Характеристика ніобію. Застосування ніобію в металургії та промисловості

Соціально-економічні та гуманітарні науки

УДК 553.98 " = . "

ВИБУТОК НІОБІЮ В РОСІЇ

Г.Ю. Боярка*, В.Ю. Хатьков**

, * Томський політехнічний університет

** Апарат Уряду Російської Федерації. " "

E-mail: [email protected]

Видобуток ніобію в Росії здійснюється на Ловозерському родовищі (Мурманська область) у вигляді лопаритового концентрату і на Татарському родовищі (Красноярський край) у вигляді пірохлоровото концентрату, а переробка ~ на Солікамському магнієвому (Пермська область) і Ключевському феросплавному (Свердловська область) результаті вертикальної інтеграції російських споживачів ніобію з видобувними підприємствами ліквідована залежність від імпорту ніобієвих продуктів. природної світової монополії бразильських продуцентів ніобію, російським ніобійдобувним підприємствам слід орієнтуватися переважно на металургійний ринок Росії, України, Казахстану та Китаю.

Ніобій - важкий тугоплавкий метал, що має високу пластичність, корозійну стійкість, гарну зварюваність і малий переріз захоплення теплових нейтронів. Він входить до складу жароміцних і надпровідних сплавів, а сталі, леговані ніобієм, мають високу міцність і значну пластичність, морозо- і корозійностійкість. Основне споживання ніобію посідає виробництво трубної продукції великого діаметрадля магістральних трубопроводів із низьколегованих (0,07...0,08 % №)) сталей. Низьколеговані ніобієві сталі знаходять застосування при виготовленні будівельних конструкцій, мостобудуванні, у дорожньому та гірському машинобудуванні, авіа- та автомобілебудуванні, при виготовленні обладнання для глибокого нафтового буріння, апаратури для хімічної та нафтохімічної промисловості тощо. Сплави ніобію з оловом, титаном та цирконієм широко використовуються при виготовленні надпровідних соленоїдів для потужних електромагнітів, що застосовуються в магнітних сепараторах, прискорювачах заряджених частинок, МГД-генераторах. Синтетичні монокристали ніобатів літію і свинцю використовуються в оптичних затворах і акустоелектронних пристроях. Обсяг світового споживання ніобію становить 25...26 тис. т на рік, причому спостерігається його чітке зростання на 2...2,5% на рік. Лідирують у споживанні ніобію Японія (30% світового попиту), США (близько 25%) та країни Європейського Союзу. Ціни на ніобієві продукти наведені у таблиці. г

Ніобій витягується гідрометалургійними та пірометалургійними методами з концентратів ніобієвих мінералів - пірохлору (NaCaNb206F) (до 90 % світової пропозиції), колумбіт-танта-літу ((Fe,Mn)(Nb,Ta)206) (до 5 %) Ca, TR) (Ti, Ta, Nb) 02) (тільки в Росії). При переробці попутно витягується тантал (щодо Ta/Nb= 1/10), та якщо з лопариту - ще рідкісноземельні метали і титан.

Світовий видобуток ніобію становить 25,7 тис. т (2002 р.), причому 22 тис. т припадає на бразильську компанію Companhia Brasileira de Metalurgia e Minera. пірохлорових концентратів, фероніобія (до 18 тис. т на рік), ніобію ме-

Таблиця. Ціни на ніобієві (і попутні танталові) продукти

Товарні продукти Ціни, $ США за кг

Пірохлорний концентрат (у перерахунку на N^05) 6,0...6,5

Колумбітовий концентрат (у перерахунку на N1^05) 6,5...7,0

Танталітовий концентрат (у перерахунку на Та205) 65.. /75

Лопаритовий концентрат 1,1-

Ферроніобій 14,5...15,5

Ніобій металевий 14,0. Л 4,5

Тантал у порошку. ■ 200...230

Тантал металевий 200...210

талічного та танталу. Вона веде відпрацювання площадної кори вивітрювання на карбонатитовому масиві Араша (штат Амазонас) із середнім вмістом 2,5 % Nb205 (4,3 млрд т руди) та оловоруд-ному родовищі Пітанга, що містить 4,3 % Nb205 (30 млн т руди) Частина концентратів СВММ переробляється консолідованою компанією Catalao de Goäis (Mineralo Cataloa), що випускає на рік до 3,5 тис. т фероніобію. Як резерв на території Бразилії в межах національного паркуПіку-да-Небліна знаходиться родовище Сейс-Лагос із запасами 2,9 млрд т руди із середнім вмістом Nb205 2,8 %. У Канаді видобуток ніобі-евих руд складає родовищі Сент-Оноре (рудник Ніобік, штат Квебек) із середнім змістом Nb205 0,6 %. Видобуванням руд та переробкою концентратів займаються дві фірми – Teck Corp. та Cambior Inc., які у 2002 р. поставили на світовий ринок 3,2 тис. т фероніобію. У вкрай невеликих кількостях різні ніобієві продукти (переважно пірохлорові концентрати) виробляють в Австралії (родовище Грін-бушес), Нігерії (Плато Джое), Мозамбіку (Мбея), Замбії (Луеш) та Конго (Маноно-Кітололо).

В епоху планової економіки СРСР видобував та виробляв до 2000 т ніобієвих продуктів (у перерахунку на оксид ніобію), займаючи третє місце з видобутку (після Бразилії та Канади) та четверте за споживанням (після Японії, США та Німеччини). Після розвалу єдиного економічного простору на національні анклави СНД технологічний ланцюжок рідккометальної промисловості був розірваний, окремі його фрагменти стали нерентабельними. Внаслідок цього російські споживачі змушені стали задовольняти свої потреби в ніобії шляхом експорту 100...200 т ніобієвих сплавів на рік (переважно з Бразилії).

Єдиним діючим видобувним підприємством, що зберігся, на території Росії є ВАТ Північні рідкісні метали (колишній Ловозерський ГЗК) в п. Ловозеро Ревдинського району Мурманської області та його оператор гірничих робіт ВАТ Ловозерська гірнича компанія на рудниках Карнасурт і Умбозеро. Тут на унікальному за запасами Ловозерському рідкоземельно-ніобій-танталовому родовищі (бідним за вмістом Nb205 - всього 0,24 %) з нефелінових сієнітів, що містять лопарит, видобувало до 25 тис. т лопаритового концентрату на рік, що містить 6...8 % Nb, 5% Та, 36...38% TR та 38...42% Ti. До 10 тис. т лопаритового концентрату переробляється на ВАТ Солікамський магнієвий завод (основний власник - СП Russia Growth Fund), де шляхом хлорування отримують гідрооксид ніобію, який є промпродуктом для отримання металевого ніобію (на Іртиському хіміко-металургійному заводі у м. Усть). -Каменогорськ, Казахстан). В даний час Солікамський магнієвий завод виробляє щорічно 700...750 т оксидів ніобію і 70...80 т оксиду танталу, що повністю йдуть на екс-

