Utilizarea de niobiu. Producția de azot în Rusia
Scurt istoric
Elementul niobiu (columbia) a fost descoperit în 1801 de chimistul englez Gatchet într-un mineral găsit în Columbia și l-a numit columbit. În 1802, chimistul suedez Ekeberg, în două minerale găsite în Finlanda și Suedia, a descoperit un element pe care l-a numit tantal, care simboliza dificultățile („făina de tantal”) întâlnită în încercarea de a dizolva oxidul noului element în acid. De ceva timp, ambele elemente deschise au fost considerate identice. În 1844, chimistul german Rosa a demonstrat că mineralul columbit conține două elemente diferite: niobiu (numit pentru zeița mitologică a lacrimilor Niobe - fiica Tantalului) și tantalul. În 1865, Marignac a descoperit o metodă pentru separarea tantalului și a niobiului, bazată pe diferența de solubilitate a sărurilor complexe de fluor din aceste elemente. Această metodă a dobândit o importanță industrială și este încă în prezent.
Încercările de a obține tantal și niobiu sub formă de metale compacte pure nu au reușit de mult timp. Tantalul pur a fost obținut pentru prima dată în 1903, niobiu în 1907 de Bolton. La scară industrială, tantalul a început să fie produs în 1922, și niobiu - la sfârșitul anilor treizeci.
Tantalul și niobiul aparțin grupului lateral V al sistemului periodic al elementelor. Au proprietăți chimice și fizice similare.
Proprietăți fizice Tantalul și niobiul sunt metale din oțel gri. Tantalul are o nuanță ușor albăstruie. Metalele pure sunt ductile și pot fi rulate într-o foaie subțire în stare rece, fără recoacere intermediară.
Cele mai importante proprietăți fizice ale tantalului și niobiului sunt prezentate în tabel. 2.1.
Tabelul 2.1
Proprietățile tantalului și ale niobiului
Printre proprietățile enumerate (tabelul 2.1), este necesar să se noteze punctele de topire și fierbere ridicate, funcția de lucru mai mică a electronilor în comparație cu alte metale refractare.
Proprietăți chimice. La temperaturi obișnuite, tantalul și niobiul sunt stabile în aer. Debutul oxidării este observat atunci când este încălzit la 200-300 0 C. O proprietate caracteristică a tantalului și a niobiului este capacitatea lor de a absorbi gaze - hidrogen, azot și oxigen. Micile impurități ale acestor elemente afectează puternic proprietățile mecanice și electrice ale metalelor. Tantalul și niobiul sunt rezistente la acțiunea acizilor clorhidric, sulfuric, nitric, fosforic și organic, cu orice concentrație la frig și când sunt încălzite la 100-150 ° C. Tantalul este superior niobiului, în rezistență la acizii clorhidriști și sulfuri. Metalele se dizolvă în acidul fluorhidric și mai ales intens într-un amestec de acizi fluorhidrici și azotici. Mai puțin stabile sunt tantalul și niobiul în alcaline. Soluțiile calde de alcaline caustice corodează vizibil metalele; în alcaline topite și sodă, acestea sunt oxidate rapid pentru a forma săruri de sodiu ale acizilor niobiu și tantalice.
Proprietățile fizice ale niobiului Nb în funcție de temperatură sunt cuprinse între -223 și 2527 ° C. Următoarele proprietăți ale niobiului solid și lichid sunt considerate:
- densitatea niobiului d;
- capacitatea specifică de căldură în masă C pag;
- difuzivitate termică o;
- coeficientul de conductibilitate termică λ ;
- rezistivitate electrică ρ ;
- coeficientul de expansiune termică liniară α .
Proprietățile fizice ale niobiului depind diferit de temperatură. Modificarea sa are cel mai mare efect asupra rezistivității electrice a niobiului. De exemplu, pe măsură ce temperatura acestui metal crește de la 0 ° C până la punctul de topire, rezistivitatea acestuia crește de mai mult de 8 ori (până la 109 · 10 -8 Ohm · m).
Niobiul este un metal refractar ductil cu un punct de topire de 2477 ° C și o densitate de 8570 kg / m 3 (la 20 ° C). Punctul de fierbere al niobiului este de 4744 ° C, structura de zăbrele este centrată în volum, cu o perioadă de 0,33 nm.
Densitatea niobiului scade odată cu încălzirea. Niobiul în stare topită are o densitate semnificativ mai mică decât în \u200b\u200bstare solidă: la o temperatură de 2477 ° C, densitatea niobiului lichid este de 7580 kg / m 3.
Capacitatea specifică de căldură a niobiului la temperatura camerei este de 268 J / (kg · deg) și crește odată cu încălzirea. Rețineți că, în timpul topirii, valoarea acestei proprietăți fizice a niobiului se schimbă nesemnificativ, iar în starea lichidă căldura specifică este de 1,7 ori mai mare decât valoarea clasică a 3R.
