الخصائص الفيزيائية للنيوبيوم Nb في درجات حرارة مختلفة. الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتنتالوم والنيوبيوم

جامعة ولاية الأورال للتعدين

حول الموضوع: خصائص النيوبيوم

المجموعة: م-13-3

الطالب: مخناشين نيكيتا

1. معلومات عامةحول العنصر

الخصائص الفيزيائيةالنيوبيوم

الخواص الكيميائيةالنيوبيوم

النيوبيوم في الحالة الحرة

أكاسيد النيوبيوم وأملاحها

مركبات النيوبيوم

الدول الرائدة في إنتاج النيوبيوم

1. معلومات عامة عن العنصر

لقد كانت البشرية على دراية بالعنصر الذي يحتل الخلية الحادية والأربعين في الجدول الدوري لفترة طويلة. واسمه الحالي، النيوبيوم، أصغر منه بحوالي نصف قرن. وحدث أن تم فتح العنصر رقم 41 مرتين. المرة الأولى - في عام 1801، قام العالم الإنجليزي تشارلز هاتشيت بفحص عينة من المعدن الحقيقي المرسلة إلى المتحف البريطاني من أمريكا. ومن هذا المعدن قام بعزل أكسيد عنصر لم يكن معروفا من قبل. عنصر جديدأطلق عليها هاتشيت اسم كولومبيا، مشيراً بذلك إلى أصلها الخارجي. وكان يسمى المعدن الأسود كولومبيت. وبعد مرور عام، عزل الكيميائي السويدي إيكيبيرج أكسيد عنصر جديد آخر من الكولومبيت، يسمى التنتالوم. كان التشابه بين مركبي كولومبيا والتنتالوم كبيرًا جدًا لدرجة أن معظم الكيميائيين اعتقدوا لمدة 40 عامًا أن التنتالوم والكولومبيوم هما نفس العنصر.

في عام 1844، قام الكيميائي الألماني هاينريش روز بفحص عينات من الكولومبيت الموجود في بافاريا. اكتشف مرة أخرى أكاسيد اثنين من المعادن. واحد منهم كان أكسيد التنتالوم المعروف بالفعل. كانت الأكسيدات متشابهة، وللتأكيد على تشابهها، قامت روز بتسمية العنصر الذي يشكل أكسيد النيوبيوم الثاني، على اسم نيوب، ابنة الشهيد الأسطوري تانتالوس. ومع ذلك، روز، مثل هاتشيت، لم تتمكن من الحصول على هذا العنصر في حالة حرة. تم الحصول على النيوبيوم المعدني لأول مرة فقط في عام 1866 من قبل العالم السويدي بلومستراند أثناء اختزال كلوريد النيوبيوم بالهيدروجين. في نهاية القرن التاسع عشر. تم العثور على طريقتين أخريين للحصول على هذا العنصر. أولاً، حصل مويسان عليه في فرن كهربائي، مختزلًا أكسيد النيوبيوم بالكربون، ومن ثم تمكن جولدشميت من اختزال نفس العنصر بالألمنيوم. واستدعاء العنصر رقم 41 ف دول مختلفةاستمر بطرق مختلفة: في إنجلترا والولايات المتحدة - مع كولومبيا، في بلدان أخرى - مع النيوبيوم. وضع الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) حدًا لهذا الجدل في عام 1950. وتقرر إضفاء الشرعية على اسم عنصر "النيوبيوم" في كل مكان، وتم تخصيص اسم "الكلومبيت" للمعدن الرئيسي للنيوبيوم. صيغته هي (Fe, Mn)(Nb, Ta)2 عن 6.

وليس من قبيل الصدفة أن يعتبر النيوبيوم عنصرًا نادرًا: فهو يوجد بالفعل بشكل نادر وبكميات صغيرة، دائمًا في شكل معادن ولا يوجد أبدًا في حالته الأصلية. تفاصيل مثيرة للاهتمام: في الكتب المرجعية المختلفة لكلارك (المحتويات الموجودة في قشرة الأرض) النيوبيوم مختلف. هذا يرجع بشكل رئيسي إلى حقيقة أنه في السنوات الاخيرةتم العثور على رواسب جديدة من المعادن التي تحتوي على النيوبيوم في البلدان الأفريقية. دليل الكيميائي، المجلد 1 (م، الكيمياء، 1963) يعطي الأرقام التالية: 3.2 10-5% (1939)، 1 10-3% (1949) و2، 4·10-3% (1954). لكن الأرقام الأخيرة تم التقليل من أهميتها أيضًا: فالرواسب الأفريقية المكتشفة في السنوات الأخيرة غير مدرجة هنا. ومع ذلك، تشير التقديرات إلى أنه يمكن صهر ما يقرب من 1.5 مليون طن من النيوبيوم المعدني من معادن موجودة في رواسب معروفة بالفعل.

الخصائص الفيزيائية للنيوبيوم

النيوبيوم معدن فضي لامع.

النيوبيوم العنصري هو معدن شديد المقاومة للحرارة (2468 درجة مئوية) وعالي الغليان (4927 درجة مئوية)، ومقاوم جدًا للعديد من البيئات العدوانية. جميع الأحماض، باستثناء حمض الهيدروفلوريك، ليس لها أي تأثير عليه. تعمل الأحماض المؤكسدة على "تخميل" النيوبيوم، وتغطيته بطبقة أكسيد واقية (رقم 205). لكن عندما درجات حرارة عاليةيزداد النشاط الكيميائي للنيوبيوم. إذا تم أكسدة طبقة سطحية صغيرة فقط من المعدن عند درجة حرارة 150...200 درجة مئوية، فإنه عند درجة حرارة 900...1200 درجة مئوية يزيد سمك طبقة الأكسيد بشكل ملحوظ.

الشبكة البلورية للنيوبيوم عبارة عن مكعب متمركز حول الجسم مع المعلمة a = 3.294 Å.

المعدن النقي مطاوع ويمكن دحرجته إلى صفائح رقيقة (يصل سمكها إلى 0.01 مم) في حالة باردة دون التلدين المتوسط.

ومن الممكن أن نلاحظ خصائص النيوبيوم مثل ارتفاع درجات الانصهار والغليان، وأكثر من ذلك أداء منخفضعائد الإلكترون مقارنة بالمعادن الحرارية الأخرى - التنغستن والموليبدينوم. الخاصية الأخيرة تميز القدرة على انبعاث الإلكترون (انبعاث الإلكترون)، والتي تستخدم لاستخدام النيوبيوم في تكنولوجيا الفراغ الكهربائي. يتمتع النيوبيوم أيضًا بدرجة حرارة انتقال عالية إلى حالة التوصيل الفائق.

الكثافة 8.57 جم/سم3 3(20 درجة مئوية)؛ ر رر 2500 درجة مئوية؛ ر بالة 4927 درجة مئوية؛ ضغط البخار (مم زئبق؛ 1 مم زئبق = 133.3 ن/م 2) 1·10 -5(2194 درجة مئوية)، 110 -4(2355 درجة مئوية)، 610 -4(في ر رر )، 1·10-3 (2539 درجة مئوية).

في درجات الحرارة العادية، النيوبيوم مستقر في الهواء. تتم ملاحظة بداية الأكسدة (فيلم تغير اللون) عند تسخين المعدن إلى 200 - 300 درجة مئوية. تحدث الأكسدة السريعة فوق 500 درجة مع تكوين أكسيد Nb2 يا 5.

الموصلية الحرارية بوحدة W/(m·K) عند 0 درجة مئوية و600 درجة مئوية هي 51.4 و56.2 على التوالي، ونفس الشيء في cal/(cm·sec·°C) هي 0.125 و0.156. حجم معين المقاومة الكهربائيةعند 0 درجة مئوية 15.22 10 -8أوم م (15.22 10 -6أوم سم). تبلغ درجة حرارة الانتقال إلى حالة التوصيل الفائق 9.25 كلفن. والنيوبيوم مادة مغناطيسية مسايرة. وظيفة عمل الإلكترون 4.01 فولت.

تتم معالجة النيوبيوم النقي بسهولة بالضغط البارد ويحتفظ بخصائص ميكانيكية مرضية عند درجات حرارة عالية. تبلغ قوة الشد عند 20 و800 درجة مئوية على التوالي 342 و312 مليون/م 2، نفس الشيء بالكيلو جرام / مم 234.2 و 31.2؛ الاستطالة النسبية عند 20 و800 درجة مئوية هي 19.2 و20.7% على التوالي. صلابة برينل للنيوبيوم النقي هي 450، التقنية 750-1800 مليون/م 2. شوائب بعض العناصر، وخاصة الهيدروجين والنيتروجين والكربون والأكسجين، تضعف بشكل كبير ليونة وتزيد من صلابة النيوبيوم.

3. الخواص الكيميائية للنيوبيوم

النيوبيوم ذو قيمة خاصة لمقاومته للمواد غير العضوية و المواد العضوية.

هناك اختلاف في السلوك الكيميائي للمعدن المسحوق والمقطع. هذا الأخير أكثر استقرارا. ولا يكون للمعادن أي تأثير عليه، حتى لو تم تسخينه إلى درجات حرارة عالية. يمكن للمعادن القلوية السائلة وسبائكها، البزموت، الرصاص، الزئبق، والقصدير أن تتلامس مع النيوبيوم لفترة طويلة دون تغيير خصائصه. حتى العوامل المؤكسدة القوية مثل حمض البيركلوريك والأكوا ريجيا، ناهيك عن النيتريك والكبريتيك والهيدروكلوريك وجميع العناصر الأخرى، لا يمكنها فعل أي شيء بها. المحاليل القلوية أيضًا ليس لها أي تأثير على النيوبيوم.

ومع ذلك، هناك ثلاثة كواشف يمكنها تحويل معدن النيوبيوم إلى مركبات كيميائية. واحد منهم هو ذوبان بعض الهيدروكسيد الفلزات القلوية:

Nb+4NaOH+5O2 = 4NaNbO3+2H2O

والاثنان الآخران هما حمض الهيدروفلوريك (HF) أو خليطه مع حمض النيتريك (HF+HNO). في هذه الحالة، يتم تشكيل مجمعات الفلورايد، وتكوينها يعتمد إلى حد كبير على ظروف التفاعل. على أية حال، العنصر هو جزء من أنيون من النوع 2- أو 2-.

إذا تناولت مسحوق النيوبيوم، فهو أكثر نشاطًا إلى حد ما. على سبيل المثال، في نترات الصوديوم المنصهرة، فإنه يشتعل، ويتحول إلى أكسيد. يبدأ النيوبيوم المضغوط في التأكسد عند تسخينه فوق 200 درجة مئوية، ويصبح المسحوق مغطى بطبقة أكسيد عند درجة حرارة 150 درجة مئوية بالفعل. في هذه الحالة، واحدة من خصائص رائعةيحتفظ هذا المعدن بالليونة.

على شكل نشارة الخشب، عند تسخينها فوق 900 درجة مئوية، تحترق بالكامل إلى Nb2O5. يحترق بقوة في تيار من الكلور:

ملحوظة: 5Cl2 = 2NbCl5

عند تسخينه يتفاعل مع الكبريت. من الصعب خلط معظم المعادن. ربما يكون هناك استثناءان فقط: الحديد، الذي تتشكل به المحاليل الصلبة موقف مختلفوالألومنيوم الذي يحتوي على مركب Al2Nb مع النيوبيوم.

ما هي صفات النيوبيوم التي تساعده على مقاومة عمل أقوى الأحماض المؤكسدة؟ وتبين أن هذا لا يشير إلى خصائص المعدن، بل إلى خصائص أكاسيده. عند ملامسة العوامل المؤكسدة، تظهر طبقة رقيقة (وبالتالي غير ملحوظة) ولكن كثيفة جدًا من الأكاسيد على سطح المعدن. تصبح هذه الطبقة حاجزًا لا يمكن التغلب عليه في طريق العامل المؤكسد إلى سطح معدني نظيف. فقط بعض الكواشف الكيميائية، وخاصة أنيون الفلور، يمكنها اختراقها. وبالتالي، يتأكسد المعدن بشكل أساسي، ولكن عمليا تكون نتائج الأكسدة غير مرئية بسبب وجود طبقة واقية رقيقة. يتم استخدام السلبية تجاه حمض الكبريتيك المخفف لإنشاء مقوم التيار المتردد. إنه مصمم ببساطة: يتم غمر ألواح البلاتين والنيوبيوم في محلول حمض الكبريتيك 0.05 م. يمكن للنيوبيوم في حالة تخميله أن يوصل التيار إذا كان قطبًا سالبًا - كاثودًا، أي يمكن للإلكترونات المرور عبر طبقة الأكسيد فقط من الجانب المعدني. يكون مسار خروج الإلكترونات من المحلول مغلقًا. لذلك، عند تمرير تيار متردد عبر مثل هذا الجهاز، يمر طور واحد فقط، حيث يكون البلاتين هو الأنود والنيوبيوم هو الكاثود.