порт. Інші 10 ... 12тис. Тлопаритового концентрату раніше перероблялися в А5>8Пте1 (м. Сілла-Мяе, Естонія) за сірчанокислою схемою до металевого ніобію та фероніобію. Нині 5Пте1 відмовився від покупок лопаритового сировини і перейшов більш технологічні пірохлорові концентрати з Бразилії та Нігерії. Відповідно впав і випуск лопаритового концентрату Півн-редмет (до 8... 10 тис. т), що привело це підприємство на межу банкрутства. Спроба організації в 2000 р. власного гідрометалургійного виробництва з отриманням фероніобію через відсутність необхідних інвестицій (100 млн. доларів США) не увінчалася успіхом. В даний час власником АТ Севредмет є компанія ЗАТ Компанія ФТК (Фінанси, технології, консультації) (м. Москва), співвласник Солікамського магнієвого заводу (14% акцій), але реального виходу з ситуації обмеженості попиту лопаритової сировини поки не видно. Іртиський хіміко-металургійний завод теж знаходився на межі банкрутства і до 1996 р. припинив випуск ніобієвих продуктів, але в 2000 р. з нього виділився дієздатний підрозділ ТОВ КазНіобій ІХМЗ, який почав випускати до 60 ... 80 т металевого ніобію на рік, як сировина солікамський гідрооксид ніобію. Переробка танталових промпродуктів у СНД здійснюється на ВАТ Ульбінському металургійному заводі НАККазатомпром (м. Усть-Каменогорськ, Республіка Казахстан), де виготовляються вироби з ніобію - порошок, зливки, прокат.

Інші російські підприємства, які працювали раніше на більш багатих рудах, до 90-х років XX століття виробили їх і при переході на ринкову економіку закрили свої збиткові виробництва. Це Вишневогірське рудоуправління (Челябінська область), що розробляло однойменне родовище, Малишевське РУ (Свердловська область), що повністю відпрацювало родовище рідкометальних пегматитів Липовий луг, Орловський ГЗК (Читинська область), що відпрацював Орбайкальське місце Завітківському та Етикінському родовищах. Пірохлорові та ко-лумбіт-танталітові концентрати цих підприємств перероблялися на Ключівському заводі феросплавів (с. Дворіченськ Сисертського району Свердловської області), який виробляв з них фероніобій та ніобієві лігатури.

Оздоровлення рідкометальної промисловості Росії відбулося з ініціативи споживачів ніобію – череповецьких металургів ВАТ Северсталь (м. Череповець, Вологодська область). З метою ліквідації експортної залежності від ніобію цей холдинг організував дочірнє підприємство ВАТ Стальмаг (м. Красноярськ) з видобутку пірохлорових концентратів з кори вивітрювання Татарського вермікуліт-ніобат-фосфорного родовища на однойменному карбонатитовому масиві, роз-

покладеному в Мотигінському районі Красноярського краю|9|. Наприкінці 2000т. цьому родовищі пущено фабрика первинного збагачення потужністю до 90 тис. т руди на рік. З отриманого концентрату, що поставляється на Ключевський завод феросплавів, виробляється 150:..200 т фероніобію на рік. З введенням другої черги продуктивність рудника буде збільшена вдвічі,

У 2001 р. ВАТ Забайкальський ГЗК (п. Первомайський Шилкінського району Читинської області), який займався в Останніми рокамивидобутком флюориту і золота, відновив відпрацювання Етикинського тан-тал-ніобій-олов'яного родовища в рідкісних гранітах Етикинського масиву. Середній вміст танталу в рудах – 0,031 %, ніобію –0,1 %, олова – 0,2 %. У 2001 видобуто (у перерахунку на метал) 40 т танталу, 60 т ніобію, 100 т олова. До 2005 р. планується вп'ятеро збільшити потужності з видобутку. На базі Забайкальського ГЗК у п. Первомайський ведеться будівництво гідрометалургійного цеху з виробництва фтортанталату калію та пентоксиду ніобію. З:етикинських руд можуть також вилучатися"і літієві концентрати при середньому вмісті в рудах Ы20 - 0,11%. державної програми"Видобуток, виробництво та споживання літію, берилію, танталу, олова, ніобію (ЛІБТОН)" планується також відновлення видобутку Забайкальським ГЗК на За-Вітинському літії-ніобієвому родовищі спід-менових пегматитів.

дорожніми продуктами при середньому вмісті в рудах Та205 -0,0139% і №>205 -0,02%.

Компанія ЗАТ Алроса (м. Мирний, Республіка Саха-Якутія) за програмою диверсифікації свого алмазного бізнесу здійснює підготовку гірничого проекту відпрацювання ділянки Бурхливого унікального за запасами та якістю руд ніобій-рідкоземельного родовища Томтор в Оленекскому улусі Республіки Саха-Якутія. Цей фрагмент родовища є озерним розсипом ближнього зносу, що сформувався за рахунок перемиву кори вивітрювання Томторського карбонатитового масиву. Середній вміст ЫЬ205 тут становить 6,71%, У - 0,59%, 8Т11 - 9,53%. Проектом розробки ділянки Бурний планується початковий річний обсяг переробки гірничої маси 13,73 тис. м3, і вилучення пірохлорового концентрату, що містить 583 т ЫЬ205, і рідкісноземельного концентрату, що містить 690 т оксидів рідкісноземельних металів (У203, 602 203, Еі203, 8с203). Надалі планується збільшення потужностей видобутку до 30 тис. м3 руди та випуску до 2000 т пірохлорового концентрату у перерахунку на №205.

Невелике виробництво з досвідченої видобутку існувало під час розвідки Белозиминского ніобієво-фосфатного родовища (1984-1986 рр.) у Тулунському районі Іркутської області. Рудні утворення являють собою площу кору вивітрювання по карбонатитам (що містить 0,24% №>205), в багатих блоках якої на ділянках Основний та Ягідний середній вміст МЬ205 становить 1,06 та 1,39%, відповідно. Однак наскрізне

Малюнок. Схема розміщення ніобієвих. родовищ і компаній, що видобувають та переробляють ніобій.

1) родовища ніобію ■2) холдинги ніобійних компаній; 3~5) рудники: 3) діючі; 4) що вводяться у виробництво; 5) закриті або зупинені; 6) переробні підприємства

Вилучення Nb205 при цих дослідах не перевищило 30%. В якості попутного сировини з білозімінських руд може бути отриманий фосфатний (апатит + франколіт) концентрат, при вихідному вмісті Р205 в рудах - 11,25%.