Conductivitatea termică a niobiului la 0 ° C este de 48 W / (m · deg), are dimensiuni apropiate. Dependența de temperatură a coeficientului de conductivitate termică a niobiului se caracterizează printr-un minim blând în regiunea temperaturilor din cameră și un coeficient de temperatură pozitiv peste 230 ° C. Când se apropie de punctul de topire al niobiului, conductivitatea sa termică crește.
Difuzivitatea termică a niobiului are, de asemenea, un minim înclinat ușor în apropierea temperaturilor camerei și apoi un maxim înclinat ușor la 900 ... 1500 ° C. Coeficientul de expansiune liniară termică a niobiului este relativ scăzut. Este comparabil ca valoare cu coeficientul de expansiune al metalelor, cum ar fi tungstenul, iridiul și.
| t, ° C | d, kg / m 3 |
C pag J / (kg |
a · 10 6, m 2 / s |
λ, L / m |
ρ · 10 8, Ohm-m |
α · 10 6, K -1 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| -223 | — | 99 | — | — | — | 2,27 |
| -173 | — | 202 | — | 32,1 | 4,2 | 4,77 |
| -73 | — | 254 | 24,5 | 32,6 | 9,71 | 6,39 |
| 0 | — | 265 | 23,9 | 48 | 13,4 | 6,91 |
| 27 | 8570 | 268 | 23,7 | 53,5 | 14,7 | 7,07 |
| 127 | 8550 | 274 | 23,5 | 55,1 | 19,5 | 7,3 |
| 227 | 8530 | 280 | 23,9 | 57,1 | 23,8 | 7,5 |
| 327 | 8510 | 285 | 23,9 | 57,9 | 27,7 | 7,7 |
| 427 | 8490 | 289 | 23,9 | 58,6 | 31,4 | 7,9 |
| 527 | 8470 | 293 | 24 | 59,5 | 34,9 | 8,09 |
| 627 | 8450 | 297 | 24,2 | 60,8 | 38,2 | 8,25 |
| 727 | 8430 | 301 | 24,5 | 62,2 | 41,6 | 8,41 |
| 927 | 8380 | 311 | 24,7 | 64,3 | 47,9 | 8,71 |
| 1127 | 8320 | 322 | 25 | 70 | 54 | 8,99 |
| 1327 | 8260 | 335 | 25 | 69,2 | 60 | 9,27 |
| 1527 | 8200 | 350 | 25 | 71,7 | 65,9 | 9,55 |
| 1727 | 8140 | 366 | 24,6 | 73,3 | 71,8 | 9,83 |
| 1927 | 8080 | 384 | 24 | 74,5 | 77,6 | 10,11 |
| 2127 | 8020 | 404 | 24 | 77,8 | 83,3 | 10,39 |
| 2327 | 7960 | 426 | 21,7 | 73,6 | 89 | — |
| 2477 | 7580 | 450 | 18 | 65 | 109 | — |
| 2527 | — | 450 | 17,8 | — | — | — |
De fapt, niobiul, ca toate celelalte metale, este gri. Cu toate acestea, folosind strat de oxid pasivantne facem metalul să strălucească flori frumoase. Dar niobiul nu este doar metalul care să încânte ochiul. Ca și tantalul, este stabil în multe substanțe chimice și poate fi ușor modelat chiar și la temperaturi scăzute.
Niobiul este diferit în acest sens nivel ridicat de rezistență la coroziune combinate cu greutate redusă. Folosim acest material pentru producerea de inserții în monede de orice culoare, cupe de evaporare rezistente la coroziune pentru utilizarea în tehnologia de acoperire și creuzete rezistente la forme pentru creșterea diamantelor. Datorită nivelului ridicat de biocompatibilitate, niobiul este utilizat și ca material pentru implanturi. Temperatura ridicată de tranziție face, de asemenea, materiale ideale pentru niobiu pentru cabluri și magneți supraconductori.
Curățenia garantată.
Puteți fi sigur de calitatea produselor noastre. Ca material sursă, folosim numai niobiu pur. Asa ca va garantam extrem puritate ridicată a materialului.
Monede și diamante. Domenii de niobiu.
Câmpurile de aplicare ale niobiului nostru sunt la fel de diverse ca proprietățile materialului în sine. Mai jos vă vom prezenta pe scurt două dintre ele:
Valoarea și culoarea.
În lumina cea mai favorabilă, niobiul nostru apare în producția de monede. Ca urmare a anodizării, pe suprafața de niobiu se formează un strat subțire de oxid. Datorită refracției luminii, acest strat strălucește în culori diferite. Putem influența aceste culori schimbând grosimea stratului. De la roșu la albastru: orice culori sunt posibile.
