisbatan kichik, taxminan 18 gramm. Shu sababli, u kashf etilgandan so'ng, metallni sun'iy ravishda olish uchun juda ko'p urinishlar qilingan. O'xshash kimyoviy tarkibi tufayli bu modda ko'pincha tantal bilan birga qazib olinadi.

Niobiy konlari deyarli butun dunyoda joylashgan. Masalan, Kongo, Ruanda, Braziliya va boshqa ko'plab mamlakatlardagi minalar. Biroq, bu elementni ko'p hududlarda keng tarqalgan deb atash mumkin emas, u hatto past konsentratsiyalarda ham deyarli topilmaydi.

Erning jinsida moddaning nisbatan kichik konsentratsiyasi uni konsentratdan olishda duch keladigan qiyinchiliklar tufayli yanada og'irlashadi. NBS niobiyni faqat tantal bilan to'yingan jinsdan olish mumkinligini hisobga olish kerak. Quyidagilar ishlab chiqarish jarayonining xususiyatlari:

Boshlash uchun konsentrlangan ruda zavodga etkazib beriladi, u tozalashning bir necha bosqichlaridan o'tadi. Niobiy ishlab chiqarishda hosil bo'lgan ruda sof elementlarga, shu jumladan tantalga bo'linadi.
Yakuniy ishlov berish jarayoni metallni tozalashni o'z ichiga oladi.

Ko'rib chiqilayotgan rudani qazib olish va qayta ishlashda duch keladigan qiyinchiliklarga qaramay, har yili ko'rib chiqilayotgan qotishma ishlab chiqarish hajmi sezilarli darajada oshadi. Buning sababi, metallning ajoyib ishlash sifati va sanoatning turli sohalarida keng qo'llanilishi.

Niobiy oksidlari

Ko'rib chiqilayotgan kimyoviy element turli birikmalarning asosiga aylanishi mumkin. Eng keng tarqalgani niobiy pentoksiddir. Ushbu ulanishning xususiyatlari orasida quyidagi fikrlarni ta'kidlash mumkin:

Niobiy oksidi kremsi rangga ega bo'lgan oq kristall kukundir.
Modda suvda erimaydi.
Hosil bo'lgan modda ko'pchilik kislotalar bilan aralashganda o'z tuzilishini saqlab qoladi.

Niobiy pentoksidning xususiyatlariga quyidagi xususiyatlar ham kiradi:

Kuch kuchaygan.
Yuqori refrakterlik. Modda 1490 daraja Selsiygacha bo'lgan haroratga bardosh bera oladi.
Qizdirilganda sirt oksidlanadi.
Xlor bilan reaksiyaga kirishadi va uni vodorod bilan kamaytirish mumkin.

Niobiy gidroksid ko'p hollarda juda jozibali ishlash xususiyatlariga ega bo'lgan yuqori qotishma po'lat navlarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Fizikaviy va kimyoviy xossalari

Niobiy tantalnikiga o'xshash kimyoviy xususiyatlarga ega. Niobiyning asosiy xususiyatlarini ko'rib chiqishda siz quyidagi fikrlarga e'tibor berishingiz kerak:

Har xil turdagi korroziyaga chidamli. Ushbu elementni kompozitsiyaga kiritish natijasida olingan qotishmalar yuqori korroziyaga chidamli xususiyatlarga ega.
Ko'rib chiqilayotgan kimyoviy element yuqori erish nuqtasini namoyish etadi. Amaliyot shuni ko'rsatadiki, ko'pchilik qotishmalarning erish nuqtasi 1400 darajadan yuqori. bu qayta ishlash jarayonini murakkablashtiradi, lekin metallarni faoliyatning turli sohalarida ajralmas qiladi.
Asosiy jismoniy xususiyatlar, shuningdek, olingan qotishmalarni payvandlash qulayligi bilan tavsiflanadi.
Noldan past haroratlarda elementning tuzilishi deyarli o'zgarishsiz qoladi, bu esa metallning ishlash xususiyatlarini saqlab qolish imkonini beradi.
Niobiy atomining maxsus tuzilishi materialning o'ta o'tkazuvchanlik xususiyatlarini aniqlaydi.
Atom massasi 92,9, valentlik tarkibning xususiyatlariga bog'liq.