الهالوجين معدن النيوبيوم

4. النيوبيوم في حالة حرة

إنها جميلة جدًا لدرجة أنهم حاولوا ذات مرة صنع المجوهرات منها: بلونها الرمادي الفاتح يشبه النيوبيوم البلاتين. وعلى الرغم من نقاط الانصهار العالية (2500 درجة مئوية) ونقاط الغليان (4840 درجة مئوية)، إلا أنه يمكن صنع أي منتج منه بسهولة. المعدن مرن للغاية بحيث يمكن معالجته في البرد. من المهم جدًا أن يحتفظ النيوبيوم بخصائصه الميكانيكية عند درجات حرارة عالية. صحيح، كما هو الحال في حالة الفاناديوم، حتى الشوائب الصغيرة من الهيدروجين والنيتروجين والكربون والأكسجين تقلل بشكل كبير من الليونة وتزيد من الصلابة. يصبح النيوبيوم هشًا عند درجات حرارة تتراوح من -100 إلى -200 درجة مئوية.

أصبح الحصول على النيوبيوم في شكل فائق النقاء وصغير الحجم ممكنًا مع استخدام التكنولوجيا في السنوات الأخيرة. الجميع العملية التكنولوجيةمعقدة وتستغرق وقتا طويلا. في الأساس يتم تقسيمها إلى 4 مراحل:

1.الحصول على التركيز: فيرونيوبيوم أو فيروتانتالونيوبيوم.

.فتح التركيز - تحويل النيوبيوم (والتنتالوم) إلى بعض المركبات غير القابلة للذوبان من أجل فصلها عن الجزء الأكبر من التركيز؛

.فصل النيوبيوم والتنتالوم والحصول على مركباتهما الفردية؛

.إنتاج وتكرير المعادن.

المرحلتان الأوليتان بسيطتان وشائعتان للغاية، على الرغم من أنها كثيفة العمالة. يتم تحديد درجة فصل النيوبيوم والتنتالوم بالمرحلة الثالثة. إن الرغبة في الحصول على أكبر قدر ممكن من النيوبيوم وخاصة التنتالوم أجبرتنا على العثور عليه أحدث الأساليبالفصل: الاستخلاص الانتقائي، التبادل الأيوني، تصحيح مركبات هذه العناصر مع الهالوجينات. ونتيجة لذلك، يتم الحصول على أكسيد أو خماسي كلوريد التنتالوم والنيوبيوم بشكل منفصل. في المرحلة الأخيرة، يتم استخدام الاختزال بالفحم (السخام) في تيار من الهيدروجين عند 1800 درجة مئوية، ومن ثم يتم رفع درجة الحرارة إلى 1900 درجة مئوية ويتم تقليل الضغط. يتفاعل الكربيد الناتج من التفاعل مع الفحم مع Nb2O5 :

2Nb2O5 + 5NbC = 9Nb + 5CO3،

ويظهر مسحوق النيوبيوم. إذا، نتيجة لفصل النيوبيوم عن التنتالوم، لا يتم الحصول على أكسيد، بل ملح، فإنه يتم معالجته بالصوديوم المعدني عند 1000 درجة مئوية ويتم الحصول أيضًا على مسحوق النيوبيوم. لذلك، أثناء تحويل المسحوق إلى كتلة متراصة مدمجة، تتم إعادة الصهر في فرن القوس، وللحصول على بلورات مفردة من النيوبيوم النقي بشكل خاص، يتم استخدام شعاع الإلكترون وذوبان المنطقة.

أكاسيد النيوبيوم وأملاحها

عدد المركبات التي تحتوي على الأكسجين في النيوبيوم صغير، وأقل بكثير من الفاناديوم. ويفسر ذلك حقيقة أنه في المركبات المقابلة لحالة الأكسدة +4 و +3 و +2، يكون النيوبيوم غير مستقر للغاية. إذا بدأت ذرة هذا العنصر في التخلي عن الإلكترونات، فإنها تميل إلى التخلي عن الخمسة جميعًا لتكشف عن تكوين إلكتروني مستقر.

إذا قارنا أيونات لها نفس حالة الأكسدة لاثنين من الجيران في المجموعة - الفاناديوم والنيوبيوم، نجد زيادة في الخصائص في اتجاه المعادن. إن الطبيعة الحمضية لأكسيد Nb2O5 أضعف بشكل ملحوظ من تلك الخاصة بأكسيد الفاناديوم (V). لا يشكل حمضًا عند ذوبانه. تظهر خواصه الحمضية فقط عند اندماجه مع القلويات أو الكربونات:

O5 + 3NA2СO3 = 2NA3NbO4 + 3С02

يشبه هذا الملح - أورثونيوبات الصوديوم - نفس أملاح أحماض أورثوفوسفوريك وأورثوفاناديك. ومع ذلك، في الفوسفور والزرنيخ يكون شكل أورثو هو الأكثر استقرارًا، وتتم محاولة الحصول على أورثونيوبات في شكل نقيفشل. عند معالجة السبيكة بالماء، لا يتم إطلاق ملح Na3NbO4، بل ميثانيوبات NaNbO3. وهو عديم اللون، وقابل للذوبان بشكل طفيف في ماء باردمسحوق بلوري ناعم. وبالتالي، في النيوبيوم في أعلى درجة من الأكسدة، ليس الشكل الأورثوي، ولكن الشكل التعريفي للمركبات هو الأكثر استقرارًا.

من بين المركبات الأخرى لأكسيد النيوبيوم (V) مع الأكاسيد الأساسية، هناك الدينيوبات K4Nb2O7، التي تذكرنا بالأحماض البيروية، والبولي نيوبات (كظل لأحماض البوليفوسفوريك والبوليفانيديوم) ذات الصيغ التقريبية K7Nb5O16.nH2O وK8Nb6O19.mH2O. الأملاح المذكورة، المقابلة لأكسيد النيوبيوم العالي، تحتوي على هذا العنصر كجزء من الأنيون. شكل هذه الأملاح يسمح لنا باعتبارها مشتقات النيوبيوم. الأحماض لا يمكن الحصول على هذه الأحماض في شكلها النقي، حيث يمكن اعتبارها أكاسيد مرتبطة بجزيئات الماء. على سبيل المثال، نموذج التعريف هو Nb2O5. H2O، وشكل orgo هو Nb2O5. 3H2O. إلى جانب هذا النوع من المركبات، يحتوي النيوبيوم على مركبات أخرى حيث يكون بالفعل جزءًا من الكاتيون. لا يشكل النيوبيوم أملاحًا بسيطة مثل الكبريتات والنترات وغيرها. عند التفاعل مع كبريتات هيدروجين الصوديوم NaHSO4 أو أكسيد النيتروجين N2O4 تظهر مواد ذات كاتيون معقد: Nb2O2(SO4)3. تشبه الكاتيونات الموجودة في هذه الأملاح كاتيون الفاناديوم مع الاختلاف الوحيد الذي يتمثل في أن الأيون هنا خماسي الشحنة، والفاناديوم لديه حالة أكسدة قدرها أربعة في أيون الفاناديل. ويدخل نفس الكاتيون NbO3+ في تركيب بعض الأملاح المعقدة. يذوب أكسيد Nb2O5 بسهولة تامة في حمض الهيدروفلوريك المائي. ومن هذه المحاليل يمكن عزل الملح المركب K2. ماء.

بناءً على التفاعلات التي تم النظر فيها، يمكننا أن نستنتج أن النيوبيوم في أعلى حالات الأكسدة يمكن أن يكون جزءًا من كل من الأنيونات والكاتيون. وهذا يعني أن النيوبيوم خماسي التكافؤ هو مذبذب، ولكن مع غلبة كبيرة للخصائص الحمضية.

هناك عدة طرق للحصول على Nb2O5. أولاً، تفاعل النيوبيوم مع الأكسجين عند تسخينه. ثانيا تكليس أملاح النيوبيوم في الهواء: كبريتيد أو نيتريد أو كربيد. ثالثا، الطريقة الأكثر شيوعا هي تجفيف الهيدرات. من المحاليل المائية للأملاح الأحماض المركزةيترسب أكسيد مائي Nb2O5. xH2O. ثم، عندما يتم تخفيف المحاليل، يتشكل أكسيد أبيض يترسب. يصاحب تجفيف رواسب Nb2O5 xH2O إطلاق الحرارة. الكتلة كلها تسخن. يحدث هذا بسبب تحول الأكسيد غير المتبلور إلى شكل بلوري. يأتي أكسيد النيوبيوم بلونين. في الظروف العاديةأبيض، ولكن عند تسخينه يتحول إلى اللون الأصفر. ومع ذلك، بمجرد تبريد الأكسيد، يختفي اللون. الأكسيد مقاوم للحرارة (تذوب = 1460 درجة مئوية) وغير متطاير.

تتوافق حالات الأكسدة المنخفضة للنيوبيوم مع NbO2 وNbO. أول هذين هو مسحوق أسود مع لون أزرق. يتم الحصول على NbO2 من Nb2O5 عن طريق إزالة الأكسجين مع المغنيسيوم أو الهيدروجين عند درجة حرارة حوالي ألف درجة:

O5 + H2 = 2NbO2 + H2O

وفي الهواء، يتحول هذا المركب بسهولة مرة أخرى إلى الأكسيد الأعلى Nb2O5. طابعه سري إلى حد ما، لأن الأكسيد غير قابل للذوبان في الماء أو الأحماض. ومع ذلك فهو يكتسب صفة حمضية بسبب تفاعله مع القلويات المائية الساخنة؛ ولكن في هذه الحالة، تحدث الأكسدة للأيون الخماسي الشحنة.

يبدو أن فرق الإلكترون الواحد ليس كبيرًا جدًا، ولكن على عكس Nb2O5، فإن أكسيد NbO2 موصل كهرباء. من الواضح أنه يوجد في هذا المركب رابطة معدنية-معدنية. إذا استفدت من هذه الجودة فعند تسخينها بقوة التيار المتناوبيمكنك إجبار NbO2 على التخلي عن الأكسجين.

عند فقدان الأكسجين، يتحول NbO2 إلى أكسيد NbO، ومن ثم يتم فصل كل الأكسجين بسرعة كبيرة. لا يُعرف سوى القليل عن أكسيد النيوبيوم السفلي NbO. له بريق معدني ويشبه المعدن في مظهره. يوصل الكهرباء بشكل مثالي. باختصار، يتصرف كما لو أنه لا يوجد أكسجين في تكوينه على الإطلاق. حتى أنه، مثل المعدن النموذجي، يتفاعل بعنف مع الكلور عند تسخينه ويتحول إلى أوكسي كلوريد:

2NbO + 3Cl2=2NbOCl3

من من حمض الهيدروكلوريكيزيح الهيدروجين (كما لو أنه ليس أكسيدًا على الإطلاق، بل معدنًا مثل الزنك):

NbO + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2

يمكن الحصول على NbO في شكل نقي عن طريق تكليس الملح المركب المذكور سابقًا K2 مع الصوديوم المعدني:

K2 + 3Na = NbO + 2KF + 3NaF

أكسيد NbO لديه أعلى نقطة انصهار لجميع أكاسيد النيوبيوم، 1935 درجة مئوية. لتنقية النيوبيوم من الأكسجين، يتم زيادة درجة الحرارة إلى 2300 - 2350 درجة مئوية، ثم في نفس الوقت مع التبخر، يتحلل NbO إلى أكسجين ومعدن. يحدث تكرير (تنظيف) المعدن.

مركبات النيوبيوم

ولا تكتمل القصة عن العنصر دون ذكر مركباته مع الهالوجينات والكربيدات والنيتريدات. وهذا أمر مهم لسببين. أولاً، بفضل مجمعات الفلورايد، من الممكن فصل النيوبيوم عن رفيقه الأبدي التنتالوم. ثانيا، تكشف لنا هذه المركبات صفات النيوبيوم كمعدن.

تفاعل الهالوجينات مع النيوبيوم المعدني:

يمكن الحصول على Nb + 5Cl2 = 2NbCl5، وجميع خماسي هاليدات النيوبيوم الممكنة.

NbF5 خماسي فلوريد (درجة الذوبان = 76 درجة مئوية) عديم اللون في الحالة السائلة وفي البخار. مثل خماسي فلوريد الفاناديوم، فهو في الحالة السائلة بوليمري. ترتبط ذرات النيوبيوم ببعضها البعض من خلال ذرات الفلور. وفي الحالة الصلبة، له هيكل يتكون من أربعة جزيئات (الشكل 2).

أرز. 2. يتكون هيكل NbF5 و TaF5 في الحالة الصلبة من أربعة جزيئات.

تحتوي محاليل حمض الهيدروفلوريك H2F2 على أيونات معقدة مختلفة:

H2F2 = H2؛+ H2O = H2

ملح البوتاسيوم K2. يعد H2O مهمًا لفصل النيوبيوم عن التنتالوم لأنه، على عكس ملح التنتالوم، قابل للذوبان بدرجة عالية.