Formabilitate și durabilitate excelentă.
Rezistența ridicată la coroziune și formabilitatea excelentă fac din niobiu un material ideal pentru creuzetele utilizate pentru producerea de diamante artificiale policristaline (PCD). Creuzele noastre de niobiu sunt utilizate pentru sinteza temperaturii ridicate la presiune ridicată.
Niobiu pur obținut prin topire.
Furnizăm niobiul nostru topit sub formă de foi, panglici sau tije. De asemenea, putem produce produse din geometrie complexă. Niobiul nostru pur are următoarele proprietăți:
- punct de topire ridicat de 2 468 ° C
- ductilitate ridicată la temperatura camerei
- recristalizare la temperaturi de la 850 ° C la 1300 ° C (în funcție de gradul de deformare și puritate)
- rezistență ridicată în soluții apoase și metale topite
- capacitate ridicată de dizolvare a carbonului, oxigenului, azotului și hidrogenului (risc de fragilitate crescută)
- supraconductibilitate
- nivel ridicat de biocompatibilitate
Bună în toate felurile: caracteristicile niobiului.
Niobiul aparține grupului de metale refractare. Metalele refractare sunt metale al căror punct de topire depășește punctul de topire al platinei (1.772 ° C). În metalele refractare, energia care leagă atomii individuali este extrem de mare. Metalele refractare diferă punct de topire ridicat în legătură cu presiune scăzută de vapori, modul ridicat de elasticitate și stabilitate termică ridicată. Metalele refractare au și ele coeficient scăzut de expansiune termică. Comparativ cu alte metale refractare, niobiul are o densitate relativ mică, care este de numai 8,6 g / cm3
În sistemul periodic al elementelor chimice, niobiul se află în aceeași perioadă cu molibdenul. În acest sens, densitatea și punctul de topire al acestuia sunt comparabile cu densitatea și punctul de topire al molibdenului. La fel ca tantalul, niobiul este susceptibil la îmbogățirea hidrogenului. Din acest motiv, tratamentul termic cu niobiu se realizează într-un vid ridicat, și nu într-un mediu cu hidrogen. Atât niobiul cât și tantalul au, de asemenea, o rezistență mare la coroziune în toți acizii și o formabilitate bună.
Niobiul are cea mai mare temperatură de tranziție printre toate elementele și ea alcătuiește -263,95 ° C. La temperaturi sub acest niobiu este supraconductor. Mai mult, niobiul are o serie de proprietăți extrem de specifice:
| Proprietățile | ||
|---|---|---|
| Numărul atomic | 41 | |
| Masă atomică | 92.91 | |
| Punctul de topire | 2 468 ° C / 2 741 K | |
| Punctul de fierbere | 4 900 ° C / 5 173 K | |
| Volumul atomic | 1,80 · 10-29 [m3] | |
| Presiunea la abur | la 1.800 ° C la 2.200 ° C | 5 · 10-6 [Pa] 4 · 10-3 [Pa] |
| Densitate la 20 ° C (293 K) | 8,55 [g / cm3] | |
| Structura de cristal | cubic centrat pe corp | |
| Constantă de zăbrele de cristal | 3.294 · 10 –10 [m] | |
| Duritate la 20 ° C (293 K) | deformat recristalizat | 110–180 60–110 |
| Modul elastic la 20 ° C (293 K) | 104 [GPa] | |
| Raportul lui Poisson | 0.35 | |
| Coeficientul de expansiune termică liniară la 20 ° C (293 K) | 7.1 · 10 –6 [m / (m · K)] | |
| Conductivitatea termică la 20 ° C (293 K) | 52 [W / (m K)] | |
| Căldură specifică la 20 ° C (293 K) | 0,27 [J / (g K)] | |
| Conductivitate electrică la 20 ° C (293 K) | 7 · 10-6 | |
| Rezistivitate electrică la 20 ° C (293 K) | 0,14 [(Ohm · mm2) / m] | |
| Viteza sunetului la 20 ° C (293 K) | Val longitudinal Val transversal | 4 920 [m / s] 2 100 [m / s] |
| Funcția de lucru a electronilor | 4.3 [eV] | |
| Secțiunea de captare a neutronilor termici | 1,15 · 10-28 [m2] | |
| Temperatura de recristalizare (timp de recoacere: 1 oră) | 850 - 1.300 [° C] | |
| Superconductivitate (temperatura de tranziție) | < -263.95 °C / < 9.2 K | |
Proprietăți termofizice.
Ca toate metalele refractare, niobiul are un punct de topire ridicat și o densitate relativ mare. Conductivitatea termică a niobiului este comparabilă cu conductivitatea termică a tantalului, dar mai mică decât cea a tungstenului. Coeficientul de expansiune termică a niobiului este mai mare decât cel al wolframului, dar încă semnificativ mai mic decât cel al fierului sau al aluminiului.