Moddaning asosiy afzalligi uning refrakterligi hisoblanadi. Shuning uchun u sanoatning turli sohalarida qo'llanila boshlandi. Modda taxminan 2500 daraja Selsiy haroratda eriydi. Ba'zi qotishmalar hatto rekord haroratda 4500 daraja Selsiyda eriydi. Moddaning zichligi ancha yuqori, kub santimetr uchun 8,57 gramm. Metallning paramagnitligi bilan ajralib turishini hisobga olish kerak.

Quyidagi kislotalar kristall panjaraga ta'sir qilmaydi:

oltingugurt;
tuz;
fosfor;
xlor

Metall va suvli xlor eritmalariga ta'sir qilmaydi. Metallga ma'lum bir ta'sir qilish bilan uning yuzasida dielektrik oksidli plyonka hosil bo'ladi. Shuning uchun metall qimmatroq tantaldan tayyorlangan miniatyurali yuqori sig'imli kondansatkichlarni ishlab chiqarishda qo'llanila boshlandi.

Niobiyning qo'llanilishi

Niobiy mahsulotlarining keng assortimenti ishlab chiqariladi, ularning aksariyati samolyotlar ishlab chiqarish bilan bog'liq. Bunga misol qilib, raketalar yoki samolyotlarni yig'ish paytida o'rnatiladigan qismlarni ishlab chiqarishda niobiydan foydalanish mumkin. Bundan tashqari, ushbu elementning quyidagi qo'llanilishini ajratib ko'rsatish mumkin:

Radar qurilmalari ishlab chiqariladigan elementlarni ishlab chiqarish.
Yuqorida aytib o'tilganidek, ko'rib chiqilayotgan qotishma arzonroq sig'imli elektr kondansatkichlarini ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin.
Folgadan katodlar va anodlar ham yuqori issiqlik qarshiligi bilan bog'liq bo'lgan ushbu element yordamida amalga oshiriladi.
Ko'pincha ichkarida panjara bo'lgan kuchli generator lampalarining dizaynlarini topishingiz mumkin. Ushbu to'r yuqori haroratga bardosh berishi uchun u ko'rib chiqilayotgan qotishmadan tayyorlanadi.

Yuqori jismoniy va kimyoviy sifatlar suyuq metallarni tashish uchun quvurlar ishlab chiqarishda niobiydan foydalanishni aniqlaydi. Bundan tashqari, qotishmalar turli maqsadlar uchun idishlar ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Niobiy bilan qotishmalar

Bunday qotishmalarni ko'rib chiqayotganda, bu element ko'pincha ferroniobiy ishlab chiqarish uchun ishlatilishini hisobga olish kerak. Ushbu material quyish sanoatida, shuningdek, elektron qoplamalar ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi. O'z ichiga oladi:

temir;
tantal bilan niobiy;
kremniy;
alyuminiy;
uglerod;
oltingugurt;
fosfor;
titan.

Asosiy elementlarning kontsentratsiyasi juda keng diapazonda o'zgarishi mumkin, bu materialning ishlashini belgilaydi.

Muqobil ferroniobium qotishmasini niobiy 5VMC deb atash mumkin. Uni ishlab chiqarishda qotishma elementlar sifatida volfram, tsirkonyum va molibden ishlatiladi. Ko'pgina hollarda, bu qatron yarim tayyor mahsulotlar ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Xulosa qilib shuni ta'kidlaymizki, niobiy ba'zi mamlakatlarda tanga ishlab chiqarishda qo'llaniladi. Bu materialning ancha yuqori narxiga bog'liq. Asosiy element sifatida niobiy o'z ichiga olgan qotishmalarning ommaviy ishlab chiqarilishi bilan noyob ingotlar yaratiladi.

