Նիոբիումի հատկությունները. Նիոբիումի Nb-ի ֆիզիկական հատկությունները տարբեր ջերմաստիճաններում
Ֆիզիկական հատկություններնիոբիում
Նիոբիումը փայլուն, արծաթափայլ մոխրագույն մետաղ է:
Elemental niobium-ը չափազանց հրակայուն (2468°C) և բարձր եռացող (4927°C) մետաղ է, որը շատ դիմացկուն է բազմաթիվ ագրեսիվ միջավայրերում: Բոլոր թթուները, բացառությամբ հիդրոֆտորի, չեն գործում դրա վրա: Օքսիդացնող թթուները «պասիվացնում են» նիոբիումը, ծածկելով այն պաշտպանիչ օքսիդ թաղանթով (թիվ 205)։ Բայց բարձր ջերմաստիճանի դեպքում նիոբիումի քիմիական ակտիվությունը մեծանում է։ Եթե 150...200°C-ում միայն փոքր քանակությամբ մակերեսային շերտմետաղական, ապա 900...1200°C ջերմաստիճանում օքսիդի թաղանթի հաստությունը զգալիորեն մեծանում է։
Նիոբիումի բյուրեղյա վանդակը մարմնակենտրոն խորանարդ է՝ a = 3,294A պարամետրով:
Մաքուր մետաղը ճկուն է և կարող է գլորվել բարակ թիթեղի (մինչև 0,01 մմ հաստությամբ) սառը վիճակում՝ առանց միջանկյալ եռացման։
Կարելի է նշել նիոբիումի այնպիսի հատկություններ, ինչպիսիք են հալման և եռման բարձր ջերմաստիճանը, էլեկտրոնների ավելի ցածր աշխատանքային ֆունկցիան՝ համեմատած այլ հրակայուն մետաղների՝ վոլֆրամի և մոլիբդենի հետ։ Վերջին հատկությունը բնութագրում է էլեկտրոնների արտանետման ունակությունը (էլեկտրոնների արտանետում), որն օգտագործվում է էլեկտրավակուումային տեխնոլոգիայում նիոբիումի օգտագործման համար։ Նիոբիումը ունի նաև բարձր գերհաղորդիչ անցումային ջերմաստիճան։
Խտությունը 8,57 գ/սմ3 (20 °C); MP 2500 °C; tbp 4927 °С; գոլորշիների ճնշում (մմ ս.ս.-ով; 1 մմ ս.ս. = 133,3 Ն/մ2) 1 10-5 (2194 °C), 1 10-4 (2355 °C), 6 10- 4 (հալման ժամանակ), 1 10-3 ( 2539°C):
Սովորական ջերմաստիճաններում նիոբիումը կայուն է օդում։ Օքսիդացման սկիզբը (երանգային թաղանթ) նկատվում է, երբ մետաղը տաքացվում է մինչև 200-300°C: 500°-ից բարձր, արագ օքսիդացում է տեղի ունենում Nb2O5 օքսիդի առաջացմամբ։
Ջերմային հաղորդունակությունը W / (m K) 0 ° C և 600 ° C, համապատասխանաբար, 51.4 և 56.2, նույնը կալ / (սմ s ° C) 0,125 և 0,156: Հատուկ ծավալի էլեկտրական դիմադրությունը 0°C-ում կազմում է 15,22 10-8 օհմ մ (15,22 10-6 օմ սմ): Գերհաղորդիչ վիճակի անցման ջերմաստիճանը 9,25 Կ է։ Նիոբիումը պարամագնիսական է։ Էլեկտրոնների աշխատանքի ֆունկցիան 4,01 էՎ է։
Մաքուր նիոբիումը հեշտությամբ մշակվում է սառը ճնշման տակ և պահպանում է բավարար մեխանիկական հատկություններ բարձր ջերմաստիճաններում: Նրա վերջնական ուժը 20 և 800 °C ջերմաստիճանում համապատասխանաբար 342 և 312 MN/m2 է, նույնը կգ/մմ234.2 և 31.2; հարաբերական երկարաձգում 20 և 800 °C ջերմաստիճանում, համապատասխանաբար, 19,2 և 20,7%: Մաքուր նիոբիումի կարծրություն՝ ըստ Brinell 450, տեխնիկական 750-1800 MN/m2: Որոշ տարրերի, հատկապես ջրածնի, ազոտի, ածխածնի և թթվածնի կեղտերը մեծապես խաթարում են պլաստիկությունը և բարձրացնում նիոբիումի կարծրությունը:
Նիոբիումի քիմիական հատկությունները
Նիոբիումը հատկապես գնահատվում է անօրգանական և օրգանական նյութերի ազդեցության նկատմամբ իր դիմադրությամբ:
Տարբերություն կա փոշիացված և գնդիկավոր մետաղի քիմիական վարքագծի մեջ: Վերջինս ավելի կայուն է։ Մետաղները դրա վրա չեն գործում, նույնիսկ եթե դրանք տաքացվում են բարձր ջերմաստիճանների վրա: Հեղուկ ալկալիական մետաղները և դրանց համաձուլվածքները, բիսմութը, կապարը, սնդիկը, անագը կարող են երկար ժամանակ շփվել նիոբիումի հետ՝ չփոխելով դրա հատկությունները։ Նույնիսկ այնպիսի ուժեղ օքսիդացնող նյութերը, ինչպիսիք են պերքլորաթթուն, «արքայական օղին», էլ չեմ խոսում ազոտի, ծծմբի, հիդրոքլորի և մյուսների մասին, ոչինչ չեն կարող անել դրա հետ։ Ալկալիների լուծույթները նույնպես ազդեցություն չունեն նիոբիումի վրա։
Այնուամենայնիվ, կան երեք ռեակտիվներ, որոնք կարող են նիոբիումի մետաղը վերածել քիմիական միացությունների: Դրանցից մեկը ալկալային մետաղի հիդրօքսիդի հալումն է.
4Nb + 4NaOH + 5O2 \u003d 4NaNbO3 + 2H2O
Մյուս երկուսը ֆտորաթթուն (HF) կամ դրա խառնուրդը ազոտաթթվի հետ (HF+HNO): Այս դեպքում առաջանում են ֆտորիդային համալիրներ, որոնց բաղադրությունը մեծապես կախված է ռեակցիայի պայմաններից։ Ամեն դեպքում, տարրը 2- կամ 2- տիպի անիոնի մի մասն է:
Եթե վերցնենք փոշիացված նիոբիում, ապա այն որոշ չափով ավելի ակտիվ է։ Օրինակ՝ հալած նատրիումի նիտրատի մեջ այն նույնիսկ բռնկվում է՝ վերածվելով օքսիդի։ Կոմպակտ նիոբիումը սկսում է օքսիդանալ, երբ տաքացվում է 200°C-ից բարձր, իսկ փոշին ծածկվում է օքսիդ թաղանթով արդեն 150°C ջերմաստիճանում: Այս դեպքում դրսևորվում է այս մետաղի հրաշալի հատկություններից մեկը՝ այն պահպանում է պլաստիկությունը։
Թեփի տեսքով 900°C-ից բարձր տաքացնելիս ամբողջությամբ այրվում է մինչև Nb2O5։ Ուժեղ այրվում է քլորի հոսքի մեջ.
2Nb + 5Cl2 = 2NbCl5
Երբ տաքանում է, այն արձագանքում է ծծմբի հետ։ Մետաղների մեծ մասի հետ այն դժվարությամբ համաձուլվում է: Թերևս կա միայն երկու բացառություն՝ երկաթ, որով առաջանում են տարբեր հարաբերակցությամբ պինդ լուծույթներ, և ալյումին, որն ունի նիոբիումի հետ Al2Nb միացություն։
Նիոբիումի ո՞ր հատկություններն են օգնում նրան դիմակայել ամենաուժեղ թթուների՝ օքսիդացնող նյութերի ազդեցությանը: Պարզվում է, որ դա վերաբերում է ոչ թե մետաղի հատկություններին, այլ նրա օքսիդների առանձնահատկություններին։ Օքսիդացնող նյութերի հետ շփման ժամանակ մետաղի մակերեսին հայտնվում է օքսիդների շատ բարակ (և հետևաբար անտեսանելի), բայց շատ խիտ շերտ: Այս շերտը դառնում է անհաղթահարելի արգելք օքսիդացնող նյութի մաքրության ճանապարհին մետաղական մակերես. Դրա միջով կարող են թափանցել միայն որոշ քիմիական ռեակտիվներ, մասնավորապես՝ ֆտոր անիոն։ Հետևաբար, ըստ էության, մետաղը օքսիդացված է, բայց գործնականում օքսիդացման արդյունքներն աննկատելի են բարակ նյութերի առկայության պատճառով. պաշտպանիչ ֆիլմ. Պասիվությունը նոսր ծծմբաթթվի նկատմամբ օգտագործվում է փոփոխական հոսանքի ուղղիչ ստեղծելու համար։ Այն դասավորված է պարզ՝ պլատինե և նիոբիումի թիթեղները ընկղմված են ծծմբաթթվի 0,05 մ լուծույթի մեջ։ Նիոբիումը պասիվացված վիճակում կարող է հոսանք անցկացնել, եթե դա բացասական էլեկտրոդ է՝ կաթոդ, այսինքն՝ էլեկտրոնները կարող են օքսիդային շերտով անցնել միայն մետաղի կողմից: Լուծումից էլեկտրոնների ճանապարհը փակ է։ Հետեւաբար, երբ նման սարքը անցնում է փոփոխական հոսանք, ապա անցնում է միայն մեկ փուլ, որի համար պլատինը անոդն է, իսկ նիոբիումը կաթոդը։
նիոբիում մետաղական հալոգեն
Նիոբիումը Դ. Ի. Մենդելեևի քիմիական տարրերի պարբերական համակարգի հինգերորդ շրջանի հինգերորդ խմբի կողային ենթախմբի տարր է, ատոմային համարը 41: Այն նշանակվում է Nb նշանով (լատ. Նիոբիում).
