Nb металл как называется

Ниобий — химический элемент, который относится к простым веществам. Он представляет собой металл серебристо-серого оттенка. Известными месторождениями признаны такие страны как США, Япония, Канада и Россия. К основным минералам относят колумбиты, пирохлоры и лопариты.

Ниобий — металл, названный в честь дочери мифического героя Тантала. Ученые выяснили: по свойствам элемент близок к Танталу.

Его используют для производства и покрытия деталей и запчастей ракет, нефтеперегонной и химической аппаратуры, реактивных двигателей и ядерных реакторов. Сплавы ниобия применяют для потребностей радиоэлектроники.

Ниобий — незаменимый компонент для получения жаростойкой и прочной стали. Он отлично повышает ее эксплуатационные свойства и устойчивость к коррозии. В чистом виде Ниобий находится в земной коре (2•10-3 %).

Ниобий как металл и элемент таблицы Менделеева по чистой случайности был открыт два раза: в 1801 и 1844 году. Первенство закрепилось за Чарльзом Хатчетом, выделившим окисел ниобия. Свой элемент он назвал «колумбий» в честь места его открытия — Колумбии.

Неодим — Металл, из которого делают МАГНИТЫ!

Через год эстафету продолжил шведский химик Экеберг. Он смог извлечь из колумбита новый элемент — тантал (Ta). Так получилось, что по свойствам он был идентичен открытому колумбию. Вследствие этого, два разных элемента с похожими свойствами на протяжении более 40 лет многие ученые принимали за один и тот же элемент.

Только немецкому ученому Генриху Розе в 1844 году открылась правда: он обнаружил два окисла разных металлов. Их схожесть удивила его, поэтому один из них он решил назвать в честь дочери известного мифического героя Тантала — Ниобы. К сожалению, Розе, как и его английский собрат Хатчет, не смог получить ниобий в чистом виде.

С этим заданием «на отлично» справился шведский химик Бломстранд. Он смог провести опыт путем восстановительной реакции водорода и хлорида ниобия. В итоге, мир увидел элемент в чистом виде.

Позже еще два ученых смогли повторить его успех, применяя различные реакции. Так, науке открылись два новых способа получения Nb: при помощи восстановления алюминием и углеродом.

Долгое время в научной среде все еще витали споры об имени элемента. В США и Великобритании его продолжали называть «колумбий», а в других странах ему приклеили название «ниобий». Эту путаницу разрешил Международный союз чистой и прикладной химии. В 1950 году элемент «ниобий» получил официальное имя, а его минералу оставили почетное звание «колумбит».

Физические свойства

• прочный металл с блестящей поверхностью;
• встречается в рассеянном и минеральном виде;
• устойчив к коррозии;
• имеет кубическую кристаллическую решетку.

Химические свойства

Твердость и плотность ниобий демонстрирует на уровень выше, чем другие тугоплавкие металлы. Это оставляет значительный отпечаток на его химической природе. В частности, кроме плавиковой кислоты, на элемент не действуют другие кислоты. Однако во время реакции с ними Nb покрывается окисной пленкой. Глубина пленки зависит от действия температуры:

Рений — Металл, Без Которого Не Было бы БЕНЗИНА!

• от 150 до 200 °C окисляется верхний слой;
• от 900 до 1200 °C — внутренний.

Элемент способен реагировать на многие неметаллы. Чем выше температура, тем активнее он вступает в реакцию. В результате получают водород, галогены, серу, азот и углерод. Сам Nb может иметь при этом разную валентность: от 2 до 5 степени.

При 5-й валентности металл может образовывать соли, анионы или катионы. Это говорит о том, что он является амфотерным элементом.

Сделаем ремарку: соли ниобия получили названия ниобаты. Их можно получить с помощью обменных реакций во время его плавки с содой. Такая реакция имеет такой вид: Nb2O5 + 3Na2CO4 > 2Na3NbО4 + 3CO2

Наука хорошо изучила метаниобиевую соль, диниобат и пентаниобат. Более того, доказано, что пентагалогенид ниобия быстро растворяется в органическом растворителе (спирте, эфире и хлороформе). Однако при взаимодействии с водой он полностью разлагается и поддается гидролизу, в результате которого и получают ниобат: NbCl5 + 4Н2О > 5HCl + Н3NbO4

Если нужно предотвратить реакцию гидролиза, в водный раствор можно добавить сильнодействующую кислоту. Т.е., пентагалогенид ниобия не подвергается гидролизу и полностью растворяется.