На базі ліквідованого Орловського ГЗК у 2000 р. було сформовано нове підприємство ВАТ Ново-Орлівський ГЗК (п. Новоорловський Агінського району Читинської області), відновлено дослідну збагачувальну фабрику № 1 та танталову секцію збагачувальної фабрики № 2. Об'єктом видобутку тут комплекс) вольфрамового виробництва Орловського ГЗК, що вміщають 5190 т W, 550 т Nb та 440 т Та. Орієнтовний вихід танталу та ніобію - до 10...20 т на рік.

З метою вилучення танталу та ніобію на Ключевському заводі феросплавів періодично переробляються шлаки олов'яних плавок ВАТ Новосибірський олов'яний завод. У перерахунку на річну реалізацію випуск ніобію та танталу із сировини Новосибірського олов'яного заводу не перевищував перших тонн.

З інших ніобійових і тантало-ніобієвих родовищ Росії слід зазначити:

Більшетагнінське фосфор-ніобієве родовище, розташоване за 12 км на захід від Біло-Зимінського родовища (Іркутська область) і приурочене до кальцит-мікроклінових карбонатитів однойменного карбонатитового масиву. Середній вміст Nb205 у рудах становить 1,02 %.

Середньозимівське урон-ніобій-фосфорне родовище, розташоване за 18 км на південь від Біло-Зимінського родовища (Іркутська область) і приурочене до кальцит-мікроклінових кар-бонатитів. Середні вміст Nb205 у рудах становить 0,10...0,18 %, урану до 0,02 %, фосфору - 2,5...3,5 %. Родовище проблемне, в першу чергу, через низькі концентрації корисних компонентів і високу радіоактивність руд.

Ділянка Неске-Вара Вуоріарвінського ніобієвого родовища розташована в Кандалакшинському районі Мурманської області. Він є великим

Рудний блок апатит-магнетитового складу із вкрапленістю бадделеїту та пірохлору. Середній вміст Nb2Os у рудах ділянки – 0,53 %, Та205 – 0,017 %. Родовище знаходиться в безпосередній близькості від діючого підприємства ВАТ Ковдорський ГЗК, що добуває залізняку з попутним випуском апатитового і бадцелеїтового (Zr- і TR-містить) концентратів. Родовище дрібне - всього 6,2 тис. т Nb205 і 200 т Та205, але ці руди вписуються в технологічний ланцюжок Ковдорського ГЗК, і цей об'єкт легко може бути залучений в експлуатацію.

Улуг-Танзекське ніобій-рідкоземельне родовище (Республіка Тива) являє собою мінералізовані зони рудоносних (пірохлор, колумбіт-танталіт, циркон, літієві, бериллі-єві та рідкісноземельні мінерали) кварц-альбіт-мікроклінових метасоматитів. Родовище оцінювалося в 90-х роках XX століття і залишилося недорозвіданим. Зміст №205 -0,2%, Та205 - 0,0155%, БТІ - 0,063% (частка іт-трієвих елементів 30 ... 40%), 1л20 - 0,086,1 хОг - 0,4%. Технологічною схемою збагачення руд передбачається одержання №>, Та, Ьг, Щ

ТІ (У), і, і, ЯЬ.

Катугінське ітрієвоземел'но-ніобій-цирконієве родовище рудоносних приразломних лужних (кварц-альбіт-мікроклінових) метасоматитів розташоване на півночі Читинської області в 140 км від станції Нова Чара на Байкало-Амурській магістралі. Середнє зміст №>205 в рудах - 0,31, Та205 - 0,019%, 8ТЯ -0,25% (частка ітрієвих елементів 40 ... 50%), рр02 - 1,38%. Інвестиційний проектосвоєння цього родовища розробляє Забайкальський ГЗК.

Гірничоозерське ніобієве родовище розташоване в Усть-Майському улусі Республіки Саха-Якутія і присвячене однойменному карбона-титовому масиву. Родовище вивчено лише з поверхні, його оцінка дуже слабка. Пірохлорова мінералізація приурочена до лінійних зон магнезіальних карбонатитів. Середній вміст №>205 за обмеженою кількістю проб - 0,25%. На родовищі виявлено також озерний розсип пірохлору, який залишився неоціненим. За аналогією з Томторським родовищем вона може бути досить багатою.

Вишняківське танталове родовище розташоване в Іркутській області за 110 км від станції Тайшет і пов'язане з нею автошляхом. Жильні тіла рідкометальних пегматитів потужністю до 40 м містять танталітову, берилієву та ліпедолітову (літієву) мінералізацію. Середній вміст Та205 становить 0,0198%, а за окремими жилами ділянки Горобиновий - 0,023...0,03%. Можливе попутне вилучення літію при середньому вмісті 1л20 -0,086%, а також берилію. Зміст №>205 невисокий - 0,02%, але при видобутку танталової сировини ніобій витягуватиметься вже як попутний компонент. Родовище вимагає дораз-відки.

В цілому діючі потужності з видобутку ніобієвої сировини вже забезпечують потреби російських металургів у ніобієвих легуючих добавках (200...250 т на рік), і навіть з урахуванням зростання потреби трубної продукції для магістральних трубопроводів тільки плановий розвиток потужностей Стальмагу та Забайкальського ГЗК може пере-

крити нові обсяги попиту до 2005 р. (до 600...800 т).

Проблеми Сєвредмета та Солікамського МОЗ необхідно вирішувати їх власникам (Компанії ФТК та Russia Growth Fund) в рамках створення єдиної технології переробки комплексної ніобієво-редкоземельної сировини з отриманням кінцевих товарних продуктів (індивідуальних рідкоземельних металів та їх оксидів, та створення достатніх потужностей для річної переробки-22...25 тис. т лопаритового концентрату. Цей холдинг може випускати на рік до 1000 т ніобієвих та до 100 т танталових продуктів. . :■.

Реалізація продукції реконструйованого Сєвредмету та нового видобуткового підприємства Ап-роси на Томторському родовищі вимагає вже виходу за межі російського ринку. Вихід на світовий ринок обмежений політикою світового монополіста ніобієвої продукції – бразильської компанії СВММ. Маючи найнижчу собівартість видобутку та переробки ніобієвої сировини, вона може контролювати рівень світових цін, перешкоджаючи появі серйозних конкурентів. Російським виробникам надмірної ніобієвої продукції необхідно орієнтуватися на солідарний ринок металургії країн СНД (України, Казахстану) і ринок споживання металургії Китаю, що росте. Окрім сектора металургії необхідно серйозно вивчити тенденції розвитку у найближчі 20 років світових енергозберігаючих технологій на основі надпровідних систем електропередачі, заснованих на ніобієвих сплавах, на виробництво яких потрібно до 5 тис. т на рік.

Наявних виробничих потужностей Ключевського заводу феросплавів вистачає для про-

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Єлютін А.В., Чістов Л.Б., Епштейн Є.М. Проблеми освоєння мінерально-сировинної базиніобію // Мінеральні ресурсиРосії. Економіка та управ-

- лення. - 1999. - № 3. - С. 22-29.