Metall qotishma uchun niobiyni qo'llash

Endi niobiyning xususiyatlari va imkoniyatlari aviatsiya, mashinasozlik, radiotexnika, kimyo sanoati va atom energetikasi tomonidan qadrlanadi. Ularning barchasi niobiy iste'molchilariga aylandi.

Niobiyning boshqa sohalarda qo'llanilishi

Xuddi shu maqsadlar uchun sof metalldan tashqari, tantalonium-bium qotishmalari ham qo'llaniladi.

Niobiy kondansatkich elementlari yupqa folga yoki metall kukunlardan presslangan gözenekli plitalardan tayyorlanadi.

Niobiy karbid po'latlarni kesish uchun ishlatiladigan volfram karbidiga asoslangan karbidning ba'zi navlarining tarkibiy qismidir.

Niobiy, shuningdek, har xil issiqlikka chidamli po'latlarga (masalan, gaz turbinalari uchun), shuningdek, asbob va magnit po'latlarga qo'shiladi.

Organik sintezda katalizator sifatida ayrim niobiy birikmalari (ftorid kompleks tuzlari, oksidlar) ishlatiladi.

Metall niobiyning qo'llanilishi

Samolyot qismlari sof niobiy yoki uning qotishmalaridan tayyorlanadi; uran va plutoniy yonilg'i elementlari uchun qoplamalar; konteynerlar va quvurlar; suyuq metallar uchun; elektrolitik kondansatkichlarning qismlari; elektron (radar qurilmalari uchun) va kuchli generator lampalari (anodlar, katodlar, panjaralar va boshqalar) uchun "issiq" armatura; kimyo sanoatida korroziyaga chidamli uskunalar.
Boshqa rangli metallar, shu jumladan uran, niobiy bilan qotishma.
Niobiy kriotronlarda - kompyuterlarning o'ta o'tkazuvchan elementlarida qo'llaniladi. Niobiy, shuningdek, Katta adron kollayderining tezlashtiruvchi tuzilmalarida qo'llanilishi bilan mashhur.

Niobiyning intermetalik birikmalari va qotishmalari

Nb 3 Sn stannidi va niobiyning titan va sirkoniy bilan qotishmalari o'ta o'tkazuvchan solenoidlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
Niobiy va tantal bilan qotishmalar ko'p hollarda tantal o'rnini bosadi, bu katta iqtisodiy samara beradi (niobiy tantalga qaraganda arzonroq va deyarli ikki baravar engil).
Ferroniobiy zanglamaydigan xrom-nikel po'latlariga ularning donalararo korroziyasini va yo'q qilinishini oldini olish uchun va boshqa turdagi po'latlarga ularning xususiyatlarini yaxshilash uchun kiritiladi.
Niobiy kolleksion tangalar zarb qilishda ishlatiladi. Shunday qilib, Latviya banki 1 latlik kolleksiya tangalarida kumush bilan bir qatorda niobiy ham qo‘llanilishini da’vo qilmoqda.

Niobiy birikmalarini qo'llash

Kimyo sanoatida Nb 2 O 5 katalizatori;
refrakterlar, sermetlar, maxsus mahsulotlar ishlab chiqarishda. shisha, nitrid, karbid, niobatlar.
Zirkonyum karbid va uran-235 karbid bilan qotishma niobiy karbid (mp 3480 ° C) qattiq fazali yadro reaktiv dvigatellarining yonilg'i tayoqlari uchun eng muhim strukturaviy materialdir.
Niobiy nitridi NbN 0,1 K tartibli tor o'tish bilan 5 dan 10 K gacha kritik haroratga ega bo'lgan nozik va o'ta yupqa supero'tkazuvchi plyonkalarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Niobiy tibbiyotda