Также элемент способен образовывать двойные соли (фторниобаты) и комплексные соединения. Легче всего он образует фтористые вещества. К слову: двойные соли получают путем добавления фторида любого металла в раствор плавиковой и ниобцевой кислоты.

Главным химическим свойством ниобия считают его возможность реагировать с другими металлами. По сути, ниобий — магнит, который активно используют в электронике. Поэтому реакции с другими металлами позволяют увеличить это свойство и изготовить детали с высоким магнитным полем.

Также металл считают отличным сверхпроводящим материалом. Такое свойство впервые обнаружил голландский физик Камерлинг-Оннес. В 1911 году во время эксперимента элемент показал отсутствие электросопротивления во время понижения температуры проводника.

Механические свойства ниобия различных сортов при 20°С

Способ изготовления и состояние Твердость в литом состоянии кГ/мм2 σb
кГ/мм2(предел прочности) σ0,2
Кг/мм2(предел прочности) δ, % (относительное удлинение) ψ, % (относительное сужение) HB HV

Спеченный:нагартованный	—	116-145	70	—	1-2	—
рекристаллизованный	—	—	24-35	—	16-50	—
Дуговой плавки:Нагартованный	—	120-190	62,5	52,5	12,5	60,0
рекристаллизованный	—	—	32-35	22,5-24	50	88,0
Электроннолучевой: плавки нагартованный	60-65	90-100	42,5	35,5	23,0	89,0
Рекристаллизованный	—	—	22,5	15	60,0	96,0

Ниобий нашел свое применение в

• авиации, радиотехнике и машиностроении;
• химической промышленности;
• ядерной энергетике;
• авиации и космонавтике.

Одним из самых уникальных свойств ниобия является его практически нулевое воздействие с ураном до отметки в 1100 °C. Поэтому его можно применять для удовлетворения потребностей атомной промышленности наряду с алюминием, цирконием или бериллием.

Более того, показатель искусственной радиоактивности элемента также невысок. Это говорит о том, что элемент прекрасно подходит для изготовления контейнеров для хранения радиоактивных отходов.

Получение ниобия

Ниобий металлический получают из руды. Она должна пройти не одну стадию переработки, чтобы получить качественный элемент в чистом виде. Руда ниобия в общих случаях позволяет изъять небольшое количество металла. Наибольшие залежи содержат рудные концентраты.

Способы получения металлического ниобия:

• путем обогащения руды.

В результате получают концентрат, из которого выделяют сплав при помощи соды или едкого натрия. Такой сплав выщелачивают до получения нерастворимого осадка — окиси ниобия;

• фторидным.

Такой метод предложил ученый Ж. Ш. Галиссар де Мариньяк. В научном обществе его причисляют к одним из самих сложных методов получения ниобия. Более того, он не позволяет полностью провести разделение Ta и Nb;

• ректификации галогенида, избирательной экстракции и ионного обмена.

С их помощью можно получить хлорид и окисел Nb с 5 валентностью.

Разделить тантал и ниобий можно и с помощью восстановительной реакции Al, углем, натрием или карбидом ниобия. Последний получают при помощи углерода.

После получения порошкообразного ниобия, проводят реакцию по его превращению в монолит. Это позволит ему обрести свойства пластичности, компактности и легкости при дальнейшей обработке.

Также получить металл можно при помощи метода порошковой металлургии. Для этого под высоким давлением прессуют специальные штабики с квадратным или прямоугольным сечением. Их помещают в вакуум, температура в котором доходит до 2300 °C. После их спечения, они поддаются соединению в прутки и дальнейшей плавке в дуговой вакуумной печи.

Для получения пластичного монокристаллического Nb применяют метод электронно-лучевой плавки с бестигельной зоной. Он заключается в направлении на порошок мощного заряда электронов, которые вызывают процесс плавления. В итоге, металл стекает на слиток и извлекается из рабочих камер.