2. Кудрін B.C., Кушпаренко Ю..С., Петрова Н.В. та ін. "Мінеральна сировина. Ніобій тантал. Довідник.

М.: Геоінформарк, 1998. – 63 с.

3. Мінеральні ресурси світу початку 2001 року. -М.: Аерогеологія, 2002. – Т. 2. – 476 с.

4. Mineral commodity summaries "2003. - Pittsburgh, PA (USA): USGS, 2003. - 196 p."!

5. Niobium. Mineral annual review 2001. - Pittsburgh, PA (USA): USGS, 2002. - P. 21.1-28.14.

6. Metal prices in the United States через 1998. -Pittsburgh, PA (USA): USGS; 1998. - 179 p.

8. Жевелюк І. "Полювання за "рухомим" майном // Норд-Вест-Кур'єр. - № 41 (54): - 21-27 листопада 2002 року.

виробництва 1500 т фероніобію на рік, 1000 т N-N5 сплаву і 500 т Сг-№-М-лігатури. Таким чином, обсяги пропонованих до переробки пірохлорових продуктів Стальмагу, Забайкальського та Ново-Ор-лівського ГЗК, а також планованих до постачання з Томторського родовища можуть бути прийняті до переділу цим підприємством. Для виробництва товарних металевих виробів з ніобію та танталу російським компаніямможна використовувати толінгові схеми роботи з казахстанськими компаніями КазНіобій – Іртиський хіміко-металургійний завод та Ульбінський металургійний завод. У разі поліпшення кон'юнктури надпровідних матеріалів реальний і варіант організації біля Росії виробництва з випуску ніобієвого прокату. Таке виробництво існувало раніше на Досвідченому хіміко-металургійному заводі ГІРЕДМЕД (м. Подільськ, Московської області) та Досвідченому заводі тугоплавких металів та твердих сплавів (м. Москва).

Створення нових виробництв з видобутку та випуску ніобієвої продукції можливе також у рамках попутного їх вилучення при освоєнні родовищ інших корисних копалин - наприклад Катугінського і трієворідкоземельно-цирконієвого, Вишняківського танталового, Завітинського літієвого та ін. Введення цих об'єктів даватиме додаткову пропозицію ніобію, що може серйозно позначиться над ринком його попиту.

Освоєння ж родовищ далекого резерву (Улуг-Танзецького в Республіці Тива і Гусиноозер-ського в республіці Саха-Якутія) в умовах надмірної пропозиції ніобієвої сировини більш дієздатних компаній, що працюють на багатих і легкозбагачуваних рудах, навряд чи доцільно.

9. Семененко Ю. Російський ніобій. Перша ластівка із Сибіру // Природо-ресурсні відомості. – 31 серпня 2001 року, http://gazeta.priroda.ru.

10. Сайтів Ю.Г., Харитонов Ю.Ф., Шевчук Г.А. Мінерально-сировинна база Читинської області. Перспективи освоєння та розвитку: Частина 2 // Мінеральні ресурси Росії. Економіка та управління. – 2002. -№ 5. – С. 8-20.

11. Темнов А.В. Геолого-технічні проблеми відпрацювання ультрабагатих редкометальних руд Томторського родовища // Природні та техногенні розсипи та родовища кор вивітрювання на рубежі тисячоліть. Тез. доп. XII Міжнар. совєч ". - М.: ІГЕМ РАН, 2000. - С! 345-347.

12. Епштейн Є.М., Усова Т.Ю., Данильченко H.A. та ін Ніобій Росії: стан, перспективи освоєння та розвитку мінерально-сировинної бази // Мінеральна сировина. Серія геолого-економічна, № 8. – М.: ВІМС, 2000. – 103 с.

13. Кудрін B.C., Рожанець A.B., Чістов Л.Б. та ін Тантал Росії: стан, перспективи освоєння та розвитку мінерально-сировинної бази // Мінеральна сировина *. Серія геолого-економічна, № 4. – М.: ВІМС, 1999.-90 с.

Застосування ніобію для легування металів

Сталь, легована ніобієм, має гарну корозійну стійкість. Хром теж підвищує корозійну стійкість сталі, і він набагато дешевший за ніобій. Цей читач правий і не правий одночасно. Не правий тому, що забув про одне.

У хромонікелевій сталі, як і в будь-якій іншій, завжди є вуглець. Але вуглець з'єднується з хромом, утворюючи карбід, який робить сталь крихкішою. Ніобій має більшу спорідненість до вуглецю, ніж хром. Тому при додаванні в сталь ніобію обов'язково утворюється карбід ніобію. Легована ніобієм сталь набуває високих антикорозійних властивостей і не втрачає своєї пластичності. Потрібний ефект досягається, коли в тонну стали додано лише 200 г металевого ніобію. А хромо-маргаїцевої сталі ніобій надає високої зносостійкості.

Ніобієм легують і багато кольорових металів. Так, алюміній, що легко розчиняється в лугах, не реагує з ними, якщо до нього додано всього 0,05% ніобію. А мідь, відому свою м'якістю, і багато її сплавів ніобій немов загартовує. Він збільшує міцність таких металів, як титан, молібден, цирконій, і одночасно підвищує їхню жаростійкість і жароміцність.

Нині якості та можливості ніобію гідно оцінені авіацією, машинобудуванням, радіотехнікою, хімічною промисловістю, ядерною енергетикою. Усі вони стали споживачами ніобію.

Унікальна властивість - відсутність помітної взаємодії ніобію з ураном при температурі до 1100 ° C і, крім того, хороша теплопровідність, невеликий ефективний переріз поглинання теплових нейтронів зробили ніобій серйозним конкурентом визнаних в атомній промисловості металів - алюмінію, берилію та цирконію. До того ж штучна (наведена) радіоактивність ніобію невелика. Тому з нього можна робити контейнери для зберігання радіоактивних відходів або встановлення їх використання.

Хімічна промисловість споживає порівняно трохи ніобію, але це лише його дефіцитністю. З ніобійсодержащих сплавів і рідше листового ніобію іноді роблять апаратуру для виробництва високочистих кислот. Здатність ніобію впливати на швидкість деяких хімічних реакцій використовується, наприклад, при синтезі спирту з бутадієну.

Споживачами елемента №41 стали також ракетна та космічна техніка. Не секрет, що на навколоземних орбітах вже крутяться якісь кількості цього елемента. З ніобійвмісних сплавів і чистого ніобію зроблено деякі деталі ракет і бортової апаратури штучних супутників Землі.

Використання ніобію в інших галузях промисловості

З ніобієвих листів і штабиків виготовляють «гарячу арматуру» (тобто. деталі, що нагріваються) - аноди, сітки, катоди непрямого розжарення та інші деталі електронних ламп, особливо потужних генераторних ламп.

Крім чистого металу для тих же цілей застосовують танталоніобієві сплави.