تكون خماسي هاليدات النيوبيوم المتبقية ذات ألوان زاهية: NbCl5 أصفر، NbBr5 أرجواني-أحمر، NbI2 بني. كلهم سامية دون تحلل في جو الهالوجين المقابل؛ في أزواج هم مونومرات. وتزداد درجات انصهارها وغليانها عند انتقالها من الكلور إلى البروم واليود. بعض طرق تحضير الخماسيات هي:

2NB+5I2 2NbI5;O5+5C+5Cl22NbCl5+5CO;.

2NbCl5+5F22NbF5+5Cl2

البنتاهاليدات شديدة الذوبان في مادة متفاعلة: الأثير، الكلوروفورم، الكحول. ومع ذلك، فهي تتحلل تمامًا بواسطة الماء - وتتحلل مائيًا. نتيجة للتحلل المائي، يتم الحصول على حمضين - حمض الهيدروهاليك وحمض النيوبيك. على سبيل المثال،

4H2O = 5HCl + H3NbO4

عندما يكون التحلل المائي غير مرغوب فيه، يتم إدخال بعض الأحماض القوية ويتحول توازن العملية الموصوفة أعلاه نحو NbCl5. في هذه الحالة، يذوب الخماسييد دون الخضوع للتحلل المائي،

حصل كربيد النيوبيوم على امتنان خاص من علماء المعادن. في أي فولاذ يوجد كربون؛ النيوبيوم، وربطه بالكربيد، يحسن جودة سبائك الفولاذ. عادة، عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ، يكون اللحام أقل قوة. يساعد إدخال النيوبيوم بكمية 200 جرام للطن على تصحيح هذا النقص. عند تسخينه، يشكل النيوبيوم، قبل جميع المعادن الفولاذية الأخرى، مركبًا مع كربيد الكربون. هذا المركب بلاستيكي تمامًا وفي نفس الوقت قادر على تحمل درجات حرارة تصل إلى 3500 درجة مئوية. تكفي طبقة من الكربيد بسمك نصف ملليمتر فقط لحماية المعادن، والجرافيت، وهو أمر ذو قيمة خاصة، من التآكل. يمكن الحصول على الكربيد عن طريق تسخين المعدن أو أكسيد النيوبيوم (V) مع الكربون أو الغازات المحتوية على الكربون (CH4، CO).

نيتريد النيوبيوم مركب لا يتأثر بأي أحماض وحتى "الفودكا الملكية" عند غليه؛ مقاومة للماء. الشيء الوحيد الذي يمكن إجباره على التفاعل معه هو غليان القلويات. في هذه الحالة، فإنه يتحلل، وإطلاق الأمونيا.

نيتريد NbN ذو لون رمادي فاتح مع لون مصفر. إنه مقاوم للحرارة (درجة الحرارة 2300 درجة مئوية)، وله ميزة رائعة - عند درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق (15.6 كلفن، أو -267.4 درجة مئوية)، فهو يتمتع بموصلية فائقة.

من المركبات التي تحتوي على النيوبيوم في حالة أكسدة أقل، الهاليدات هي الأكثر شهرة. جميع الهاليدات السفلية عبارة عن مواد صلبة بلورية داكنة (من الأحمر الداكن إلى الأسود). يتناقص استقرارها مع انخفاض حالة أكسدة المعدن.

تطبيق النيوبيوم في الصناعات المختلفة

تطبيق النيوبيوم لسبائك المعادن

يتمتع الفولاذ المخلوط بالنيوبيوم بمقاومة جيدة للتآكل. يزيد الكروم أيضًا من مقاومة الفولاذ للتآكل، وهو أرخص بكثير من النيوبيوم. هذا القارئ على حق وعلى خطأ في نفس الوقت. أنا مخطئ لأنني نسيت شيئا واحدا.

يحتوي فولاذ الكروم والنيكل، مثل أي فولاذ آخر، على الكربون دائمًا. لكن الكربون يتحد مع الكروم لتكوين الكربيد، مما يجعل الفولاذ أكثر هشاشة. النيوبيوم لديه تقارب أكبر للكربون من الكروم. لذلك، عند إضافة النيوبيوم إلى الفولاذ، يتكون كربيد النيوبيوم بالضرورة. يكتسب الفولاذ المخلوط بالنيوبيوم خصائص عالية مضادة للتآكل ولا يفقد ليونته. التأثير المطلوبيتم تحقيق ذلك عند إضافة 200 جرام فقط من معدن النيوبيوم إلى طن من الفولاذ. ويضفي النيوبيوم مقاومة عالية للتآكل على فولاذ الكروم والمنغنيز.

يتم أيضًا خلط العديد من المعادن غير الحديدية مع النيوبيوم. وبالتالي، فإن الألومنيوم، الذي يذوب بسهولة في القلويات، لا يتفاعل معها إذا أضيف إليها 0.05% فقط من النيوبيوم. والنحاس المعروف بنعومته، ويبدو أن الكثير من سبائكه قد تصلبت بالنيوبيوم. فهو يزيد من قوة المعادن مثل التيتانيوم والموليبدينوم والزركونيوم، وفي نفس الوقت يزيد من مقاومتها للحرارة ومقاومتها للحرارة.

الآن يتم تقدير خصائص وقدرات النيوبيوم في الطيران والهندسة الميكانيكية وهندسة الراديو والصناعة الكيميائية والطاقة النووية. كلهم أصبحوا مستهلكين للنيوبيوم.

خاصية فريدة من نوعها- غياب التفاعل الملحوظ بين النيوبيوم واليورانيوم عند درجات حرارة تصل إلى 1100 درجة مئوية، بالإضافة إلى التوصيل الحراري الجيد والمقطع العرضي الصغير الفعال للامتصاص للنيوترونات الحرارية، مما جعل النيوبيوم منافسًا خطيرًا للمعادن المعترف بها في الصناعة النووية - الألومنيوم والبريليوم والزركونيوم. بالإضافة إلى ذلك، فإن النشاط الإشعاعي الاصطناعي (المستحث) للنيوبيوم منخفض. ولذلك يمكن استخدامه في صنع حاويات لتخزين النفايات المشعة أو المنشآت المخصصة لاستخدامها.

تستهلك الصناعة الكيميائية كمية قليلة نسبيًا من النيوبيوم، ولكن لا يمكن تفسير ذلك إلا بندرته. تُصنع معدات إنتاج الأحماض عالية النقاء أحيانًا من سبائك تحتوي على النيوبيوم، وبشكل أقل شيوعًا، من صفائح النيوبيوم. يتم استخدام قدرة النيوبيوم على التأثير على معدل بعض التفاعلات الكيميائية، على سبيل المثال، في تخليق الكحول من البيوتاديين.

كما أصبحت تكنولوجيا الصواريخ والفضاء مستهلكة للعنصر رقم 41. وليس سراً أن بعض كميات هذا العنصر تدور بالفعل في مدارات قريبة من الأرض. يتم تصنيع بعض أجزاء الصواريخ والمعدات الموجودة على متن الأقمار الصناعية الأرضية من سبائك تحتوي على النيوبيوم والنيوبيوم النقي.

استخدامات النيوبيوم في الصناعات الأخرى

"التجهيزات الساخنة" (أي الأجزاء الساخنة) مصنوعة من صفائح وقضبان النيوبيوم - الأنودات والشبكات والكاثودات الساخنة بشكل غير مباشر وأجزاء أخرى أنابيب مفرغةوخاصة مصابيح المولدات القوية.

وبالإضافة إلى المعدن النقي، تستخدم سبائك التنتالونيوم والبيوم لنفس الأغراض.

تم استخدام النيوبيوم لصنع المكثفات الإلكتروليتية ومقومات التيار. هنا، يتم استخدام قدرة النيوبيوم على تكوين طبقة أكسيد مستقرة أثناء الأكسدة الأنودية. يكون فيلم الأكسيد مستقرًا في الإلكتروليتات الحمضية ويمرر التيار فقط في الاتجاه من الإلكتروليت إلى المعدن. تتميز مكثفات النيوبيوم ذات الإلكتروليت الصلب بقدرة عالية وأبعاد صغيرة ومقاومة عزل عالية.

عناصر مكثف النيوبيوم مصنوعة من رقائق رقيقة أو صفائح مسامية مضغوطة من مساحيق معدنية.

إن مقاومة النيوبيوم للتآكل في الأحماض والوسائط الأخرى، بالإضافة إلى الموصلية الحرارية العالية والليونة، تجعله مادة هيكلية قيمة للمعدات في الصناعات الكيميائية والمعدنية. يتمتع النيوبيوم بمزيج من الخصائص التي تلبي متطلبات الطاقة النووية للمواد الإنشائية.

حتى 900 درجة مئوية، يتفاعل النيوبيوم بشكل ضعيف مع اليورانيوم وهو مناسب لصناعة الأصداف الواقية لعناصر وقود اليورانيوم في مفاعلات الطاقة. في هذه الحالة، من الممكن استخدام مبردات معدنية سائلة: الصوديوم أو سبيكة من الصوديوم والبوتاسيوم، والتي لا يتفاعل معها النيوبيوم حتى 600 درجة مئوية. لزيادة بقاء عناصر وقود اليورانيوم على قيد الحياة، يتم تطعيم اليورانيوم بالنيوبيوم (~ 7٪ نيوبيوم). تعمل مادة النيوبيوم المضافة على تثبيت طبقة الأكسيد الواقية على اليورانيوم، مما يزيد من مقاومته لبخار الماء.

النيوبيوم هو أحد مكونات السبائك المقاومة للحرارة المختلفة لتوربينات الغاز الخاصة بالمحركات النفاثة. يؤدي خلط الموليبدينوم والتيتانيوم والزركونيوم والألومنيوم والنحاس مع النيوبيوم إلى تحسين خصائص هذه المعادن وسبائكها بشكل كبير. هناك سبائك مقاومة للحرارة تعتمد على النيوبيوم كمادة هيكلية لأجزاء المحركات النفاثة والصواريخ (صناعة شفرات التوربينات، الحواف الأمامية للأجنحة، أطراف مقدمة الطائرات والصواريخ، جلود الصواريخ). يمكن استخدام النيوبيوم والسبائك التي تعتمد عليه في درجات حرارة تشغيل تتراوح بين 1000 و1200 درجة مئوية.

كربيد النيوبيوم هو أحد مكونات بعض درجات كربيد التنجستن المستخدم في قطع الفولاذ.

يستخدم النيوبيوم على نطاق واسع كمادة مضافة لصناعة السبائك في الفولاذ. إن إضافة النيوبيوم بكمية أعلى من 6 إلى 10 مرات من محتوى الكربون في الفولاذ يزيل التآكل الحبيبي للفولاذ المقاوم للصدأ ويحمي اللحامات من التدمير.

يضاف النيوبيوم أيضًا إلى أنواع مختلفة من الفولاذ المقاوم للحرارة (على سبيل المثال، لتوربينات الغاز)، وكذلك إلى الفولاذ المغنطيسي والأدوات.

يتم إدخال النيوبيوم في الفولاذ في سبيكة تحتوي على الحديد (الفيرونيوبيوم)، والتي تحتوي على ما يصل إلى 60% Nb. وبالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الفيروتانتالونيوبيوم بنسب مختلفة بين التنتالوم والنيوبيوم في السبائك الحديدية.

في التخليق العضوي، تستخدم بعض مركبات النيوبيوم (أملاح مركب الفلورايد، الأكاسيد) كمحفزات.

يتزايد استخدام وإنتاج النيوبيوم بسرعة، ويرجع ذلك إلى مجموعة من الخصائص مثل المقاومة للحرارة، والمقطع العرضي الصغير لالتقاط النيوترونات الحرارية، والقدرة على تكوين سبائك مقاومة للحرارة، وفائقة التوصيل وغيرها، ومقاومة التآكل، وخصائص الجيتر، وظيفة عمل إلكترون منخفضة، قابلية تشغيل جيدة تحت الضغط البارد وقابلية اللحام. المجالات الرئيسية لتطبيق النيوبيوم هي: الصواريخ، وتكنولوجيا الطيران والفضاء، وهندسة الراديو، والإلكترونيات، والهندسة الكيميائية، والطاقة النووية.

تطبيقات النيوبيوم المعدني

الأجزاء مصنوعة من النيوبيوم النقي أو سبائكه الطائرات; الكسوة لعناصر وقود اليورانيوم والبلوتونيوم؛ الحاويات والأنابيب. للمعادن السائلة. أجزاء من المكثفات كهربائيا. تجهيزات "ساخنة" للإلكترونيات (لتركيبات الرادار) ومصابيح المولدات القوية (الأنودات، الكاثودات، الشبكات، إلخ)؛ معدات مقاومة للتآكل في الصناعة الكيميائية.

يتم خلط المعادن غير الحديدية الأخرى، بما في ذلك اليورانيوم، مع النيوبيوم.

يُستخدم النيوبيوم في الكريوترونات، وهي عناصر فائقة التوصيل في أجهزة الكمبيوتر. يُعرف النيوبيوم أيضًا باستخدامه في الهياكل المتسارعة لمصادم الهادرونات الكبير.