Источник: specmetal.ru

Ниобий

Ниобий — элемент пятой группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы пятой группы) пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер — 41. Обозначается символом Nb (лат. Niobium ). Простое вещество ниобий — блестящий металл серебристо-серого цвета с кубической объёмноцентрированной кристаллической решёткой типа α-Fe, а = 0,3294. Для ниобия известны изотопы с массовыми числами от 81 до 113. Устаревшее название — колумбий.

История

Ниобий был открыт в 1801 г. английским учёным Чарльзом Хэтчетом в минерале, присланном ещё в 1734 году в Британский музей из штата Массачусетс Джоном Уинтропом (внуком Джона Уинтропа младшего). Минерал был назван колумбитом, а химический элемент получил название «колумбий» (Cb) в честь страны, откуда был получен образец — Колумбии (в то время синоним США).

В 1802 году А. Г. Экеберг открыл тантал, который совпадал практически по всем химическим свойствам с ниобием, и поэтому долгое время считалось, что это один и тот же элемент. Лишь в 1844 году немецкий химик Генрих Розе установил, что это отличный от тантала элемент и переименовал его в «ниобий» в честь дочери Тантала Ниобы, чем подчеркнул сходство между элементами. Однако в некоторых странах (США, Англии) долго сохранялось первоначальное название элемента — колумбий, и только в 1950 году решением Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК, IUPAC) элементу окончательно было присвоено название ниобий.

Впервые чистый ниобий был получен в конце XIX века французским химиком Анри Муассаном электротермическим путём: он восстановил оксид ниобия углеродом в электропечи.

Нахождение в природе

Кларк ниобия — 18 г/т. Содержание ниобия увеличивается от ультраосновных (0,2 г/т Nb) к кислым породам (24 г/т Nb). Ниобию всегда сопутствует тантал. Близкие химические свойства ниобия и тантала обусловливают совместное их нахождение в одних и тех же минералах и участие в общих геологических процессах.

Ниобий способен замещать титан в ряде титансодержащих минералов (сфен, ортит, перовскит, биотит). Форма нахождения ниобия в природе может быть разной: рассеянной (в породообразующих и акцессорных минералах магматических пород) и минеральной. В общей сложности известно более ста минералов, содержащих ниобий.

Из них промышленное значение имеют лишь некоторые: колумбит-танталит (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6, пирохлор (Na, Ca, TR, U)2(Nb, Ta, Ti)2O6(OH, F) (Nb2O5 0 — 63 %), лопарит (Na, Ca, Ce)(Ti, Nb)O3 ((Nb, Ta)2O5 8 — 10 %), иногда используются эвксенит, торолит, ильменорутил, а также минералы, содержащие ниобий в виде примесей (ильменит, касситерит, вольфрамит). В щелочных — ультраосновных породах ниобий рассеивается в минералах типа перовскита и в эвдиалите. В экзогенных процессах минералы ниобия и тантала, являясь устойчивыми, могут накапливаться в делювиально-аллювиальных россыпях (колумбитовые россыпи), иногда в бокситах коры выветривания. Концентрация ниобия в морской воде 1⋅10 −5 мг/л.

Месторождения

Месторождения ниобия расположены в США, Японии, России (Кольский полуостров), Бразилии, Канаде.

Добыча ниобия по странам (тонн) (оценка USGS)

Страна200020012002200320042005200620072008200920102011

Австралия	160	230	290	230	200	200	200	?	?	?	?	?
Бразилия	30 000	22 000	26 000	29 000	29 900	35 000	40 000	57 300	58 000	58 000	58 000	58 000
Канада	2,290	3,200	3,410	3,280	3,400	3,310	4,167	3020	4380	4330	4420	4400
Демократическая Республика Конго	?	50	50	13	52	25	?	?	?	?	?	?
Мозамбик	?	?	5	34	130	34	29	?	?	?	?	?
Нигерия	35	30	30	190	170	40	35	?	?	?	?	?
Руанда	28	120	76	22	63	63	80	?	?	?	?	?
Всего в мире	32 600	25 600	29 900	32 800	34 000	38 700	44 500	60 400	62 900	62 900	62 900	63 000

Получение

Руды ниобия — обычно комплексные и бедны металлом. Рудные концентраты содержат Nb2O5: пирохлоровые — не менее 37 %, лопаритовые — 8 %, колумбитовые — 30—60 %. Большую их часть перерабатывают алюмо- или силикотермическим восстановлением на феррониобий (40—60 % Nb) и ферротанталониобий. Металлический ниобий получают из рудных концентратов по сложной технологии в три стадии:

1. вскрытие концентрата,
2. разделение ниобия и тантала и получение их чистых химических соединений,
3. восстановление и рафинирование металлического ниобия и его сплавов.

Основные промышленные методы производства ниобия и его сплавов — алюмотермический, натрийтермический, карботермический: из смеси Nb2O5 и сажи вначале получают при 1800 °C в атмосфере водорода карбид, затем из смеси карбида и пятиокиси при 1800—1900 °C в вакууме — металл; для получения сплавов ниобия в эту смесь добавляют окислы легирующих металлов; по другому варианту ниобий восстанавливают при высокой температуре в вакууме непосредственно из Nb2O5 сажей. Натрийтермическим способом ниобий восстанавливают натрием из K2NbF7, алюминотермическим — алюминием из Nb2O5. Компактный металл (сплав) производят методами порошковой металлургии, спекая спрессованные из порошков штабики в вакууме при 2300 °C либо электронно-лучевой и вакуумной дуговой плавкой; монокристаллы ниобия высокой чистоты — бестигельной электронно-лучевой зонной плавкой.

Изотопы

Основная статья: Изотопы ниобия

Природный ниобий состоит из единственного стабильного изотопа — 93 Nb. Все остальные искусственно полученные изотопы ниобия с массовыми числами от 81 до 113 радиоактивны (всего их известно 32). Наиболее долгоживущий изотоп — 92 Nb с периодом полураспада 34,7 млн лет.

Также известны 25 метастабильных состояний ядер его разных изотопов.

Химические свойства

Химически ниобий довольно устойчив, но уступает в этом отношении танталу. На него практически не действуют соляная, ортофосфорная, разбавленная серная, азотная кислоты. Металл растворяется в плавиковой кислоте HF, смеси HF и HNO3, концентрированных растворах едких щелочей, а также в концентрированной серной кислоте при нагревании свыше 150 °C.

При прокаливании на воздухе окисляется до Nb2О5. Для этого оксида описано около 10 кристаллических модификаций. При обычном давлении стабильна β-форма Nb2O5.

• При сплавлении Nb2O5 с различными оксидами получают ниобаты: Ti2Nb10O29, FeNb49O124. Ниобаты могут рассматриваться как соли гипотетических ниобиевых кислот. Они делятся на метаниобаты MNbO3, ортониобаты M3NbO4, пирониобаты M4Nb2O7 или полиниобаты M2O·nNb2O5 (M — однозарядный катион, n = 2-12). Известны ниобаты двух- и трехзарядных катионов.
• Ниобаты реагируют с HF, расплавами гидрофторидов щелочных металлов (KHF2) и аммония. Некоторые ниобаты с высоким отношением M2O/Nb2O5 гидролизуются:

• Ниобий образует NbO2, NbO, ряд оксидов, промежуточных между NbO2,42 и NbO2,50 и близких по структуре к β-форме Nb2О5.
• С галогенами ниобий образует пентагалогениды NbHal5, тетрагалогениды NbHal4 и фазы NbHal2,67 — NbHal3+x, в которых имеются группировки Nb3 или Nb2. Пентагалогениды ниобия легко гидролизуются водой.
• В присутствии паров воды и кислорода NbCl5 и NbBr5 образуют оксигалогениды NbOCl3 и NbOBr3 — рыхлые ватообразные вещества.
• При взаимодействии ниобия и графита образуются карбиды Nb2C и NbC, твёрдые жаропрочные соединения. В системе Nb — N существуют несколько фаз переменного состава и нитриды Nb2N и NbN. Сходным образом ведёт себя ниобий в системах с фосфором и мышьяком. При взаимодействии ниобия с серой получены сульфиды: NbS, NbS2 и NbS3. Синтезированы двойные фториды Nb и калия (натрия) — K2[NbF7].
• Из водных растворов выделить электрохимически ниобий пока не удалось. Возможно электрохимическое получение сплавов, содержащих ниобий. Электролизом безводных солевых расплавов может быть выделен металлический ниобий.

Применение

Применение и производство ниобия быстро возрастают, что обусловлено сочетанием таких его свойств, как тугоплавкость, малое сечение захвата тепловых нейтронов, способность образовывать жаропрочные, сверхпроводящие и др. сплавы, коррозионная стойкость, геттерные свойства, низкая работа выхода электронов, хорошие обрабатываемость давлением на холоде и свариваемость. Основные области применения ниобия: ракетостроение, авиационная и космическая техника, радиотехника, электроника, химическое аппаратостроение, атомная энергетика.

Применение металлического ниобия

• Из чистого ниобия или его сплавов изготовляют детали летательных аппаратов; оболочки для урановых и плутониевых тепловыделяющих элементов; контейнеры и трубы для жидких металлов; детали электролитических конденсаторов; «горячую» арматуру электронных (для радарных установок) и мощных генераторных ламп (аноды, катоды, сетки и др.); коррозионноустойчивую аппаратуру в химической промышленности.
• Ниобием легируют другие цветные металлы, в том числе уран. Например, алюминий, если в него ввести всего 0,05 % ниобия, совсем не реагирует со щелочами, хотя в обычных условиях он в них растворяется. Сплав ниобия с 20 % меди обладает высокой электропроводностью и при этом он вдвое твёрже и прочнее чистой меди.
• Ниобий применяют в криотронах — сверхпроводящих элементах вычислительных машин. Ниобий также известен тем, что он используется в ускоряющих структурах большого адронного коллайдера.
• Ниобий и тантал используют для производства электролитических конденсаторов высокой удельной ёмкости. Тантал позволяет производить более качественные конденсаторы, чем металлический ниобий. Однако конденсаторы на основе оксида ниобия наиболее надёжны и устойчивы к возгоранию.
• Австрия, Британские Виргинские Острова, Канада, Латвия, Либерия, Люксембург, Палау и Сьерра-Леоне выпускают биметаллические памятные монеты с использованием ниобия.

Источник: chem.ru

Ниобий — свойства, применение и сплавы ниобия

Химические элементы ниобий и тантал неразрывно связаны между собой еще со времени открытия. Их взаимосвязь проявляется даже мифологически: название первого, происходит от имени Ниоба, которая в древнегреческой мифологии была дочерью царя Тантала. Генрих Розе приложил свою «легкую руку» к тому, чтобы наименование Nb крепко закрепилось в научных кругах и таблице Менделеева. Исследования немецкого химика в области изучения свойств минерала колумбита позволили выделить окислы двух металлов (1844 год). Первый относился к уже известному тогда танталу, второй оказался оксидом нового элемента — ниобия.

Что на сегодня известно о Nb

Ниобий – химический элемент, занимает место в V группе таблицы Менделеева, атомный номер – 41, атомная масса 92,9. Как и многие металлы, он характеризуется серо-стальным блеском. Формула элемента электронно выглядит как 4d45sl, графическая интерпретация оболочек ниобия следующая: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 4 5s 1.

Тугоплавкость считается самым важным физическим свойством металла, именно благодаря ей ниобий стал востребованным во многих областях промышленности. Плавится и кипит при температурах 2468 и 4927 0 С, соответственно. Плотность вещества при комнатных условиях оценивается как 8.57 грамм в кубическом сантиметре. Металл обладает парамагнитностью. Имеет ОЦК кристаллическую решетку с радиусом 3.294 ангстрем.

Химические свойства ниобия и танталу также достаточно близки. Металлы отличаются высокой устойчивостью к воздействию отрицательных температур и большинства агрессивных сред. Например, заметное окисление Nb на воздухе наблюдается только при нагреве вещества свыше 200 0 С. Список кислот, не воздействующих на ниобий, достаточно широк и включает:

Также металл устойчив к водным растворам аммиака. Уникальное свойство элемента образовывать диэлектрическую оксидную пленку в составе кислых электролитов нашло применение в изготовлении миниатюрных высокоемкостных конденсаторов, где элемент заменяет более дорогостоящий тантал.

Видео — Ниобий, химические и физические свойства:

Производство ниобия

• пирохлоровая – до 37%;

• лопаритовая — 8%;

• колумбитовая – от 30 до 60%.

Обычно, руда ниобия проходит цикл термического восстановления с участием алюминия или кремния. Результат процесса – соединения феррониобий и ферротанталониобий. Металлический ниобий добывают из аналогичного сырья, но сама технология более сложная и состоит из трех стадий:

1. Добыча руды, его содержащей, переработка до состояния концентратов их вскрытие.
2. Получение химических соединений Nb и Та с привлечением методов порошковой металлургии.
3. Рафинирование позволяет получать металлический ниобий высокой пробы.

Так выглядит феррониобий

На сегодня, наиболее развиты такие методики получения Nb, как алюмино-, натрие- и карботермическая. Различными оказываются и прекурсоры для высокотемпературного восстановления ниобия. При натриетермическом способе – это K2NbF7, тогда как в алюминотермической методике используется пятиокись ниобия. Карботермическая технология подразумевает смешивание оксида Nb с сажей в высокотемпературной водородной среде, чтобы получить карбид ниобия. На следующем этапе, водородная среда заменяется вакуумом, и при тех же температурах, смешав карбид ниобия с его оксидом, получают сам металл.

Фольга из ниобия

Альтернативная форма выпуска – прокат ниобия. В частности, большинство организаций предпочитает покупать листовой металл, пруток, проволоку. Еще одна разновидность проката ниобий фольга.

Магнитные и другие сплавы с Nb

В интернете много объявления о продаже и покупке феррониобия

Свое применение феррониобий нашел сталеплавильной – производство конструкционной стали и литейной отраслях индустрии, а также в изготовлении электронных покрытий. Основной производитель соединения Вишневогорский металлургический завод «Северный ниобий». Предприятие расположено в Челябинской области, вблизи одноименного населенного пункта. В сферу деятельности ООО «Северный ниобий» также входит изготовление ферросплавов других металлов, включая молибден, вольфрам и титан.

Альтернативой соединения феррониобий, оказывается деформируемый сплав 5ВМЦ, где легирующими металлами выступают: цирконий, молибден и вольфрам. Применение 5ВМЦ, в основном, ограничено изготовлением полуфабрикатов.

Окислы металла

Наибольшее распространение среди этого вида соединений получила пятиокись ниобия. Это неорганическое вещество представлено белым кристаллическим порошком, обладающим кремовым оттенком и нерастворимым в воде, большинстве кислот. Пентаоксид ниобия характеризуется химической формулой Nb2O5 и подразделяется на три марки, в зависимости от чистоты: 99 – 97% исходного вещества.

Основные свойства пятиокиси ниобия:

• аморфные способности;

• повышенная прочность;

• тугоплавкость – температура плавления 1490 0 С;

• окисляется при нагревании;

• реагирует с хлором, восстанавливается водородом.

Пятиокись ниобия получают разнообразными методиками, среди которых присутствуют: сжигание Nb в кислороде и проколка различных форм ниобия:

• нитрида на воздухе;

• более низкого оксида;

• NbC;

• Гидрида.

Основная сфера использования пятиокиси ниобия – производство высоколегированных марок сталей, изготовление сплавов.

Изделия из ниобия

Ассортимент продукции, как и формы выпускаемого металла достаточно разнообразны. Популярность элемента ниобий применение и производство его, обусловлены следующими свойствами элемента:

• тугоплавкость;

• устойчивость к разным видам коррозии;

• малая эффективность от столкновения с нейтронами;

• образование сплавов с жаропрочными и сверхпроводящими качествами;

• легкость сваривания;

• сохранение работоспособности при отрицательных температурах;

• геттерные свойства.

Аноды из ниобия

Среди отраслей, эксплуатирующих металл, следует выделить технику для авиации и космонавтики, где на базе Nb выпускают детали самолетов, ракет. Дополнительно, ниобий востребован радиотехникой, где из него изготавливают сдлелующее:

• детали электрических конденсаторов;

• элементы радарных установок;

• аноды из фольги, катоды, сетки для работы внутри мощных генераторных ламп.

Чтобы изготовить оболочки для урановых и плутониевых тепловыделяющих элементов, в атомной энергетике также применяют ниобий и его сплавы. Из соединения изготавливают контейнеры, трубы для транспортировки жидких металлов.

Источник: xlom.ru