Ніобій застосовували для виготовлення електролітичних конденсаторів та випрямлячів струму. Тут використано здатність ніобію до утворення стійкої окисної плівки при анодному окисленні. Окисна плівка стійка в кислих електролітах і пропускає струм лише у напрямку електроліту до металу. Ніобієві конденсатори з твердим електролітом відрізняються високою ємністю при малих розмірах, високим опором ізоляції.

Ніобієві елементи конденсаторів виготовляють із тонкої фольги або пористих пластинок, спресованих із металевих порошків.

Корозійна стійкість ніобію в кислотах та інших середовищах, у поєднанні з високою теплопровідністю та пластичністю роблять його цінним конструкційним матеріалом для апаратури у хімічних та металургійних виробництвах. Ніобій має поєднання властивостей, що задовольняють вимоги атомної енергетики до конструкційних матеріалів.

До 900°С ніобій слабо взаємодіє з ураном і придатний виготовлення захисних оболонок для уранових тепловиділяючих елементів енергетичних реакторів. При цьому можливе використання рідких металевих теплоносіїв: натрію або натрію сплаву з калієм, з якими ніобій не взаємодіє до 600°С. Для підвищення живучості уранових тепловиділяючих елементів уран легують ніобієм (~7% ніобію). Присадка ніобію стабілізує захисну окисну плівку на урані, що підвищує стійкість проти пари води.

Ніобій входить до складу різних жароміцних сплавів для газових турбін реактивних двигунів. Легування ніобієм молібдену, титану, цирконію, алюмінію та міді різко покращує властивості цих металів, а також їх сплавів. Існують жароміцні сплави на основі ніобію як конструкційний матеріал для деталей реактивних двигунів і ракет (виготовлення турбінних лопаток, передніх кромок крил, носових кінців літаків і ракет, обшивки ракет). Ніобій та сплави на його основі можна використовувати при робочих температурах 1000 - 1200°С.

Карбід ніобію входить до складу деяких марок твердих сплавів на основі карбіду вольфраму, що використовуються для різання сталей.

Ніобій широко використовується як легуюча добавка у сталях. Добавка ніобію в кількості, що у 6 - 10 разів перевищує вміст вуглецю в сталі, усуває міжкристалітну корозію нержавіючої сталі та оберігає зварні шви від руйнування.

Ніобій також вводять до складу різних жароміцних сталей (наприклад, для газових турбін), а також до складу інструментальних та магнітних сталей.

Ніобій вводять у сталь у сплаві із залізом (фероніобій), що містить до 60% Nb. Крім цього, застосовують ферротанталоніобій з різним співвідношенням між танталом і ніобієм у феросплаві.

В органічному синтезі застосовують деякі сполуки ніобію (фтористі комплексні солі, оксиди) як каталізатори.

Застосування і виробництво ніобію швидко зростають, що обумовлено поєднанням таких його властивостей, як тугоплавкість, малий переріз захоплення теплових нейтронів, здатність утворювати жароміцні, надпровідні та ін. зварюваність. Основні галузі застосування ніобію: ракетобудування, авіаційна та космічна техніка, радіотехніка, електроніка, хімічне апаратобудування, атомна енергетика.

Застосування металевого ніобію
  • З чистого ніобію або його сплавів виготовляють деталі літальних апаратів; оболонки для уранових та плутонієвих тепловиділяючих елементів; контейнери та труби; для рідких металів; деталі електролітичних конденсаторів; «гарячу» арматуру електронних (для радарних установок) та потужних генераторних ламп (аноди, катоди, сітки та ін.); корозійностійку апаратуру у хімічній промисловості.
  • Ніобієм легують інші кольорові метали, зокрема уран.
  • Ніобій застосовують у кріотронах - надпровідних елементах обчислювальних машин. Ніобій також відомий тим, що він використовується в структурах прискорення великого адронного колайдера .
Інтерметаліди та сплави ніобію
  • Станід Nb 3 Sn та сплави ніобію з титаном та цирконієм застосовуються для виготовлення надпровідних соленоїдів.
  • Ніобій та сплави з танталом у багатьох випадках замінюють тантал, що дає великий економічний ефект (ніобій дешевше і майже вдвічі легше, ніж тантал).
  • Ферроніобій вводять у нержавіючі хромонікелеві сталі для запобігання їх міжкристалітної корозії та руйнування та в сталі ін. типів для поліпшення їх властивостей.
  • Ніобій використовується при карбуванні колекційних монет. Так, Латвійський Банк стверджує, що в колекційних монетахгідністю 1 лат поряд із сріблом використовується ніобій.
Застосування сполук ніобію
  • Nb 2 O 5 каталізатор у хімічній промисловості;
  • у виробництві вогнетривів, керметів, спец. стекол, нітрид, карбід, ніобати.
  • Карбід ніобію (т. пл. 3480 °C) у сплаві з карбідом цирконію та карбідом урану-235 є найважливішим конструкційним матеріалом для ТВЕЛів твердофазних ядерних реактивних двигунів.
  • Нітрид ніобію NbN використовується для виробництва тонких та ультратонких надпровідних плівок з критичною температурою від 5 до 10 К з вузьким переходом, близько 0,1 К
Ніобій у медицині

Висока корозійна стійкість ніобію дозволила використати його в медицині. Ніобієві нитки не викликають подразнення живої тканини і добре зрощуються з нею. Відновлювальна хірургія успішно використовує такі нитки для зшивання порваних сухожиль, кровоносних судин та навіть нервів.

Застосування у ювелірній справі

Ніобій не тільки має комплекс потрібних техніки властивостей, але й виглядає досить красиво. Цей білий блискучий метал ювеліри намагалися використати для виготовлення корпусів ручного годинника. Сплави ніобію з вольфрамом чи ренією іноді замінюють шляхетні метали: золото, платину, іридій. Останнє особливо важливо, так як сплав ніобію з ренією не тільки зовні схожий на металевий іридій, але майже так само зносостійкий. Це дозволило деяким країнам обходитися без дорогого іридію у виробництві напайок для пір'я авторучок.

Ніобій як надпровідний матеріал першого покоління

Дивне явище надпровідності, коли при зниженні температури провідника в ньому відбувається стрибкоподібне зникнення електричного опору, вперше спостерігав голландський фізик Г. Камерлінг-Оннес в 1911 р. Першим надпровідником виявилася ртуть, але не їй, а ніобію і деяким з'єднанням. технічно важливими надпровідними матеріалами.

Практично важливі дві характеристики надпровідників: величина критичної температури, за якої відбувається перехід у стан надпровідності, та критичного магнітного поля(Ще Камерлінг-Оннес спостерігав втрату надпровідником надпровідності при впливі на нього досить сильного магнітного поля). У 1975 р. надпровідником-рекордсменом за величиною критичної температури стало інтерметалічне з'єднання ніобію та германію складу Nb 3 Ge. Його критична температура 23,2 ° К; це вище за температуру кипіння водню. (Більшість відомих надпровідників стають надпровідниками лише за температури рідкого гелію).