المركبات المعدنية وسبائك النيوبيوم

يتم استخدام ستانيد Nb3Sn وسبائك النيوبيوم مع التيتانيوم والزركونيوم لتصنيع الملفات اللولبية فائقة التوصيل.

تحل سبائك النيوبيوم والتنتالوم محل التنتالوم في كثير من الحالات، مما يعطي حجمًا كبيرًا التأثير الاقتصادي(النيوبيوم أرخص وأخف وزنًا من التنتالوم تقريبًا).

يتم إدخال الفيرونيوبيوم في فولاذ الكروم والنيكل المقاوم للصدأ لمنع تآكلها وتدميرها بين الحبيبات وفي أنواع أخرى من الفولاذ لتحسين خصائصها.

يستخدم النيوبيوم في سك العملات المعدنية القابلة للتحصيل. وهكذا، يدعي بنك لاتفيا أن النيوبيوم يستخدم مع الفضة في العملات المعدنية من فئة 1 لات.

تطبيق محفز مركبات النيوبيوم O5 في الصناعة الكيميائية؛

في إنتاج الحراريات، السيرميت، العروض الخاصة. الزجاج، النتريد، الكربيد، النيوباتس.

كربيد النيوبيوم (درجة حرارة 3480 درجة مئوية) المخلوط مع كربيد الزركونيوم وكربيد اليورانيوم 235 هو المادة الهيكلية الأكثر أهمية لقضبان الوقود للمحركات النفاثة النووية ذات الطور الصلب.

يستخدم نيتريد النيوبيوم NbN لإنتاج أغشية رقيقة وفائقة التوصيل فائقة الرقة مع درجة حرارة حرجة تتراوح من 5 إلى 10 كلفن مع انتقال ضيق يصل إلى 0.1 كلفن

النيوبيوم في الطب

إن المقاومة العالية للتآكل للنيوبيوم جعلت من الممكن استخدامه في الطب. لا تسبب خيوط النيوبيوم تهيجًا للأنسجة الحية وتلتصق بها جيدًا. وقد استخدمت الجراحة الترميمية بنجاح مثل هذه الخيوط لربط الأوتار الممزقة والأوعية الدموية وحتى الأعصاب.

التطبيق في المجوهرات

لا يتمتع النيوبيوم بمجموعة من الخصائص الضرورية للتكنولوجيا فحسب، بل يبدو جميلًا أيضًا. حاول الجواهريون استخدام هذا المعدن الأبيض اللامع لصنع علب الساعات. أحيانًا تحل سبائك النيوبيوم مع التنغستن أو الرينيوم محل المعادن النبيلة: الذهب والبلاتين والإيريديوم. هذا الأخير مهم بشكل خاص، لأن سبيكة النيوبيوم مع الرينيوم لا تشبه من الخارج الإيريديوم المعدني فحسب، بل إنها مقاومة للتآكل تقريبًا. سمح هذا لبعض البلدان بالاستغناء عن الإيريديوم باهظ الثمن في إنتاج رؤوس اللحام لأقلام الحبر.

تعدين النيوبيوم في روسيا

المستهلك الرئيسي للمنتجات المحتوية على النيوبيوم (وهذا يشمل في المقام الأول الحديدوبيوم) هو اليابان. تستورد هذه الدولة سنويًا أكثر من 4 آلاف طن من الحديدوبيوم من البرازيل. ولذلك، يمكن النظر بثقة كبيرة إلى أسعار الواردات اليابانية للمنتجات المحتوية على النيوبيوم باعتبارها قريبة من المتوسط العالمي. في السنوات الأخيرة، كان هناك اتجاه لارتفاع أسعار الفيرونيوبيوم. ويرجع ذلك إلى استخدامه المتزايد لإنتاج الفولاذ منخفض السبائك المخصص بشكل أساسي لخطوط أنابيب النفط والغاز. بشكل عام، تجدر الإشارة إلى أنه على مدى السنوات الخمس عشرة الماضية، زاد الاستهلاك العالمي من النيوبيوم بمعدل 4-5٪ سنويًا.

ومن المؤسف أننا يجب أن نعترف بأن روسيا تقف على هامش سوق النيوبيوم. في أوائل التسعينيات، وفقا لأخصائيي Giredmet، في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية السابقتم إنتاج واستهلاك حوالي 2 ألف طن من النيوبيوم (من حيث أكسيد النيوبيوم). حاليا، لا يتجاوز استهلاك منتجات النيوبيوم من قبل الصناعة الروسية 100 - 200 طن فقط، وتجدر الإشارة إلى أنه في الاتحاد السوفييتي السابق تم إنشاء قدرات إنتاجية كبيرة من النيوبيوم، منتشرة في جمهوريات مختلفة - روسيا وإستونيا وكازاخستان. هذه السمة التقليدية لتطور الصناعة في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية وضعت روسيا الآن في موقف صعب للغاية فيما يتعلق بالعديد من أنواع المواد الخام والمعادن. يبدأ سوق النيوبيوم بإنتاج المواد الخام المحتوية على النيوبيوم. كان نوعه الرئيسي في روسيا ولا يزال مركزًا لوباريت يتم إنتاجه في Lovozersky GOK (الآن Sevredmet JSC، منطقة مورمانسك). قبل انهيار الاتحاد السوفياتي، أنتجت الشركة حوالي 23 ألف طن من تركيز اللوباريت (محتوى أكسيد النيوبيوم حوالي 8.5٪). وبعد ذلك، انخفض إنتاج الركازة بشكل مطرد في الفترة 1996-1998. توقفت الشركة عدة مرات بسبب قلة المبيعات. تشير التقديرات حاليًا إلى أن إنتاج مركز اللوباريت في المؤسسة يتراوح بين 700 - 800 طن شهريًا.

تجدر الإشارة إلى أن المؤسسة مرتبطة بشكل صارم بمستهلكها الوحيد - مصنع سوليكامسك للمغنيسيوم. والحقيقة هي أن تركيز اللوباريت هو منتج محدد إلى حد ما يتم الحصول عليه فقط في روسيا. تكنولوجيا المعالجة الخاصة بها معقدة للغاية بسبب مجموعة المعادن النادرة التي تحتوي عليها (النيوبيوم والتنتالوم والتيتانيوم). بالإضافة إلى ذلك، فإن التركيز مشع، ولهذا السبب إلى حد كبير انتهت جميع محاولات دخول السوق العالمية بهذا المنتج سدى. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه من المستحيل الحصول على الحديديوبيوم من تركيز اللوباريت. في عام 2000، في مصنع سيفردميت، أطلقت شركة Rosredmet منشأة تجريبية لمعالجة تركيز اللوباريت لإنتاج، من بين المعادن الأخرى، المنتجات التجارية التي تحتوي على النيوبيوم (أكسيد النيوبيوم).

الأسواق الرئيسية لمنتجات النيوبيوم الخاصة بـ SMZ هي بلدان خارج رابطة الدول المستقلة: يتم التسليم إلى الولايات المتحدة الأمريكية واليابان والدول الأوروبية. وتبلغ حصة الصادرات في إجمالي الإنتاج أكثر من 90%. تركزت قدرات إنتاج النيوبيوم الكبيرة في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في إستونيا - في جمعية إنتاج المواد الكيميائية والمعادن Sillamae (Sillamae). الآن تسمى الشركة الإستونية Silmet. في العصر السوفييتيقامت الشركة بمعالجة مركزات اللوباريت من مصنع التعدين والمعالجة في لوفوزرسك، ومنذ عام 1992، تم إيقاف شحنها. حاليًا، تقوم شركة Silmet بمعالجة كمية صغيرة فقط من هيدروكسيد النيوبيوم من مصنع المغنيسيوم في سوليكامسك. وتتلقى الشركة حاليًا معظم المواد الخام التي تحتوي على النيوبيوم من البرازيل ونيجيريا. لا تستبعد إدارة المؤسسة توريد مركز اللوباريت، ومع ذلك، تحاول شركة "Sevredmet" اتباع سياسة معالجتها محليًا، نظرًا لأن تصدير المواد الخام أقل ربحية من المنتجات النهائية.

التدريس

هل تحتاج إلى مساعدة في دراسة موضوع ما؟

سيقوم المتخصصون لدينا بتقديم المشورة أو تقديم خدمات التدريس حول الموضوعات التي تهمك.
تقديم طلبكمع الإشارة إلى الموضوع الآن للتعرف على إمكانية الحصول على استشارة.

0.145 نانومتر، (يشار إلى رقم التنسيق بين قوسين) Nb 2+ 0.085 نانومتر (6)، Nb 3+ 0.086 نانومتر (6)، Nb 4+ 0.082 نانومتر (6)، 0.092 نانومتر (8)، Nb 5 + 0.062 نانومتر ( 4)، 0.078 نانومتر (6)، 0.083 نانومتر (7)، 0.088 نانومتر (8).

محتوى القشرة الأرضية 2. 10-3% بالوزن. وعادة ما توجد في الطبيعة مع تا. نائب. ومن أهمها الكولومبيت-تانتالايت، واللوباريت. الكولومبيت-تانتالايت (Fe,Mn)(Nb,Ta) 2O6 يحتوي على 82-86% Nb وTa. عندما يكون محتوى النيوبيوم أعلى من Ta، يطلق عليه اسم. كولومبيت، مع النسبة المعاكسة - التانتاليت. (Na,Ca,Ce)2(Nb,Ti)2(OH,F)O6 يحتوي عادة على 37.5-65.6% Nb2O5؛ اللوباريت (Na,Ce,Ca,SrXNb,Ti)O 3 -8-10% Nb 2 O 5 . النيوبيوم مغنطيسي ضعيف ومشع بسبب شوائب U وTh.

تم العثور على الكولومبيت في البغماتيت الناري والبيوتيت والجرانيت القلوي، وأحيانًا في رواسب الغرينية (نيجيريا)، وغالبًا ما يتم استخراجه كمنتج ثانوي لإثراء مركزات القصدير. توجد في الكربوناتيت والقلوية (كندا) وبيغماتيت النيفلين السيانيت وفي منتجات التجوية الغريضية لكربونات السيانيت (البرازيل). توجد رواسب كبيرة من اللوباريت في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية.

وقد قُدر إجمالي الاحتياطيات العالمية من النيوبيوم (بدون الاتحاد السوفييتي) (1980) بنحو 18 مليون طن بكميات صناعية. الودائع - تقريبا. 3.4 مليون طن (منها 3.2 مليون طن في البرازيل).

ملكيات.النيوبيوم هو لون رمادي فضي لامع. المماطلة الكريستال. شبكة مركزية النوع a-Fe المكعب، a = 0.3294 نانومتر، z = 2، مساحة. مجموعة Im3m؛ النائب. 2477 درجة مئوية، نقطة أساس. نعم. 4760 درجة مئوية؛ كثيف 8.57 جم/سم3؛ ج 0 ص 24.44 ي/( . ك); DH 0 pl 31.0 كيلو جول / (2477 درجة مئوية)، DH 0 ex 720 كيلو جول / (0 K)، DH 0 ex 662 كيلو جول / (4760 درجة مئوية)؛ S 0 298 36.27 JDmol K)؛ مستوى الاعتماد على درجة الحرارة على النيوبيوم السائل: logpr(Pa) = 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.

تتم معالجة النيوبيوم النقي بسهولة في البرد؛ مقاوم للحرارة؛ يصل الارتفاع إلى 342 ميجا باسكال (20 درجة مئوية) و312 ميجا باسكال (800 درجة مئوية)؛ يتعلق استطالة 19.2% (20 درجة مئوية) و 20.7% (800 درجة مئوية)؛ وفقًا لبرينل 450 ميجا باسكال للنقاء و750-1800 ميجا باسكال للتقني. شوائب H و N و C و O تقلل النيوبيوم وتزيده. يصبح النيوبيوم في حالة هشة عند درجات حرارة تتراوح من -100 إلى -200 درجة مئوية.

كيميائيا، النيوبيوم مستقر تماما. في شكله المضغوط يبدأ في التأكسد عند درجة حرارة أعلى من 200 درجة مئوية، مما يعطي التفاعل. مع Cl 2 أعلى من 200 درجة مئوية، مع F 2 وH 2 - أعلى من 250 درجة مئوية (مكثف مع H 2 - عند 360 درجة مئوية)، مع N 2 - أعلى من 400 درجة مئوية، مع C والهيدروكربونات - عند 1200-1600 درجة مئوية مع. لا يذوب في البرد. في أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك، لا يتفاعل مع HNO 3، H 3 PO 4، HClO 4، محلول مائي من NH 3. مقاومة للذوبان. Li، Na، K، Sn، Pb، Bi، وكذلك Hg. سول. في حمض الهيدروفلوريك، مخاليطه مع HNO 3، في الذوبان. NH 4 HF 2 وهيدروكسيد الصوديوم. يمتص H 2 بشكل عكسي، مكونًا محلولًا خلاليًا صلبًا (يصل إلى 10% H) وتركيبة NbH x (x = 0.7-1.0) ذات شكل معيني. بلوري صر؛ لـ NbH 0.761 DH 0 arr - 74.0 kJ/; يتراوح الرقم الهيدروجيني في النيوبيوم من 104 سم 3 / جم عند 20 درجة مئوية إلى 4.0 سم 3 / جم عند 900 درجة مئوية، وأكثر من 1000 درجة مئوية H 2 غير قابل للذوبان عمليا. في النيوبيوم. تتشكل أيضًا في المراحل الأولى من النيوبيوم في الهيدروفلورايدعلى سبيل المثال، خليطه مع HNO 3 وNH 4 HF 2، وكذلك مع النيوبيوم (وبهذه الطريقة تم الحصول على NbH 2.00). النيوبيوم والتدفئة تستخدم للحصول على مشتتة بدقة.

عندما يتفاعل النيوبيوم مع C، يتم تشكيل إحدى المراحل الثلاث: المحلول الصلب C في Nb 2 C أو Nb C. الحل الصلب يحتوي على 2 في. % درجة مئوية عند 2000 درجة مئوية؛ تنخفض قيمة الرقم الهيدروجيني لـ C في النيوبيوم بشكل حاد مع انخفاض درجة الحرارة. يشكل كربيد Nb 2 C ثلاثة أشكال متعددة: الشكل المعيني مستقر حتى 1230 درجة مئوية. الطور a (المجموعة الفضائية Pbcn)، عند 1230 درجة مئوية يتحول. إلى السداسي. الطور b (المجموعة الفضائية P6 3 22)، والذي يتحول عند 2450 درجة مئوية إلى مسدس آخر. -g-phase (المجموعة الفضائية P6 3 /mmc)؛ النائب. نعم. 2990 درجة مئوية (غير متطابقة، مع إطلاق المادة الصلبة NbС x). بالنسبة لـ a-Nb 2 C: C 0 p 63.51 J/( . K); درهم 0 وصول - 188 كيلوجول /؛ س 0 298 64.10 دمول. ل)؛ درجة حرارة الانتقال إلى حالة التوصيل الفائق 9.2 K. بلورات NbC أو اللون الرمادي والبني، وتتراوح التجانس من NbC 0.70 إلى NbC 1.0؛ عند 377 درجة مئوية لوحظ تحول متعدد الأشكال، مكعب درجة حرارة عالية. المرحلة (أ = 0.4458 نانومتر، المجموعة الفضائية Pm3m، الكثافة 7.81 جم / سم 3) تذوب بشكل غير متناسب عند تقريبًا. 3390 درجة مئوية؛ درهم 0 وصول - 135 كيلوجول /؛ S 0 298 35.4 JDmol K); درجة حرارة الانتقال إلى حالة التوصيل الفائق هي 12.1 كلفن. المرحلة NbC 0.80 لها نقطة انصهار. ~ 3620 درجة مئوية. يشكل NbC حلولاً قوية باستخدام TaC وTiC وZrC وما إلى ذلك. وفي صناعة NbC، يتم الحصول على التفاعل. ملحوظة 2 يا 5 مع تقريبا. 1800 درجة مئوية في H 2؛ م.ب. ويمكن الحصول عليه أيضًا من العناصر أو عن طريق تسخين هاليدات النيوبيوم المتطايرة عند درجة حرارة تصل إلى 2300-2900 درجة مئوية.

في نظام Nb-N، يتم تشكيل ما يلي: محلول خلالي صلب في النيوبيوم (الطور أ)، والنيتريدات Nb 2 N (الطور السداسي p) وNbN (الطور المكعب d والسداسي q) وغيرها الكثير. المراحل P-قيمة N 2 في النيوبيوم عند أجهزة الصراف الآلي. الموصوفة بالمعادلة ج = 180exp(- 57300/RT) في. % (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.

إيصال.نعم. يتم الحصول على 95% من النيوبيوم من صخور البيروكلور والتانتاليت والكولومبيت واللوباريت. إثراء الجاذبية الأساليب، وكذلك الكهرومغناطيسية. أو قياس إشعاعي , عزل مركزات البيروكلور والكولومبيت بمحتوى Nb 2 O 5 يصل إلى 60%.

تتم معالجة المركزات إلى الحديدوبيوم أو التكنولوجيا. Nb 2 O 5، وفي كثير من الأحيان يصل إلى NbCl 5 وK 2 NbF 7 (انظر). يتم الحصول على النيوبيوم المعدني من Nb 2 O 5 أو K 2 NbF 7 أو NbCl 5.

عند إنتاج الحديدوبيوم، يتم تحميل خليط من البيروكلور المركز مع الحديد 2 O 3، ومسحوق آل والصهور في مفاعلات الصلب المبرد بالماء العمودي أو النحاس واستخدام خاص. يبدأ المصهر بالطارد للحرارة. ص-نشوئها: 3Nb 2 O 5 + 10Al6Nb + + 5Al 2 O 3؛ الحديد 2 يا 3 + 2Al2Fe + آل 2 يا 3. ثم يتم تصريف الخبث وتبريده وسحق المواد الناتجة. يصل إنتاج النيوبيوم إلى سبيكة ذات وزن تحميل مركز يصل إلى 18 طنًا إلى 98%.

تقنية. يتم الحصول على Nb 2 O 5 Nb و Ta من مركزات وخبث صهر القصدير بفعل حمض الهيدروفلوريك مع الأخير. تنقية وفصل Nb وTa باستخدام سيكلوهكسانون 100% (نادرًا ما تكون مستخلصات أخرى)، وإعادة استخلاص النيوبيوم بفعل محلول مائي من NH 4 F، من إعادة استخلاص Nb، والتكليس.

حسب طريقة الكبريتات تتم معالجة المركزات بـ H2SO4 أو مخلوطها مع (NH4) 2SO4 عند درجة حرارة 150-300 درجة مئوية، وترشح المحاليل، ويتم فصل Nb وTa عن Ti، وNb وTa. ويتم تنقيته من مجمعات الفلورايد أو الأوكسوفلوريد الخاصة به، ثم إطلاق Nb 2 O 5.

تتضمن طريقة الكلوريد خلط المركز مع القولبة والقوالب في منجم عند درجة حرارة 700-800 درجة مئوية أو مسحوق التركيز المباشر وفي كلوريد الملح المعتمد على NaCl وKCl. بعد ذلك، يتم فصل Nb وTa المتطاير، وفصلهما وتنقيتهما، ويتم فصل راسب النيوبيوم بالتكليس. في بعض الأحيان يتم معالجة الحديدوبيوم أو النفايات بالكلور.

ويتم اختزال Nb 2 O 5 إلى الألومنيوم أو الكربوهيدرات الحرارية أو عن طريق تسخين خليط من Nb 2 O 5 وNb C عند درجة حرارة 1800-1900 درجة مئوية. ويستخدم أيضا Natriothermic. K 2 NbF 7، كهربائيا Nb 2 O 5 أو K 2 NbF 7 في K 2 NbF 7 و . يتم الحصول على طلاءات النيوبيوم أو النيوبيوم النقي بشكل خاص على الآخرين بواسطة NbCl 5 عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية.

يتم قولبة مسحوق النيوبيوم، وتكلسه في قضبان وصهره باستخدام القوس الكهربائي أو ذوبان شعاع الإلكترون. في المراحل الأولية للتنقية، يتم استخدامه أيضًا مع KCl-NaCl القابل للاستهلاك.

يجدر بنا أن نبدأ بحقيقة أن النيوبيوم يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمادة مثل التنتالوم. هذا على الرغم من أن هذه المواد لم يتم اكتشافها في نفس الوقت.

ما هو النيوبيوم

ما هو المعروف اليوم عن مادة مثل النيوبيوم؟ وهو عنصر كيميائي يقع في المجموعة الخامسة من الجدول الدوري، وعدده الذري 41، وكذلك كتلته الذرية 92.9. مثل العديد من المعادن الأخرى، تتميز هذه المادة ببريق رمادي فولاذي.

واحدة من أهم العوامل الفيزيائية لهذا هو حرانه. وبفضل هذه الخاصية أصبح استخدام النيوبيوم واسع الانتشار في العديد من الصناعات. درجة انصهار هذه المادة هي 2468 درجة مئوية، ودرجة غليانها 4927 درجة مئوية.

الخصائص الكيميائية لهذه المادة أيضًا على مستوى عالٍ. ويتميز بمستوى عال من المقاومة لدرجات الحرارة السلبية، فضلا عن البيئات الأكثر عدوانية.

إنتاج

ومن الجدير بالذكر أن وجود الخام الذي يحتوي على عنصر Nb (النيوبيوم) أكبر بكثير من ذلك الذي يحتوي على التنتالوم، ولكن المشكلة تكمن في ندرة العنصر نفسه في هذا الخام.

في أغلب الأحيان، من أجل الحصول على هذا العنصر، يتم تنفيذ عملية التخفيض الحراري، والتي تشارك فيها الألومنيوم أو السيليكون. ونتيجة لهذه العملية، يتم الحصول على مركبات الفيرونيوبيوم والفيروتانتالونيوبيوم. ومن الجدير بالذكر أن النسخة المعدنية من هذه المادة يتم الحصول عليها من نفس الخام، ولكن يتم استخدام تكنولوجيا أكثر تعقيدا. تتميز بوتقات النيوبيوم وغيرها من المواد الناتجة بخصائص أداء عالية جدًا.

طرق الحصول على النيوبيوم

في الوقت الحالي، بعض الاتجاهات الأكثر تطورًا للحصول على هذه المواد هي الألومنيوم الحراري والصوديوم الحراري والكربوثيرمي. يكمن الاختلاف بين هذه الأنواع أيضًا في السلائف المستخدمة لتقليل النيوبيوم. لنفترض أن K2NbF7 يستخدم في طريقة الصوديوم الحرارية. ولكن، على سبيل المثال، في طريقة الألومنيوم، يتم استخدام خامس أكسيد النيوبيوم.

إذا كنا نتحدث عن طريقة الإنتاج الكربوثيرمية، فإن هذه التكنولوجيا تنطوي على خلط Nb مع السخام. يجب أن تتم هذه العملية في بيئة ذات درجة حرارة عالية وهيدروجين. ونتيجة لهذه العملية سيتم الحصول على كربيد النيوبيوم. المرحلة الثانية هي استبدال بيئة الهيدروجين بالفراغ، والحفاظ على درجة الحرارة. عند هذه النقطة، يضاف أكسيده إلى كربيد النيوبيوم ويتم الحصول على المعدن نفسه.

من المهم أن نلاحظ أنه من بين أشكال المعادن المنتجة، يعتبر النيوبيوم في السبائك شائعًا جدًا. هذا المنتج مخصص لإنتاج السبائك المعدنية، بالإضافة إلى العديد من المنتجات شبه المصنعة الأخرى.

ويمكن أيضًا إنتاج كومة من هذه المادة، والتي يتم تقسيمها إلى عدة فئات حسب درجة نقاء المادة. يتم احتواء أقل كمية من الشوائب في الدورق المسمى NBS-00. تتميز فئة NBSh-0 بوجود أعلى لعناصر مثل الحديد والتيتانيوم والسيليكون التنتالوم. الفئة التي لديها أعلى مؤشر للشوائب هي NBS-1. يمكن أن نضيف أن النيوبيوم الموجود في السبائك لا يحتوي على مثل هذا التصنيف.

طرق الإنتاج البديلة

وتشمل الطرق البديلة ذوبان منطقة شعاع الإلكترون بدون بوتقة. تتيح هذه العملية الحصول على بلورات مفردة Nb. يتم إنتاج بوتقات النيوبيوم باستخدام هذه الطريقة. انه ينتمي الى مسحوق المعادن. يتم استخدامه أولاً للحصول على سبيكة من هذه المادة، ثم عينتها النقية. إن وجود هذه الطريقة هو السبب وراء شيوع إعلانات شراء النيوبيوم. تتيح لك هذه الطريقة عدم استخدام الخام نفسه، والذي يصعب استخراجه، أو التركيز منه، ولكن المواد الخام الثانوية للحصول على المعدن النقي.

طريقة إنتاج بديلة أخرى هي دحرجة النيوبيوم. تجدر الإشارة إلى أن معظم الشركات المختلفة تفضل شراء قضبان أو أسلاك أو صفائح معدنية.

توالت واحباط

الرقائق المصنوعة من هذه المادة هي منتج شبه نهائي شائع إلى حد ما. إنها أنحف ورقة ملفوفة من هذه المادة. تستخدم لإنتاج بعض المنتجات والأجزاء. يتم الحصول على رقائق النيوبيوم من مواد خام نقية عن طريق الدرفلة الباردة لسبائك Nb. تتميز المنتجات الناتجة بمؤشرات مثل المقاومة العالية للتآكل والبيئات العدوانية ودرجات الحرارة المرتفعة. يوفر النيوبيوم المدلفن وسبائكه أيضًا خصائص مثل مقاومة التآكل، والليونة العالية، وقابلية التشغيل الجيدة.

غالبًا ما يتم استخدام المنتجات التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة في مجالات مثل تصنيع الطائرات وعلوم الصواريخ والطب (الجراحة) وهندسة الراديو والهندسة الكهربائية والطاقة النووية والطاقة النووية. يتم تعبئة رقائق النيوبيوم في ملفات وتخزينها في مكان جاف ومحمي من الرطوبة وكذلك في مكان محمي من التأثيرات الميكانيكية من الخارج.

التطبيقات في الأقطاب الكهربائية والسبائك

استخدام النيوبيوم واسع الانتشار. ويمكن استخدامه، مثل الكروم والنيكل، كمادة تشكل جزءًا من سبيكة الحديد المستخدمة في صنع الأقطاب الكهربائية. نظرًا لحقيقة أن النيوبيوم، مثل التنتالوم، قادر على تكوين كربيد فائق الصلابة، فإنه غالبًا ما يستخدم لإنتاج سبائك فائقة الصلابة. ويمكن إضافة أنهم يحاولون حاليًا استخدام هذه المادة لتحسين خصائص السبائك التي يتم الحصول عليها على أساسها

نظرًا لأن النيوبيوم مادة خام قادرة على تكوين عناصر كربيد، فإنه، مثل التنتالوم، يستخدم كخليط صناعة السبائك في إنتاج الفولاذ. ومن الجدير بالذكر أنه لفترة طويلة كان استخدام النيوبيوم كشوائب في التنتالوم يعتبر تأثيرًا سلبيًا. ومع ذلك، اليوم تغير الرأي. وقد وجد أن Nb يمكن أن يعمل كبديل للتنتالوم، وبنجاح كبير، حيث أنه بسبب انخفاض كتلته الذرية يمكن استخدام كميات أقل من المادة، مع الحفاظ على جميع القدرات والتأثيرات القديمة للمنتج.

تطبيقات في الهندسة الكهربائية

تجدر الإشارة إلى أن استخدام النيوبيوم، مثل شقيقه التنتالوم، ممكن في المقومات نظرًا لامتلاكها خاصية التوصيل أحادي القطب، أي أن هذه المواد تمر بالتيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط. ومن الممكن استخدام هذا المعدن لإنشاء أجهزة مثل الأنودات، والتي تستخدم في المولدات القوية وأنابيب التضخيم.

ومن المهم جدًا ملاحظة أن استخدام النيوبيوم قد وصل إلى الطاقة النووية. في هذه الصناعة، يتم استخدام المنتجات المصنوعة من هذه المادة كمواد هيكلية. أصبح هذا ممكنًا لأن وجود Nb في الأجزاء يجعلها مقاومة للحرارة ويمنحها أيضًا خصائص مقاومة كيميائية عالية.

أدت الخصائص الفيزيائية الممتازة لهذا المعدن إلى استخدامه على نطاق واسع في الصواريخ والطائرات النفاثة وتوربينات الغاز.

إنتاج النيوبيوم في روسيا

وإذا تحدثنا عن احتياطيات هذا الخام، فهناك حوالي 16 مليون طن في المجموع. أكبر إيداع، والذي يشغل حوالي 70٪ من الحجم الإجمالي، يقع في البرازيل. يوجد حوالي 25٪ من احتياطيات هذا الخام في روسيا. يعتبر هذا المؤشر جزءًا مهمًا من جميع احتياطيات النيوبيوم. تقع أكبر رواسب هذه المادة في شرق سيبيريا، وكذلك في الشرق الأقصى. اليوم، على أراضي الاتحاد الروسي، تعمل شركة Lovozersky GOK في استخراج وإنتاج هذه المادة. تجدر الإشارة إلى أن شركة Stalmag شاركت أيضًا في إنتاج النيوبيوم في روسيا. وقد قامت بتطوير رواسب التتار لهذا الخام، ولكن تم إغلاقها في عام 2010.

يمكنك أيضًا إضافة أنها تعمل في إنتاج أكسيد النيوبيوم. يتم الحصول عليها عن طريق معالجة تركيز اللوباريت. وتنتج هذه المؤسسة ما بين 400 إلى 450 طناً من هذه المادة، ويتم تصدير معظمها إلى دول مثل الولايات المتحدة الأمريكية وألمانيا. ويذهب جزء من الأكسيد المتبقي إلى مصنع تشيبيتسك الميكانيكي، الذي ينتج النيوبيوم النقي وسبائكه. هناك قدرات كبيرة هناك، مما يسمح بإنتاج ما يصل إلى 100 طن من المواد سنويًا.

معدن النيوبيوم وتكلفته

على الرغم من أن نطاق تطبيق هذه المادة واسع جدًا، إلا أن الغرض الرئيسي منها هو الصناعات الفضائية والنووية. ولهذا السبب، يتم تصنيف Nb على أنه مادة استراتيجية.

المعالم الرئيسية التي تؤثر على تكلفة النيوبيوم:

نقاء السبائك، وعدد كبير من الشوائب يقلل من السعر؛
شكل تسليم المواد؛
كميات المواد الموردة؛
موقع نقطة استلام الخام (تحتاج المناطق المختلفة إلى كميات مختلفة من العنصر، وبالتالي يختلف سعره).

القائمة التقريبية لأسعار المواد في موسكو:

تتراوح تكلفة النيوبيوم NB-2 بين 420-450 روبل لكل كيلوغرام؛
تكلفة نجارة النيوبيوم من 500 إلى 510 روبل للكيلوغرام الواحد؛
تبلغ تكلفة عصا العلامة التجارية NBSh-00 من 490 إلى 500 روبل لكل كيلوغرام.

ومن الجدير بالذكر أنه على الرغم من التكلفة الهائلة لهذا المنتج، فإن الطلب عليه آخذ في الازدياد.

يتم إعطاء الخصائص الفيزيائية للنيوبيوم Nb اعتمادًا على درجة الحرارة في النطاق من -223 إلى 2527 درجة مئوية. تعتبر الخصائص التالية للنيوبيوم الصلب والسائل:

كثافة النيوبيوم د;
سعة حرارية جماعية محددة ج ص;
معامل الانتشار الحراري أ;
معامل التوصيل الحراري λ ;
المقاومة الكهربائية ρ ;
معامل التمدد الحراري الخطي α .

الخصائص الفيزيائية للنيوبيوم تختلف تبعا لدرجة الحرارة. تغييره له التأثير الأكبر على المقاومة الكهربائية للنيوبيوم. على سبيل المثال، عندما تزيد درجة حرارة هذا المعدن من 0 درجة مئوية إلى نقطة الانصهار، فإن مقاومته تزداد بأكثر من 8 مرات (إلى قيمة 109·10 -8 أوم·م).

النيوبيوم هو معدن مرن ومقاوم للحرارة مع نقطة انصهار تبلغ 2477 درجة مئوية وكثافته 8570 كجم / م 3 (عند 20 درجة مئوية). نقطة غليان النيوبيوم هي 4744 درجة مئوية، والبنية الشبكية هي مكعبة مركزية الجسم مع فترة 0.33 نانومتر.

تنخفض كثافة النيوبيوم عند تسخينه. يتمتع النيوبيوم في الحالة المنصهرة بكثافة أقل بكثير مما هو عليه في الحالة الصلبة: عند درجة حرارة 2477 درجة مئوية، تبلغ كثافة النيوبيوم السائل 7580 كجم/م3.

تبلغ السعة الحرارية النوعية للنيوبيوم في درجة حرارة الغرفة 268 جول/(كجم درجة مئوية) وتزداد عند تسخينها. لاحظ أنه أثناء الذوبان، تتغير قيمة هذه الخاصية الفيزيائية للنيوبيوم قليلاً، وفي الحالة السائلة تكون سعتها الحرارية المحددة أكبر بمقدار 1.7 مرة من القيمة الكلاسيكية 3R.

الموصلية الحرارية للنيوبيوم عند 0 درجة مئوية هي 48 وات/(م درجة)، فهو قريب الحجم. يتميز الاعتماد على درجة الحرارة لمعامل التوصيل الحراري للنيوبيوم بحد أدنى ثابت في منطقة درجة حرارة الغرفة ومعامل درجة حرارة موجب أعلى من 230 درجة مئوية. ومع اقتراب النيوبيوم من نقطة الانصهار، تزداد موصليته الحرارية.

يمتلك الانتشار الحراري للنيوبيوم أيضًا حدًا أدنى لطيفًا بالقرب من درجات حرارة الغرفة ومن ثم حدًا أقصى لطيفًا عند 900...1500 درجة مئوية. معامل التمدد الخطي الحراري للنيوبيوم منخفض نسبيًا. وهي قابلة للمقارنة من حيث القيمة مع معامل التمدد للمعادن مثل التنغستن والإيريديوم.

الخصائص الفيزيائية لجدول النيوبيوم

ر، درجة مئوية	د، كجم/م3	ج ع , ي/(كجم درجة)	أ·10 6 , م 2 / ث	λ, ث / (م درجة)	ρ·10 8 , أوم م	α·10 6 , ك-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	—	—	—

النيوبيوم هو عنصر من عناصر المجموعة الفرعية الجانبية للمجموعة الخامسة من الفترة الخامسة من الجدول الدوري للعناصر الكيميائية لـ D. I. Mendeleev، العدد الذري 41. يُشار إليه بالرمز Nb (lat. النيوبيوم).

تاريخ اكتشاف النيوبيوم

وحدث أن تم فتح العنصر رقم 41 مرتين. المرة الأولى كانت في عام 1801، حيث قام العالم الإنجليزي تشارلز هاتشيت بفحص عينة من المعدن الحقيقي أُرسلت إلى المتحف البريطاني من أمريكا. ومن هذا المعدن قام بعزل أكسيد عنصر لم يكن معروفا من قبل. أطلق هاتشيت على العنصر الجديد اسم كولومبيوم، مشيراً بذلك إلى أصله الخارجي. وكان يسمى المعدن الأسود كولومبيت.

وبعد مرور عام، عزل الكيميائي السويدي إيكيبيرج أكسيد عنصر جديد آخر من الكولومبيت، يسمى التنتالوم. كان التشابه بين مركبي كولومبيا والتنتالوم كبيرًا جدًا لدرجة أن معظم الكيميائيين اعتقدوا لمدة 40 عامًا أن التنتالوم والكولومبيوم هما نفس العنصر.

ومع ذلك، روز، مثل هاتشيت، لم تتمكن من الحصول على هذا العنصر في حالة حرة.

تم الحصول على النيوبيوم المعدني لأول مرة فقط في عام 1866 من قبل العالم السويدي بلومستراند أثناء اختزال كلوريد النيوبيوم بالهيدروجين. في نهاية القرن التاسع عشر. تم العثور على طريقتين أخريين للحصول على هذا العنصر. أولاً، حصل مويسان عليه في فرن كهربائي، مختزلًا أكسيد النيوبيوم بالكربون، ومن ثم تمكن جولدشميت من اختزال نفس العنصر بالألمنيوم.

واستمر تسمية العنصر رقم 41 بشكل مختلف في بلدان مختلفة: في إنجلترا والولايات المتحدة - كولومبيا، في بلدان أخرى - النيوبيوم. وضع الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) حدًا لهذا الجدل في عام 1950. وتقرر إضفاء الشرعية على اسم عنصر "النيوبيوم" في كل مكان، وتم تخصيص اسم "الكلومبيت" للمعدن الرئيسي للنيوبيوم. صيغته هي (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6.

العثور على النيوبيوم في الطبيعة

كلارك نيوبيوم 18 جرام/طن. يزداد محتوى النيوبيوم من فوق المافي (0.2 جم/طن Nb) إلى الصخور الحمضية (24 جم/طن Nb). يصاحب النيوبيوم دائمًا التنتالوم. تحدد الخواص الكيميائية المتشابهة للنيوبيوم والتنتالوم وجودهما المشترك في نفس المعادن ومشاركتهما في العمليات الجيولوجية المشتركة. يمكن للنيوبيوم أن يحل محل التيتانيوم في عدد من المعادن التي تحتوي على التيتانيوم (السفين، الأورثيت، البيروفسكايت، البيوتيت). يمكن أن يكون شكل وجود النيوبيوم في الطبيعة مختلفًا: مشتتًا (في تكوين الصخور والمعادن الإضافية للصخور النارية) والمعادن. في المجموع، من المعروف أن أكثر من 100 معادن تحتوي على النيوبيوم. من بينها، القليل منها فقط له أهمية صناعية: الكولومبيت - التانتاليت (Fe، Mn) (Nb، Ta) 2 O 6، البيروكلور (Na، Ca، TR، U) 2 (Nb، Ta، Ti) 2 O 6 ( OH, F ) (Nb 2 O 5 0 - 63%)، لوباريت (Na, Ca, Ce)(Ti, Nb)O 3 ((Nb, Ta) 2 O 5 8 - 10%)، إيوكسينيت، توروليت، إلمينوروتيل تستخدم في بعض الأحيان، وكذلك المعادن التي تحتوي على النيوبيوم كشوائب (إلمينيت، حجر القصدير، الولفراميت). في الصخور القلوية - فوق المافية، ينتشر النيوبيوم في معادن من نوع البيروفسكايت وفي اليوديالايت. في العمليات الخارجية، يمكن لمعادن النيوبيوم والتنتالوم، كونها مستقرة، أن تتراكم في الغرينيات الغرينية (غرينات الكولومبيت)، وأحيانًا في البوكسيت الموجود في القشرة التجوية.

الكولومبيت (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6 كان أول معدن النيوبيوم معروف للبشرية. وهذا المعدن نفسه هو الأغنى بالعنصر رقم 41. تمثل أكاسيد النيوبيوم والتنتالوم ما يصل إلى 80٪ من وزن الكولومبيت. يوجد النيوبيوم أقل بكثير في البيروكلور (Ca، Na) 2 (Nb، Ta، Ti) 2 O 6 (O، OH، F) واللوباريت (Na، Ce، Ca) 2 (Nb، Ti) 2 O 6. في المجموع، من المعروف أن أكثر من 100 معدن يحتوي على النيوبيوم. هناك رواسب كبيرة من هذه المعادن في بلدان مختلفة: الولايات المتحدة الأمريكية، كندا، النرويج، فنلندا، لكن دولة نيجيريا الأفريقية أصبحت أكبر مورد لمركزات النيوبيوم إلى السوق العالمية. تمتلك روسيا احتياطيات كبيرة من اللوباريت، وقد تم العثور عليها في شبه جزيرة كولا.

الحصول على النيوبيوم

خامات النيوبيوم عادة ما تكون معقدة وفقيرة للمعادن. تحتوي مركزات الخام على Nb 2 O 5: البيروكلور - 37٪ على الأقل، اللوباريت - 8٪، الكولومبيت - 30-60٪. تتم معالجة معظمها عن طريق اختزال الألومنيوم أو السيليكات الحرارية إلى فيرونيوبيوم (40-60% Nb) وفيروتانتالونيوبيوم. يتم الحصول على النيوبيوم المعدني من مركزات الخام باستخدام تقنية معقدة على ثلاث مراحل:

1) فتح المركز، 2) فصل النيوبيوم والتنتالوم والحصول على مركباتهما الكيميائية النقية، 3) اختزال وتكرير النيوبيوم المعدني وسبائكه.

يمكن الحصول على النيوبيوم المعدني عن طريق اختزال مركباته، مثل كلوريد النيوبيوم أو نيوبات فلور البوتاسيوم، عند درجة حرارة عالية:

ك 2 NbF 7 + 5Na → Nb + 2KF + 5NaF.

ولكن قبل الوصول إلى هذه المرحلة النهائية من الإنتاج، يمر خام النيوبيوم بمراحل عديدة من المعالجة. أولها إثراء الخام والحصول على المركزات. يتم دمج التركيز مع تدفقات مختلفة: الصودا الكاوية أو الصودا. يتم ترشيح السبائك الناتجة. لكنها لا تذوب تماما. الراسب غير القابل للذوبان هو النيوبيوم. صحيح أنه لا يزال ضمن تركيبة الهيدروكسيد، ولم يتم فصله عن نظيره في المجموعة الفرعية - التنتالوم - ولم يتم تنقيته من بعض الشوائب.

بلورات النيوبيوم ومكعب النيوبيوم المعدني

حتى عام 1866، لم تكن هناك طريقة صناعية مناسبة لفصل التنتالوم والنيوبيوم. الطريقة الأولى لفصل هذه العناصر المتشابهة للغاية اقترحها جان تشارلز غاليسار دي ماريناك. وتعتمد الطريقة على ذوبان المركبات المعقدة لهذه المعادن وتسمى الفلورايد. فلوريد التنتالوم المعقد غير قابل للذوبان في الماء، ولكن مركب النيوبيوم المماثل قابل للذوبان.

طريقة الفلورايد معقدة ولا تسمح بالفصل الكامل بين النيوبيوم والتنتالوم. لذلك، في هذه الأيام لا يتم استخدامه أبدًا. تم استبداله بطرق الاستخلاص الانتقائي، والتبادل الأيوني، وتصحيح الهاليدات، وما إلى ذلك. وتستخدم هذه الطرق للحصول على أكسيد النيوبيوم الخماسي التكافؤ والكلوريد.

بعد فصل النيوبيوم والتنتالوم، تحدث العملية الرئيسية - التخفيض. ويتم اختزال خامس أكسيد النيوبيوم Nb 2 O 5 باستخدام الألومنيوم أو الصوديوم أو السخام أو كربيد النيوبيوم الناتج عن تفاعل Nb 2 O 5 مع الكربون؛ يتم اختزال خماسي كلوريد النيوبيوم بمعدن الصوديوم أو ملغم الصوديوم. هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على مسحوق النيوبيوم، والذي يجب بعد ذلك تحويله إلى كتلة متراصة، مصنوعة من البلاستيك، ومضغوطة، ومناسبة للمعالجة. مثل المعادن المقاومة للحرارة الأخرى، يتم إنتاج مونوليث النيوبيوم بواسطة طرق تعدين المساحيق، وجوهرها كما يلي.

يتم ضغط المسحوق المعدني الناتج تحت ضغط عالي (1 طن/سم2) إلى ما يسمى بالقضبان ذات المقطع العرضي المستطيل أو المربع. في فراغ عند 2300 درجة مئوية، يتم تلبيد هذه القضبان ودمجها في قضبان، والتي يتم صهرها في أفران القوس الفراغي، وتعمل القضبان الموجودة في هذه الأفران كقطب كهربائي. وتسمى هذه العملية صهر القطب الكهربائي المستهلك.

يتم إنتاج النيوبيوم البلاستيكي أحادي البلورة عن طريق ذوبان شعاع الإلكترون في المنطقة الخالية من البوتقة. جوهرها هو أن شعاعًا قويًا من الإلكترونات يتم توجيهه إلى مسحوق النيوبيوم (يتم استبعاد عمليات الضغط والتلبيد!) ، مما يذوب المسحوق. تتدفق قطرات من المعدن على سبيكة النيوبيوم، والتي تنمو تدريجيًا ويتم إزالتها من غرفة العمل.

كما ترون، فإن مسار النيوبيوم من الخام إلى المعدن طويل جدًا على أي حال، وطرق الإنتاج معقدة.

الخصائص الفيزيائية للنيوبيوم

النيوبيوم معدن فضي لامع.

النيوبيوم العنصري هو معدن شديد المقاومة للحرارة (2468 درجة مئوية) وعالي الغليان (4927 درجة مئوية)، ومقاوم جدًا للعديد من البيئات العدوانية. جميع الأحماض، باستثناء حمض الهيدروفلوريك، ليس لها أي تأثير عليه. تعمل الأحماض المؤكسدة على "تخميل" النيوبيوم، وتغطيته بطبقة أكسيد واقية (رقم 205). ولكن في درجات الحرارة المرتفعة، يزداد النشاط الكيميائي للنيوبيوم. إذا تم أكسدة طبقة سطحية صغيرة فقط من المعدن عند درجة حرارة 150...200 درجة مئوية، فإنه عند درجة حرارة 900...1200 درجة مئوية يزيد سمك طبقة الأكسيد بشكل ملحوظ.

الشبكة البلورية للنيوبيوم عبارة عن مكعب متمركز حول الجسم مع المعلمة a = 3.294 Å.

المعدن النقي مطاوع ويمكن دحرجته إلى صفائح رقيقة (يصل سمكها إلى 0.01 مم) في حالة باردة دون التلدين المتوسط.

يمكن للمرء أن يلاحظ خصائص النيوبيوم مثل نقاط الانصهار والغليان العالية، وانخفاض وظيفة عمل الإلكترون مقارنة بالمعادن المقاومة للحرارة الأخرى - التنغستن والموليبدينوم. الخاصية الأخيرة تميز القدرة على انبعاث الإلكترون (انبعاث الإلكترون)، والتي تستخدم لاستخدام النيوبيوم في تكنولوجيا الفراغ الكهربائي. يتمتع النيوبيوم أيضًا بدرجة حرارة انتقال عالية إلى حالة التوصيل الفائق.

الكثافة 8.57 جم/سم 3 (20 درجة مئوية)؛ ر 2500 درجة مئوية؛ نقطة الغليان 4927 درجة مئوية؛ ضغط البخار (مم زئبق؛ 1 مم زئبق = 133.3 ن/م2) 110 -5 (2194 درجة مئوية)، 110 -4 (2355 درجة مئوية)، 610 -4 (عند درجة حرارة الانصهار)، 1·10 -3 (2539 درجة مئوية).

في درجات الحرارة العادية، النيوبيوم مستقر في الهواء. تتم ملاحظة بداية الأكسدة (فيلم تغير اللون) عند تسخين المعدن إلى 200 - 300 درجة مئوية. فوق 500 درجة، تحدث الأكسدة السريعة مع تكوين أكسيد Nb 2 O 5.

الموصلية الحرارية بوحدة W/(m·K) عند 0 درجة مئوية و600 درجة مئوية هي 51.4 و56.2 على التوالي، ونفس الشيء في cal/(cm·sec·°C) هي 0.125 و0.156. المقاومة الكهربائية الحجمية المحددة عند 0 درجة مئوية 15.22·10 -8 أوم·م (15.22·10 -6 أوم·سم). تبلغ درجة حرارة الانتقال إلى حالة التوصيل الفائق 9.25 كلفن. والنيوبيوم مادة مغناطيسية مسايرة. وظيفة عمل الإلكترون 4.01 فولت.

تتم معالجة النيوبيوم النقي بسهولة بالضغط البارد ويحتفظ بخصائص ميكانيكية مرضية عند درجات حرارة عالية. تبلغ قوة الشد عند 20 و800 درجة مئوية على التوالي 342 و312 مليون نيوتن/م2، وهي نفسها في كجم قوة/مم2 34.2 و31.2؛ الاستطالة النسبية عند 20 و800 درجة مئوية هي 19.2 و20.7% على التوالي. تبلغ صلابة برينل للنيوبيوم النقي 450، والتقنية 750-1800 مليون/م2. شوائب بعض العناصر، وخاصة الهيدروجين والنيتروجين والكربون والأكسجين، تضعف بشكل كبير ليونة وتزيد من صلابة النيوبيوم.

الخواص الكيميائية للنيوبيوم

كيميائيا، النيوبيوم مستقر تماما. وعندما يكلس في الهواء، فإنه يتأكسد إلى Nb 2 O 5 . تم وصف حوالي 10 تعديلات بلورية لهذا الأكسيد. عند الضغط الطبيعي، يكون الشكل β لـ Nb 2 O 5 مستقرًا.

عندما يتم خلط Nb 2 O 5 مع أكاسيد مختلفة، يتم الحصول على النيوبات: Ti 2 Nb 10 O 29، FeNb 49 O 124. يمكن اعتبار النيوبات بمثابة أملاح لأحماض النيوبيك الافتراضية. وهي مقسمة إلى metaniobates MNbO 3 أو orthoniobates M 3 NbO 4 أو pyroniobates M 4 Nb 2 O 7 أو polyniobates M 2 O nNb 2 O 5 (M عبارة عن كاتيون مشحون بشكل فردي، n = 2-12). نيوبات الكاتيونات ذات الشحنة المزدوجة والثلاثية معروفة.

تتفاعل نيوبات مع HF، وذوبان هيدروفلوريد الفلز القلوي (KHF 2) والأمونيوم. يتم تحلل بعض النيوباتس ذات النسبة العالية من M 2 O / Nb 2 O 5:

6Na 3 NbO 4 + 5H 2 O = Na 8 Nb 6 O 19 + 10NaOH.

يشكل النيوبيوم NbO 2, NbO، سلسلة من الأكاسيد المتوسطة بين NbO 2.42 وNbO 2.50 وقريبة في بنيتها من الشكل β لـ Nb 2 O 5.

مع الهالوجينات، يشكل النيوبيوم خماسي الهاليدات NbHal 5، ورباعي الهاليدات NbHal 4 والأطوار NbHal 2.67 - NbHal 3+x، حيث توجد مجموعات Nb 3 أو Nb 2. يتم تحلل خماسي النيوبيوم بسهولة بالماء.

الخاصية المميزة للنيوبيوم هي القدرة على امتصاص الغازات - الهيدروجين والنيتروجين والأكسجين. تؤثر الشوائب الصغيرة لهذه العناصر بشكل كبير على الخواص الميكانيكية والكهربائية للمعدن. عند درجات الحرارة المنخفضة، يتم امتصاص الهيدروجين ببطء؛ وعند درجة حرارة حوالي 360 درجة مئوية، يتم امتصاص الهيدروجين بأقصى سرعة، ولا يحدث الامتزاز فقط، ولكن يتم أيضًا تكوين الهيدريد NbH. يجعل الهيدروجين الممتص المعدن هشًا، ولكن عند تسخينه في فراغ فوق 600 درجة مئوية، يتم تحرير كل الهيدروجين تقريبًا ويتم استعادة الخواص الميكانيكية السابقة.

يمتص النيوبيوم النيتروجين عند درجة حرارة 600 درجة مئوية، وعند درجة حرارة أعلى يتكون نيتريد NbN الذي ينصهر عند درجة حرارة 2300 درجة مئوية.

يتفاعل الكربون والغازات المحتوية على الكربون (CH 4، CO) عند درجات حرارة عالية (1200 - 1400 درجة مئوية) مع المعدن لتكوين كربيد NbC الصلب والمقاوم للحرارة (ينصهر عند 3500 درجة مئوية).

مع البورون والسيليكون، يشكل النيوبيوم بوريدًا صلبًا ومقاومًا للحرارة ومبيد السيليكات NbB 2 (ينصهر عند 2900 درجة مئوية).

في وجود بخار الماء والأكسجين، يشكل NbCl 5 وNbBr 5 أوكسيهاليدات NbOCl 3 وNbOBr 3 - وهي مواد سائبة تشبه الصوف القطني.

عندما يتفاعل النيوبيوم والجرافيت، تتشكل كربيدات Nb 2 C وNb C، وهي مركبات صلبة مقاومة للحرارة. في نظام Nb - N هناك عدة مراحل من التركيب المتغير والنيتريدات Nb 2 N و Nb N. يتصرف النيوبيوم بطريقة مماثلة في الأنظمة التي تحتوي على الفوسفور والزرنيخ. عندما يتفاعل النيوبيوم مع الكبريت، يتم الحصول على الكبريتيدات التالية: NbS، NbS 2 و NbS 3. تم تصنيع الفلوريد المزدوج Nb والبوتاسيوم (الصوديوم) -K2.

النيوبيوم مقاوم لعمل أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك والنيتريك والفوسفوريك والأحماض العضوية بأي تركيز في البرد وعند 100 - 150 درجة مئوية. يذوب المعدن في حمض الهيدروفلوريك وبشكل مكثف بشكل خاص في خليط من أحماض الهيدروفلوريك والنيتريك.

النيوبيوم أقل استقرارا في القلويات. تؤدي المحاليل الساخنة للقلويات الكاوية إلى تآكل المعدن بشكل ملحوظ، وفي القلويات المنصهرة والصودا تتأكسد بسرعة لتشكل ملح الصوديوم لحمض النيوبيك.

لم يكن من الممكن بعد عزل النيوبيوم كهروكيميائيًا من المحاليل المائية. من الممكن الإنتاج الكهروكيميائي للسبائك التي تحتوي على النيوبيوم. يمكن عزل النيوبيوم المعدني عن طريق التحليل الكهربائي لذوبان الملح اللامائي.

تكوين الإلكترونات الخارجية لذرة Nb هو 4d 4 5s l. المركبات الأكثر استقرارًا هي النيوبيوم خماسي التكافؤ، ولكن من المعروف أيضًا أن المركبات ذات حالات الأكسدة +4 و+3 و+2 و+1، والتي يكون النيوبيوم أكثر عرضة لتكوينها من التنتالوم. على سبيل المثال، في نظام النيوبيوم والأكسجين يتم إنشاء المراحل التالية: أكسيد Nb 2 O 5 (ذوبان 1512 درجة مئوية، أبيض)، NbO 2.47 وNbO 2.42 غير المتكافئة، أكسيد NbO 2 (ذوبان 2080 درجة مئوية، أسود)، أكسيد NbO (MP 1935 درجة مئوية، اللون الرمادي) ومحلول الأكسجين الصلب في النيوبيوم. NbO 2 - أشباه الموصلات؛ NbO، المنصهر في سبيكة، له بريق معدني وموصلية كهربائية من النوع المعدني، ويتبخر بشكل ملحوظ عند 1700 درجة مئوية، بشكل مكثف عند 2300-2350 درجة مئوية، والذي يستخدم لتنقية النيوبيوم من الأكسجين بالفراغ؛ Nb 2 O 5 حمضي بطبيعته؛ لم يتم عزل أحماض النيوبيك على شكل مركبات كيميائية محددة، ولكن أملاحها، النيوبات، معروفة.

مع الهيدروجين، يشكل Nb محلولًا صلبًا خلاليًا (يصل إلى 10% H) وهيدريد تركيبه من NbH 0.7 إلى NbH. ذوبان الهيدروجين في Nb (جم / سم 3) عند 20 درجة مئوية 104، عند 500 درجة مئوية 74.4، عند 900 درجة مئوية 4.0. إن امتصاص الهيدروجين قابل للعكس: عند تسخينه، خاصة في الفراغ، يتم إطلاق الهيدروجين؛ يستخدم هذا لتنقية Nb من الهيدروجين (مما يجعل المعدن هشًا) ولهدرجة Nb المضغوط: يتم سحق الهيدريد الهش وإزالة الهيدروجين منه في الفراغ، للحصول على مسحوق النيوبيوم النقي للمكثفات الإلكتروليتية. ذوبان النيتروجين في النيوبيوم هو (٪ بالوزن) 0.005 و 0.04 و 0.07 على التوالي عند 300 و 1000 و 1500 درجة مئوية. يتم تكرير النيوبيوم من النيتروجين عن طريق التسخين في فراغ عميق فوق 1900 درجة مئوية أو عن طريق الذوبان الفراغي. أعلى نيتريد NbN هو رمادي فاتح مع لون مصفر؛ درجة حرارة الانتقال إلى حالة التوصيل الفائق هي 15.6 كلفن. مع الكربون عند 1800-2000 درجة مئوية، يشكل Nb 3 مراحل: α-phase - محلول صلب لإقحام الكربون في النيوبيوم، يحتوي على ما يصل إلى 2% C عند 2335 درجة مئوية؛ الطور β - Nb 2 C، الطور δ - NbC.

التركيب الكيميائي للنيوبيوم في السبائك والقضبان

		الشوائب،٪، لا أكثر

سبائك النيوبيوم
	غوست 16099-70


النيوبيوم في العصي
	غوست 16100-70

تطبيقات النيوبيوم

الخاصية الفريدة - عدم وجود تفاعل ملحوظ للنيوبيوم مع اليورانيوم عند درجات حرارة تصل إلى 1100 درجة مئوية، بالإضافة إلى التوصيل الحراري الجيد، ومقطع عرضي صغير فعال للامتصاص من النيوترونات الحرارية - جعلت النيوبيوم منافسًا خطيرًا للمعادن المعترف بها في الطاقة النووية. الصناعة - الألومنيوم والبريليوم والزركونيوم. بالإضافة إلى ذلك، فإن النشاط الإشعاعي الاصطناعي (المستحث) للنيوبيوم منخفض. ولذلك يمكن استخدامه في صنع حاويات لتخزين النفايات المشعة أو المنشآت المخصصة لاستخدامها.

إنتاج النيوبيوم في روسيا

في السنوات الأخيرة، وصل الإنتاج العالمي من النيوبيوم إلى مستوى 24-29 ألف طن، وتجدر الإشارة إلى أن سوق النيوبيوم العالمي تحتكر بشكل كبير شركة SVMM البرازيلية، والتي تمثل حوالي 85٪ من إنتاج النيوبيوم العالمي.
المستهلك الرئيسي للمنتجات المحتوية على النيوبيوم (الفيرونيوبيوم في المقام الأول) هو اليابان. تستورد هذه الدولة سنويًا أكثر من 4 آلاف طن من الحديدوبيوم من البرازيل. ولذلك، يمكن النظر بثقة كبيرة إلى أسعار الواردات اليابانية للمنتجات المحتوية على النيوبيوم باعتبارها قريبة من المتوسط العالمي.
في السنوات الأخيرة، كان هناك اتجاه لارتفاع أسعار الفيرونيوبيوم. ويرجع ذلك إلى استخدامه المتزايد لإنتاج الفولاذ منخفض السبائك المخصص بشكل أساسي لخطوط أنابيب النفط والغاز. بشكل عام، تجدر الإشارة إلى أنه على مدى السنوات الخمس عشرة الماضية، زاد الاستهلاك العالمي من النيوبيوم بمعدل 4-5٪ سنويًا.
ومن المؤسف أننا يجب أن نعترف بأن روسيا تقف على هامش سوق النيوبيوم. في أوائل التسعينيات، وفقا لأخصائيي Giredmet، تم إنتاج الاتحاد السوفياتي السابق
تم استهلاك حوالي 2 ألف طن من النيوبيوم (من حيث أكسيد النيوبيوم). في الوقت الحالي، لا يتجاوز استهلاك منتجات النيوبيوم من قبل الصناعة الروسية 100 - 200 طن فقط.
تجدر الإشارة إلى أنه في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية السابق تم إنشاء قدرات كبيرة لإنتاج النيوبيوم، منتشرة في جمهوريات مختلفة - روسيا وإستونيا وكازاخستان. هذه السمة التقليدية لتطور الصناعة في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية وضعت روسيا الآن في موقف صعب للغاية فيما يتعلق بالعديد من أنواع المواد الخام والمعادن.
يبدأ سوق النيوبيوم بإنتاج المواد الخام المحتوية على النيوبيوم. كان نوعه الرئيسي في روسيا ولا يزال مركزًا لوباريت يتم إنتاجه في Lovozersky GOK (الآن Sevredmet JSC، منطقة مورمانسك). قبل انهيار الاتحاد السوفياتي، أنتجت الشركة حوالي 23 ألف طن من تركيز اللوباريت (محتوى أكسيد النيوبيوم حوالي 8.5٪). وبعد ذلك، انخفض إنتاج الركازة بشكل مطرد في الفترة 1996-1998. توقفت الشركة عدة مرات بسبب قلة المبيعات. تشير التقديرات حاليًا إلى أن إنتاج مركز اللوباريت في المؤسسة يتراوح بين 700 - 800 طن شهريًا.
تجدر الإشارة إلى أن المؤسسة مرتبطة بشكل صارم بمستهلكها الوحيد - مصنع سوليكامسك للمغنيسيوم. والحقيقة هي أن تركيز اللوباريت هو منتج محدد إلى حد ما يتم الحصول عليه فقط في روسيا. تكنولوجيا المعالجة الخاصة بها معقدة للغاية بسبب مجموعة المعادن النادرة التي تحتوي عليها (النيوبيوم والتنتالوم والتيتانيوم). بالإضافة إلى ذلك، فإن التركيز مشع، ولهذا السبب إلى حد كبير انتهت جميع محاولات دخول السوق العالمية بهذا المنتج سدى. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه من المستحيل الحصول على الحديديوبيوم من تركيز اللوباريت.
في عام 2000، في مصنع سيفردميت، أطلقت شركة Rosredmet منشأة تجريبية لمعالجة تركيز اللوباريت لإنتاج، من بين المعادن الأخرى، منتجات تحتوي على النيوبيوم (أكسيد النيوبيوم) قابلة للتسويق.

الأسواق الرئيسية لمنتجات النيوبيوم الخاصة بـ SMZ هي بلدان خارج رابطة الدول المستقلة: يتم التسليم إلى الولايات المتحدة الأمريكية واليابان والدول الأوروبية. وتبلغ حصة الصادرات في إجمالي الإنتاج أكثر من 90%.
تركزت قدرات إنتاج النيوبيوم الكبيرة في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في إستونيا - في جمعية إنتاج المواد الكيميائية والمعادن Sillamae (Sillamae). الآن تسمى الشركة الإستونية Silmet. في العهد السوفييتي، قامت الشركة بمعالجة مركزات اللوباريت من مصنع التعدين والمعالجة في لوفوزرسك، ومنذ عام 1992، تم إيقاف شحنها. حاليًا، تقوم شركة Silmet بمعالجة كمية صغيرة فقط من هيدروكسيد النيوبيوم من مصنع المغنيسيوم في سوليكامسك. وتتلقى الشركة حاليًا معظم المواد الخام التي تحتوي على النيوبيوم من البرازيل ونيجيريا. لا تستبعد إدارة المؤسسة توريد تركيز اللوباريت، ومع ذلك، تحاول شركة "Sevredmet" اتباع سياسة معالجتها محليًا، نظرًا لأن تصدير المواد الخام أقل ربحية من المنتجات النهائية.

إنتاج أشباه الموصلات النيوبيوم في روسيا

الإنتاج الروسي الوحيد للموصلات الفائقة القائمة على النيوبيوم والقصدير والنيوبيوم والتيتانيوم، الذي تم إنشاؤه في عام 2009 في OJSC ChMP، هو عبارة عن دورة مغلقة تبدأ من إنتاج المواد والمكونات المصدرية (النيوبيوم، وسبائك النيوبيوم والتيتانيوم، والبرونز عالي القصدير). إلى خيوط الموصلات الفائقة النهائية، المجهزة بمناطق لقياس الخصائص الكهربائية ومراقبة المعلمات للمرحلة التكنولوجية بأكملها. يتم إنشاء إنتاج واسع النطاق للمواد فائقة التوصيل تحت القيادة العلمية لشركة JSC VNIINM im. أ.أ. بوخفارا".

في المجمل، سينتج مصنع تشيبيتسك الميكانيكي 170 طنًا من SPM لمشروع ITER المعتمد على النيوبيوم والتيتانيوم والنيوبيوم والقصدير بحلول عام 2013.