Zargarlik buyumlarida qo'llanilishi

Niobiy nafaqat texnologiya uchun zarur bo'lgan xususiyatlar to'plamiga ega, balki juda chiroyli ko'rinadi. Zargarlar bu oq yaltiroq metalldan soat qutilarini yasashda foydalanishga harakat qilishdi. Niobiyning volfram yoki reniy bilan qotishmalari ba'zan olijanob metallarni almashtiradi: oltin, platina, iridiy. Ikkinchisi ayniqsa muhimdir, chunki niobiy-reniy qotishmasi nafaqat metall iridiyga o'xshaydi, balki deyarli aşınmaya bardoshli. Bu ba'zi mamlakatlarga favvora qalamlari uchun lehim uchlarini ishlab chiqarishda qimmatbaho iridiysiz qilish imkonini berdi.

Niobiy birinchi avlod supero'tkazuvchi material sifatida

Supero'tkazuvchilarning hayratlanarli hodisasi, o'tkazgichning harorati pasayganda, unda elektr qarshiligining keskin yo'qolishi sodir bo'ladi, birinchi marta 1911 yilda golland fizigi G. Kamerlingh-Onnes tomonidan kuzatilgan. Birinchi o'ta o'tkazgich simob bo'lib chiqdi, lekin u emas, balki niobiy va niobiyning ba'zi intermetalik birikmalari birinchi texnik jihatdan muhim o'ta o'tkazuvchan materiallar bo'lishlari kerak edi.

Supero'tkazuvchilarning ikkita xarakteristikasi amaliy ahamiyatga ega: o'ta o'tkazuvchanlik holatiga o'tish sodir bo'ladigan kritik haroratning qiymati va tanqidiy magnit maydon (Kamerlingh Onnes, shuningdek, etarlicha kuchli magnit maydon ta'sirida o'ta o'tkazgich tomonidan o'ta o'tkazuvchanlikning yo'qolishini kuzatgan. ). 1975 yilda Nb 3 Ge tarkibiga ega niobiy va germaniyning intermetall birikmasi eng yuqori kritik harorat bo'yicha rekordchiga aylandi. Uning kritik harorati 23,2°K; Bu vodorodning qaynash nuqtasidan yuqori. (Ko'pchilik ma'lum supero'tkazgichlar faqat suyuq geliy haroratida o'ta o'tkazgichga aylanadi).

Supero'tkazuvchanlik holatiga o'tish qobiliyati niobiy stannidi Nb 3 Sn, niobiyning alyuminiy va germaniy yoki titan va sirkoniy bilan qotishmalariga ham xosdir. Bu barcha qotishmalar va birikmalar allaqachon o'ta o'tkazuvchan solenoidlarni, shuningdek, boshqa muhim texnik qurilmalarni ishlab chiqarish uchun ishlatilgan.

Faol ishlatiladigan supero'tkazgichlardan biri (super o'tkazuvchanlik o'tish harorati 9,25 K). Niobiy birikmalari 23,2 K (Nb 3 Ge) gacha bo'lgan o'ta o'tkazuvchan o'tish haroratiga ega.
Eng ko'p ishlatiladigan sanoat o'tkazgichlar NbTi va Nb 3 Sn.
Niobiy magnit qotishmalarda ham qo'llaniladi.
Qotishtiruvchi qo'shimcha sifatida ishlatiladi.
Niobiy nitridi o'ta o'tkazuvchan bolometrlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Niobiy va uning tantal bilan qotishmalarining haddan tashqari qizib ketgan seziy-133 bug'idagi ajoyib qarshiligi uni yuqori quvvatli termion generatorlar uchun eng afzal qilingan va eng arzon konstruktiv materiallardan biriga aylantiradi.

Niobiy qaysi oilaga mansub? Niobiyning metallurgiya va sanoatda qo'llanilishi. Niobiyni olish usullari

Repetitorlik

Elementni olish

Niobiy oksidlari

Fizikaviy va kimyoviy xossalari

Niobiyning qo'llanilishi

Niobiy bilan qotishmalar

Qo'rqinchli hikoyalar va mistik hikoyalar Kechasi Jeffni uyda qotil deb atash

Pudinglar va sufle tayyorlash