Здатність переходити в стан надпровідності властива також стапніду ніобію Nb 3 Sn, сплавам ніобію з алюмінієм та германієм або з титаном та цирконієм. Всі ці сплави та з'єднання вже використовуються для виготовлення надпровідних соленоїдів, а також деяких інших важливих технічних пристроїв.

  • Один з надпровідників, що активно застосовуються (температура надпровідного переходу 9,25 К). З'єднання ніобію мають температуру надпровідного переходу до 23,2 К (Nb 3 Ge).
  • Найчастіше використовувані промислові надпровідники - NbTi та Nb 3 Sn.
  • Ніобій використовується також у магнітних сплавах.
  • Застосовується як легуюча добавка.
  • Нітрид ніобію використовується для виробництва надпровідних болометрів.

Виняткова стійкість ніобію та його сплавів з танталом у перегрітій парі цезію-133 - робить його одним з найбільш переважних та дешевих конструкційних матеріалів для термоемісійних генераторів великої потужності.

Варто почати з того, що ніобій нерозривно пов'язаний із такою речовиною, як тантал. Це навіть незважаючи на те, що відкриті ці матеріали були не в один і той же час.

Що таке ніобій

Що ж на сьогоднішній день відомо про таку речовину, як ніобій? Він є хімічним елементом, який знаходиться в 5 групі таблиці Менделєєва, володіючи атомним номером 41, а також атомною масою 92,9. Як і багато інших металів, для цієї речовини характерний сіро-сталевий блиск.

Одним з найбільш важливих фізичних параметрів є його тугоплавкість. Саме завдяки цій характеристиці застосування ніобію стало поширеним у багатьох галузях промисловості. Температура плавлення цієї речовини – 2468 градусів за Цельсієм, а температура кипіння – 4927 градусів за Цельсієм.

Хімічні властивості цієї речовини також на високому рівні. Він характеризується високим рівнемстійкості до впливу негативних температур, а також впливу більшості агресивних середовищ.

Виробництво

Варто сказати про те, що наявність руди, яка містить елемент Nb (ніобій), набагато більша, ніж тій, що містить тантал, але проблема полягає у мізерності змісту самого елемента в цій руді.

Найчастіше для того, щоб отримати цей елемент, здійснюється процес термічного відновлення, в якому бере участь алюміній або кремній. В результаті проведення цієї операції виходять сполуки фероніобій та ферротанталоніобій. Варто зазначити, що одержання металевого варіанта цієї речовини здійснюється з цієї ж руди, але при цьому використовується складніша технологія. Тиглі з ніобію та інші одержані матеріали характеризуються дуже високими експлуатаційними характеристиками.

Методи отримання ніобію

В даний час одними з найбільш розвинених напрямів отримання цього матеріалу є алюмінотермічний, натрієтермічний і карботермічний. Відмінність між цими типами полягає також у прекурсорах, які використовуються для відновлення ніобію. Допустимо, в натрієтермічному способі використовується K2NbF7. А ось, наприклад, при алюмінотермічному методі застосовується п'ятиокис ніобію.

Якщо говорити про карботермічний спосіб отримання, то ця технологія має на увазі під собою змішання Nb з сажею. Проходити цей процес повинен у високотемпературному та водневому середовищі. В результаті проведення цієї операції буде отримано карбід ніобію. Другий етап полягає в тому, що водневе середовище замінюється вакуумним, а температура зберігається. У цей момент до карбіду ніобію додається його оксид і виходить сам метал.

Важливо, що серед форм металу, що випускається, досить поширений ніобій в зливках. Цей продукт призначається для виробництва металу на основі металу, а також інших різних напівфабрикатів.

Також може випускатись штабик цього матеріалу, який поділяється на кілька категорій залежно від чистоти речовини. Найменше домішок міститься у штабику з маркуванням НБШ-00. Клас НБШ-0 характеризується більш високою наявністю таких елементів, як залізо, титан та кремній танталу. Категорія, яка має найвищий показник домішок, НБШ-1. Можна додати, що у ніобію в злитках такої класифікації немає.

Альтернативні засоби виробництва

До альтернативним способамможна віднести безтигельну електроннопроменеву зонну плавку. Цей процес дозволяє одержувати монокристали Nb. Тиглі з ніобію виробляються з використанням цього методу. Він відноситься до порошкової металургії. Його застосовують для того, щоб спочатку отримати сплав цього матеріалу, а потім його чистий зразок. Наявність цього методу стала причиною того, що часто зустрічаються оголошення про купівлю ніобію. Цей спосіб дозволяє використовувати для отримання чистого металу не саму руду, добути яку досить складно, або концентрат з неї, а вторинну сировину.

До іншого альтернативного методу виробництва можна віднести прокат ніобію. Варто відзначити, що більшість різних фірм віддає перевагу купівлі саме прутів, дроту або листового металу.

Прокат та фольга

Фольга з цього матеріалу є досить поширеним напівфабрикатом. Він є найтоншим листом прокату цієї речовини. Використовується для деяких виробів і деталей. Фольга з ніобію виходить із чистої сировини шляхом холодного прокату Nb злитків. Отримані вироби характеризуються такими показниками, як висока стійкістьдо корозії, впливу агресивного середовища, а також високої температури. Прокат ніобію та його злитків дає також такі характеристики, як стійкість виробу до зносу, висока пластичність, хороша обробка, що піддається.

Продукти, одержані таким чином, найчастіше використовуються у таких сферах діяльності, як авіабудування, ракетобудування, медицина (хірургія), радіотехніка, електротехніка, атомна енергетика, ядерна енергетика. Фольга з ніобію упаковується в котушки і зберігається в сухому, захищеному від попадання вологи місці, а також у захищеному місці. механічного впливуз боку.

Застосування в електродах та сплавах

Застосування ніобію дуже поширене. Він може використовуватися, як хром і нікель, як матеріал, який входить до складу залізного сплаву, що використовується для виробництва електродів. Через те, що ніобій, як і тантал, здатний утворювати надтвердий карбід, його часто застосовують для виробництва надтвердих сплавів. Можна додати, що в даний час намагаються за допомогою цього матеріалу покращувати властивості сплавів, отриманих на основі

Так як ніобій є сировиною, здатною створювати карбідні елементи, то він, як і тантал, застосовується як легуюча суміш при виробництві сталі. Варто відзначити, що тривалий час застосування ніобію як домішка до танталу вважалося негативною дією. Однак на сьогоднішній день думка змінилася. Було встановлено, що Nb може виступати в якості замінника танталу, причому з великим успіхом, тому що через меншу атомну масу можна використовувати меншу кількість речовини, зберігаючи всі старі можливості та ефекти виробу.