Proprietățile termofizice ale niobiului se schimbă cu temperatura:
Coeficientul de expansiune termică liniară a niobiei și tantalului
Capacitatea specifică de căldură a niobiului și tantalului
Conductivitatea termică a azotului și a tantalului
Proprietăți mecanice.
Proprietățile mecanice ale niobiului depind, în primul rând, de acestea puritate și, în special, conținutul de oxigen, azot, hidrogen și carbon. Chiar și concentrații mici ale acestor elemente pot avea un efect semnificativ. Alți factori care afectează proprietățile niobiului includ tehnologie de producție, gradul de deformare și tratament termic.
Ca aproape toate metalele refractare, niobiul are rețea de cristal cubic centrată pe corp. Temperatura tranziției friabil-vâscoase a niobiului este mai mică decât temperatura camerei. Din acest motiv, niobiu extrem de ușor de modelat.
La temperatura camerei, alungirea la pauză este mai mare de 20%. Odată cu creșterea gradului de prelucrare la rece a metalului, rezistența și duritatea acestuia cresc, dar în același timp, alungirea la rupere scade. Deși materialul își pierde ductilitatea, nu devine fragil.
La temperatura camerei, modulul elastic al niobiului este de 104 GPa, care este mai mic decât cel al tungstenului, molibdenului sau tantalului. Modulul de elasticitate scade odată cu creșterea temperaturii. La o temperatură de 1.800 ° C, este de 50 GPa.
Modulul elastic al niobiului în comparație cu wolframul, molibdenul și tantalul
Datorită ductilității sale ridicate, niobiul este ideal pentru procese de modelarecum ar fi îndoirea, ștampilarea, presarea sau desenul profund. Pentru a preveni sudarea la rece, se recomandă scule din oțel sau din metal dur. Niobiul este dificil tăiere. Jetoanele nu sunt bine separate. În acest sens, vă recomandăm utilizarea instrumentelor cu pași de cip. Niobiul este diferit sudabilitate excelentă în comparație cu wolframul și molibdenul.
Aveți întrebări despre prelucrarea metalelor refractare? Vom fi bucuroși să vă ajutăm folosind mulți ani de experiență.
Proprietăți chimice.
Niobiul este acoperit în mod natural cu un strat dens de oxid. Stratul de oxid protejează materialul și oferă o rezistență mare la coroziune. La temperatura camerei, niobiul nu este stabil în doar câteva substanțe anorganice: este acid sulfuric concentrat, fluor, fluorură de hidrogen, acid fluorhidric și acid oxalic. Niobiul este stabil în soluții apoase de amoniac.
Soluțiile alcaline, hidroxidul de sodiu lichid și hidroxidul de potasiu au, de asemenea, un efect chimic asupra niobiului. Elementele care formează soluții interstițiale solide, în special hidrogenul, pot face, de asemenea, niobiu fragil. Rezistența la coroziune a niobiului scade odată cu creșterea temperaturii și în contact cu soluții constând din mai multe substanțe chimice. La temperatura camerei, niobiul este complet stabil în mediul oricărei substanțe nemetalice, cu excepția fluorului. Cu toate acestea, la temperaturi peste 150 ° C, niobiul reacționează cu clor, brom, iod, sulf și fosfor.
| Rezistența la coroziune în apă, soluții apoase și în mediul nemetalelor | ||
|---|---|---|
| apă | Apa calda< 150 °C | stabil |
| Acizi anorganici | Acid clorhidric< 30 % до 110 °C Серная кислота < 98 % до 100 °C Азотная кислота < 65 % до 190 °C Фтористо-водородная кислота < 60 % Фосфорная кислота < 85 % до 90 °C | stabil stabil stabil instabil stabil |
| Acizii organici | Acidul acetic< 100 % до 100 °C Щавелевая кислота < 10 % Молочная кислота < 85 % до 150 °C Винная кислота < 20 % до 150 °C | stabil instabil stabil stabil |
| Soluții alcaline | Hidroxid de sodiu< 5 % Гидроксид калия < 5 % Аммиачные растворы < 17 % до 20 °C Карбонат натрия < 20 % до 20 °C | instabil instabil stabil stabil |
| Soluții saline | Clorura de amoniu< 150 °C Clorură de calciu< 150 °C Clorură ferică< 150 °C Clorat de potasiu< 150 °C Lichidele corporale< 150 °C Sulfat de magneziu< 150 °C Nitrat de sodiu< 150 °C Clorură de staniu< 150 °C | stabil stabil stabil stabil stabil stabil stabil stabil |
| Nemetale | Clor fluor< 100 °C brom< 100 °C iod< 100 °C sulf< 100 °C fosfor< 100 °C bor< 800 °C | nestoykiystoyky stabil stabil stabil stabil stabil |
Niobiul este stabil în anumite topituri metalice, cum ar fi Ag, Bi, Cd, Cs, Cu, Ga, Hg, K, Li, Mg, Na și Pb, cu condiția ca aceste topiri să conțină o cantitate mică de oxigen. Al, Fe, Be, Ni, Co, precum și Zn și Sn au un efect chimic asupra niobiului ..