Նիոբիումի հայտնաբերման պատմությունըԱյնպես եղավ, որ #41 տարրը երկու անգամ բացվեց։ Առաջին անգամ՝ 1801 թվականին, անգլիացի գիտնական Չարլզ Հեթչեթը ուսումնասիրեց Ամերիկայից Բրիտանական թանգարան ուղարկված ճիշտ հանքանյութի նմուշը: Այս հանքանյութից նա մեկուսացրեց նախկինում անհայտ տարրի օքսիդը: Հեթչեթը նոր տարրն անվանել է Կոլումբիա՝ դրանով իսկ նշելով նրա անդրատլանտյան ծագումը։ Իսկ սեւ միներալը կոչվում է կոլումբիթ։
Մեկ տարում Շվեդ քիմիկոսԷկեբերգը կոլումբիթից առանձնացրել է մեկ այլ նոր տարրի օքսիդ, որը կոչվում է տանտալ: Կոլումբիայի և տանտալի միացությունների նմանությունն այնքան մեծ էր, որ 40 տարի շարունակ քիմիկոսների մեծ մասը կարծում էր, որ տանտալն ու կոլումբիան նույն տարրն են:
1844 թվականին գերմանացի քիմիկոս Հենրիխ Ռոուզը ուսումնասիրեց Բավարիայում հայտնաբերված կոլումբիտի նմուշները։ Նա կրկին հայտնաբերել է երկու մետաղների օքսիդներ։ Դրանցից մեկը արդեն հայտնի տանտալի օքսիդն էր։ Օքսիդները նման էին, և ընդգծելով դրանց նմանությունը՝ Ռոզան անվանեց երկրորդ օքսիդը ձևավորող տարրը՝ առասպելական նահատակ Տանտալոսի դստեր՝ Նիոբեի անունով:
Այնուամենայնիվ, Ռոուզը, ինչպես Հեթչեթը, չկարողացավ ձեռք բերել այս տարրը ազատ վիճակում:
Մետաղական նիոբիումը առաջին անգամ ստացվել է միայն 1866 թվականին շվեդ գիտնական Բլոմստրանդի կողմից՝ նիոբիումի քլորիդը ջրածնով վերականգնելու ժամանակ։ IN վերջ XIXՎ. այս տարրը ստանալու ևս երկու եղանակ է գտնվել։ Moissan-ը սկզբում ստացել է այն էլեկտրական վառարանում՝ նիոբիումի օքսիդը կրճատելով ածխածնի հետ, իսկ հետո Գոլդշմիդտին հաջողվել է նույն տարրը նվազեցնել ալյումինով։
Իսկ թիվ 41 տարրը տարբեր երկրներում շարունակեցին անվանել տարբեր կերպ՝ Անգլիայում ու ԱՄՆ-ում՝ Կոլումբիայում, այլ երկրներում՝ նիոբիում։ Մաքուր և կիրառական քիմիայի միջազգային միությունը (IUPAC) վերջ դրեց այս տարաձայնությանը 1950 թվականին։ Որոշվեց ամենուր օրինականացնել «նիոբիում» տարրի անվանումը, և «կոլումբիտ» անվանումը վերագրվեց նիոբիումի հիմնական հանքանյութին։ Դրա բանաձևն է (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6:
Բնության մեջ նիոբիումի հայտնաբերումClark niobium 18 գ/տ. Նիոբիումի պարունակությունը ուլտրամաֆիկից (0,2 գ/տ Nb) բարձրանում է թթվային ապարների (24 գ/տ Nb): Նիոբիումը միշտ ուղեկցվում է տանտալով։ Նիոբիումի և տանտալի մոտ քիմիական հատկությունները պայմանավորում են նրանց համատեղ ներկայությունը նույն հանքանյութերում և մասնակցությունը ընդհանուր երկրաբանական գործընթացներին: Նիոբիումը ի վիճակի է փոխարինել տիտանին մի շարք տիտան պարունակող միներալներում (սֆեն, օրտիտ, պերովսկիտ, բիոտիտ): Բնության մեջ նիոբիումի հայտնաբերման ձևը կարող է տարբեր լինել՝ ցրված (մագմատիկ ապարների ապարաստեղծ և օժանդակ միներալներում) և հանքային։ Ընդհանուր առմամբ հայտնի է նիոբիում պարունակող ավելի քան 100 միներալ։ Դրանցից միայն մի քանիսն ունեն արդյունաբերական նշանակություն՝ կոլումբիթ-տանտալիտ (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6, պիրոքլոր (Na, Ca, TR, U) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 ( OH, F) (Nb 2 O 5 0 - 63%), լոպարիտ (Na, Ca, Ce) (Ti, Nb) O 3 ((Nb, Ta) 2 O 5 8 - 10%), էքսենիտ, տորոլիտ, իլմենորուտիլ երբեմն օգտագործվում են, ինչպես նաև նիոբիում պարունակող հանքանյութեր՝ կեղտերի տեսքով (իլմենիտ, կազիտիտ, վոլֆրամիտ)։ Ալկալային-ուլտրահիմնային ապարներում նիոբիումը ցրված է միներալներում, ինչպիսիք են պերովսկիտը և էուդիալիտը: Էկզոգեն պրոցեսներում նիոբիումի և տանտալի միներալները, լինելով կայուն, կարող են կուտակվել դելյուվիալ-ալյուվիալ պլասերներում (կոլումբիտային պլասերներ), երբեմն՝ եղանակային կեղևի բոքսիտներում։
Կոլումբիտը (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6-ը մարդկությանը հայտնի նիոբիումի առաջին հանքանյութն էր։ Իսկ նույն հանքանյութն ամենահարուստն է թիվ 41 տարրով։ Նիոբիումի և տանտալի օքսիդների մասնաբաժինը կազմում է կոլումբիտի զանգվածի մինչև 80%-ը։ Պիրոքլորում (Ca, Na) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 (O, OH, F) և լոպարիտում (Na, Ce, Ca) 2 (Nb, Ti) 2 O 6-ում շատ ավելի քիչ նիոբիում կա: Ընդհանուր առմամբ հայտնի է ավելի քան 100 միներալ, որոնց թվում է նիոբիումը։ Նման օգտակար հանածոների զգալի հանքավայրեր կան տարբեր երկրներում՝ ԱՄՆ, Կանադա, Նորվեգիա, Ֆինլանդիա, սակայն աֆրիկյան Նիգերիա նահանգը դարձել է նիոբիումի խտանյութերի ամենամեծ մատակարարը համաշխարհային շուկայում։ Ռուսաստանում կան լոպարիտի մեծ պաշարներ, դրանք հանդիպում են Կոլա թերակղզում։
Նիոբիումի ստացումՆիոբիումի հանքաքարերը սովորաբար բարդ են և մետաղով աղքատ: Հանքաքարի խտանյութերը պարունակում են Nb 2 O 5՝ պիրոքլոր՝ ոչ պակաս, քան 37%, լոպարիտ՝ 8%, կոլումբիթ՝ 30-60%։ Դրանց մեծ մասը վերամշակվում է ալյումինի կամ սիլիկոջերմային ռեդուկցիայի միջոցով՝ վերածելով ֆերոնիոբիումի (40-60% Nb) և ֆերոտանտալոնիոբիումի։ Մետաղական նիոբիումը ստացվում է հանքաքարի խտանյութերից՝ օգտագործելով բարդ տեխնոլոգիա երեք փուլով.
1) խտանյութի բացում, 2) նիոբիումի և տանտալի առանձնացում և դրանց մաքուր քիմիական միացությունների ստացում, 3) մետաղական նիոբիումի և դրա համաձուլվածքների վերականգնում և զտում։
Մետաղական նիոբիումը կարելի է ստանալ՝ նվազեցնելով դրա միացությունները, ինչպիսիք են նիոբիումի քլորիդը կամ կալիումի ֆտորինիոբատը, բարձր ջերմաստիճանի:
K 2 NbF 7 + 5Na → Nb + 2KF + 5NaF:
Բայց մինչ արտադրության այս, ըստ էության, վերջին փուլին հասնելը, նիոբիումի հանքաքարն անցնում է վերամշակման բազմաթիվ փուլերով։ Դրանցից առաջինը հանքաքարի հարստացումն է՝ խտանյութերի ստացումը։ Խտանյութը միաձուլվում է տարբեր հոսքերի հետ՝ կաուստիկ սոդա կամ սոդա: Ստացված համաձուլվածքը լվացվում է: Բայց այն ամբողջությամբ չի լուծվում։ Չլուծվող նստվածքը նիոբիումն է։ Ճիշտ է, այստեղ այն դեռ գտնվում է հիդրօքսիդի բաղադրության մեջ, առանձնացված չէ ենթախմբում իր անալոգից՝ տանտալից և չի մաքրվում որոշ կեղտերից։
Նիոբիումի բյուրեղներ և մետաղական նիոբիումի խորանարդ
Մինչև 1866 թվականը տանտալի և նիոբիումի տարանջատման մեկ մեթոդ չի եղել, որը հարմար է արտադրության պայմաններին։ Այս չափազանց նման տարրերն առանձնացնելու առաջին մեթոդն առաջարկել է Ժան Շառլ Գալիսարդ դե Մարինյակը։ Մեթոդը հիմնված է այս մետաղների բարդ միացությունների տարբեր լուծելիության վրա և կոչվում է ֆտոր։ Տանտալի ֆտորիդը ջրում անլուծելի է, մինչդեռ նիոբիումի անալոգային միացությունը լուծելի է։
Ֆտորային մեթոդը բարդ է և թույլ չի տալիս նիոբիումի և տանտալի ամբողջական տարանջատում։ Հետեւաբար, մեր օրերում այն գրեթե չի օգտագործվում։ Այն փոխարինվեց սելեկտիվ արդյունահանման, իոնափոխանակման, հալոգենիդների շտկման և այլնի մեթոդներով: Այս մեթոդներով ստացվում է հնգավալենտ նիոբիումի օքսիդ և քլորիդ:
Նիոբիումի և տանտալի տարանջատումից հետո տեղի է ունենում հիմնական վիրահատությունը՝ վերականգնումը։ Նիոբիումի պենտօքսիդ Nb 2 O 5 վերականգնվում է ալյումինի, նատրիումի, ածխածնի սև կամ նիոբիումի կարբիդով, որը ստացվում է Nb 2 O 5 ածխածնի հետ փոխազդելու միջոցով. Նիոբիումի պենտաքլորիդը կրճատվում է նատրիումի մետաղով կամ նատրիումի ամալգամով: Այսպես է ստացվում փոշիացված նիոբիում, որն այնուհետ պետք է վերածել մոնոլիտի, դարձնել պլաստմասե, կոմպակտ, մշակման համար պիտանի։ Ինչպես մյուս հրակայուն մետաղները, այնպես էլ նիոբիում-մոնոլիտը ստացվում է փոշու մետալուրգիայի միջոցով, որի էությունը հետեւյալն է.
Ստացված մետաղի փոշիից բարձր ճնշման տակ (1 տ/սմ 2) սեղմել են այսպես կոչված ուղղանկյուն կամ քառակուսի հատվածի ձողերը։ 2300°C-ի վակուումում այդ ձողերը սինթրեվում են, միացվում ձողերի մեջ, որոնք հալվում են վակուումային աղեղային վառարաններում, և այդ վառարանների ձողերը գործում են որպես էլեկտրոդ։ Այս գործընթացը կոչվում է սպառվող էլեկտրոդների հալեցում:
Մեկ բյուրեղյա պլաստիկ նիոբիումը ստացվում է էլեկտրոն-փնջի հալման արդյունքում առանց կարասի գոտու: Դրա էությունը կայանում է նրանում, որ հզոր էլեկտրոնային ճառագայթն ուղղված է փոշիացված նիոբիումին (սեղմման և սինթրեման աշխատանքները բացառված են), որը հալեցնում է փոշին։ Մետաղի կաթիլները հոսում են նիոբիումի ձուլակտորի վրա, որն աստիճանաբար աճում է և հեռացվում աշխատանքային խցիկից։
Ինչպես տեսնում եք, նիոբիումի ճանապարհը հանքաքարից մետաղ ամեն դեպքում բավականին երկար է, իսկ արտադրության մեթոդները՝ բարդ։
Նիոբիումի ֆիզիկական հատկություններըՆիոբիումը փայլուն, արծաթափայլ մոխրագույն մետաղ է:
Elemental niobium-ը չափազանց հրակայուն (2468°C) և բարձր եռացող (4927°C) մետաղ է, որը շատ դիմացկուն է բազմաթիվ ագրեսիվ միջավայրերում: Բոլոր թթուները, բացառությամբ հիդրոֆտորի, չեն գործում դրա վրա: Օքսիդացնող թթուները «պասիվացնում են» նիոբիումը, ծածկելով այն պաշտպանիչ օքսիդ թաղանթով (թիվ 205)։ Բայց բարձր ջերմաստիճանի դեպքում նիոբիումի քիմիական ակտիվությունը մեծանում է։ Եթե 150...200°C ջերմաստիճանում օքսիդանում է մետաղի միայն փոքր մակերեսային շերտը, ապա 900...1200°C ջերմաստիճանում օքսիդի թաղանթի հաստությունը զգալիորեն մեծանում է։
Նիոբիումի բյուրեղյա վանդակը մարմնակենտրոն խորանարդ է՝ a = 3,294Å պարամետրով:
Մաքուր մետաղը ճկուն է և կարող է գլորվել բարակ թիթեղի (մինչև 0,01 մմ հաստությամբ) սառը վիճակում՝ առանց միջանկյալ եռացման։
Կարելի է նշել նիոբիումի այնպիսի հատկություններ, ինչպիսիք են հալման և եռման բարձր ջերմաստիճանը, էլեկտրոնների աշխատանքի ավելի ցածր ֆունկցիան՝ համեմատած այլ հրակայուն մետաղների՝ վոլֆրամի և մոլիբդենի հետ: Վերջին հատկությունը բնութագրում է էլեկտրոնների արտանետման ունակությունը (էլեկտրոնների արտանետում), որն օգտագործվում է էլեկտրավակուումային տեխնոլոգիայում նիոբիումի օգտագործման համար։ Նիոբիումը ունի նաև բարձր գերհաղորդիչ անցումային ջերմաստիճան։
Խտությունը 8,57 գ / սմ 3 (20 ° C); t pl 2500 °C; t bale 4927 °C; գոլորշու ճնշում (մմ Hg-ով; 1 մմ Hg = 133,3 Ն / մ 2) 1 10 -5 (2194 ° C), 1 10 -4 (2355 ° C), 6 10 -4 (t pl-ում), 1 10 - 3 (2539 °C):
Սովորական ջերմաստիճաններում նիոբիումը կայուն է օդում։ Օքսիդացման սկիզբը (երանգային թաղանթ) նկատվում է, երբ մետաղը տաքացվում է մինչև 200 - 300°C: 500°-ից բարձր, արագ օքսիդացում է տեղի ունենում Nb 2 O 5 օքսիդի առաջացմամբ։
Ջերմային հաղորդունակությունը W / (m K) 0 ° C և 600 ° C, համապատասխանաբար, 51.4 և 56.2, նույնը կալ / (սմ s ° C) 0,125 և 0,156: Հատուկ ծավալային էլեկտրական դիմադրություն 0°C-ում 15,22·10 -8 ohm·m (15,22·10 -6 ohm·cm): Գերհաղորդիչ վիճակի անցման ջերմաստիճանը 9,25 Կ է։ Նիոբիումը պարամագնիսական է։ Էլեկտրոնների աշխատանքի ֆունկցիան 4,01 էՎ է։
Մաքուր նիոբիումը հեշտությամբ մշակվում է սառը ճնշման տակ և պահպանում է բավարար մեխանիկական հատկություններ բարձր ջերմաստիճաններում: Նրա առաձգական ուժը 20 և 800 °C ջերմաստիճանում կազմում է համապատասխանաբար 342 և 312 MN/m2, նույնը kgf/mm2 34.2 և 31.2; հարաբերական երկարացում 20 և 800°C համապատասխանաբար 19,2 և 20,7%: Մաքուր նիոբիումի կարծրությունը՝ ըստ Brinell 450, տեխնիկական 750-1800 MN/m 2: Որոշ տարրերի, հատկապես ջրածնի, ազոտի, ածխածնի և թթվածնի կեղտերը մեծապես խաթարում են պլաստիկությունը և բարձրացնում նիոբիումի կարծրությունը:
Նիոբիումի քիմիական հատկություններըՔիմիապես նիոբիումը բավականին կայուն է։ Երբ օդում կալցինացվում է, այն օքսիդանում է մինչև Nb 2 O 5: Այս օքսիդի համար նկարագրված են մոտ 10 բյուրեղային փոփոխություններ։ Սովորական ճնշման դեպքում Nb 2 O 5-ի β-ձևը կայուն է:
Երբ Nb 2 O 5-ը միաձուլվում է տարբեր օքսիդների հետ, ստացվում են նիոբատներ՝ Ti 2 Nb 10 O 29, FeNb 49 O 124։ Նիոբատները կարելի է համարել հիպոթետիկ նիոբաթթուների աղեր։ Դրանք բաժանվում են մետանիոբատների MNbO 3 , օրթոնիոբատների M 3 NbO 4 , պիրոնիոբատների M 4 Nb 2 O 7 կամ պոլինիոբատների M 2 O nNb 2 O 5 (M-ը առանձին լիցքավորված կատիոն է, n = 2-12)։ Հայտնի են երկու և երեք լիցքավորված կատիոնների նիոբատներ։
Նիոբատները փոխազդում են HF-ի, ալկալիական մետաղների հիդրոֆտորիդների (KHF 2) և ամոնիումի հալվածքների հետ։ Որոշ նիոբատներ M 2 O/Nb 2 O 5 բարձր հարաբերակցությամբ հիդրոլիզվում են.
6Na 3 NbO 4 + 5H 2 O = Na 8 Nb 6 O 19 + 10NaOH:
Նիոբիումը ձևավորում է NbO 2, NbO, մի շարք օքսիդներ, որոնք միջանկյալ են NbO 2.42-ի և NbO 2.50-ի միջև և կառուցվածքով նման են Nb 2 O 5-ի β-ձևին:
Հալոգենների հետ նիոբիումը ձևավորում է NbHal 5 պենտահալիդներ, NbHal 4 տետրահալիդներ և NbHal 2.67 - NbHal 3+x փուլեր, որոնք պարունակում են Nb 3 կամ Nb 2 խմբեր։ Նիոբիումի պենտահալիդները հեշտությամբ հիդրոլիզվում են ջրով։
Նիոբիումի բնորոշ հատկությունն է գազերը՝ ջրածինը, ազոտը և թթվածինը կլանելու ունակությունը։ Այս տարրերի փոքր կեղտերը մեծապես ազդում են մետաղի մեխանիկական և էլեկտրական հատկությունների վրա: Ցածր ջերմաստիճանում ջրածինը ներծծվում է դանդաղ, մոտավորապես 360 ° C ջերմաստիճանում, ջրածինը ներծծվում է առավելագույն արագությամբ, և ոչ միայն տեղի է ունենում կլանումը, այլև ձևավորվում է NbH հիդրիդ: Կլանված ջրածինը մետաղը դարձնում է փխրուն, սակայն 600°C-ից բարձր վակուումում տաքացնելիս գրեթե ամբողջ ջրածինը արտազատվում է և նախկին մեխանիկական հատկությունները վերականգնվում են։
Նիոբիումը ազոտը կլանում է արդեն 600°C-ում, ավելի բարձր ջերմաստիճանում առաջանում է NbN նիտրիդ, որը հալվում է 2300°C-ում։
Ածխածինը և ածխածին պարունակող գազերը (CH 4, CO) բարձր ջերմաստիճանում (1200 - 1400 ° C) փոխազդում են մետաղի հետ՝ ձևավորելով կոշտ և հրակայուն կարբիդ NbC (հալվում է 3500 ° C ջերմաստիճանում):
Բորի և սիլիցիումի հետ նիոբիումը ձևավորում է հրակայուն և պինդ բորիդ և NbB 2 սիլիցիդ (հալվում է 2900°C-ում):
Ջրային գոլորշու և թթվածնի առկայության դեպքում NbCl 5 և NbBr 5-ը ձևավորում են օքսիհալիդներ NbOCl 3 և NbOBr 3՝ չամրացված բամբակի նման նյութեր:
Նիոբիումի և գրաֆիտի փոխազդեցության ժամանակ առաջանում են Nb 2 C և NbC կարբիդներ՝ պինդ ջերմակայուն միացություններ։ Nb - N համակարգում կան փոփոխական կազմի և Nb 2 N և NbN նիտրիդների մի քանի փուլեր: Նիոբիումը նույն կերպ է վարվում ֆոսֆորի և մկնդեղի հետ կապված համակարգերում: Նիոբիումի և ծծմբի փոխազդեցությունից ստացվել են սուլֆիդներ՝ NbS, NbS 2 և NbS 3: Սինթեզվում են կրկնակի ֆտորիդներ Nb և կալիում (նատրիում) - K 2:
Նիոբիումը դիմացկուն է ցանկացած կոնցենտրացիայի հիդրոքլորային, ծծմբային, ազոտական, ֆոսֆորական և օրգանական թթուների ազդեցությանը սառը և 100-150°C ջերմաստիճանում: Մետաղը լուծվում է ֆտորաթթվի մեջ և հատկապես ինտենսիվորեն ֆտորֆտորային և ազոտական թթուների խառնուրդում։
Նիոբիումը ավելի քիչ կայուն է ալկալիներում: Կաուստիկ ալկալիների տաք լուծույթները նկատելիորեն կոռոզիայի են ենթարկում մետաղը, հալված ալկալիների և սոդայի մեջ այն արագ օքսիդանում է՝ ձևավորելով նիոբաթթվի նատրիումի աղը:
Սկսած ջրային լուծույթներԴեռևս հնարավոր չի եղել էլեկտրաքիմիական եղանակով մեկուսացնել նիոբիումը։ Նիոբիում պարունակող համաձուլվածքների հնարավոր էլեկտրաքիմիական արտադրություն: Մետաղական նիոբիումը կարող է մեկուսացվել անջուր աղի հալվածքների էլեկտրոլիզով:
Nb ատոմի արտաքին էլեկտրոնների կոնֆիգուրացիան 4d 4 5s l է: Հնգավալենտ նիոբիումի միացությունները ամենակայունն են, սակայն հայտնի են նաև + 4, +3, +2 և +1 օքսիդացման վիճակներով միացություններ, որոնց առաջացմանը նիոբիումը ավելի հակված է, քան տանտալը։ Օրինակ, Նիոբիում-թթվածին համակարգում տեղադրվում են հետևյալ փուլերը՝ Nb 2 O 5 օքսիդ (t pl 1512 ° С, սպիտակ գույն), ոչ ստոյխիոմետրիկ NbO 2.47 և NbO 2.42, NbO 2 օքսիդ (t pl 2080 ° С. , սև գույն) , NbO օքսիդ (հալման կետ 1935 °C, մոխրագույն գույն) և թթվածնի պինդ լուծույթ նիոբիումում։ NbO 2 - կիսահաղորդիչ; NbO, ձուլված ձուլակտորով, ունի մետաղական փայլ և մետաղական տիպի էլեկտրական հաղորդունակություն, նկատելիորեն գոլորշիանում է 1700 ° C ջերմաստիճանում, ինտենսիվորեն 2300-2350 ° C ջերմաստիճանում, որն օգտագործվում է թթվածնից նիոբիումի վակուումային մաքրման համար. Nb 2 O 5 թթվային է; Նիոբաթթուները առանձնացված չեն հատուկ քիմիական միացությունների տեսքով, սակայն հայտնի են դրանց աղերը՝ նիոբատները։
Ջրածնի հետ Nb-ը ձևավորում է միջքաղաքային պինդ լուծույթ (մինչև 10 at.% H) և բաղադրության հիդրիդ NbH 0,7-ից մինչև NbH: Ջրածնի լուծելիությունը Nb-ում (գ/սմ3-ով) 20°C 104, 500°C 74,4, 900°C 4,0։ Ջրածնի կլանումը շրջելի է. երբ տաքացվում է, հատկապես վակուումում, ջրածինը ազատվում է. Սա օգտագործվում է Nb-ն ջրածնից մաքրելու համար (որը մետաղը դարձնում է փխրուն) և կոմպակտ Nb-ն հիդրոգենացնելու համար. Նիոբիումում ազոտի լուծելիությունը (ըստ կշռի %) համապատասխանաբար 0,005, 0,04 և 0,07 է 300, 1000 և 1500°C ջերմաստիճանում։ Նիոբիումը զտվում է ազոտից՝ տաքացնելով 1900°C-ից բարձր վակուումում կամ վակուումային հալման միջոցով: Ավելի բարձր նիտրիդ NbN-ը բաց մոխրագույն է՝ դեղնավուն երանգով; Գերհաղորդիչ վիճակին անցնելու ջերմաստիճանը 15,6 Կ: Nb-ն ածխածնի հետ կազմում է 3 փուլ 1800-2000°C-ում. α-փուլ՝ նիոբիում պարունակվող ածխածնի պինդ լուծույթ, որը պարունակում է մինչև 2% C ջերմաստիճանում 2335°C-ում; β-փուլ - Nb 2 C, δ-փուլ - NbC:
Նիոբիումի քիմիական բաղադրությունը ձուլակտորների և ձողերի մեջ
|
Կեղտեր, %, ոչ ավելին |
|||||||||
|
Նիոբիումի ձուլակտորներ |
|||||||||
|
ԳՕՍՏ 16099-70 |
|||||||||
|
Նիոբիում ձողերում |
|||||||||
|
ԳՕՍՏ 16100-70 |
|||||||||
Այժմ նիոբիումի հատկություններն ու հնարավորությունները գնահատվում են ավիացիայի, մեքենաշինության, ռադիոտեխնիկայի, քիմիական արդյունաբերության և միջուկային էներգիայի կողմից: Նրանք բոլորը դարձան նիոբիումի սպառողներ։
Եզակի հատկությունը՝ մինչև 1100 ° C ջերմաստիճանում նիոբիումի և ուրանի նկատելի փոխազդեցության բացակայությունը և, ի լրումն, լավ ջերմային հաղորդունակությունը, ջերմային նեյտրոնների փոքր արդյունավետ կլանման խաչմերուկը, նիոբիումը դարձրեցին լուրջ մրցակից մետաղների համար ճանաչված: միջուկային արդյունաբերությունը՝ ալյումին, բերիլիում և ցիրկոնիում։ Բացի այդ, նիոբիումի արհեստական (առաջացած) ռադիոակտիվությունը ցածր է։ Հետևաբար, այն կարող է օգտագործվել ռադիոակտիվ թափոնների պահպանման համար տարաներ կամ դրանց օգտագործման համար նախատեսված կայանքներ պատրաստելու համար:
Նիոբիումի արտադրություն ՌուսաստանումIN վերջին տարիներըՆիոբիումի համաշխարհային արտադրությունը գտնվում է 24-29 հազար տոննայի մակարդակում։Նշենք, որ նիոբիումի համաշխարհային շուկան զգալիորեն մենաշնորհված է բրազիլական CBMM ընկերության կողմից, որին բաժին է ընկնում նիոբիումի համաշխարհային արտադրության մոտ 85%-ը։
Ճապոնիան նիոբիում պարունակող արտադրանքի (հիմնականում՝ ֆեռոնիոբիում) հիմնական սպառողն է։ Այս երկիրը Բրազիլիայից տարեկան ներմուծում է ավելի քան 4000 տոննա ֆերոնիոբիում։ Հետևաբար, նիոբիում պարունակող ապրանքների ներմուծման ճապոնական գները կարելի է մեծ վստահությամբ մոտենալ համաշխարհային միջինին:
Վերջին տարիներին նկատվում է ֆերոնիոբիումի գների աճի միտում։ Դա պայմանավորված է դրա աճող օգտագործման շնորհիվ ցածր լեգիրված պողպատների արտադրության համար, որոնք նախատեսված են հիմնականում նավթի և գազատարների խողովակների համար: Ընդհանուր առմամբ, հարկ է նշել, որ վերջին 15 տարիների ընթացքում նիոբիումի համաշխարհային սպառումը տարեկան միջինը 4-5%-ով ավելանում է։
Պետք է ափսոսանքով ընդունել, որ Ռուսաստանը գտնվում է նիոբիումի շուկայի եզրին։ 1990-ականների սկզբին, ըստ Giredmet-ի փորձագետների, ին նախկին ԽՍՀՄարտադրված և
սպառվել է մոտ 2 հազար տոննա նիոբիում (նիոբիումի օքսիդի մասով)։ Ներկայումս ռուսական արդյունաբերության կողմից նիոբիումի արտադրանքի սպառումը չի գերազանցում ընդամենը 100–200 տոննան։
Նշենք, որ նախկին ԽՍՀՄ-ում ստեղծվել էին նիոբիումի արտադրության զգալի օբյեկտներ՝ սփռված տարբեր հանրապետություններում՝ Ռուսաստան, Էստոնիա, Ղազախստան։ Սա ավանդական հատկանիշԽՍՀՄ-ում արդյունաբերության զարգացումը Ռուսաստանին այժմ շատ բարդ դրության մեջ է դրել հումքի և մետաղների բազմաթիվ տեսակների առումով։
Նիոբիումի շուկան սկսվում է նիոբիում պարունակող հումքի արտադրությամբ։ Ռուսաստանում դրա հիմնական տեսակը եղել և մնում է լոպարիտային խտանյութ, որը ստացվել է Լովոզերսկի ԳՕԿ-ում (այժմ՝ Սևրեդմետ ԲԲԸ, Մուրմանսկի մարզ): Մինչ ԽՍՀՄ փլուզումը ձեռնարկությունն արտադրել է մոտ 23 հազար տոննա լոպարիտի խտանյութ (նրա մեջ նիոբիումի օքսիդի պարունակությունը կազմում է մոտ 8,5%)։ Հետագայում խտանյութի արտադրությունը անընդհատ նվազում էր՝ 1996-1998 թթ. ընկերությունը բազմիցս դադարեցվել է վաճառքի բացակայության պատճառով: Ներկայումս, ըստ հաշվարկների, ձեռնարկությունում լոպարիտի խտանյութի արտադրությունը կազմում է ամսական 700-800 տոննա:
Հարկ է նշել, որ ձեռնարկությունը բավականին խիստ կապված է իր միակ սպառողի՝ Սոլիկամսկի մագնեզիումի գործարանի հետ։ Փաստն այն է, որ լոպարիտի խտանյութը բավականին սպեցիֆիկ արտադրանք է, որը ձեռք է բերվում միայն Ռուսաստանում։ Նրա մշակման տեխնոլոգիան բավականին բարդ է նրանում պարունակվող հազվագյուտ մետաղների (նիոբիում, տանտալ, տիտան) համալիրի պատճառով։ Բացի այդ, խտանյութը ռադիոակտիվ է, ինչի պատճառով էլ մեծ մասամբ այս ապրանքով համաշխարհային շուկա դուրս գալու բոլոր փորձերն ավարտվեցին ապարդյուն։ Հարկ է նշել նաև, որ լոպարիտի խտանյութից ֆերոնիոբիում ստանալն անհնար է։
2000 թվականին Սևրեդմետ գործարանում Rosredmet ընկերությունը գործարկեց լոպարիտի խտանյութի վերամշակման փորձնական գործարան՝ ի թիվս այլ մետաղների նիոբիում պարունակող առևտրային արտադրանքի (նիոբիումի օքսիդ) արտադրությամբ:
SMZ-ի նիոբիումային արտադրանքի հիմնական շուկաները ոչ ԱՊՀ երկրներն են. առաքումները կատարվում են ԱՄՆ, Ճապոնիա և եվրոպական երկրներ: Արտահանման մասնաբաժինը ընդհանուր արտադրության մեջ կազմում է ավելի քան 90%:
ԽՍՀՄ-ում նիոբիումի արտադրության զգալի հզորությունները կենտրոնացած էին Էստոնիայում՝ Սիլլամեեի քիմիական և մետալուրգիական արտադրության ասոցիացիայում (Sillamäe): Այժմ էստոնական ձեռնարկությունը կոչվում է «Սիլմետ»։ Խորհրդային տարիներին ձեռնարկությունը լոպարիտի խտանյութ էր մշակում Լովոզերսկի ԳՕԿ-ից, 1992 թվականից դրա առաքումը դադարեցվեց: Այժմ Silmet-ը մշակում է միայն փոքր քանակությամբ նիոբիումի հիդրօքսիդ Սոլիկամսկի մագնեզիումի գործարանից: Ներկայումս ձեռնարկությունը նիոբիում պարունակող հումքի մեծ մասը ստանում է Բրազիլիայից և Նիգերիայից։ Ընկերության ղեկավարությունը չի բացառում լոպարիտի խտանյութի մատակարարումը, սակայն «Սևրեդմետը» փորձում է այն տեղում վերամշակելու քաղաքականություն վարել, քանի որ հումքի արտահանումն ավելի քիչ եկամտաբեր է, քան պատրաստի արտադրանքը։
Նիոբիումի կիսահաղորդիչների արտադրություն Ռուսաստանում
Նիոբիում-անագի և նիոբիում-տիտանի վրա հիմնված գերհաղորդիչների միակ ռուսական արտադրությունը, որը ստեղծվել է 2009 թվականին CMP-ում, փակ ցիկլ է՝ հումքի և բաղադրիչների (նիոբիում, նիոբիում-տիտան համաձուլվածքներ, բարձր անագ բրոնզ) արտադրությունից մինչև պատրաստի արտադրանք: գերհաղորդիչ շղթաներ, որոնք հագեցած են էլեկտրաֆիզիկական բնութագրերի չափման և ամբողջ տեխնոլոգիական գործընթացի պարամետրերի վերահսկման բաժիններով: Գերհաղորդիչ նյութերի լայնածավալ արտադրության ստեղծումն իրականացվում է OAO VNIINM im-ի գիտական ղեկավարությամբ: Ա.Ա. Բոչվար.
Ընդհանուր առմամբ, մինչև 2013 թվականը Չեպեցկի մեխանիկական գործարանը կարտադրի 170 տոննա SPM ITER ծրագրի համար, որը հիմնված է նիոբիում-տիտան և նիոբիում-անագի վրա:
Պարբերական աղյուսակի 41-րդ բջիջը զբաղեցնող տարրը մարդկությանը հայտնի է վաղուց։ Նրա ներկայիս անվան՝ նիոբիումի տարիքը գրեթե կես դար պակաս է։ Այնպես եղավ, որ #41 տարրը երկու անգամ բացվեց։ Առաջին անգամ՝ 1801 թվականին, անգլիացի գիտնական Չարլզ Հեթչեթը ուսումնասիրեց Ամերիկայից Բրիտանական թանգարան ուղարկված ճիշտ հանքանյութի նմուշը: Այս հանքանյութից նա մեկուսացրեց նախկինում անհայտ տարրի օքսիդը: Հեթչեթը նոր տարրն անվանել է Կոլումբիա՝ դրանով իսկ նշելով նրա անդրատլանտյան ծագումը։ Իսկ սեւ միներալը կոչվում է կոլումբիթ։
Մեկ տարի անց շվեդ քիմիկոս Էկեբերգը կոլումբիտից մեկուսացրեց ևս մեկ նոր տարրի օքսիդ, որը կոչվում է տանտալ: Կոլումբիայի և տանտալի միացությունների նմանությունն այնքան մեծ էր, որ 40 տարի շարունակ քիմիկոսների մեծ մասը կարծում էր, որ տանտալն ու կոլումբիան նույն տարրն են:
1844 թվականին գերմանացի քիմիկոս Հենրիխ Ռոուզը ուսումնասիրեց Բավարիայում հայտնաբերված կոլումբիտի նմուշները։ Նա կրկին հայտնաբերել է երկու մետաղների օքսիդներ։ Դրանցից մեկը արդեն հայտնի տանտալի օքսիդն էր։ Օքսիդները նման էին, և ընդգծելով դրանց նմանությունը՝ Ռոզան անվանեց երկրորդ օքսիդը ձևավորող տարրը՝ առասպելական նահատակ Տանտալոսի դստեր՝ Նիոբեի անունով:
Այնուամենայնիվ, Ռոուզը, ինչպես Հեթչեթը, չկարողացավ ձեռք բերել այս տարրը ազատ վիճակում:
Մետաղական նիոբիումը առաջին անգամ ստացվել է միայն 1866 թվականին շվեդ գիտնական Բլոմստրանդի կողմից՝ նիոբիումի քլորիդը ջրածնով վերականգնելու ժամանակ։ XIX դարի վերջին։ այս տարրը ստանալու ևս երկու եղանակ է գտնվել։ Moissan-ը սկզբում ստացել է այն էլեկտրական վառարանում՝ նիոբիումի օքսիդը կրճատելով ածխածնի հետ, իսկ հետո Գոլդշմիդտին հաջողվել է նույն տարրը նվազեցնել ալյումինով։
Իսկ թիվ 41 տարրը տարբեր երկրներում շարունակեցին անվանել տարբեր կերպ՝ Անգլիայում ու ԱՄՆ-ում՝ Կոլումբիայում, այլ երկրներում՝ նիոբիում։ Մաքուր և կիրառական քիմիայի միջազգային միությունը (IUPAC) վերջ դրեց այս տարաձայնությանը 1950 թվականին։ Որոշվեց ամենուր օրինականացնել «նիոբիում» տարրի անվանումը, և «կոլումբիտ» անվանումը վերագրվեց նիոբիումի հիմնական հանքանյութին։ Դրա բանաձևն է (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6:
Քիմիկոսի աչքերով
Elemental niobium-ը չափազանց հրակայուն (2468°C) և բարձր եռացող (4927°C) մետաղ է, որը շատ դիմացկուն է բազմաթիվ ագրեսիվ միջավայրերում: Բոլոր թթուները, բացառությամբ հիդրոֆտորի, չեն գործում դրա վրա: Օքսիդացնող թթուները «պասիվացնում են» նիոբիումը, ծածկելով այն պաշտպանիչ օքսիդ թաղանթով (թիվ 205)։ Բայց բարձր ջերմաստիճանի դեպքում նիոբիումի քիմիական ակտիվությունը մեծանում է։ Եթե 150...200°C ջերմաստիճանում օքսիդանում է մետաղի միայն փոքր մակերեսային շերտը, ապա 900...1200°C ջերմաստիճանում օքսիդի թաղանթի հաստությունը զգալիորեն մեծանում է։
Նիոբիումը ակտիվորեն փոխազդում է շատ ոչ մետաղների հետ։ Հալոգենները, ազոտը, ջրածինը, ածխածինը, ծծումբը նրա հետ կազմում են միացություններ։ Այս դեպքում նիոբիումը կարող է դրսևորել տարբեր վալենտներ՝ երկուսից հինգ: Բայց այս տարրի հիմնական վալենտությունը 5+ է։ Հնգավալենտ նիոբիումը աղի բաղադրության մեջ կարող է ներառվել և՛ որպես կատիոն, և՛ որպես անիոնի տարրերից մեկը, ինչը վկայում է թիվ 41 տարրի ամֆոտերականության մասին։
Նիոբաթթուների աղերը կոչվում են նիոբատներ: Դրանք ստացվում են փոխանակման ռեակցիաների արդյունքում՝ նիոբիումի պենտօքսիդի սոդայի միաձուլումից հետո.
Nb 2 O 5 + 3Na 2 CO 4 → 2Na 3 NbO 4 + 3CO 2:
Բավականին լավ ուսումնասիրված են մի քանի նիոբաթթուների, հիմնականում մեթանիոբ HNbO 3, ինչպես նաև դինիոբատների և պենտանիոբատների աղերը (K 4 Nb 2 O 7, K 7 Nb 5 O 16 ): մ H2O): Իսկ այն աղերը, որոնցում թիվ 41 տարրը գործում է որպես կատիոն, սովորաբար ստացվում են պարզ նյութերի անմիջական փոխազդեցությամբ, օրինակ՝ 2Nb + 5Cl 2 → 2NbCl 5։
Նիոբիումի պենտահալիդների վառ գույնի ասեղանման բյուրեղներ (NbCl - դեղին գույն, NbBr 5 - մանուշակագույն-կարմիր) հեշտությամբ լուծվում են օրգանական լուծիչներում՝ քլորոֆորմ, եթեր, սպիրտ։ Բայց երբ լուծվում են ջրի մեջ, այս միացությունները լիովին քայքայվում են, հիդրոլիզվում են նիոբատների ձևավորմամբ.
NbCl 5 + 4H 2 O → 5HCl + H 3 NbO 4.
Հիդրոլիզը կարելի է կանխել՝ ջրային լուծույթին մի քանի ուժեղ թթու ավելացնելով։ Նման լուծույթներում նիոբիումի պենտահալիդները լուծվում են առանց հիդրոլիզի։
Նիոբիումը առաջացնում է կրկնակի աղեր և բարդ միացություններ, ամենահեշտը՝ ֆտորը: Այս կրկնակի աղերի անվանումներն են ֆտորոնիոբատները։ Դրանք ստացվում են նիոբեկի և հիդրոֆտորաթթուների լուծույթին մետաղի ֆտորիդ ավելացնելով։
Բարդ միացության բաղադրությունը կախված է լուծույթում արձագանքող բաղադրիչների հարաբերակցությունից։ Այս միացություններից մեկի ռենտգենյան անալիզը ցույց է տվել K 2 NbF 7 բանաձևին համապատասխան կառուցվածք: Կարող են առաջանալ նաև նիոբիումի օքսո միացություններ, օրինակ՝ կալիումի օքսոֆտորոնպոբատ K 2 NbOF 5 H 2 O։
Տարրի քիմիական բնութագրումը, իհարկե, այս տեղեկատվությամբ չի սահմանափակվում։ Այսօր 41-րդ տարրի միացություններից ամենակարեւորը նրա միացություններն են այլ մետաղների հետ։
Նիոբիում և գերհաղորդականություն
Գերհաղորդականության զարմանալի երևույթը, երբ հաղորդիչի ջերմաստիճանը նվազում է, դրանում տեղի է ունենում էլեկտրական դիմադրության կտրուկ անհետացում, առաջին անգամ նկատվել է հոլանդացի ֆիզիկոս Գ. Կամերլինգ-Օննեսի կողմից 1911 թվականին: Պարզվեց, որ Մերկուրին առաջին գերհաղորդիչն է: բայց ոչ սնդիկը, այլ նիոբիումը և նիոբիումի որոշ միջմետաղական միացություններ վիճակված էին դառնալ տեխնիկապես առաջին գերհաղորդիչ նյութերը։
Գերհաղորդիչների երկու բնութագրերը գործնականում կարևոր են. դաշտ): 1975 թվականի հունվարի 1-ի դրությամբ գերհաղորդիչը՝ կրիտիկական ջերմաստիճանի առումով «ռեկորդակիրը» Nb 3 Ge բաղադրության նիոբիումի և գերմանիումի միջմետաղային միացությունն էր։ Նրա կրիտիկական ջերմաստիճանը 23,2 °K է; սա ջրածնի եռման կետից բարձր է: (Հայտնի գերհաղորդիչների մեծ մասը գերհաղորդիչներ են դառնում միայն հեղուկ հելիումի ջերմաստիճանում):
Գերհաղորդականության վիճակի անցնելու ունակությունը բնորոշ է նաև Nb 3 Sn նիոբիումի ստապնիդին, նիոբիումի համաձուլվածքներին ալյումինի և գերմանիումի կամ տիտանի և ցիրկոնիումի հետ։ Այս բոլոր համաձուլվածքներն ու միացություններն արդեն օգտագործվում են գերհաղորդիչ սոլենոիդների, ինչպես նաև որոշ այլ կարևոր տեխնիկական սարքերի արտադրության համար։
Նիոբիում - մետաղ
Մետաղական նիոբիումը կարելի է ձեռք բերել՝ նվազեցնելով դրա միացությունները, ինչպիսիք են նիոբիումի քլորիդը կամ կալիումի ֆտորինիոբատը, բարձր ջերմաստիճանում.
K 2 NbF 7 + 5Na → Nb + 2KF + 5NaF:
Բայց մինչ արտադրության այս, ըստ էության, վերջին փուլին հասնելը, նիոբիումի հանքաքարն անցնում է վերամշակման բազմաթիվ փուլերով։ Դրանցից առաջինը հանքաքարի հարստացումն է՝ խտանյութերի ստացումը։ Խտանյութը միաձուլվում է տարբեր հոսքերի հետ՝ կաուստիկ սոդա կամ սոդա: Ստացված համաձուլվածքը լվացվում է: Բայց այն ամբողջությամբ չի լուծվում։ Չլուծվող նստվածքը նիոբիումն է։ Ճիշտ է, այստեղ այն դեռ գտնվում է հիդրօքսիդի բաղադրության մեջ, առանձնացված չէ ենթախմբում իր անալոգից՝ տանտալից և չի մաքրվում որոշ կեղտերից։
Մինչև 1866 թվականը տանտալի և նիոբիումի տարանջատման մեկ մեթոդ չի եղել, որը հարմար է արտադրության պայմաններին։ Այս չափազանց նման տարրերն առանձնացնելու առաջին մեթոդն առաջարկել է Ժան Շառլ Գալիսարդ դե Մարինյակը։ Մեթոդը հիմնված է այս մետաղների բարդ միացությունների տարբեր լուծելիության վրա և կոչվում է ֆտոր։ Տանտալի ֆտորիդը ջրում անլուծելի է, մինչդեռ նիոբիումի անալոգային միացությունը լուծելի է։
Ֆտորային մեթոդը բարդ է և թույլ չի տալիս նիոբիումի և տանտալի ամբողջական տարանջատում։ Հետեւաբար, մեր օրերում այն գրեթե չի օգտագործվում։ Այն փոխարինվեց սելեկտիվ արդյունահանման, իոնափոխանակման, հալոգենիդների շտկման և այլնի մեթոդներով: Այս մեթոդներով ստացվում է հնգավալենտ նիոբիումի օքսիդ և քլորիդ:
Նիոբիումի և տանտալի տարանջատումից հետո տեղի է ունենում հիմնական վիրահատությունը՝ վերականգնումը։ Նիոբիումի պենտօքսիդ Nb 2 O 5 վերականգնվում է ալյումինի, նատրիումի, ածխածնի սև կամ նիոբիումի կարբիդով, որը ստացվում է Nb 2 O 5 ածխածնի հետ փոխազդելու միջոցով. Նիոբիումի պենտաքլորիդը կրճատվում է նատրիումի մետաղով կամ նատրիումի ամալգամով: Այսպես է ստացվում փոշիացված նիոբիում, որն այնուհետ պետք է վերածել մոնոլիտի, դարձնել պլաստմասե, կոմպակտ, մշակման համար պիտանի։ Ինչպես մյուս հրակայուն մետաղները, այնպես էլ նիոբիում-մոնոլիտը ստացվում է փոշու մետալուրգիայի միջոցով, որի էությունը հետեւյալն է.
Ստացված մետաղի փոշիից բարձր ճնշման տակ (1 տ/սմ 2) սեղմել են այսպես կոչված ուղղանկյուն կամ քառակուսի հատվածի ձողերը։ 2300°C-ի վակուումում այդ ձողերը սինթրեվում են, միացվում ձողերի մեջ, որոնք հալվում են վակուումային աղեղային վառարաններում, և այդ վառարանների ձողերը գործում են որպես էլեկտրոդ։ Այս գործընթացը կոչվում է սպառվող էլեկտրոդների հալեցում:
Մեկ բյուրեղյա պլաստիկ նիոբիումը ստացվում է էլեկտրոն-փնջի հալման արդյունքում առանց կարասի գոտու: Դրա էությունը կայանում է նրանում, որ հզոր էլեկտրոնային ճառագայթն ուղղված է փոշիացված նիոբիումին (սեղմման և սինթրեման աշխատանքները բացառված են), որը հալեցնում է փոշին։ Մետաղի կաթիլները հոսում են նիոբիումի ձուլակտորի վրա, որն աստիճանաբար աճում է և հեռացվում աշխատանքային խցիկից։
Ինչպես տեսնում եք, նիոբիումի ճանապարհը հանքաքարից մետաղ ամեն դեպքում բավականին երկար է, իսկ արտադրության մեթոդները՝ բարդ։
Նիոբիում և մետաղներ
Նիոբիումի օգտագործման մասին պատմությունը առավել տրամաբանական է սկսել մետալուրգիայից, քանի որ հենց մետալուրգիայում է նա գտել ամենաշատը լայն կիրառություն. Եվ գունավոր մետալուրգիայում, և գունավոր:
Նիոբիումով համաձուլված պողպատն ունի լավ կոռոզիոն դիմադրություն: "Եւ ինչ? - ասում է մեկ այլ հմուտ ընթերցող: «Քրոմը նաև մեծացնում է պողպատի կոռոզիոն դիմադրությունը և շատ ավելի էժան է, քան նիոբիումը»: Այս ընթերցողը ճիշտ է և սխալ միաժամանակ: Սխալ է, քանի որ ես մոռացել եմ մի բան.
Քրոմ-նիկելային պողպատում, ինչպես ցանկացած այլում, միշտ կա ածխածին: Բայց ածխածինը միավորվում է քրոմի հետ՝ առաջացնելով կարբիդ, որն ավելի փխրուն է դարձնում պողպատը։ Նիոբիումը ածխածնի նկատմամբ ավելի մեծ կապ ունի, քան քրոմը: Հետևաբար, երբ պողպատին ավելացվում է նիոբիում, նիոբլ կարբիդը պարտադիր ձևավորվում է: Նիոբիումով համաձուլված պողպատը ձեռք է բերում բարձր հակակոռոզիոն հատկություն և չի կորցնում իր ճկունությունը։ Ցանկալի էֆեկտը ձեռք է բերվում, երբ մեկ տոննա պողպատին ավելացվում է միայն 200 գ մետաղական նիոբիում: Իսկ քրոմ-մանգաական պողպատից նիոբիումը բարձր մաշվածության դիմադրություն է տալիս:
Շատ գունավոր մետաղներ նույնպես համաձուլված են նիոբիումով։ Այսպիսով, ալյումինը, որը հեշտությամբ լուծվում է ալկալիների մեջ, չի արձագանքում դրանց հետ, եթե դրան ավելացվի միայն 0,05% նիոբիում։ Իսկ պղինձը, որը հայտնի է իր փափկությամբ և դրա համաձուլվածքներից շատերով, նիոբիումը կարծես կարծրանում է: Այն մեծացնում է մետաղների ուժը, ինչպիսիք են տիտանը, մոլիբդենը, ցիրկոնիումը, և միևնույն ժամանակ մեծացնում է դրանց ջերմակայունությունը և ջերմակայունությունը:
Այժմ նիոբիումի հատկություններն ու հնարավորությունները գնահատվում են ավիացիայի, մեքենաշինության, ռադիոտեխնիկայի, քիմիական արդյունաբերության և միջուկային էներգիայի կողմից: Նրանք բոլորը դարձան նիոբիումի սպառողներ։
Եզակի հատկությունը՝ մինչև 1100 ° C ջերմաստիճանում նիոբիումի և ուրանի նկատելի փոխազդեցության բացակայությունը և, ի լրումն, լավ ջերմային հաղորդունակությունը, ջերմային նեյտրոնների փոքր արդյունավետ կլանման խաչմերուկը, նիոբիումը դարձրեցին լուրջ մրցակից մետաղների համար ճանաչված: միջուկային արդյունաբերությունը՝ ալյումին, բերիլիում և ցիրկոնիում։ Բացի այդ, նիոբիումի արհեստական (առաջացած) ռադիոակտիվությունը ցածր է։ Հետևաբար, այն կարող է օգտագործվել ռադիոակտիվ թափոնների պահպանման համար տարաներ կամ դրանց օգտագործման համար նախատեսված կայանքներ պատրաստելու համար:
Քիմիական արդյունաբերությունը համեմատաբար քիչ նիոբիում է սպառում, բայց դա կարելի է բացատրել միայն դրա սակավությամբ։ Նիոբիում պարունակող համաձուլվածքներից և ավելի քիչ հաճախ թիթեղային նիոբիումից երբեմն պատրաստվում են բարձր մաքրության թթուների արտադրության սարքավորում։ Որոշ քիմիական ռեակցիաների արագության վրա ազդելու նիոբիումի կարողությունը օգտագործվում է, օրինակ, բութադիենից ալկոհոլի սինթեզում։
Թիվ 41 տարրի սպառողները նույնպես հրթիռային ու տիեզերական տեխնոլոգիաներն էին։ Գաղտնիք չէ, որ այս տարրի որոշ քանակություններ արդեն պտտվում են մերձերկրային ուղեծրերում։ Նիոբիում պարունակող համաձուլվածքներից և մաքուր նիոբիումից պատրաստվում են հրթիռների որոշ մասեր և արհեստական Երկրի արբանյակների ինքնաթիռային սարքավորումներ:
Նիոբիումի հանքանյութեր
Կոլումբիտը (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6-ը մարդկությանը հայտնի նիոբիումի առաջին հանքանյութն էր։ Իսկ նույն հանքանյութն ամենահարուստն է թիվ 41 տարրով։ Նիոբիումի և տանտալի օքսիդների մասնաբաժինը կազմում է կոլումբիտի զանգվածի մինչև 80%-ը։ Պիրոքլորում (Ca, Na) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 (O, OH, F) և լոպարիտում (Na, Ce, Ca) 2 (Nb, Ti) 2 O 6-ում շատ ավելի քիչ նիոբիում կա: Ընդհանուր առմամբ հայտնի է ավելի քան 100 միներալ, որոնց թվում է նիոբիումը։ Նման օգտակար հանածոների զգալի հանքավայրեր կան տարբեր երկրներում՝ ԱՄՆ, Կանադա, Նորվեգիա, Ֆինլանդիա, սակայն աֆրիկյան Նիգերիա նահանգը դարձել է նիոբիումի խտանյութերի ամենամեծ մատակարարը համաշխարհային շուկայում։ ԽՍՀՄ-ում կան լոպարիտի մեծ պաշարներ, դրանք հայտնաբերվել են Կոլա թերակղզում։
Վարդագույն կարբիդ
Նիոբիումի մոնոկարբիդ NbC-ն պլաստիկ նյութ է՝ բնորոշ վարդագույն փայլով: Սա կարևոր կապբավականին հեշտությամբ ձևավորվում է մետաղական նիոբիումի ածխաջրածինների հետ փոխազդեցությունից: Լավ ճկունության և բարձր ջերմակայունության համադրությունը հաճելի «արտաքին տվյալների» հետ դարձրեց նիոբիումի մոնոկարբիդ արժեքավոր նյութծածկույթների պատրաստման համար. Այս նյութի միայն 0,5 մմ հաստությամբ շերտը հուսալիորեն պաշտպանում է շատ նյութեր բարձր ջերմաստիճանի կոռոզիայից, մասնավորապես գրաֆիտը, որը գործնականում անպաշտպան է այլ ծածկույթներով: NbC-ն օգտագործվում է նաև որպես կառուցվածքային նյութ հրթիռների և տուրբինների արտադրության մեջ:
Նյարդերը կարված են նիոբիումով
Նիոբիումի բարձր կոռոզիոն դիմադրությունը հնարավորություն տվեց այն օգտագործել բժշկության մեջ։ Նիոբիումի թելերը չեն գրգռում կենդանի հյուսվածքը և լավ միաձուլվում են դրա հետ: Վերականգնողական վիրաբուժությունը հաջողությամբ օգտագործել է նման կարերը՝ պատռված ջլերը, արյունատար անոթները և նույնիսկ նյարդերը վերականգնելու համար։
Արտաքին տեսքը չի խաբում
Նիոբիումը ոչ միայն ունի տեխնիկայի պահանջվող մի շարք հատկություններ, այլև բավականին գեղեցիկ տեսք ունի: Ոսկերիչները փորձել են օգտագործել այս սպիտակ փայլուն մետաղը՝ ժամացույցի պատյաններ պատրաստելու համար։ Նիոբիումի համաձուլվածքները վոլֆրամով կամ ռենիումով երբեմն փոխարինում են ազնիվ մետաղներին՝ ոսկին, պլատինին, իրիդիումին։ Վերջինս հատկապես կարևոր է, քանի որ ռենիումի հետ նիոբիումի համաձուլվածքը ոչ միայն մետաղական իրիդիումի տեսք ունի, այլև գրեթե նույնքան դիմացկուն է մաշվածության համար: Սա թույլ տվեց որոշ երկրների առանց թանկարժեք իրիդիումի շատրվանների ծայրերի զոդման արտադրության մեջ:
Նիոբիում և եռակցում
Մեր դարի 20-ականների վերջին էլեկտրական և գազային եռակցումը սկսեց տեղաշարժել գամման և բաղադրիչների և մասերի միացման այլ մեթոդները: Եռակցումը բարելավեց մասերի որակը, դրանց հավաքման գործընթացը դարձրեց ավելի արագ և էժան: Եռակցումը հատկապես խոստումնալից էր թվում խոշոր կայանքների տեղադրման ժամանակ, որոնք աշխատում են քայքայիչ միջավայրում կամ բարձր ճնշման տակ: Բայց հետո պարզվեց, որ եռակցման ժամանակ չժանգոտվող պողպատիցԵռակցման կարը շատ ավելի ցածր ամրություն ունի, քան ինքնին պողպատը: Կարի հատկությունները բարելավելու համար «չժանգոտվող պողպատի» մեջ սկսեցին ներմուծվել տարբեր հավելումներ։ Դրանցից լավագույնը նիոբիումն էր:
Թերագնահատված թվեր
Պատահական չէ, որ նիոբիումը համարվում է հազվագյուտ տարր. այն իսկապես չի հանդիպում հաճախ և փոքր քանակությամբ, և միշտ հանքանյութերի տեսքով և երբեք բնիկ վիճակում: Հետաքրքիր մանրամասն. տարբեր տեղեկատու հրապարակումներում Քլարկը (բովանդակությունը՝ երկրի ընդերքը) նիոբիումը տարբեր է: Դա հիմնականում պայմանավորված է նրանով, որ վերջին տարիներին աֆրիկյան երկրներում նիոբիում պարունակող օգտակար հանածոների նոր հանքավայրեր են հայտնաբերվել։ «Քիմիոսի ձեռնարկում», հատոր 1 (Մ., «Քիմիա», 1963) բերված են թվերը՝ 3,2 10 -5% (1939), 1 10 -3% (1949) և 2, 4 10. -3% (1954)։ Բայց նույնիսկ վերջին թվերը թերագնահատված են. այստեղ ներառված չեն վերջին տարիներին հայտնաբերված աֆրիկյան հանքավայրերը: Այնուամենայնիվ, հաշվարկվում է, որ մոտ 1,5 մլն տոննա մետաղական նիոբիում կարելի է ձուլել արդեն հայտնի հանքավայրերի օգտակար հանածոներից:
Ճշմարիտ, էմպիրիկ կամ կոպիտ բանաձև. Նբ
Մոլեկուլային քաշը՝ 92,906
Նիոբիում- Դ.Ի.Մենդելեևի քիմիական տարրերի պարբերական համակարգի հինգերորդ շրջանի հինգերորդ խմբի կողային ենթախմբի տարր, ատոմային թիվը՝ 41. Նշվում է Nb (լատ. Նիոբիում) նշանով։ Նիոբիում պարզ նյութը (CAS համարը՝ 7440-03-1) փայլուն արծաթագույն մոխրագույն մետաղ է՝ α-Fe տիպի խորանարդ մարմնի կենտրոնացված բյուրեղային ցանցով, a = 0,3294: Նիոբիումի համար հայտնի են 81-ից 113 զանգվածային թվերով իզոտոպներ։
Պատմություն
Նիոբիումը հայտնաբերվել է 1801 թվականին անգլիացի գիտնական Չարլզ Հեթչեթի կողմից մի հանքանյութում, որն ուղարկվել է 1734 թվականին Մասաչուսեթսից Բրիտանական թանգարան Ջոն Ուինթրոպի կողմից (Ջոն Ուինթրոպ կրտսերի թոռը): Հանքանյութը կոչվել է կոլումբիտ, և քիմիական տարրստացել է «columbium» (Cb) անվանումը՝ ի պատիվ այն երկրի, որտեղից ստացվել է նմուշը՝ Կոլումբիա (այդ ժամանակ ԱՄՆ-ի հոմանիշն էր)։
1802-ին Ա. Գ. Էկեբերգը հայտնաբերեց տանտալը, որը գրեթե բոլոր քիմիական հատկություններով համընկնում էր նիոբիումի հետ, և, հետևաբար, երկար ժամանակ ենթադրվում էր, որ սա միևնույն տարրն է: Միայն 1844 թվականին գերմանացի քիմիկոս Հենրիխ Ռոուզը հաստատեց, որ այն տանտալից տարբերվող տարր է և այն վերանվանեց «նիոբիում»՝ ի պատիվ Տանտալուսի դստեր՝ Նիոբեի, որն ընդգծեց տարրերի միջև եղած նմանությունները։ Այնուամենայնիվ, որոշ երկրներում (ԱՄՆ, Անգլիա) տարրի սկզբնական անվանումը՝ կոլումբիա, պահպանվել է երկար ժամանակ, և միայն 1950 թվականին, Մաքուր և կիրառական քիմիայի միջազգային միության (IUPAC, IUPAC) որոշմամբ. տարրին վերջապես տրվեց նիոբիում անվանումը։
Առաջին անգամ մաքուր նիոբիումը ստացվել է 19-րդ դարի վերջին ֆրանսիացի քիմիկոս Անրի Մոիսանի կողմից էլեկտրաջերմային միջոցներով՝ էլեկտրական վառարանում նիոբիումի օքսիդը ածխածնի հետ նվազեցնելով։
Բնության մեջ լինելը
Նիոբիումի Կլարկ - 18 գ/տ: Նիոբիումի պարունակությունը ուլտրամաֆիկից (0,2 գ/տ Nb) բարձրանում է թթվային ապարների (24 գ/տ Nb): Նիոբիումը միշտ ուղեկցվում է տանտալով։ Նիոբիումի և տանտալի մոտ քիմիական հատկությունները պայմանավորում են նրանց համատեղ ներկայությունը նույն հանքանյութերում և մասնակցությունը ընդհանուր երկրաբանական գործընթացներին: Նիոբիումը ի վիճակի է փոխարինել տիտանին մի շարք տիտան պարունակող միներալներում (սֆեն, օրտիտ, պերովսկիտ, բիոտիտ): Բնության մեջ նիոբիումի հայտնաբերման ձևը կարող է տարբեր լինել՝ ցրված (մագմատիկ ապարների ապարաստեղծ և օժանդակ միներալներում) և հանքային։ Ընդհանուր առմամբ հայտնի է նիոբիում պարունակող ավելի քան 100 միներալ։ Դրանցից միայն մի քանիսն ունեն արդյունաբերական նշանակություն՝ կոլումբիթ-տանտալիտ ( , ) (Nb, Ta) 2 O 6, պիրոքլոր ( , Ca, TR, U) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 (OH, F ) (Nb 2 O 5 0 - 63%), լոպարիտ (, Ca, Ce) (Ti, Nb) O 3 ((Nb, Ta) 2 O 5 8 - 10%), էքսենիտ, տորոլիտ, իլմենորուտիլ, ինչպես նաև. երբեմն օգտագործվում են միներալներ, որոնք պարունակում են նիոբիում կեղտերի տեսքով (իլմենիտ, կազիտիտ, վոլֆրամիտ): Ալկալային-ուլտրահիմնային ապարներում նիոբիումը ցրված է միներալներում, ինչպիսիք են պերովսկիտը և էուդիալիտը: Էկզոգեն պրոցեսներում նիոբիումի և տանտալի միներալները, լինելով կայուն, կարող են կուտակվել դելյուվիալ-ալյուվիալ պլասերներում (կոլումբիտային պլասերներ), երբեմն՝ եղանակային կեղևի բոքսիտներում։ Նիոբիումի կոնցենտրացիան ծովի ջրում 1·10−5 մգ/լ է։
Ծննդավայր
Նիոբիումի հանքավայրերը գտնվում են ԱՄՆ-ում, Ճապոնիայում, Ռուսաստանում (Կոլա թերակղզի), Բրազիլիայում, Կանադայում։
| Մի երկիր | 2000 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ավստրալիա | 160 | 230 | 290 | 230 | 200 | 200 | 200 | - | - | - | - | - |
| Բրազիլիա | 30 000 | 22 000 | 26 000 | 29 000 | 29 900 | 35 000 | 40 000 | 57 300 | 58 000 | 58 000 | 58 000 | 58 000 |
| Կանադա | 2290 | 3200 | 3410 | 3280 | 3400 | 3310 | 4167 | 3020 | 4380 | 4330 | 4420 | 4400 |
| Կոնգոյի Դեմոկրատական Հանրապետություն | - | 50 | 50 | 13 | 52 | 25 | - | - | - | - | - | - |
| Մոզամբիկ | - | - | 5 | 34 | 130 | 34 | 29 | - | - | - | - | - |
| Նիգերիա | 35 | 30 | 30 | 190 | 170 | 40 | 35 | - | - | - | - | - |
| Ռուանդա | 28 | 120 | 76 | 22 | 63 | 63 | 80 | - | - | - | - | - |
| Ընդհանուր աշխարհում | 32 600 | 25 600 | 29 900 | 32 800 | 34 000 | 38 700 | 44 500 | 60 400 | 62 900 | 62 900 | 62 900 | 63 000 |
Անդորրագիր
Նիոբիումի հանքաքարերը սովորաբար բարդ են և մետաղով աղքատ: Հանքաքարի խտանյութերը պարունակում են Nb 2 O 5՝ պիրոքլոր՝ ոչ պակաս, քան 37%, լոպարիտ՝ 8%, կոլումբիթ՝ 30-60%։ Դրանց մեծ մասը վերամշակվում է ալյումինի կամ սիլիկոջերմային ռեդուկցիայի միջոցով՝ վերածելով ֆերոնիոբիումի (40-60% Nb) և ֆերոտանտալոնիոբիումի։ Մետաղական նիոբիումը ստացվում է հանքաքարի խտանյութերից՝ օգտագործելով բարդ տեխնոլոգիա երեք փուլով.
- խտանյութի բացում,
- նիոբիումի և տանտալի առանձնացում և դրանց մաքուր քիմիական միացությունների ստացում,
- մետաղական նիոբիումի և դրա համաձուլվածքների վերականգնում և զտում։
իզոտոպներ
Բնական նիոբիումը բաղկացած է մեկ կայուն իզոտոպից՝ 93 Nb: Նիոբիումի բոլոր արհեստականորեն ստացված 81-ից 113 զանգվածային թվերով իզոտոպները ռադիոակտիվ են (ընդհանուր առմամբ հայտնի է 32-ը)։ Ամենաերկարակյաց իզոտոպը 92 Nb է, որի կես կյանքը 34,7 միլիոն տարի է: Հայտնի են նաև նրա տարբեր իզոտոպների միջուկների 25 մետակայուն վիճակներ։
Քիմիական հատկություններ
Քիմիապես նիոբիումը բավականին կայուն է, բայց այս առումով զիջում է տանտալին։ Այն գործնականում չի ազդում հիդրոքլորի, օրթոֆոսֆորի, նոսրացված ծծմբի, ազոտի վրա: Մետաղը լուծվում է հիդրոֆտորաթթվի HF-ում, HF-ի և HNO 3-ի խառնուրդում, խտացված կաուստիկ լուծույթներում, ինչպես նաև խտացված ծծմբաթթվի մեջ, երբ տաքացվում է 150 ° C-ից բարձր: Երբ օդում կալցինացվում է, այն օքսիդանում է մինչև Nb 2 O 5: Այս օքսիդի համար նկարագրված են մոտ 10 բյուրեղային փոփոխություններ։ Սովորական ճնշման դեպքում Nb 2 O 5-ի β-ձևը կայուն է:
- Երբ Nb 2 O 5-ը միաձուլվում է տարբեր օքսիդների հետ, ստացվում են նիոբատներ՝ Ti 2 Nb 10 O 29, FeNb 49 O 124։ Նիոբատները կարելի է համարել հիպոթետիկ նիոբաթթուների աղեր։ Դրանք բաժանվում են մետանիոբատների MNbO 3 , օրթոնիոբատների M 3 NbO 4 , պիրոնիոբատների M 4 Nb 2 O 7 կամ պոլինիոբատների M 2 O nNb 2 O 5 (M-ը առանձին լիցքավորված կատիոն է, n = 2-12)։ Հայտնի են երկու և երեք լիցքավորված կատիոնների նիոբատներ։
- Նիոբատները փոխազդում են HF-ի, ալկալիական մետաղների հիդրոֆտորիդների (KHF 2) և ամոնիումի հալվածքների հետ։ Որոշ նիոբատներ բարձր M 2 O / Nb 2 O 5 հարաբերակցությամբ հիդրոլիզացվում են ՝ 6Na 3 NbO 4 + 5H 2 O \u003d Na 8 Nb 6 O 19 + 10NaOH:
- Նիոբիումը ձևավորում է NbO 2, NbO, մի շարք օքսիդներ, որոնք միջանկյալ են NbO 2, 42 և NbO 2, 50 միջև և կառուցվածքով նման են Nb 2 O 5-ի β ձևին:
- Հալոգենների հետ նիոբիումը ձևավորում է NbHa 15 պենտահալիդներ, NbHa 14 տետրահալիդներ և NbHa 12, 67 - NbHa 13 +x փուլեր, որոնք պարունակում են Nb 3 կամ Nb 2 խմբեր։ Նիոբիումի պենտահալիդները հեշտությամբ հիդրոլիզվում են ջրով:
- Ջրային գոլորշիների և թթվածնի առկայության դեպքում NbC 15 և NbBr 5-ը ձևավորում են օքսիհալիդներ NbOC 13 և NbOBr 3՝ չամրացված բամբակի նման նյութեր:
- Նիոբիումի և գրաֆիտի փոխազդեցության ժամանակ առաջանում են Nb 2 C և NbC կարբիդներ՝ պինդ ջերմակայուն միացություններ։ Nb - N համակարգում կան փոփոխական կազմի և Nb 2 N և NbN նիտրիդների մի քանի փուլեր: Նիոբիումը նույն կերպ է վարվում ֆոսֆորի և մկնդեղի հետ կապված համակարգերում: Նիոբիումի և ծծմբի փոխազդեցությունից ստացվել են սուլֆիդներ՝ NbS, NbS 2 և NbS 3: Սինթեզվում են կրկնակի ֆտորիդներ Nb և կալիում (նատրիում) - K 2:
- Դեռևս հնարավոր չի եղել ջրային լուծույթներից նիոբիումի էլեկտրաքիմիական մեկուսացումը։ Նիոբիում պարունակող համաձուլվածքների հնարավոր էլեկտրաքիմիական արտադրություն: Մետաղական նիոբիումը կարող է մեկուսացվել անջուր աղի հալվածքների էլեկտրոլիզով:
Դիմում
Նիոբիումի օգտագործումը և արտադրությունը արագորեն աճում է, ինչը պայմանավորված է նրա հատկությունների համակցությամբ, ինչպիսիք են հրակայունությունը, փոքր ջերմային նեյտրոնային խաչմերուկը, ջերմակայուն, գերհաղորդիչ և այլ համաձուլվածքներ ձևավորելու ունակությունը, կոռոզիոն դիմադրությունը, ստացողի հատկությունները: , ցածր էլեկտրոնների աշխատանքի ֆունկցիա, լավ սառը մշակելիություն և զոդում։ Նիոբիումի կիրառման հիմնական ուղղությունները՝ հրթիռային գիտություն, ավիացիոն և տիեզերական տեխնոլոգիաներ, ռադիոտեխնիկա, էլեկտրոնիկա, քիմիական ապարատաշինություն, միջուկային էներգետիկա։
Մետաղական նիոբիումի կիրառությունները
- Օդանավերի մասերը պատրաստված են մաքուր նիոբիումից կամ դրա համաձուլվածքներից. ուրանի և պլուտոնիումի վառելիքի տարրերի պատյաններ; տարաներ և խողովակներ հեղուկ մետաղների համար; էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորների մանրամասներ; էլեկտրոնային (ռադարային տեղակայման համար) և հզոր գեներատորային լամպերի «տաք» կցամասեր (անոդներ, կաթոդներ, ցանցեր և այլն); կոռոզիոն դիմացկուն սարքավորումներ քիմիական արդյունաբերության մեջ:
- Նիոբիումը համաձուլվում է այլ գունավոր մետաղների, այդ թվում՝ ուրանի հետ։ Օրինակ, ալյումինը, եթե դրա մեջ ներմուծվում է ընդամենը 0,05% նիոբիում, ընդհանրապես չի արձագանքում ալկալիների հետ, թեև նորմալ պայմաններում լուծվում է դրանցում։ Նիոբիումի համաձուլվածքը 20% պղնձով ունի բարձր էլեկտրական հաղորդունակություն և միևնույն ժամանակ այն երկու անգամ ավելի կոշտ և ամուր է, քան մաքուր պղնձը:
- Նիոբիումը օգտագործվում է կրիոտրոններում՝ համակարգիչների գերհաղորդիչ տարրերում: Նիոբիումը հայտնի է նաև մեծ հադրոնային բախիչի արագացուցիչ կառուցվածքներում իր կիրառմամբ։
- Նիոբիումը և տանտալը օգտագործվում են բարձր հատուկ հզորությամբ էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորներ արտադրելու համար: Տանտալը թույլ է տալիս արտադրել ավելի որակյալ կոնդենսատորներ, քան մետաղական նիոբիումը: Այնուամենայնիվ, նիոբիումի օքսիդի կոնդենսատորները ամենահուսալին են և հրդեհակայուն:
Նիոբիումի միջմետաղային միացություններ և համաձուլվածքներ
- Nb 3 Sn ստանիդը (տրինիոբիումի ստանիդը, որը նաև հայտնի է որպես նիոբիում-անագ համաձուլվածք), Nb 3 Ge գերմանիդ (գերմանիումտրինիոբիում), NbN նիտրիդ և նիոբիում-տիտան (նիոբիում-տիտան) և ցիրկոնիումի համաձուլվածքներ օգտագործվում են գերհաղորդիչ սոլենոիդներ պատրաստելու համար։ Այսպիսով, Մեծ հադրոնային կոլայդերի գերհաղորդիչ մագնիսների ոլորունները պատրաստված են 1200 տոննա նիոբիում-տիտան խառնուրդի մալուխից։
- Նիոբիումը և տանտալով համաձուլվածքները շատ դեպքերում փոխարինում են տանտալին, որը տալիս է մեծ տնտեսական ազդեցություն (նիոբիումն ավելի էժան է և գրեթե երկու անգամ ավելի թեթև, քան տանտալը):
- Ֆերոնիոբիումը (մինչև 0,6% նիոբիում) ներմուծվում է չժանգոտվող քրոմ-նիկելային պողպատների մեջ՝ կանխելու դրանց միջհատիկավոր կոռոզիան (ներառյալ այն, որը այլ կերպ կսկսվեր չժանգոտվող պողպատի եռակցումից հետո) և ոչնչացումը, իսկ պողպատի այլ տեսակներում՝ դրանց հատկությունները բարելավելու համար:
- Նիոբիումը օգտագործվում է կոլեկցիոն մետաղադրամներ հատելու համար: Այսպիսով, Լատվիայի բանկը պնդում է, որ արծաթի հետ մեկտեղ 1 լատ մետաղադրամների հավաքածուում օգտագործվում է նիոբիում։
Նիոբիումի միացությունների կիրառում
- Nb 2 O 5 - կատալիզատոր քիմիական արդյունաբերության մեջ;
- հրակայուն նյութերի, սերմերի, հատուկ ապակիների, նիտրիդների, կարբիդի, նիոբատների արտադրության մեջ։
- Նիոբիումի կարբիդը (մպ. 3480 °C) ցիրկոնիումի կարբիդով և ուրանի-235 կարբիդով համաձուլվածքում ամենակարևոր կառուցվածքային նյութն է պինդ փուլ միջուկային ռեակտիվ շարժիչների վառելիքի ձողերի համար:
- Նիոբիումի նիտրիդ NbN-ն օգտագործվում է 5-ից 10 Կ կրիտիկական ջերմաստիճանով բարակ և գերբարակ գերհաղորդիչ թաղանթների արտադրության համար՝ նեղ անցումով, 0,1 Կ կարգի:
Առաջին սերնդի գերհաղորդիչ նյութեր
- Ակտիվորեն օգտագործվող գերհաղորդիչներից մեկը (գերհաղորդիչ անցումային ջերմաստիճան 9,25 Կ)։ Նիոբիումի միացություններն ունեն մինչև 23,2 Կ (Nb 3 Ge) անցումային գերհաղորդիչ ջերմաստիճան։
- Ամենատարածված արդյունաբերական գերհաղորդիչներն են NbTi և Nb 3 Sn:
- Նիոբիումը օգտագործվում է նաև մագնիսական համաձուլվածքներում։
- Օգտագործվում է որպես համաձուլվածքային հավելում։
- Նիոբիումի նիտրիդն օգտագործվում է գերհաղորդիչ բոլոմետրեր արտադրելու համար։
- Նիոբիումի և նրա համաձուլվածքների բացառիկ դիմադրությունը տանտալի հետ գերտաքացած ցեզիում-133 գոլորշու մեջ այն դարձնում է ամենանախընտրելի և ամենաէժաններից մեկը: շինանյութերբարձր հզորության տերմիոնիկ գեներատորների համար:
Կենսաբանական դեր
Ներկայումս նիոբիումի կենսաբանական դերի մասին տեղեկություններ չկան։
Ֆիզիոլոգիական գործողություն
Նիոբիումի մետաղի փոշին դյուրավառ է և գրգռում աչքերի և մաշկի համար: Նիոբիումի որոշ միացություններ խիստ թունավոր են: Ջրում նիոբիումի MPC-ն 0,01 մգ/լ է: Ընդունելիս այն առաջացնում է ներքին օրգանների գրգռում և վերջույթների հետագա կաթված։