Застосування в електричній техніці

Варто підкреслити, що застосування ніобію, як і його брата танталу, можливе у випрямлячах, завдяки тому, що вони мають властивість уніполярної провідності, тобто ці речовини пропускають електричний струм лише в одному напрямку. Можливе використання цього металу для створення таких пристроїв, як аноди, що використовуються у потужних генераторах та підсилювальних лампах.

Дуже важливо відзначити, що застосування ніобію дійшло до атомної енергетики. У цій галузі вироби з цієї речовини застосовуються як конструкційні матеріали. Це стало можливим, оскільки наявність Nb у деталях робить їх стійкими до жару, а також надає їм високі якостіхімічну стійкість.

Відмінні Фізичні характеристикицього металу призвели до того, що його досить широко використовують у ракетній техніці, реактивних літаках, газових турбінах.

Виробництво ніобію в Росії

Якщо говорити про запаси цієї руди, то налічується близько 16 млн тонн. Найбільше родовище, що займає приблизно 70% від усього обсягу, знаходиться в Бразилії. На території Росії розташовується близько 25% запасів даної руди. Цей показник вважається значною частиною всіх запасів ніобію. Найбільше родовище цієї речовини знаходиться в Східного Сибіру, а також на Далекому Сході. На сьогоднішній день на території Російської Федерації видобутком та виробництвом цієї речовини займається компанія Ловозерський ГЗК. Можна зауважити, що виробництвом ніобію у Росії займалася також фірма "Стальмаг". Вона розробляла татарське родовище цієї руди, проте у 2010 році було закрито.

Також можна додати, що займається виробництвом оксиду ніобію. Його вони одержують, переробляючи лопаритовий концентрат. Це підприємство виробляє від 400 до 450 тонн цієї речовини, більша частиназ якого йде на експорт у такі країни, як США та Німеччина. Частина оксиду, що залишився, йде на Чепецький механічний завод, який виробляє як чистий ніобій, так і його сплави. Там розміщуються значні потужності, що дозволяють виробляти до 100 тонн матеріалу на рік.

Метал з ніобію та його вартість

Незважаючи на те, що сфера застосування цієї речовини досить широка, основне призначення - це космічна та ядерна промисловість. З цієї причини Nb відноситься до стратегічних матеріалів.

Основні параметри, що впливають на вартість ніобію:

  • чистота сплаву, велика кількістьдомішок знижує ціну;
  • форма постачання матеріалу;
  • обсяги матеріалу, що поставляється;
  • розташування пункту прийому руди (різні регіони потребують різної кількості елемента, отже, і ціна нього відрізняється).

Орієнтовний перелік цін на матеріал у Москві:

  • ніобій марки НБ-2 коштує близько 420-450 рублів за кг;
  • стружка ніобію коштує від 500 до 510 рублів за кг;
  • штабик марки НБШ-00 коштує від 490 до 500 рублів за кг.

Варто зазначити, що, незважаючи на величезну вартість цього товару, попит на нього лише зростає.

Існує досить багато елементів, які при з'єднанні з іншими речовинами утворюють сплави з особливими експлуатаційними якостями. Прикладом можна назвати ніобій – елемент, який отримав спочатку назву «колумбій» (за назвою річки, де його вперше знайдено), але згодом було перейменовано. Ніобій – метал із досить незвичайними властивостями, про які далі поговоримо докладніше.

Отримання елемента

При розгляді властивостей ніобію слід зазначити, що вміст цього металу на тонну породи відносно невеликий становить приблизно 18 грам. Саме тому після його відкриття було зроблено чимало спроб отримання металу штучним шляхом. За рахунок близького хімічного складуця речовина досить часто видобувається разом із танталом.

Родовища ніобію розташовані практично у всьому світі. Прикладом назвемо копальні в Конго, Руанді, Бразилії та багатьох інших країнах. Однак цей елемент не можна назвати поширеним, у багатьох регіонах він практично не зустрічається навіть у малій концентрації.

Відносно невелика концентрація речовини в земній породі посилюється складнощами, що виникають при отриманні з концентрату. Варто враховувати, що ніобій НБШ можна отримати тільки з породи, яка насичена танталом. Особливостями виробничого процесуназвемо нижченаведені моменти:

  1. Для початку на завод поставляється концентрована руда, яка проходить кілька етапів очищення. При виробництві ніобію проводиться розподіл одержуваної руди на чисті елементи, серед яких і тантал.
  2. Завершальний процес переробки полягає у рафінуванні металу.

Незважаючи на складності, що виникають при видобутку і переробці руди, що розглядається, з кожним роком обсяг виробництва аналізованого сплаву істотно зростає. Це пов'язано з тим, що метал володіє винятковими експлуатаційними якостями і набув великого поширення в різних галузях промисловості.

Оксиди ніобію

Розглянутий хімічний елемент може бути основою різних сполук. Найпоширенішим можна назвати п'ятиокис ніобію. Серед особливостей даної сполуки можна відзначити наведені нижче моменти:

  1. Оксид ніобію представлений білим кристалічним порошком, що має кремовий відтінок.
  2. Речовина не розчиняється у воді.
  3. Речовина, що виходить, зберігає свою структуру при змішуванні з більшості кислотами.

До особливостей пентаоксиду ніобію можна віднести такі властивості:

  1. Підвищена міцність.
  2. Висока тугоплавкість. Речовина здатна витримувати температуру до 1490 градусів за Цельсієм.
  3. Під час нагрівання поверхня окислюється.
  4. Реагує на дію хлору, може відновлюватись воднем.

Гідроксид ніобію в більшості випадків застосовується для отримання високолегованих марок сталі, які мають досить привабливі експлуатаційні якості.

Фізичні та хімічні властивості

Ніобій має хімічні властивості подібні до хімічних властивостей танталу. Розглядаючи основні характеристики ніобію, потрібно приділити увагу наведеним нижче моментам:

  1. Стійкість до дії різних видівкорозії. Сплави, одержувані при впровадженні даного елемента до складу, мають високі корозійностійкі якості.
  2. Хімічний елемент, що розглядається, демонструє високий показник температури плавлення. Як показує практика, у більшості сплавів температура плавлення понад 1400 градусів Цельсія. це ускладнює процес обробки, але робить метали незамінними в різних сферахдіяльності.
  3. Основні Фізичні властивостітакож характеризуються легкістю зварювання одержуваних сплавів.
  4. За негативних температур структура елемента залишається практично незмінною, що дозволяє зберегти експлуатаційні властивості металу.
  5. Особлива будова атома ніобію визначає надпровідні якості матеріалу.
  6. Атомна маса становить 92,9, валентність залежить від особливостей складу.

Основною перевагою речовини вважається саме тугоплавкість. Саме тому він став застосовуватися в різних галузях промисловості. Плавлення речовини проходить при температурі близько 2500 градусів Цельсія. Деякі сплави взагалі плавляться при рекордній температурі 4500 градусів Цельсія. Щільність речовини досить висока, становить 8,57 г на кубічний сантиметр. Варто зважати на те, що метал характеризується парамагнітністю.