| Rezistența la coroziune în metal se topește | |||
|---|---|---|---|
| aluminiu | instabil | litiu | rezistent la temperatură< 1 000 °C |
| beriliu | instabil | magneziu | rezistent la temperatură< 950 °C |
| plumb | rezistent la temperatură< 850 °C | sodiu | rezistent la temperatură< 1 000 °C |
| cadmiu | rezistent la temperatură< 400 °C | nichel | instabil |
| cesiu | rezistent la temperatură< 670 °C | mercur | rezistent la temperatură< 600 °C |
| fier | instabil | argint | rezistent la temperatură< 1 100 °C |
| galiu | rezistent la temperatură< 400 °C | bismut | rezistent la temperatură< 550°C |
| potasiu | rezistent la temperatură< 1 000 °C | zinc | instabil |
| cupru | rezistent la temperatură< 1200 °C | staniu | instabil |
| cobalt | instabil | ||
Niobiul nu reacționează cu gazele inerte. Din acest motiv, gazele inerte pure pot fi utilizate ca gaze de protecție. Cu toate acestea, odată cu creșterea temperaturii, niobiul reacționează activ cu oxigenul, azotul și hidrogenul conținut în aer. Oxigenul și azotul pot fi eliminate prin reciclarea materialului în vid ridicat la temperaturi peste 1.700 ° C. Hidrogenul este eliminat deja la 800 ° C. Un astfel de proces duce la pierderea materialului datorită formării oxizilor volatili și recristalizării structurii.
Vrei să folosești niobiu în cuptorul tău industrial? Rețineți că niobiul poate reacționa cu părți structurale din oxizi refractari sau grafit. Chiar și oxizii foarte stabili, cum ar fi alumina, magneziul sau oxidul de zirconiu, pot suferi o reducere la temperatură ridicată dacă vin în contact cu niobiu. La contactul cu grafitul, se pot forma carburi, ceea ce duce la o creștere a fragilității niobiului. Deși niobiul poate fi, de obicei, ușor combinat cu molibdenul sau tungstenul, acesta poate reacționa cu nitrură de bor hexagonală și nitrură de siliciu. Limitele de temperatură prezentate în tabel sunt valabile pentru vid. Când folosiți gaz de protecție, aceste temperaturi sunt cu aproximativ 100 ° C-200 ° C mai mici.
Niobiul, care a devenit fragil la contactul cu hidrogenul, poate fi regenerat prin recoacere în vid ridicat la o temperatură de 800 ° C.
Prevalență în natură și pregătire.
În 1801, chimistul englez Charles Hatchett a examinat o piatră neagră grea adusă din America. El a descoperit că piatra conține un element necunoscut la acea vreme, pe care l-a numit columbiul de țara sa de origine. Numele cu care este cunoscut acum - "niobium" - i-a fost dat în 1844 de al doilea descoperitor Heinrich Rose. Heinrich Rose a fost prima persoană care a reușit să separe niobiul de tantal. Înainte de asta, era imposibil să distingem între aceste două materiale. Rose a dat metalului numele " niobiu"după numele fiicei țarului Tantalum Niobium. Astfel, el a vrut să sublinieze relația strânsă dintre cele două metale. Niobium metal a fost obținut pentru prima dată prin restaurare în 1864 de K.V. Blomstrand. Denumirea oficială niobium a primit doar aproximativ 100 de ani după multă dezbatere. International Association of Theoretical. iar chimia aplicată a recunoscut niobiul drept denumirea oficială a metalului.
Niobiul se găsește cel mai adesea în natură sub formă de columbit, cunoscut și sub numele de niobit, a cărui formulă chimică este (Fe, Mn) [(Nb, Ta) O3] 2. O altă sursă importantă de niobiu este pyrochlore, o structură complexă a calciului niobate. Depozitele acestui minereu sunt situate în Australia, Brazilia și unele țări africane.
Minereul extras este îmbogățit prin diferite metode, iar rezultatul este un concentrat cu un conținut de (Ta, Nb) 2O5 până la 70%. Apoi, concentratul este dizolvat în acid fluorhidric și sulfuric. După aceasta, extracțiile de tantal și fluorură de niobiu sunt extrase prin extracție. Fluorura de niobiu este oxidată de oxigen, rezultând formarea de pentoxid de niobiu, apoi este redusă cu carbon la o temperatură de 2.000 ° C, rezultând formarea de metal niobiu. Prin topirea suplimentară a fasciculului de electroni se obține niobiu de înaltă puritate.
În alte grecești mitologie * a. niobiu; n. Niob, Niobiu; f. niobiu; și. niobio), este un element chimic din grupa V a sistemului periodic al lui Mendeleev, numărul atomic 41, masa atomică 92.9064. Are un izotop natural 93 Nb.
Oxidul de niobiu a fost izolat pentru prima dată de chimistul englez C. Hatchet în 1801 de columbit. În 1866, savantul suedez K.V. Blomstrand a primit niobiu metalic.
Proprietăți de niobiu
Niobiul este un metal de culoare oțel, are o rețea cubică centrată pe corp cu \u003d 0,3294 nm; densitate 8570 kg / m 3; punctul de topire 2500 ° C; punctul de fierbere 4927 ° C; capacitate termică (298 K) 24,6 J / (mol.K); conductivitate termică (273 K) 51,4 W / (m.K); coeficientul de temperatură de expansiune liniară (63-1103 K) 7.9.10 -6 K -1; rezistență electrică specifică (293 K) 16,10 -8 Ohm.m; coeficientul termic de rezistență electrică (273 K) 3.95.10 -3 K -1. Temperatura trecerii la starea supraconductoare este de 9,46 K.
Starea de oxidare este de +5, mai rar de la +1 la +4. În proprietățile chimice este aproape de tantal, extrem de rezistent la frig și cu o încălzire mică la acțiunea multor medii agresive, inclusiv și acizi. Niobiul dizolvă numai acidul fluorhidric, amestecul său cu acidul azotic și alcaliile. Amfoteren. Atunci când interacționează cu halogenii, formează halogenuri de niobiu. Fuzionând Nb 2 O 5 cu sodă, se obțin săruri ale acizilor niobici - niobați - deși acizii înșiși nu există în stare liberă. Niobiul poate forma săruri duble și compuși complexi. Nu este toxic
Primire și cerere
Pentru a obține niobiu, concentratul de niobiu este topit cu hidroxid de sodiu sau sifon și aliajul rezultat este lixiviat. Nb și Ta conținute în precipitatul insolubil sunt separate, oxidul de niobiu este redus separat de oxidul de tantal. Niobiul compact este obținut prin metalurgia pulberilor, arc electric, vid și topirea fasciculului de electroni.
Niobiul este unul dintre componentele principale în alierea oțelurilor și aliajelor rezistente la căldură. Niobiul și aliajele sale sunt utilizate ca materiale structurale pentru piese ale motoarelor cu jet, rachete, turbine cu gaz, echipamente chimice, dispozitive electronice, condensatoare electrice, dispozitive supraconductoare. Niabații sunt utilizați pe scară largă ca materiale electrice, piezoelectrice și materiale laser.
0,145 nm, (numărul de coordonare este indicat între paranteze) Nb 2+ 0,085 nm (6), Nb 3+ 0,086 nm (6), Nb 4+ 0,082 nm (6), 0,092 nm (8), Nb 5 + 0,062 nm ( 4), 0,078 nm (6), 0,083 nm (7), 0,088 nm (8).
Conținut în scoarța pământului 2. 10 -3% în greutate. Apare în natură, de obicei cu Ta. Naib. importante sunt tantalita columbită și loparita. Tantalitul columbit (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6 conține 82-86% Nb și Ta. Când conținutul de niobiu este mai mare decât Ta, numit. columbit, cu raport invers - tantalit. (Na, Ca, Ce) 2 (Nb, Ti) 2 (OH, F) O 6 conține de obicei 37,5-65,6% Nb2O5; loparit (Na, Ce, Ca, SrXNb, Ti) O 3 -8-10% Nb2O5. niobiul este slab paramagnetic și radioactiv datorită impurităților U și Th.
Columbitul se găsește în pegmatite ignee, biotite și granite alcaline, uneori în depozitele de placer (Nigeria), este adesea minat ca un produs secundar al îmbogățirii concentratelor de staniu. găsit în carbonatite, alcaline alcaline (Canada), nefinină-syenite pegmatite, în produsele de intemperii eluviale ale syenite-carbonatite (Brazilia). Depozitele mari de loparit sunt disponibile în URSS.
Rezervele globale totale de niobiu (fără URSS) au fost estimate (1980) la 18 milioane tone, în industrie. depozite aprox. 3,4 milioane tone (din care 3,2 milioane tone în Brazilia).
Proprietăți.Niobium este un gri argintiu strălucitor; Cree-stallich. grilă volumetrică centrală. tip cubic a-Fe, a \u003d 0,3294 nm, z \u003d 2, spații. grup Im3m; t. pl. 2477 ° C, bp aproximativ 4760 ° C; strâns. 8,57 g / cm3; C0 p 24,44 J / (. K); DH 0 pl 31,0 kJ / (2477 ° C), DH 0 sub 720kJ / (0 K), DH 0 folosesc 662 kJ / (4760 ° C); S 0 298 36,27 JDmol K); nivel de dependență de temperatură față de niobiul lichid: lgр (Pa) \u003d 13.877-40169 / T (2304<= Т<= 2596
К); температурный коэф. линейного расширения 7,1 . 10 -6 К -1
(0-100 °С); 52,3 Вт/(м. К) при 20 °С и 65,2
Вт/(м. К) при 600 °С; r 1,522 . 10 -9 Ом. м
при 0°С, температурный коэф. r 3,95 х х 10 -3 К -1 (0-100°С).
Ниобий парамагнитен, уд. магн. восприимчивость + 2,28 . 10 -6
(18 °С). Т-ра перехода в сверхпрово-дящее состояние 9,28 К.
Niobiul pur se prelucrează cu ușurință la frig; rezistent la căldură; cel mai rar 342 MPa (20 ° C) și 312 MPa (800 ° C); rel. alungirea de 19,2% (20 ° C) și 20,7% (800 ° C); conform Brinell 450 MPa pentru pur și 750-1800 MPa pentru tehnic. Amestecurile de H, N, C și O reduc niobiul și îl cresc. Niobiul trece într-o stare fragilă la temperaturi cuprinse între -100 și -200 ° C.
Chimic, niobiu este destul de stabil. Într-o formă compactă, începe să se oxideze la peste 200 ° C, dând interacțiune. cu Cl2 peste 200 ° C, cu F 2 și H 2 peste 250 ° C (intens cu H 2 la 360 ° C), cu N 2 peste 400 ° C, cu C și hidrocarburi la 1200-1600 ° S. În frig, nu sol. c, acid clorhidric și sulfuric, nu reacționează cu HNO 3, H 3 PO 4, HclO 4, soluție apoasă de NH 3. Rezistent la topire. Li, Na, K, Sn, Pb, Bi și, de asemenea, Hg. Sol. în acelea hidrofluorice, amestecurile sale cu HNO 3, în topitură. NH4 HF2 și NaOH. Absoarbe reversibil H2, formând o soluție interstițială solidă (până la 10 la.% H) și o compoziție de NbH x (x \u003d 0,7-1,0) cu rombic. cristalin. bare; pentru NbH 0,761 DH 0 arr - 74,0 kJ /; p-nimalitatea în niobiu variază de la 104 cm 3 / g la 20 ° С până la 4,0 cm 3 / g la 900 ° С, peste 1000 ° С Н 2 practic nu este sol. în niobiu. de asemenea, format în primele etape ale niobiului în fluorură de hidrogenk-te, amestecurile sale cu HNO3 și NH4HF 2, precum și K-t din niobiu (NbH 2,00 a fost obținut în acest fel). niobiu și cu căldură. folosit pentru a obține fin divizat.
În interacțiunea niobiului cu C, se formează una dintre cele trei faze: o soluție solidă Cb, Nb 2 C sau NbC. Soluția solidă conține 2 at. % C la 2000 ° C; ritmul C în niobiu scade brusc cu o scădere a t-ry. Carburul Nb 2 C formează trei modificări polimorfe: rombic este stabil până la 1230 ° C. faza (grupa spatiala Pbcn), la 1230 ° C este convertita. în hex. faza b (grupa spațială P6 3 22), marginea la 2450 ° C, trece în celălalt hexagon. -g faza (grupa spatiala P6 3 / mmc); t. pl. aproximativ 2990 ° С (incongruent, cu eliberarea de NbС x solid). Pentru a-Nb2C: C 0 p 63,51 J / (. K); DH 0 arr - 188 kJ /; S 0 298 64,10 JD mol. K); trecerea la starea supraconductoare este de 9,2 K. cristale NbC sau de culoare gri-maro, regiunea de omogenitate este de la NbC 0,70 la NbC 1,0; la 377 ° C, se observă o tranziție polimorfă, o temperatură înaltă cubică. faza (a \u003d 0,4458 nm, grupa spațială PT3t, densitatea 7,81 g / cm3) se topește incongruent aprox. 3390 ° C; DH 0 arr - 135 kJ /; S 0 298 35,4 JDmol K); temperatura de tranziție la starea supraconductoare este de 12,1 K. Faza NbC 0,80 are un punct de topire de ~ 3620 ° C NbC formează soluții solide cu TaC, TiC, ZrC, etc. În industrie, NbC are interacțiune. Nb 2 O 5 s aprox. 1800 ° C în H2; mb de asemenea, obținute din elemente sau prin încălzirea halogenurilor volatile de niobiu la 2300-2900 ° С.
În sistemul Nb-N se formează: o soluție solidă de intercalare în niobiu (faza a), N și R și d Nb 2 N (hexagon. Faza R) și NbN (cubic. D- și hexagon. Q faze) și multe altele. faze. Polaritatea P 2 în niobiu la atm. descris de ur-c \u003d 180 exp (- 57300 / RT) la. % (1073<= T<= 1873 К). b-Фаза гомогенна в области NbN 0,4 -NbN 0,5 ;
для нее а = 0,3056 нм с = 0,4995 нм, пространств. группа Р6 3 /ттс-
С 0 p 67 ДжДмоль. К); DH 0 обр
- 249 кДж/ ; S 0 298 79 ДжДмоль. К).
Светло-серая с желтоватым блеском d-фаза гомогенна в области NbN 0,88 -NbN l,06 ,
для нее а = 0,4373-0,4397 нм, пространств. группа Fm3m.
Для q-фа-зы: С 0 р 37,5 ДжДмоль. К),
DH 0 oбр -234 кДж/ , S 0 298
33,3 ДжДмоль К). не раств. в соляной к-те, HNO 3 и H 2 SO 4 ,
при кипячении со выделяют NH 3 , при нагр. на окисляются.
Т-ры перехода в сверхпроводящее состояние для NbN x с x
= 0,80, 0,90, 0,93 и 1,00 равны соотв. 13,8, 16,0, 16,3 и 16,05 К. получают
нагреванием или ниобия в N 2 или NH 3
до 1100-1800 °С или взаимод. летучих галогенидов ниобия с NH 3 . Известны
карбо- (получают взаимод. Nb, N 2 или NH 3 с
выше 1200°С) и оксинитриды ниобия.
Noțiuni de bază.Aproximativ 95% din niobiu este obținut din piroclor, tantalit-columbit și loparit. îmbogățește gravitația. metode și, precum și electromagnet. sau radiometric. , izolând concentrații de piroclor și colum-bit cu conținutul de Nb205 până la 60%.
Concentratele sunt prelucrate la ferroniobiu sau tehnologie. Nb 2 O 5, mai rar până la NbCl 5 și K 2 NbF 7 (vezi). Niobiul metalic este obținut din Nb2O5, K2 NbF 7 sau NbCl5.
În producția de ferroniobiu, un amestec de concentrații de piroclor cu Fe 2 O 3, Al și pulbere sunt încărcate în reactoare verticale de oțel sau cupru răcite cu apă și folosind echipament special. siguranța inițiază exoterm. p-tions: 3Nb2O5 + 10Al6Nb + + 5Al2O3; Fe2O3 + 2Al2Fe + Al2O3. Apoi zgura este scursă, răcită și obținută este măcinată. Producția de niobiu în lingou cu o încărcătură de concentrat până la 18 tone ajunge la 98%.
Tech. Nb 2 O 5 primește Nb și Ta din concentrate și zgură de topire a stanului prin acțiunea de fluorură de hidrogen. purificarea și separarea Nb și Ta cu 100% ciclohexanonă (mai rar, alți extractanți), striparea cu niobiu prin acțiunea unei soluții apoase de NH4 F, dintr-o striping Nb și calcinarea.
Conform metodei sulfat, concentratele sunt tratate cu H2S04 sau cu un amestec de acesta cu (NH 4) 2 SO 4 la 150-300 ° C, r-rom lixiviat, Nb și Ta separați de Ti, Nb și Ta separați și purificați de complexele lor de fluorură sau oxofluorură , apoi izolând Nb2O5.
Metoda clorurii implică amestecarea concentratului cu brichetare și brichete în ax la 700-800 ° C sau direct sub formă de concentrat pulverulent și în clorură de sare pe bază de NaCl și KCl. În continuare, Nb și Ta volatile sunt separate, separate și purificate și separate cu recoacere a precipitatului de niobiu. Uneori feroniobiul sau deșeurile sunt clorurate.
Nb2O5 este redus la aluminiu sau carbo-termic sau prin încălzirea unui amestec de Nb205 și NbC la 1800-1900 ° C. Aplicați și natrietermich. K 2 NbF 7 electrolitic Nb 2 O 5 sau K 2 NbF 7 în K 2 NbF 7 și. Învelișurile deosebit de pure sau de niobiu la altele primesc NbCl 5 la temperaturi peste 1000 ° C.
Niobiul sub formă de praf este brichetat, sinterizat și topit în arc electric sau fascicul de electroni. În stadiile inițiale de purificare, sunt utilizate și cu cele consumate în KCl-NaCl.