Как назывался металл ниобий

Уникальность металла ниобия, чье применение настолько широко в перспективе, порождает рост спроса на него, несмотря на сложную добычу и высокие цены. Необходим в ядерной отрасли.

Понятие, свойства, характеристики

Ниобий – элемент, относящийся к пятой группе, Пятому периоду периодической системы Д. Менделеева. Имеет атомный номер 41. Химическое вещество является блестящим переходным металлом. Цвет – серебристо-серый, кристаллическая решетка – кубическая, объемноцентрированная, типа α-Fe, а = 0,3294.

Формула ниобия выглядит как Nb. Исходя из физических свойств, получает полную электронную конфигурацию атома: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 4 5s 1

Впервые его открыли в 1 801 г. Чарльз Хэтчет обнаружил элемент в минерале, что хранился в Британском музее. Туда же он попал в 1 734 г. от Джона Уинтропа. Саму находку прозвали колумбитом, а в таблице Менделеева появился колумбий – в честь места обнаружения образца. В 1 802 году Экеберг решил, что найденный в колумбите элемент – тантал, открытый им.

Ниобий — Металл, ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЗОЛОТО!

Но в 1 844-м Генриху Розе удалось доказать уникальность ниобия. Это он дал такое наименование – Ниобой звали дочь древнегреческого царя, чье имя носил схожий металл-предшественник.

В чистом виде его получили в конце 19 века. Французский химик Анри Муассан восстановил оксид ниобия углеродом в электронной печи – так был реализован электротермический путь его добычи.

Ниобий имеет свойства – физические и химические. В перечне первых следует назвать, что он – пластичный металл, тугоплавкий и переходный, чье состояние меняется в зависимости от температуры. Плавится при 2 468 градусах по Цельсию. Обладает плотностью 8,57 грамм на квадратный сантиметр. Закипает при 4 742 градусах.

Химические показатели:

• Тантал устойчивее ниобия, хотя и тоже довольно крепок. На него не оказать воздействие азотной, соляной, ортофосфорной, серной кислотами. Но можно растворить в плавиковой и смеси с HNO 3 . А также в едких щелочах, концентрированной H₂SO₄.
• Окисляется до Nb2О5 при прокаливании на воздухе. Существует 10 кристаллических модификаций оксида. Из него образуются ниобаты. Можно получить и другие оксиды.
• Пентагалогениды, образованные при взаимодействии с галогенами, гидролизуются с водой.
• Nb, взаимодействуя с графитом, образует карбид.
• При использовании паров воды и кислорода получают рыхлые ватообразные вещества.

Свойства на видео:

Производство

Nb встречается в Японии, Канаде, США, Бразилии и на Кольском полуострове в России. Список добывающих его стран больше.

Руда Nb богата комплексами, а металла мало. В них много оксида ниобия: пирохлоровых, лопаритовых и колумбитовых концентратов. Их перерабатывают путем алюмо- и силикотермического восстановления, образуя ферротанталониобий и феррониобий.

Для получения металла нужно пройти три стадии:

1. Вскрыть рудный концентрат.
2. Разделить ниобий от тантала, получить чистые соединения.
3. Восстановить и рафинировать металл, сплавы.

Методы получения ниобия

В промышленных масштабах его получают тремя методами:

1. Алюмотермическим. Через восстановление алюминием из оксида ниобия.
2. Натрийтермическим. Элемент восстанавливают с помощью натрия из K2NbF
3. Карботермическим. Берутся оксид ниобия, сажа, и при 1 800 градусах по Цельсию получают карбид водорода (в атмосфере). Смесь карбида и пятиокись уже в вакууме образуют металл (температура 1 800-1 900 градусов ). Если нужен сплав ниобия, то добавляются кислы легирующих металлов. Можно также восстановить его в вакууме сажей из оксида.

Альтернативные способы производства

Для производства компактного металла используется метод порошковой металлургии. Плавка применяется электронно-лучевая и вакуумная дуговая. Для образования монокристаллов – бестигельная электронно-лучевая зонная плавка.

С помощью этого способа достаточно иметь вторсырье, а не руду, и из нее получать чистый металл из сплава.

Прокат ниобия – тоже альтернативный метод в производстве.

Прокат и фольга

Распространенным полуфабрикатом из данного металла является фольга – тонкий лист проката. Из него делают изделия, детали. Фольгу получают через холодный прокат слитков ниобия (из чистого сырья).

Изделия из нее крепки и устойчивы к внешним воздействиям, высоким температурам, коррозии. Они высоко пластичны, поддаются обработке, не изнашиваются длительное время. Что важно для сфер, где используются эти продукты – в авиа- и ракетостроении, медицине, радиотехнике, атомной и ядерной энергетике, электротехнике.

Фольга хранится в катушках в сухих и защищенных местах.

Применение в электродах и сплавах

Применение ниобия распространено широко, но освоено пока немного. Ниобий, как и хром, применяют в производстве электродов. Его используют в сверхтвердых сплавах, ведь он проявляется как карбид.

Применение в электрической технике

Хорошо использовать элемент в выпрямителях – он обладает униполярной проводимостью. Имеется вероятность его применения в анодах, что необходимы для усилительных ламп и мощных генераторов.

Производство ниобия в России

Ниобий в России содержится в руде, что составляет 25% от всех мировых запасов. Это довольно большое количество. Добычей металла занимаются на Дальнем Востоке, в Восточной Сибири. Курирует эти процессы компания Ловозерский ГОК. Ранее по данному направлению работали и в «Стальмаге».

Оксид ниобия производят на Соликамском магниевом заводе. Он перерабатывается из лопаритового концентрата. Предприятие выпускает 400-450 т. в ещества. Его активно покупают в Германии и Америке. Другая часть полученного продукта используется Чепецким механическим заводом, что вырабатывает сплавы ниобия и чистый элемент.

Организация делает 100 т. продукции в год.

Металл из ниобия и его стоимость

Металл ниобий – стратегический материал, в основном используемый в космической и ядерной промышленности. Отсюда и его высокая стоимость. НБ-2 в столице можно приобрести за 400 руб./кг, стружку – 500 , штабик НБШ-00 – 500 .

Оцените статью:

[Всего: 0 Средний: 0/5]

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями:

Источник: mozgvkorobke.com

Как назывался металл ниобий

«О сколько нам открытий чудных. »
Познавательные книги для детей: прошлое и настоящее
Ниобий — сорок первый (открытие металла)
Имя: hochu_vse_snat
Текущий месяц
Метки (общий указатель)

17-сент-2011 11:55 am

Минералы, содержащие ниобий

Лопарит — (Na.Ce,Ca)(Ti,Nb)O3 (7-20% Nb2О5)

Где вы прописаны?

К середине прошлого века было открыто уже несколько десятков хими­ческих элементов. Но, увы, они не имели тогда ни «собственного угла», ни «постоянной прописки». И лишь в 1869 году, когда Дмитрий Иванович Менделеев построил величественное здание своей Периодической системы, все открытые к тому времени элементы обрели, наконец, пристанище.

При распределении жилой площади заслуги будущих жильцов перед наукой и техникой, а также стаж работы во внимание не принимались. Учитывались только личные качества (в первую очередь атомный вес), наклонности, сходство с ближайшими соседями. Большую роль при этом играли и связи (разумеется, химические). Во избежание возможных неуря­диц жильцов с разными характерами и взглядами на жизнь размещали как можно дальше друг от друга.
В пятом подъезде (т. е. в пятой группе) на пятом этаже (точнее, в пятом периоде, в шестом ряду) в квартире № 41 поселился жилец с кра­сивым именем — Ниобий. Кто он такой? Откуда родом?

Посылка с берегов Колумбии

. В середине XVII века в бассейне реки Колумбии (Северная Америка) был найден тяжелый черный минерал с золотистыми прожилками слюды. Вместе с другими камнями, собранными в различных частях Нового Света, этот минерал (названный впоследствии колумбитом) был отправлен в Англию в Британский музей.

150 лет спустя

Без малого 150 лет пролежал камень под стеклом на стенде музея, числясь в списке экспонатов образцом железной руды. Но вот в 1801 году известный уже в то время химик Чарльз Хетчет заинтересовался этим красивым минералом. Анализ показал, что в камне действительно содержались железо, марганец, кислород, но наряду с ними имелся и какой-то незнакомый элемент, образующий вещество со свойства­ми кислотного окисла. Новый элемент Хетчет назвал колумбием.

Два открытия

Спустя год, в 1802 году, шведский ученый Андрее Экеберг в некоторых скандинавских ми­нералах нашел еще один новый элемент, на­званный им в честь мифологического героя тан­талом. Название, по-видимому, символизирова­ло те трудности («муки Тантала»), которые испытывали химики, пытаясь растворить оки­сел нового элемента в кислотах. Свойства тан­тала и Колумбия оказались совершенно иден­тичными, и многие ученые, в том числе знаме­нитый химик Йене Якоб Берцелиус, решили, что имеют дело не с двумя различными эле­ментами, а с одним и тем же — танталом.

«Учинить ему новый допрос. «

В дальнейшем Берцелиус усомнился в пра­вильности такой точки зрения. В письме к свое­му ученику немецкому химику Фридриху Вёлеру он писал: «Посылаю тебе обратно твой X, который я вопрошал, как мог, но от которого я получил уклончивые ответы. «Ты титан?» — спрашивал я. Он отвечал: «Вёлер же тебе ска­зал, что я не титан». Я также установил это. «Ты цирконий?» — «Нет, — отвечал он. — Я же растворяюсь в соде, чего не делает цирконовая земля». — «Ты олово?» — «Я содержу олово, но очень мало». — «Ты тантал?» — «Я с ним родствен, — отвечал он. — Но я постепенно растворяюсь в едком калии и оса­ждаюсь из него желто-коричневым». — «Ну что же ты за дьявольская вещь?» — спросил я. Тогда мне показалось, что он ответил: «Мне не дали имени». Между прочим, я не вполне уверен, действительно ли я это слы­шал, потому что он был справа от меня, а я очень плохо слышу на правое ухо. Так как твой слух лучше моего, то я тебе шлю этого сорванца назад, чтобы учинить ему новый допрос ..».

В честь богини печали

Но и Вёлеру не удалось разобраться во взаимоотношениях элементов, открытых Хетчетом и Экебергом. Лишь в 1844 году немецкий химик Генрих Розе доказал, что минерал колумбит содержит два различных элемента — тантал и колумбий, которому Розе дал новое имя — «ниобий» (по древнегреческой мифологии богиня печали и страданий Ниоба — дочь Тантала). Однако в некоторых странах (США, Англии) долго сохранялось первоначальное название элемента — колумбий, — и только в 1950 году Международный союз чистой и приклад­ной химии (ЮПАК) решил покончить с этой «разноголосицей» и предложил химикам всего мира именовать этот элемент ниобием.

«Колумбисты» примиряются с судьбой

Первое время американские и английские химики пытались добиться отмены этого решения, которое казалось им несправедливым, но «приго­вор» ЮПАК был окончательным и обжалованию не подлежал. Пришлось «колумбистам» примириться с этим ударом судьбы, а в химической лите­ратуре США и Англии появился новый символ «Nb».

Водой не разольешь

Совместное «проживание» ниобия и тантала в природе, обусловленное их чрезвычайным химическим сходством, долгое время тормозило развитие промышленности этих металлов. Лишь в 1866 году швейцарский химик Жан Шарль Галиссар дс Мариньяк сумел разработать первый промышлен­ный способ разделения химических «близнецов». Он воспользовался раз­личной растворимостью некоторых соединений этих металлов: комплек­сный фторид тантала не растворяется в воде, аналогичное соединение нио­бия достаточно хорошо растворимо в ней. В усовершенствованном виде способ Мариньяка применяли до недавнего времени, однако в последние годы на смену ему пришли новые более эффективные способы — избира­тельная экстракция, ионный обмен, ректификация галогенидов и др.
В конце XIX века французский химик Анри Муассан получил чистый ниобий электротермическим путем, восстанавливая окись ниобия углеро­дом в электропечи.

Овчинка стоит выделки

В наши дни производство металлического ниобия представляет собой сложный многостадийный процесс. Сначала ниобиевую руду обогащают. Полученный концентрат сплавляют с различными плавнями (едким нат­ром, гидросульфитом или содой), затем выщелачивают, в результате чего выпадает нерастворимый осадок гидроокиси ниобия и тантала. Теперь необходимо их разделить.

Продуктом разделения может быть либо пяти-окись ниобия, либо его хлорид. Восстановлением этих соединений при высо­кой температуре удается получить порошкообразный ниобий, который нужно превратить в компактный металл, пригодный для обработки.
Это достигается следующим образом. Из порошка под большим давле­нием прессуют так называемые штабики (заготовки) прямоугольного или квадратного сечения. Штабики спекают в вакууме в несколько этапов, причем на заключительной стадии температура достигает 2350°С. В даль­нейшем ниобий поступает в дуговую вакуумную печь, где и завершается весь цикл превращения ниобиевой руды в металл.
Несколько лет назад промышленность освоила электроннолучевую плавку ниобия, исключающую такие трудоемкие промежуточные операции, как прессование и спекание. При этом способе на порошкообразный ниобий направляют мощный поток электронов. Порошок начинает плавиться, и капли металла падают на ниобиевый слиток, который по мере проплавления порошка растет и постепенно выводится из рабочей камеры.
Как видите, ниобий проходит длинный путь, прежде чем руда стано­вится металлом. И все же овчинка стоит выделки: сегодня ниобий очень нужен промышленности. А начинал он свою «трудовую деятельность» в. отвалах. Как это ни парадоксально, но в те времена его считали лишь вредной примесью к олову и при добыче этого металла громадные коли­чества ниобия выбрасывали на свалку. Та же участь постигла его и тогда, когда промышленный мир заинтересовался танталом, а к ниобию еще оста­вался равнодушным: при переработке танталовых руд ниобиевая «пустая» порода шла в отвал. Но нет худа без добра, и впоследствии, когда ниобий был по достоинству оценен человеком, эти отходы производства преврати­лись в богатейшие «месторождения» ниобиевых руд. .

Предсказание сбывается

. Если проследить по различным литературным источникам за данными о содержании ниобия в земной коре, то окажется, что на протяжении последних нескольких десятков лет оно постоянно. возрастает. Разумеет­ся, фактические запасы этого металла на нашей планете остаются практи­чески постоянными, а вот число разведанных месторождений его все время увеличивается. В последние годы новые значительные залежи ниобиевых руд обнаружены в Африке. Самый крупный поставщик концентратов ниобия на мировой рынок ― Нигерия, где расположены громадные скопле­ния колумбита.
В нашей стране подлинной кладовой полезных ископаемых по праву считается Кольский полуостров. Веками земли этого края слыли бесплод­ными и бесполезными, хотя еще в 1763 году М. В. Ломоносов предсказывал: «По многим доказательствам заключаю, что и в северных земных недрах пространно и богато царствует натура и берега Белого моря должны быть не скудны минералами». За годы Советской власти здесь открыто множест­во важных месторождений, найдены десятки ценных минералов, в том числе лопарит, содержащий до 8% ниобия. Любопытно, что этот минерал, обнаруженный замечательным исследователем Кольского полуострова А. Е. Ферсманом в Хибинских массивах, ни в каких других местах Земли не встречается.

С. Венецкий. Сорок первый (начало) / Рассказы о металлах

• Tags: * Венецкий С., МИНЕРАЛОГИЯ, ФИЗИКА, ХИМИЯ, металлы — ниобий

Источник: hochu-vse-snat.livejournal.com

Применение ниобия. Производство ниобия в России

Стоит начать с того, что ниобий неразрывно связан с таким веществом, как тантал. Это даже несмотря на то что открыты эти материалы были не в одно и то же время.

Что такое ниобий

Что же на сегодняшний день известно о таком веществе, как ниобий? Он является химическим элементом, который располагается в 5 группе таблицы Менделеева, обладая атомным номером 41, а также атомной массой 92,9. Как и многие другие металлы, для этого вещества характерен серо-стальной блеск.

Одним из наиболее важных физических параметров этого металла стала его тугоплавкость. Именно благодаря этой характеристике применение ниобия стало широко распространено во многих отраслях промышленности. Температура плавления этого вещества — 2468 градусов по Цельсию, а температура кипения — 4927 градусов по Цельсию.

Химические свойства этого вещества также находятся на высоком уровне. Он характеризуется высоким уровнем устойчивости к воздействию отрицательных температур, а также к воздействию большинства агрессивных сред.

Производство

Стоит сказать о том, что наличие руды, которая содержит элемент Nb (ниобий), гораздо больше, чем той, что содержит тантал, но проблема заключается в скудности содержания самого элемента в этой руде.

Чаще всего для того, чтобы получить этот элемент, осуществляется процесс термического восстановления, в котором участвует алюминий или же кремний. В результате проведения этой операции получаются соединения феррониобий и ферротанталониобий. Стоит отметить, что получение металлического варианта этого вещества осуществляется с этой же руды, но при этом используется более сложная технология. Тигли из ниобия и другие полученные материалы характеризуются очень высокими эксплуатационными характеристиками.

Методы получения ниобия

В настоящее время одними из наиболее развитых направлений получения этого материала являются алюминотермическое, натриетермическое и карботермическое. Отличие между этими типами заключается также и в прекурсорах, которые используются для восстановления ниобия. Допустим, в натриетермическом способе используется K2NbF7. А вот, к примеру, при алюминотермическом способе применяется пятиокись ниобия.

Если говорить о карботермическом способе получения, то эта технология подразумевает под собой смешение Nb с сажей. Проходить этот процесс должен в высокотемпературной и водородной среде. В результате проведения этой операции будет получен карбид ниобия. Второй этап заключается в том, что водородная среда заменяется вакуумной, а температура сохраняется. В этот момент к карбиду ниобия добавляется его оксид и получается сам металл.

Важно отметить, что среди форм выпускаемого металла довольно распространен ниобий в слитках. Этот продукт предназначается для производства сплава на базе металла, а также других различных полуфабрикатов.

Также может выпускаться штабик этого материала, который разделяется на несколько категорий в зависимости от чистоты вещества. Меньше всего примесей содержится в штабике с маркировкой НБШ-00. Класс НБШ-0 характеризуется более высоким наличием таких элементов, как железо, титан и кремний тантала. Категория, которая обладает наиболее высоким показателем примесей, НБШ-1. Можно добавить, что у ниобия в слитках такой классификации не имеется.

Альтернативные способы производства

К альтернативным способам можно отнести бестигельную электроннолучевую зонную плавку. Этот процесс позволяет получать монокристаллы Nb. Тигли из ниобия производятся с использованием этого метода. Он относится к порошковой металлургии. Его применяют для того, чтобы сначала получить сплав этого материала, а после и его чистый образец.

Наличие этого метода стало причиной тому, что довольно часто встречаются объявления о покупке ниобия. Этот способ позволяет использовать для получения чистого металла не саму руду, добыть которую довольно сложно, или же концентрат из нее, а вторичное сырье.

К еще одному альтернативному методу производства можно отнести прокат ниобия. Стоит отметить, что большинство различных фирм отдает предпочтение покупке именно прутьев, проволоке или листовому металлу.

Прокат и фольга

Фольга из этого материала представляет собой довольно распространенный полуфабрикат. Он является наиболее тонким листом проката этого вещества. Используется это сырье для производства некоторых изделий и деталей. Фольга из ниобия получается из чистого сырья путем холодного проката Nb слитков.

Полученные изделия характеризуются такими показателями, как высокая устойчивость к коррозии, воздействию агрессивной среды, а также высокой температуры. Прокат ниобия и его слитков дает также такие характеристики, как стойкость изделия к износу, высокая пластичность, хорошая поддаваемость обработке.

Продукты, полученные таким образом, чаще всего используются в таких сферах деятельности, как авиастроение, ракетостроение, медицина (хирургия), радиотехника, электротехника, атомная энергетика, ядерная энергетика. Фольга из ниобия упаковывается в катушки и хранится в сухом, защищенном от попадания влаги месте, а также в защищенном месте от механического воздействия со стороны.

Применение в электродах и сплавах

Применение ниобия очень широко распространено. Он может использоваться, как хром и никель, в качестве материала, который входит в состав железного сплава, использующегося для производства электродов. Из-за того, что ниобий, как и тантал, способен образовывать сверхтвердый карбид, его часто применяют для производства сверхтвердых сплавов. Можно добавить, что в настоящее время пробуют при помощи этого материала улучшать свойства сплавов, полученных на основе цветных металлов.

Так как ниобий является сырьем, способным создавать карбидные элементы, то он, как и тантал, применяется в качестве легирующей смеси при производстве стали. Стоит отметить, что долгое время применение ниобия в качестве примеси к танталу считалось отрицательным действием. Однако на сегодняшний день мнение изменилось. Было установлено, что Nb может выступать в качестве заменителя танталу, причем с большим успехом, так как из-за меньшей атомной массы можно использовать меньшее количество вещества, сохраняя все старые возможности и эффекты изделия.

Применение в электрической технике

Стоит подчеркнуть, что применение ниобия, как и его брата тантала, возможно в выпрямителях, благодаря тому, что они обладают свойством униполярной проводимости, то есть эти вещества пропускают электрически ток лишь в одном направлении. Возможно использование этого металла для создания таких устройств, как аноды, что используются в мощных генераторах и усилительных лампах.

Очень важно отметить, что применение ниобия дошло и до атомной энергетики. В этой отрасли изделия из этого вещества применяются в качестве конструкционных материалов. Это стало возможным, так как наличие Nb в деталях делает их устойчивыми к жару, а также придает им высокие качества химической стойкости.

Отличные физические характеристики этого металла привели к тому, что его довольно широко используют в ракетной технике, в реактивных самолетах, в газовых турбинах.

Производство ниобия в России

Если говорить о запасах этой руды, то всего насчитывается около 16 млн тонн. Наибольшее месторождение, занимающее примерно 70% всего объема, находится в Бразилии. На территории России же располагается около 25% запасов данной руды. Данный показатель считается значительной частью от всех запасов ниобия.

Наибольшее месторождение этого вещества находится в Восточной Сибири, а также на Дальнем Востоке. На сегодняшний день на территории Российской Федерации добычей и производством этого вещества занимается компания Ловозерский ГОК. Можно заметить, что производством ниобия в России занималась также фирма «Стальмаг». Она разрабатывала татарское месторождение этой руды, однако в 2010 году была закрыта.

Также можно добавить, что Соликамский магниевый завод занимается производством оксида ниобия. Его они получают, перерабатывая лопаритовый концентрат. Это предприятие вырабатывает от 400 до 450 тонн этого вещества, большая часть из которого уходит на экспорт в такие страны, как США и Германия. Часть оставшегося оксида уходит на Чепецкий механический завод, который производит как чистый ниобий, так и его сплавы. Там располагаются значительные мощности, позволяющие производить до 100 тонн материала в год.

Металл из ниобия и его стоимость

Несмотря на то что сфера применения этого вещества довольно широка, основное предназначение — это космическая и ядерная промышленность. По этой причине Nb относится к стратегическим материалам.

Основные параметры, которые влияют на стоимость ниобия:

• чистота сплава, большое количество примесей снижает цену;
• форма поставки материала;
• объемы поставляемого материала;
• расположение пункта приема руды (разные регионы нуждаются в разном количестве элемента, а значит и цена на него отличается).

Примерный список цен на материал в Москве:

• ниобий марки НБ-2 стоит в пределах 420-450 рублей за кг;
• стружка ниобия стоит от 500 до 510 рублей за кг;
• штабик марки НБШ-00 стоит от 490 до 500 рублей за кг.

Стоит отметить, что, несмотря на огромную стоимость этого товара, спрос на него только увеличивается.

Источник: fb.ru