На кристалічну решітку не впливають такі кислоти:

  1. сірчана;
  2. соляна;
  3. фосфорна;
  4. хлорну.

Не впливає на метал та водні розчинихлору. При певному вплив на метал на його поверхні утворюється діелектрична оксидна плівка. Саме тому метал став використовуватись при виробництві мініатюрних високоємнісних конденсаторів, які також виготовляються з дорожчого танталу.

Застосування ніобію

Виготовляються різні вироби з ніобію, більша частина яких пов'язана з випуском авіаційної техніки. Прикладом можна назвати застосування ніобію у виготовленні деталей, які встановлюються під час збору ракет чи літаків. Крім цього, можна виділити таке застосування даного елемента:

  1. Виробництво елементів, у тому числі виготовляють радарні установки.
  2. Як раніше було зазначено, для отримання більш дешевих ємнісних електричних конденсаторівможе застосовуватися сплав, що розглядається.
  3. Катоди, аноди з фольги теж виготовляють при застосуванні елемента, що розглядається, що пов'язано з високою жароміцністю.
  4. Часто можна зустріти конструкції потужних генераторних ламп, що мають усередині сітку. Для того щоб ця сітка витримала вплив високої температури її виготовляють із сплаву, що розглядається.

Високі фізичні та хімічні якостівизначають застосування ніобію під час виробництва труб для транспортування рідких металів. Крім цього, сплави застосовуються для отримання контейнерів різного призначення.

Сплави з ніобієм

Розглядаючи подібні сплави, слід враховувати, що часто цей елемент застосовується для виробництва фероніобію. Цей матеріал отримав широке застосування у ливарних галузях індустрії, а також під час виготовлення електронних покриттів. До складу входить:

  1. залізо;
  2. ніобій із танталом;
  3. кремній;
  4. алюміній;
  5. вуглець;
  6. сірка;
  7. фосфор;
  8. титан.

Концентрація основних елементів може змінюватись у досить великому діапазоні, від чого і залежать експлуатаційні якості матеріалу.

Альтернативним сплавам фероніобію можна назвати ніобій 5ВМЦ. При його отриманні як легуючі елементи використовується вольфрам, цирконій і молібден. Найчастіше цей спав використовується для напівфабрикатів.

На закінчення відзначимо, що ніобій у деяких країнах застосовується під час виробництва монет. Це з досить високою вартістю матеріалу. При масовому випуску сплавів, які як основний елемент мають у складі ніобій, створюються своєрідні зливки.

ВИЗНАЧЕННЯ

Ніобій- Сорок перший елемент Періодичної таблиці. Позначення – Nb від латинського «niobium». Розташований у п'ятому періоді, VBA групі. Належить до металів. Заряд ядра дорівнює 41.

У земної кориніобію міститься 0,002% (мас.). Цей елемент багато в чому подібний до ванадієм. У вільному стані він являє собою тугоплавкий метал, твердий, але не тендітний, що добре піддається механічній обробці (рис. 1.. Щільність ніобію 8,57 г/см 3 температура плавлення - 2500 o С.).

Ніобій стійкий у багатьох агресивних середовищах. На нього не діє соляна кислота та царська горілка, тому що на поверхні цього металу утворюється тонка, але дуже міцна та хімічно стійка оксидна плівка.

Мал. 1. Ніобій. Зовнішній вигляд.

Атомна та молекулярна маса ніобію

ВИЗНАЧЕННЯ

Відносна молекулярна маса речовини (M r)- це число, що показує, у скільки разів маса даної молекули більша за 1/12 маси атома вуглецю, а відносна атомна маса елемента (A r)- у скільки разів середня маса атомів хімічного елементабільше ніж 1/12 маси атома вуглецю.

Оскільки у вільному стані ніобій існує як одноатомних молекул Nb, значення його атомної і молекулярної мас збігаються. Вони дорівнюють 92,9063.

Ізотопи ніобію

Відомо, що в природі ніобій може бути у вигляді єдиного стабільного ізотопу 93 Nb. Масове число дорівнює 93, ядро ​​атома містить сорок один протон і п'ятдесят два нейтрони.

Існують штучні нестабільні ізотопи цирконію з масовими числами від 81 до 113, а також двадцять п'ять ізомерних стану ядер, серед яких найбільш довгоживучим є ізотоп 92 Nb з періодом напіврозпаду рівним 34,7 млн. років.

Іони ніобію

На зовнішньому енергетичному рівні атома ніобію є п'ять електронів, які є валентними:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 3 5s 2 .

Через війну хімічного взаємодії ніобій віддає свої валентні електрони, тобто. є їх донором, і перетворюється на позитивно заряджений іон:

Nb 0 -1e → Nb +;

Nb 0 -2e → Nb 2+;

Nb 0 -3e → Nb 3+;

Nb 0 -4e → Nb 4+;

Nb 0 -5e → Nb 5+.

Молекула та атом ніобію

У вільному стані ніобій існує як одноатомних молекул Nb. Наведемо деякі властивості, що характеризують атом та молекулу ніобію:

Сплави ніобію

Ніобій - один з компонентів багатьох жароміцних та корозійностійких сплавів. Особливо велике значеннямають жароміцні сплави ніобію, що застосовуються у виробництві газових турбін, реактивних двигунів, ракет.

Ніобій вводять також у нержавіючі сталі. Він різко покращує їх механічні властивості та опірність корозії. Сталі, що містять від 1 до 4% ніобію, відрізняються високою жароміцністю та використовуються як матеріал для виготовлення котлів високого тиску.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2

Завдання Вкажіть валентність і ступінь окислення ніобію в сполуках: Gd 2 Nb 2 O 7 і Pb(NbO 3) 2 .
Відповідь Щоб визначити валентність ніобію в кисневмісних сполуках, потрібно суворо дотримуватися наступної послідовності дій. Розглянемо з прикладу Gd 2 Nb 2 O 7 . Визначаємо число атомів кисню у молекулі. Воно дорівнює 7-ми. Обчислюємо загальну кількість одиниць валентності для кисню:

Обчислюємо загальну кількість одиниць валентності для гадолінію:

Знаходимо різницю цих величин:

Визначаємо число атомів ніобію у поєднанні. Воно дорівнює 2-му. Валентність ніобію дорівнює IV (8/2 = 4).

Щоб знайти ступінь окислення ніобію в цьому ж з'єднанні, приймемо її значення за х і враховуємо той факт, що заряд молекули дорівнює 0:

2×3 + 2×x +7×(-2) = 0

Ступінь окислення ніобію дорівнює +4.

Аналогічним чином визначаємо, що валентність і ступінь окислення ніобію Pb(NbO 3) 2 рівні IV і +1, відповідно.


 

Можливо, буде корисно почитати: