Ниобий цена, возникновение, добыча и использование

Ниобий [ˈnioːp] (в честь Ниобе, дочери тантала) - химический элемент с символом элемента Nb и атомным номером 41. Это один из переходных металлов, в периодической таблице он находится в 5-м периоде и 5-й подгруппе (группа 5). или ванадиевая группа.

В англосаксонской языковой области до сих пор многие металлурги, поставщики материалов и в личных целях давно устарели. ниобий и сокращение Cb verwendet.

Редко встречающийся тяжелый металл серого цвета и легко поддается обработке. Ниобий может быть извлечен из минералов колумбит, колтан (колумбит-танталит) и лопарит. В основном он используется в металлургии для производства специальных сталей и улучшения свариваемости.

Ниобий был открыт Чарльзом Хэтчеттом в 1801 году. Он нашел его в колумбитовой руде (первая находка в русле реки в Колумбии), которая была отправлена ​​в Англию Джоном Уинтропом около 1700 года. Хэтчетт назвал элемент ниобий. До середины XIX века считалось, что колумбий и тантал, открытые в 19 году, были одним и тем же элементом, поскольку они почти всегда встречаются вместе в минералах (парагенезис).

Только в 1844 году берлинский профессор Генрих Роуз показал, что ниобий и танталовая кислота - это разные вещества. Не зная о работе Хэтчетта и ее названии, он назвал вновь открытый элемент из-за его сходства с танталом в честь Ниобы, дочери Тантала.

Лишь после 100 лет дебатов Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) в 1950 г. ниобий как официальное название предмета.

В 1864 году Кристиану Вильгельму Бломстранду удалось получить металлический ниобий путем восстановления хлорида ниобия водородом при нагревании. В 1866 году Шарль Мариньяк подтвердил, что тантал является отдельным элементом.

В 1907 году Вернер фон Болтон произвел очень чистый ниобий, восстановив гептафторониобат натрием.

Вхождение 

Ниобий - редкий элемент с долей 1,8 · 10 в земной коре.^-3 %. Это не выглядит достойным. Из-за схожих ионных радиусов ниобий и тантал всегда являются братьями и сестрами. Важнейшие минералы - колумбит (Fe, Mn) (Nb, Ta).₂O₆, который также известен как ниобит или танталит в зависимости от содержания ниобия или тантала, а также пирохлор (NaCaNb₂O₆F).

Другие в основном редкие минералы:

• Эвксенит [(Y, Ca, Ce, U, Th) (Nb, Ta, Ti)₂O₆].
• Олмстедит (KFe₂(Nb, Та) [O | ПО₄]₂ · H₂О) и
• Самарскит ((Й, Он)₄[(Nb, Та)₂O₇]₃)

Месторождения ниобия в карбонатитах, где пирохлор накопился в выветрившихся почвах, представляют экономический интерес. Годовая добыча в 2006 году составила почти 60.000 90 тонн, XNUMX% из которых было добыто в Бразилии. За последние годы производство значительно увеличилось. Бразилия и Канада являются основными производителями ниобийсодержащих минеральных концентратов. Крупные рудные месторождения также расположены в Нигерии, Демократической Республике Конго и России.

Извлечение и презентация 

Поскольку ниобий и тантал всегда встречаются вместе, ниобиевые и танталовые руды сначала перевариваются вместе, а затем разделяются путем фракционной кристаллизации или различной растворимости в органических растворителях. Первый такой промышленный процесс разделения был разработан Галиссаром де Мариньяком в 1866 году.

Сначала руды подвергаются воздействию смеси концентрированной серной и плавиковой кислот при температуре 50–80 ° C. Комплексные фториды [NbF₇]^2- и [TaF₇]^2-которые легко растворимы.

Дикалиевые соли этих фторидов можно получить, переведя их в водную фазу и добавив фторид калия. Только фторид тантала плохо растворяется в воде и выпадает в осадок. Таким образом, легко растворимый фторид ниобия можно отделить от тантала. Однако в настоящее время обычным явлением является разделение экстракцией метилизобутилкетоном. Третья возможность разделения - фракционная перегонка хлоридов NbCl.₅ и TaCl₅. Их можно получить в результате реакции руды, кокса и хлора при высоких температурах.

Пятиокись ниобия сначала получают из отделенного фторида ниобия путем реакции с кислородом. Его либо сначала превращают в карбид ниобия с углеродом, а затем восстанавливают до металла с дополнительным пентоксидом ниобия при 2000 ° C в вакууме, либо получают непосредственно алюмотермическим способом. Таким образом производится большая часть ниобия для сталелитейной промышленности с добавлением оксида железа для получения сплава железо-ниобий (60% ниобия). Если в качестве исходного материала для восстановления используются галогениды, это делается с использованием натрия в качестве восстанавливающего агента.

Свойства

Ниобий - вязкий тяжелый металл с серым блеском. Степени окисления −3, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 известны. Как и в случае с ванадием, который находится выше ниобия в периодической таблице, уровень +5 является наиболее постоянным. Химическое поведение ниобия почти идентично поведению тантала, который находится непосредственно под ниобием в периодической таблице.

В результате образования пассивного слоя (защитного слоя) ниобий очень устойчив к воздействию воздуха. Поэтому большинство кислот не разрушают его при комнатной температуре. Только фтористоводородная кислота, особенно в смеси с азотной кислотой, и горячая концентрированная серная кислота быстро разъедают металлический ниобий. Ниобий также неустойчив в горячих щелочах, поскольку они растворяют пассивный слой. При температуре выше 200 ° C он начинает окисляться в присутствии кислорода. Сварочная обработка ниобия должна происходить в атмосфере защитного газа из-за его нестабильности на воздухе.

Добавление вольфрама и молибдена к ниобию увеличивает его термостойкость, а алюминий увеличивает его прочность.

Высокая температура перехода ниобия 9,25 К, ниже которой он становится сверхпроводящим, и его способность легко поглощать газы примечательны. Один грамм ниобия может поглотить 100 смXNUMX водорода при комнатной температуре, что ранее использовалось в технологии электронных ламп.

Использовать 

Ниобий используется в качестве легирующей добавки для нержавеющих сталей, специальных нержавеющих сталей (например, труб для производства соляной кислоты) и цветных сплавов, поскольку легированные ниобием материалы отличаются повышенной механической прочностью. Даже в концентрациях от 0,01 до 0,1 мас.% Ниобий в сочетании с термомеханической прокаткой может значительно повысить прочность и ударную вязкость стали. Первые попытки использовать ниобий в качестве легирующего элемента (замены вольфрама) были предприняты в США в 1925 году. Обработанные таким образом стали часто используются при строительстве трубопроводов. В качестве сильного карбидообразователя ниобий также добавляют в сварочные материалы для связывания углерода.

Другое использование включает в себя:

• Применение в ядерной технике из-за малого сечения захвата тепловых нейтронов.
• Производство сварочных электродов, стабилизированных ниобием, в качестве присадки для нержавеющих сталей, специальных нержавеющих сталей и сплавов на никелевой основе.
• Из-за своего голубоватого цвета он используется для пирсинга бижутерии и изготовления бижутерии.
• В случае монет с ниобием (биметаллические монеты) цвет ядра ниобия может сильно различаться из-за физических процессов (например, для монет за 25 евро из Австрии).

• В значительных количествах используются как феррониобий, так и никель-ниобий в металлургической промышленности для производства суперсплавов (никель, кобальт и сплавы на основе железа). Из него изготавливаются статические детали для стационарных и летающих газовых турбин, детали ракет и жаропрочные детали для печной конструкции.
• Ниобий используется в качестве анодного материала в ниобиевых электролитических конденсаторах. Оксид ниобия, оксид ниобия (V), обладает высокой диэлектрической прочностью. Он наносится на поверхность анода из ниобия в процессе так называемого формования и служит диэлектриком в этом конденсаторе. Ниобиевые электролитические конденсаторы конкурируют с более популярными танталовыми электролитическими конденсаторами.
• Стеклянные колбы галогенных ламп снаружи с буквой z. B. niobium, часть теплового излучения вольфрамовой нити отражается обратно внутрь. В результате более высокая рабочая температура и, следовательно, большая световая отдача могут быть достигнуты при меньшем потреблении энергии.
• В качестве катализатора (например, при производстве соляной кислоты и при производстве спиртов из бутадиена),
• Как ниобат калия (химическое соединение калия, ниобия и кислорода), который используется в качестве монокристалла в лазерной технологии и для нелинейных оптических систем.
• Использование в качестве электродного материала для натриевых ламп высокого давления
• Сверхпроводимость: при температурах ниже 9,5 К чистый ниобий является сверхпроводником типа II. Сплавы ниобия (с N, O, Sn, AlGe, Ge) относятся к трем чистым элементам: ниобию, ванадию и технецию среди веществ типа II. -Сверхпроводники: Температура перехода этих сплавов составляет 18,05 К (ниобий, олово, Nb₃Sn) и 23,2 К (ниобий германий, Nb₃Ge). Сверхпроводящие объемные резонаторы из ниобия используются в ускорителях частиц (включая XFEL и FLASH в DESY в Гамбурге). Для создания сильных магнитных полей до 20 Тесла используются сверхпроводящие магниты с проводами из ниобий-олова и ниобий-титана. Например, 600 т ниобия-олова и 250 т ниобия-титана используются для экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Сверхпроводящие магниты LHC также сделаны из сплавов ниобия.

безопасности

Хотя ниобий считается нетоксичным, металлическая ниобиевая пыль раздражает глаза и кожу. Ниобиевая пыль легко воспламеняется.

Физиологический способ действия ниобия неизвестен.

Общий
Имя, символ, атомный номер	Ниобий, Nb, 41
серия	Переходные металлы
Группа, период, блок	5, 5, д
Внешний вид	серый металлик
номер CAS	7440-03-1
Массовая доля земной оболочки	19 частей на миллион
ядерной
атомная масса	92,90638 XNUMX человека
Атомный радиус (рассчитанный)	145 (164) вечера
Ковалентный радиус	137 м.
электронная конфигурация	[Kr] 4d4 5s1
1. ионизация	652,1 кДж / моль
2. ионизация	1380 кДж / моль
3. ионизация	2416 кДж / моль
4. ионизация	3700 кДж / моль
5. ионизация	4877 кДж / моль
физически
Физическое состояние	Праздник
кристаллическая структура	кубическое тело-центрированное
плотность	8,57 г / см3 (20 ° С)
твердость по Моосу	6,0
магнетизм	парамагнитный ( = 2,3 10-4)
точка плавления	2750 К (2477 ° С)
Температура кипения	5017 К (4744 ° С)
Молярный объем	10,83 · 10-6 m3/ моль
Теплота парообразования	690 кДж / моль
теплота плавления	26,8 кДж / моль
скорость звука	3480 м / с на 293,15 K
Электропроводность	6,58 · 106 А / (В · м)
теплопроводность	54 Вт / (м · К)
Химический
состояния окисления	2, 5
нормальный потенциал	−1,1 В (Nb2+ + 2 e- → Nb)
электроотрицательность	1,6 (шкала Полинга)
Изотоп
изотоп NH t1/2 ZA ZE (МэВ) ZP 91Nb {Син.} 680 а ε 1,253 91Zr 92Nb {Син.} 3,47 · 107 a ε 2,006 92Zr β- 0,356 92Mo 93Nb 100 % стабильный 93metaNb {Син.} 16,13 а IT 0,031 93Nb 94Nb {Син.} 20300 а β- 2,045 94Mo 95Nb {Син.} 34,975 г β- 0,926 95Mo
свойства ЯМР
Вращение γ в рад * Т-1· с-1 Er(1H) fL в W = 4,7 т в МГц 93Nb 9/2 6,567 · 107 0,488 24,47
безопасности
СГС опасных веществ Опасность H и P фразы Высота: 250 EUH: нет ставок EUH Т: 222-231-422 Опасная информацияПорошок легкий легковоспламеняющийся (F) R и S фразы R: 11 С: 43

Цены на ниобий

Цена ниобия -> цены на стратегические металлы