Αξίζει να ξεκινήσουμε με το γεγονός ότι το νιόβιο είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με μια ουσία όπως το ταντάλιο. Αυτό συμβαίνει ακόμη και παρά το γεγονός ότι αυτά τα υλικά δεν ανακαλύφθηκαν ταυτόχρονα.
Τι είναι το νιόβιο
Τι είναι γνωστό σήμερα για μια ουσία όπως το νιόβιο; Είναι ένα χημικό στοιχείο που βρίσκεται στην 5η ομάδα του περιοδικού πίνακα, με ατομικό αριθμό 41 και ατομική μάζα 92,9. Όπως πολλά άλλα μέταλλα, αυτή η ουσία έχει μια ατσάλινη γκρι γυαλάδα.
Μία από τις πιο σημαντικές φυσικές παραμέτρους αυτού είναι η ανθεκτικότητά του. Χάρη σε αυτό το χαρακτηριστικό είναι ότι η χρήση του νιοβίου έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη σε πολλές βιομηχανίες. Το σημείο τήξης αυτής της ουσίας είναι 2468 βαθμοί Κελσίου και το σημείο βρασμού είναι 4927 βαθμοί Κελσίου.
Οι χημικές ιδιότητες αυτής της ουσίας είναι επίσης σε υψηλό επίπεδο. Χαρακτηρίζεται από υψηλό επίπεδο αντοχής στις αρνητικές θερμοκρασίες, καθώς και στα πιο επιθετικά περιβάλλοντα.
Παραγωγή
Πρέπει να ειπωθεί ότι η παρουσία μεταλλεύματος που περιέχει το στοιχείο Nb (νιόβιο) είναι πολύ υψηλότερη από εκείνη που περιέχει ταντάλιο, αλλά το πρόβλημα έγκειται στην έλλειψη της περιεκτικότητας του ίδιου του στοιχείου σε αυτό το μετάλλευμα.
Τις περισσότερες φορές, για να ληφθεί αυτό το στοιχείο, πραγματοποιείται μια διαδικασία θερμικής αναγωγής, στην οποία εμπλέκεται αλουμίνιο ή πυρίτιο. Ως αποτέλεσμα αυτής της λειτουργίας, λαμβάνονται ενώσεις φερρονοβίου και σιδηροτανταλονοβίου. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η μεταλλική έκδοση αυτής της ουσίας λαμβάνεται από το ίδιο μετάλλευμα, αλλά χρησιμοποιείται μια πιο περίπλοκη τεχνολογία. Τα χωνευτήρια νιοβίου και άλλα υλικά που λαμβάνονται χαρακτηρίζονται από πολύ υψηλές επιδόσεις.
Μέθοδοι λήψης νιοβίου
Επί του παρόντος, μία από τις πιο ανεπτυγμένες κατευθύνσεις για την απόκτηση αυτού του υλικού είναι η αλουμινοθερμική, η θερμική νατρίου και η καρβοθερμική. Η διαφορά μεταξύ αυτών των τύπων έγκειται επίσης στις πρόδρομες ουσίες που χρησιμοποιούνται για τη μείωση του νιοβίου. Ας υποθέσουμε ότι το K2NbF7 χρησιμοποιείται στη θερμική μέθοδο νατρίου. Αλλά, για παράδειγμα, στην αλουμινοθερμική μέθοδο, χρησιμοποιείται πεντοξείδιο του νιοβίου.
Αν μιλάμε για τη μέθοδο παραγωγής καρβοθερμικής, τότε αυτή η τεχνολογία συνεπάγεται ανάμειξη Nb με αιθάλη. Αυτή η διαδικασία θα πρέπει να πραγματοποιείται σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας και υδρογόνου. Ως αποτέλεσμα αυτής της λειτουργίας, θα ληφθεί καρβίδιο του νιοβίου. Το δεύτερο στάδιο είναι ότι το μέσο υδρογόνου αντικαθίσταται από ένα υπό κενό, ενώ η θερμοκρασία διατηρείται. Αυτή τη στιγμή, το οξείδιο του προστίθεται στο καρβίδιο του νιοβίου και λαμβάνεται το ίδιο το μέταλλο.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το νιόβιο στα πλινθώματα είναι αρκετά κοινό μεταξύ των μορφών του παραγόμενου μετάλλου. Αυτό το προϊόν προορίζεται για την παραγωγή κραμάτων με βάση το μέταλλο, καθώς και διαφόρων άλλων ημικατεργασμένων προϊόντων.
Μπορεί επίσης να παραχθεί μια ράβδος από αυτό το υλικό, η οποία χωρίζεται σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με την καθαρότητα της ουσίας. Η μικρότερη ποσότητα ακαθαρσιών περιέχεται στη ράβδο με τη σήμανση NBSh-00. Η κατηγορία НБШ-0 χαρακτηρίζεται από υψηλότερη παρουσία στοιχείων όπως ο σίδηρος, το τιτάνιο και το πυρίτιο τανταλίου. Η κατηγορία που έχει τον υψηλότερο δείκτη ακαθαρσιών είναι η НБШ-1. Μπορεί να προστεθεί ότι το νιόβιο στα πλινθώματα δεν έχει τέτοια ταξινόμηση.
Εναλλακτικές μέθοδοι παραγωγής
Οι εναλλακτικές μέθοδοι περιλαμβάνουν τήξη ζώνης δέσμης ηλεκτρονίων χωρίς χωνευτήριο. Αυτή η διαδικασία καθιστά δυνατή τη λήψη μονοκρυστάλλων Nb. Τα χωνευτήρια νιοβίου κατασκευάζονται με αυτήν τη μέθοδο. Ανήκει στη μεταλλουργία σκόνης. Χρησιμοποιείται για να ληφθεί πρώτα ένα κράμα αυτού του υλικού και μετά το καθαρό δείγμα του. Η διαθεσιμότητα αυτής της μεθόδου έχει οδηγήσει στο γεγονός ότι οι διαφημίσεις για την αγορά νιοβίου είναι αρκετά συνηθισμένες. Αυτή η μέθοδος καθιστά δυνατή τη χρήση για την απόκτηση καθαρού μετάλλου όχι του ίδιου του μεταλλεύματος, το οποίο είναι αρκετά δύσκολο να εξαχθεί, ή του συμπυκνώματος από αυτό, αλλά δευτερογενών πρώτων υλών.
Μια άλλη εναλλακτική μέθοδος παραγωγής είναι το νιόβιο σε έλαση. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι περισσότερες από τις διαφορετικές εταιρείες προτιμούν να αγοράζουν ράβδους, σύρμα ή λαμαρίνα.
Ρολό και αλουμινόχαρτο
Το αλουμινόχαρτο από αυτό το υλικό είναι ένα αρκετά κοινό ημικατεργασμένο προϊόν. Είναι το λεπτότερο ελασματοποιημένο φύλλο αυτής της ουσίας. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή ορισμένων προϊόντων και ανταλλακτικών. Το φύλλο νιοβίου λαμβάνεται από αγνές πρώτες ύλες με ψυχρή έλαση πλινθωμάτων Nb. Τα προϊόντα που προκύπτουν χαρακτηρίζονται από δείκτες όπως υψηλή αντοχή στη διάβρωση, επιθετικά περιβάλλοντα και υψηλές θερμοκρασίες. Το ελασματοποιημένο νιόβιο και τα πλινθώματα του παρέχουν επίσης χαρακτηριστικά όπως αντοχή προϊόντος στη φθορά, υψηλή ολκιμότητα και καλή μηχανική ικανότητα.
Τα προϊόντα που λαμβάνονται με αυτόν τον τρόπο χρησιμοποιούνται συχνότερα σε τομείς δραστηριότητας όπως η κατασκευή αεροσκαφών, η πυραύλων, η ιατρική (χειρουργική), η ραδιομηχανική, η ηλεκτρική μηχανική, η πυρηνική ενέργεια και η πυρηνική ενέργεια. Το αλουμινόχαρτο νιοβίου συσκευάζεται σε καρούλια και αποθηκεύεται σε στεγνό, προστατευμένο από την υγρασία, καθώς και σε προστατευμένο μέρος από μηχανικές κρούσεις από το εξωτερικό.
Εφαρμογή σε ηλεκτρόδια και κράματα
Η χρήση του νιοβίου είναι πολύ διαδεδομένη. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί, όπως το χρώμιο και το νικέλιο, ως υλικό που αποτελεί μέρος του κράματος σιδήρου που χρησιμοποιείται για την κατασκευή ηλεκτροδίων. Λόγω του γεγονότος ότι το νιόβιο, όπως και το ταντάλιο, είναι ικανό να σχηματίζει υπερσκληρό καρβίδιο, χρησιμοποιείται συχνά για την παραγωγή υπερσκληρών κραμάτων. Μπορεί να προστεθεί ότι επί του παρόντος προσπαθούν με τη βοήθεια αυτού του υλικού να βελτιώσουν τις ιδιότητες των κραμάτων που λαμβάνονται με βάση
Δεδομένου ότι το νιόβιο είναι μια πρώτη ύλη ικανή να δημιουργήσει στοιχεία καρβιδίου, όπως και το ταντάλιο, χρησιμοποιείται ως μίγμα κραμάτων στην παραγωγή χάλυβα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι για μεγάλο χρονικό διάστημα η χρήση του νιοβίου ως πρόσμειξης στο ταντάλιο θεωρούνταν αρνητική επίδραση. Ωστόσο, σήμερα η άποψη έχει αλλάξει. Έχει βρεθεί ότι το Nb μπορεί να λειτουργήσει ως υποκατάστατο του τανταλίου, με μεγάλη επιτυχία, αφού, λόγω της χαμηλότερης ατομικής μάζας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί λιγότερη ουσία, διατηρώντας παράλληλα όλες τις παλιές δυνατότητες και αποτελέσματα του προϊόντος.
Εφαρμογή στην Ηλεκτρολογία
Αξίζει να τονιστεί ότι η χρήση του νιοβίου, όπως και του αδελφού του τανταλίου, είναι δυνατή σε ανορθωτές, λόγω του γεγονότος ότι έχουν την ιδιότητα της μονοπολικής αγωγιμότητας, δηλαδή αυτές οι ουσίες περνούν ηλεκτρικό ρεύμα προς μία μόνο κατεύθυνση. Είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί αυτό το μέταλλο για τη δημιουργία συσκευών όπως ανόδους, οι οποίες χρησιμοποιούνται σε ισχυρές γεννήτριες και σωλήνες ενισχυτών.
Είναι πολύ σημαντικό να σημειωθεί ότι η χρήση του νιοβίου έχει φτάσει στη βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας. Σε αυτή τη βιομηχανία, τα προϊόντα που παράγονται από αυτήν την ουσία χρησιμοποιούνται ως υλικά κατασκευής. Αυτό κατέστη δυνατό επειδή η παρουσία Nb στα μέρη τα καθιστά ανθεκτικά στη θερμότητα και επίσης τους προσδίδει υψηλές ιδιότητες χημικής αντοχής.
Τα εξαιρετικά φυσικά χαρακτηριστικά αυτού του μετάλλου έχουν οδηγήσει στο γεγονός ότι χρησιμοποιείται αρκετά ευρέως στην τεχνολογία πυραύλων, σε αεριωθούμενα αεροσκάφη και σε αεριοστρόβιλους.
Παραγωγή νιοβίου στη Ρωσία
Αν μιλάμε για τα αποθέματα αυτού του μεταλλεύματος, τότε συνολικά υπάρχουν περίπου 16 εκατομμύρια τόνοι. Η μεγαλύτερη κατάθεση, που αντιπροσωπεύει περίπου το 70% του συνολικού όγκου, βρίσκεται στη Βραζιλία. Στο έδαφος της Ρωσίας, βρίσκεται περίπου το 25% των αποθεμάτων αυτού του μεταλλεύματος. Αυτός ο δείκτης θεωρείται ότι αποτελεί σημαντικό μέρος όλων των αποθεμάτων νιοβίου. Το μεγαλύτερο κοίτασμα αυτής της ουσίας βρίσκεται στην Ανατολική Σιβηρία, καθώς και στην Άπω Ανατολή. Σήμερα, στο έδαφος της Ρωσικής Ομοσπονδίας, η εταιρεία Lovozersky GOK ασχολείται με την εξόρυξη και την παραγωγή αυτής της ουσίας. Μπορεί να σημειωθεί ότι η εταιρεία "Stalmag" ασχολήθηκε επίσης με την παραγωγή νιοβίου στη Ρωσία. Ανέπτυξε το κοίτασμα Τατάρ αυτού του μεταλλεύματος, αλλά έκλεισε το 2010.
Μπορείτε επίσης να προσθέσετε ότι ασχολείται με την παραγωγή οξειδίου του νιοβίου. Το παίρνουν με επεξεργασία συμπυκνώματος λοπαρίτη. Αυτό το εργοστάσιο παράγει από 400 έως 450 τόνους αυτής της ουσίας, το μεγαλύτερο μέρος των οποίων εξάγεται σε χώρες όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Γερμανία. Μέρος του υπολειπόμενου οξειδίου πηγαίνει στο Μηχανικό εργοστάσιο Chepetsk, το οποίο παράγει τόσο καθαρό νιόβιο όσο και τα κράματά του. Εκεί βρίσκονται σημαντικές χωρητικότητες, επιτρέποντας την παραγωγή έως και 100 τόνων υλικού ετησίως.
Το μέταλλο νιόβιου και το κόστος του
Παρά το γεγονός ότι το πεδίο εφαρμογής αυτής της ουσίας είναι αρκετά ευρύ, ο κύριος σκοπός είναι η διαστημική και η πυρηνική βιομηχανία. Για το λόγο αυτό, το Nb ταξινομείται ως στρατηγικό υλικό.
Οι κύριες παράμετροι που επηρεάζουν το κόστος του νιοβίου:
- καθαρότητα του κράματος, μια μεγάλη ποσότητα ακαθαρσιών μειώνει την τιμή.
- τη μορφή παράδοσης του υλικού·
- όγκοι παρεχόμενου υλικού·
- θέση του σημείου παραλαβής μεταλλεύματος (διαφορετικές περιοχές χρειάζονται διαφορετική ποσότητα στοιχείου, πράγμα που σημαίνει ότι η τιμή για αυτό είναι διαφορετική).
Ένας κατά προσέγγιση κατάλογος τιμών για υλικό στη Μόσχα:
- Το νιόβιο της μάρκας NB-2 κοστίζει στην περιοχή των 420-450 ρούβλια ανά κιλό.
- τα ροκανίδια νιοβίου κοστίζουν από 500 έως 510 ρούβλια ανά κιλό.
- ένα προσωπικό της μάρκας NBSh-00 κοστίζει από 490 έως 500 ρούβλια ανά κιλό.
Αξίζει να σημειωθεί ότι, παρά το τεράστιο κόστος αυτού του προϊόντος, η ζήτηση για αυτό αυξάνεται μόνο.
Στον τομέα της εξόρυξης και παραγωγής πρώτων υλών και μετάλλων, η MetProd δραστηριοποιείται για πάνω από 20 χρόνια και σε αυτό το διάστημα έχουμε επιτύχει την υψηλότερη ποιότητα των προϊόντων μας. Ασχολούμαστε με την εξόρυξη σπάνιων πυρίμαχων μετάλλων, που περιλαμβάνουν το στοιχείο νιόβιο, ένα μέταλλο του οποίου οι ιδιότητες και το πεδίο εφαρμογής του επιτρέπουν τη χρήση του στις πιο απαιτητικές βιομηχανίες. Μπορούμε να εγγυηθούμε την ποιότητα των προϊόντων, γιατί Αναπτύσσουμε αποθέματα νιοβίου μόνοι μας.
Το νιόβιο και τα χαρακτηριστικά του
Αυτό το μέταλλο είναι πολύ ανθεκτικό σε διάφορες χημικές επιρροές - αυτό καθορίζει τη δημοτικότητά του στη βιομηχανία και το υψηλό κόστος του. Από τους τομείς εφαρμογής του, οι πιο υπεύθυνοι είναι η ιατρική, η βιομηχανία διαμαντιών και πυραύλων και η παραγωγή νομισμάτων. Επιπλέον, το υλικό είναι αρκετά εύπλαστο κατά την επεξεργασία εάν εκτελείται σε χαμηλές θερμοκρασίες. Το νιόβιο έχει υψηλή θερμοκρασία μετάβασης - αυτή η ιδιότητα είναι πολύ σημαντική για την παραγωγή υπεραγώγιμων συρμάτων και μαγνητών.
Διατίθεται σε πλινθώματα, σκόνη ή απολίνωση. Έτσι, η πιο διάσημη σκόνη της μάρκας N6PM περιέχει, εκτός από νιόβιο, άνθρακα, άζωτο, οξυγόνο, σίδηρο, τιτάνιο, ταντάλιο και πυρίτιο και μπορεί να έχει μία από τις τέσσερις κατηγορίες μεγέθους κόκκων (40–100 μικρά).
Η χημική σταθερότητα του νιοβίου εκδηλώνεται όταν αλληλεπιδρά με ουσίες όπως νιτρικό, ορθοφωσφορικό, θειικό και υδροχλωρικό οξύ. Μπορεί να διαλυθεί μόνο σε καυστικό αλκάλι πολύ υψηλής συγκέντρωσης ή θειικό οξύ, επίσης συμπυκνωμένο και προθερμασμένο στους 150 ° C.
Σε τι χρησιμεύει το νιόβιο;
Μέταλλα με μοναδικές ιδιότητες χρειάζονται πάρα πολύ διάφοροι κλάδοι της μεταλλουργίας, γιατί βελτιστοποιεί σημαντικά τα χαρακτηριστικά των χάλυβα. Κράματα με τη συμμετοχή νιοβίου χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τόσο σημαντικών προϊόντων όπως:
- σωλήνες και δοχεία για αγωγούς αερίου, αγωγούς πετρελαίου, για λιωμένα μέταλλα.
- κελύφη ατομικών και πυρηνικών αντιδραστήρων.
- μέρη ηλεκτρολυτικών πυκνωτών.
- διάφορα πυρίμαχα υλικά, ειδικά γυαλιά και εξαρτήματα λαμπτήρων.
- καρβίδια;
- συσκευές για τη χημική βιομηχανία που απαιτούν υψηλή αντοχή στη διάβρωση.
- «Καυτά» εξαρτήματα γεννήτριας και ηλεκτρονικοί σωλήνες για ραντάρ - κάθοδοι, άνοδοι, πλέγματα κ.λπ.
Επί του παρόντος, η ζήτηση για νιόβιο αυξάνεται και η εταιρεία προσπαθεί να ικανοποιήσει όλες τις απαιτήσεις της αγοράς: για να μπορέσουμε να αγοράσουμε νιόβιο σε χαμηλή τιμή, ελέγχουμε εμείς οι ίδιοι την εξόρυξη και την παραγωγή του σε όλα τα στάδια. Προσφέρουμε καθαρό μέταλλο, καθώς και τα κράματά του, τα οποία χρησιμοποιούνται στην πυραυλική βιομηχανία, για την παραγωγή εξαρτημάτων για αεροπορία και διαστημική τεχνολογία, στην ηλεκτρονική και ραδιομηχανική, την ατομική ενέργεια και τη μηχανική χημικών συσκευών.
Περίπου το ήμισυ του συνόλου του νιοβίου που κυκλοφορεί σήμερα στην αγορά χρησιμοποιείται για την κραματοποίηση χάλυβα και περίπου το 30% χρησιμοποιείται για τη λήψη κραμάτων με τις επιθυμητές ιδιότητες. Είναι κράμα με μη σιδηρούχα μέταλλα, συμπεριλαμβανομένου του ουρανίου, και εισάγεται στον χάλυβα για να αποφευχθεί η διακοκκώδης διάβρωση και να βελτιώσει τις ιδιότητές του.
ΟΡΙΣΜΟΣ
Νιόβιο- το σαράντα πρώτο στοιχείο του Περιοδικού Πίνακα. Ονομασία - Nb από το λατινικό "niobium". Βρίσκεται στην πέμπτη περίοδο, ο όμιλος VBA. Αναφέρεται σε μέταλλα. Το πυρηνικό φορτίο είναι 41.
Ο φλοιός της γης περιέχει νιόβιο 0,002% (κ.β.). Αυτό το στοιχείο μοιάζει πολύ με το βανάδιο. Σε ελεύθερη κατάσταση, είναι ένα πυρίμαχο μέταλλο, σκληρό, αλλά όχι εύθραυστο, καλά επιδεκτικό μηχανικής επεξεργασίας (Εικ. 1 .. Η πυκνότητα του νιοβίου είναι 8,57 g / cm 3, το σημείο τήξης είναι 2500 o C.
Το νιόβιο είναι ανθεκτικό σε πολλά επιθετικά περιβάλλοντα. Δεν επηρεάζεται από το υδροχλωρικό οξύ και το aqua regia, καθώς στην επιφάνεια αυτού του μετάλλου σχηματίζεται ένα λεπτό, αλλά πολύ ισχυρό και χημικά ανθεκτικό φιλμ οξειδίου.
Ρύζι. 1. Νιόβιο. Εμφάνιση.
Ατομικό και μοριακό βάρος νιοβίου
ΟΡΙΣΜΟΣ
Σχετικό μοριακό βάρος της ουσίας (M r)είναι ένας αριθμός που δείχνει πόσες φορές η μάζα ενός δεδομένου μορίου είναι μεγαλύτερη από το 1/12 της μάζας ενός ατόμου άνθρακα, και σχετική ατομική μάζα ενός στοιχείου (Ar)- πόσες φορές η μέση μάζα των ατόμων ενός χημικού στοιχείου είναι μεγαλύτερη από το 1/12 της μάζας ενός ατόμου άνθρακα.
Δεδομένου ότι στην ελεύθερη κατάσταση το νιόβιο υπάρχει με τη μορφή μονοατομικών μορίων Nb, οι τιμές της ατομικής και μοριακής του μάζας συμπίπτουν. Είναι ίσα με 92,9063.
Ισότοπα νιοβίου
Είναι γνωστό ότι στη φύση το νιόβιο μπορεί να βρεθεί με τη μορφή του μοναδικού σταθερού ισοτόπου 93 Nb. Ο μαζικός αριθμός είναι 93, ο πυρήνας του ατόμου περιέχει σαράντα ένα πρωτόνια και πενήντα δύο νετρόνια.
Υπάρχουν τεχνητά ασταθή ισότοπα ζιρκονίου με μαζικούς αριθμούς από 81 έως 113, καθώς και είκοσι πέντε ισομερείς καταστάσεις πυρήνων, μεταξύ των οποίων το μακροβιότερο ισότοπο 92 Nb με χρόνο ημιζωής 34,7 εκατομμύρια χρόνια.
Ιόντα νιοβίου
Στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο του ατόμου του νιοβίου, υπάρχουν πέντε ηλεκτρόνια, τα οποία είναι σθένος:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 3 5s 2.
Ως αποτέλεσμα της χημικής αλληλεπίδρασης, το νιόβιο εγκαταλείπει τα ηλεκτρόνια του σθένους, δηλ. είναι ο δότης τους και μετατρέπεται σε θετικά φορτισμένο ιόν:
Nb 0 -1e → Nb +;
Nb 0 -2e → Nb 2+;
Nb 0 -3e → Nb 3+;
Nb 0 -4e → Nb 4+;
Nb 0 -5e → Nb 5+.
Μόριο και άτομο νιοβίου
Στην ελεύθερη κατάσταση, το νιόβιο υπάρχει με τη μορφή μονατομικών μορίων Nb. Ακολουθούν ορισμένες ιδιότητες που χαρακτηρίζουν το άτομο και το μόριο του νιοβίου:
Κράματα νιοβίου
Το νιόβιο είναι ένα από τα συστατικά πολλών κραμάτων ανθεκτικών σε υψηλές θερμοκρασίες και διάβρωση. Τα κράματα νιοβίου υψηλής θερμοκρασίας, τα οποία χρησιμοποιούνται στην παραγωγή αεριοστροβίλων, κινητήρων αεριωθουμένων και πυραύλων, έχουν ιδιαίτερη σημασία.
Νιόβιο προστίθεται επίσης στους ανοξείδωτους χάλυβες. Βελτιώνει δραματικά τις μηχανικές τους ιδιότητες και την αντοχή στη διάβρωση. Οι χάλυβες που περιέχουν από 1 έως 4% νιόβιο χαρακτηρίζονται από υψηλή αντοχή στη θερμότητα και χρησιμοποιούνται ως υλικό για την κατασκευή λεβήτων υψηλής πίεσης.
Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2
| Ασκηση | Αναφέρετε το σθένος και την κατάσταση οξείδωσης του νιοβίου στις ενώσεις: Gd 2 Nb 2 O 7 και Pb (NbO 3) 2. |
| Απάντηση | Για τον προσδιορισμό του σθένους του νιοβίου σε ενώσεις που περιέχουν οξυγόνο, πρέπει να τηρηθεί αυστηρά η ακόλουθη σειρά ενεργειών. Εξετάστε το παράδειγμα του Gd 2 Nb 2 O 7. Προσδιορίστε τον αριθμό των ατόμων οξυγόνου στο μόριο. Είναι ίσο με 7. Υπολογίζουμε τον συνολικό αριθμό μονάδων σθένους για το οξυγόνο: Υπολογίζουμε τον συνολικό αριθμό μονάδων σθένους για το γαδολίνιο: Βρίσκουμε τη διαφορά μεταξύ αυτών των τιμών: Προσδιορίστε τον αριθμό των ατόμων νιοβίου στην ένωση. Είναι ίσο με το 2ο. Το σθένος του νιοβίου είναι IV (8/2 = 4). Για να βρούμε την κατάσταση οξείδωσης του νιοβίου στην ίδια ένωση, λαμβάνουμε την τιμή του ως x και λαμβάνουμε υπόψη το γεγονός ότι το φορτίο του μορίου είναι 0: 2 × 3 + 2 × x + 7 × (-2) = 0 Η κατάσταση οξείδωσης του νιοβίου είναι +4. Με παρόμοιο τρόπο, προσδιορίζουμε ότι το σθένος και η κατάσταση οξείδωσης του νιοβίου στο Pb (NbO 3) 2 είναι ίσα με IV και +1, αντίστοιχα. |
Σε πολλές περιπτώσεις, αντί για ταντάλιο με το ίδιο αποτέλεσμα, είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί νιόβιο, το οποίο είναι κοντά σε αυτό σε ιδιότητες, ή κράματα τανταλίου με νιόβιο, καθώς αυτά τα μέταλλα σχηματίζουν μια συνεχή σειρά στερεών διαλυμάτων, οι ιδιότητες των οποίων είναι κοντά σε αυτά των μητρικών μετάλλων.
Ένα κράμα τανταλίου με νιόβιο μπορεί να ληφθεί αναμειγνύοντας χωριστά λαμβανόμενες σκόνες τανταλίου και νιοβίου, που ακολουθείται από συμπίεση του μείγματος και πυροσυσσωμάτωση στο κενό, καθώς και με ταυτόχρονη αναγωγή από κοινού ενός μείγματος ενώσεων τανταλίου και νιοβίου, για παράδειγμα, ένα μείγμα από σύμπλοκα φθοριούχα K2TaF7 και K2NbF7, ένα μείγμα χλωριδίων, ένα μείγμα οξειδίων κ.λπ.
Συνήθως, με τη μέθοδο του υδροφθορικού οξέος διαχωρισμού τανταλίου και νιοβίου, το τελευταίο διαχωρίζεται με τη μορφή φθοροοξυνιοβικού K2NbOF5 * H2O.
Αυτό το αλάτι δεν είναι κατάλληλο για μείωση νατρίου για δύο λόγους:
α) το νερό κρυστάλλωσης που περιλαμβάνεται στο καθορισμένο αλάτι, αντιδρώντας με νάτριο, μπορεί να οδηγήσει σε έκρηξη,
β) το οξυγόνο, το οποίο είναι μέρος του άλατος και σχετίζεται με το νιόβιο, δεν ανάγεται από το νάτριο και παραμένει με τη μορφή πρόσμειξης οξειδίου στο προϊόν αναγωγής.
Επομένως, το φθοροξυνιοβικό κάλιο πρέπει να ανακρυσταλλώνεται μέσω διαλύματος υδροφθορικού οξέος με συγκέντρωση HF μεγαλύτερη από 10%, με αποτέλεσμα να σχηματίζεται το άλας K2NbF7, το οποίο είναι κατάλληλο για αναγωγή με νάτριο.
Το νιόβιο μπορεί επίσης να ληφθεί με ηλεκτρόλυση υπό συνθήκες παρόμοιες με αυτές που περιγράφονται για την παραγωγή τανταλίου. Σημειώνεται χαμηλότερη απόδοση ρεύματος από ό,τι στην ηλεκτρολυτική παραγωγή τανταλίου, καθώς και δυσκολίες που σχετίζονται με την αξιοσημείωτη διαλυτότητα των ενώσεων νιοβίου διαφορετικού σθένους στον ηλεκτρολύτη.
Είναι επίσης δυνατή η ηλεκτρόλυση από ένα μικτό λουτρό, που περιέχει ένα μείγμα Ta2O5 + Nb2O5 ως συστατικά αποσύνθεσης και K2TaF7 ως διαλύτη. Στην περίπτωση αυτή, λαμβάνεται ένα κράμα νιοβίου με ταντάλιο.
Για τη λήψη νιοβίου, προτάθηκε μια μέθοδος για την αναγωγή του άνθρακα του πεντοξειδίου του νιοβίου σε κενό.
Αναγωγή πεντοξειδίου του νιοβίου με άνθρακα
Για να αποκτήσει νιόβιο, ο K. Bolke ανέπτυξε μια μέθοδο για την αναγωγή του πεντοξειδίου του νιοβίου με καρβίδιο του νιοβίου στο κενό με την αντίδραση:
Ουσιαστικά, αυτή η διαδικασία ανάγεται στην αναγωγή του πεντοξειδίου του νιοβίου με άνθρακα.
Λόγω της υψηλής χημικής αντοχής του πεντοξειδίου του νιοβίου, η αναγωγή με άνθρακα σε ατμοσφαιρική πίεση απαιτεί υψηλή θερμοκρασία (περίπου 1800-1900 °), η οποία μπορεί να ληφθεί σε φούρνο σωλήνων γραφίτη Το νιόβιο έχει υψηλή συγγένεια για τον άνθρακα (ελεύθερη ενέργεια σχηματισμού καρβίδιο του νιοβίου -ΔF ° = 38,2 kcal), επομένως, παρουσία ανθρακούχων αερίων στον κλίβανο και με υψηλό ρυθμό διάχυσης στη στερεά φάση, η οποία αναπτύσσεται σε τόσο υψηλή θερμοκρασία, το νιόβιο αποδεικνύεται ότι είναι μολυσμένο με καρβίδιο του νιοβίου, ακόμα κι αν το φορτίο συντάσσεται με βάση την αντίδραση
Στο κενό, η αντίδραση αναγωγής με άνθρακα προχωρά σε χαμηλότερη θερμοκρασία (1600-1700 °),
Οι μπρικέτες παρασκευάζονται από ένα μείγμα πεντοξειδίου του νιοβίου και αιθάλης, που λαμβάνονται σε στοιχειομετρικές αναλογίες με βάση την αντίδραση
Η έλαση πραγματοποιείται στους 1800-1900 ° σε κλίβανο σωλήνα γραφίτη σε προστατευτική ατμόσφαιρα (υδρογόνο, αργό) ή σε κενό σε θερμοκρασία 1600 ° μέχρι να σταματήσει η έκλυση CO. Το προκύπτον προϊόν είναι μια ελαφρώς συντηγμένη μπρικέτα, που αποτελείται από σωματίδια κονιοποιημένου γκρίζου καρβιδίου. Το καρβίδιο αλέθεται σε σκόνη σε μύλο με σφαιρίδια και αναμιγνύεται με πεντοξείδιο σε αναλογίες που αντιστοιχούν στην αντίδραση (1). Οι μπρικέτες του μείγματος Nb2O5 + NbC επαναπυρώνονται υπό κενό σε θερμοκρασία περίπου 1600 °.
Για να εξασφαλιστεί η ιδρωμένη απομάκρυνση του άνθρακα με τη μορφή CO, θα πρέπει να εισαχθεί μια μικρή περίσσεια πεντοξειδίου του νιοβίου στο μείγμα Nb2O5 + NbC. Κατά την επακόλουθη λειτουργία πυροσυσσωμάτωσης σε υψηλή θερμοκρασία (συγκόλληση) ράβδων συμπιεσμένων από κονιοποιημένο μεταλλικό νιόβιο, αφαιρείται η περίσσεια πεντοξειδίου του νιοβίου, καθώς τα οξείδια του νιοβίου (όπως το ταντάλιο) εξατμίζονται στο κενό σε θερμοκρασίες κάτω από το σημείο τήξης του μετάλλου
Λόγω του αναπόφευκτου χρόνου που δαπανάται για τη δημιουργία κενού και την ψύξη του προϊόντος σε αυτό, η παραγωγικότητα ενός κλιβάνου κενού στην κατασκευή του αρχικού καρβιδίου του νιοβίου είναι πολύ χαμηλότερη από την παραγωγικότητα ενός κλιβάνου σωλήνων γραφίτη που λειτουργεί σε ατμοσφαιρική πίεση, στον οποίο Η συνεχής διαδικασία μπορεί να πραγματοποιηθεί με την προώθηση φυσιγγίων με μπρικέτες μείγματος Nb2O5 + C. Επομένως, είναι πιο σκόπιμο να λαμβάνεται NbC με συνεχή τρόπο σε κλίβανο με σωλήνα γραφίτη σε ατμοσφαιρική πίεση, αν και σε θερμοκρασίες 1800-1900 ° .
Θα ήταν δυνατό να ληφθεί μεταλλικό νιόβιο σε κλίβανο κενού απευθείας αντιδρώντας το πεντοξείδιο με αιθάλη σύμφωνα με την αντίδραση (2) με μια ελαφρά περίσσεια Nb2O5 στο φορτίο. Ωστόσο, όταν ένα μείγμα Nb2O5 + 5NbC φορτώνεται σε έναν κλίβανο κενού, η παραγωγικότητά του αυξάνεται σημαντικά σε σύγκριση με τη φόρτωση ενός μείγματος Nb2O5 + 5C, καθώς το μείγμα Nb2O5 + SNbC περιέχει νιόβιο (82,4%) 1,5 φορές περισσότερο από το μείγμα Nb2O5 + 5C (57,2%) Επιπλέον, το πρώτο μείγμα έχει ειδικό βάρος πρόσθετου 1,7 φορές υψηλότερο από το δεύτερο μείγμα (6,25 g / cm3 και 3,7 g / cm3, αντίστοιχα).
Επιπλέον, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι το καρβίδιο του νιοβίου, το οποίο αποτελεί το κυρίαρχο μέρος του μείγματος Nb2O5 + 5NbC, είναι πιο χονδροειδές από το διασκορπισμένο Nb2O5 και τις σκόνες αιθάλης, κάτι που είναι ένας επιπλέον λόγος για τη μεγαλύτερη πυκνότητα όγκου του μείγματος Nb2O5 + 5NbC από το μείγμα Nb2O5 + 5C.
Ως αποτέλεσμα όλων αυτών, ένας όγκος μονάδας του φυσιγγίου μπορεί να φιλοξενήσει 2,5-3 φορές περισσότερο υλικό (με βάση την περιεκτικότητα σε νιόβιο) με τη μορφή μπρικετών ενός μείγματος Nb2O5 + 5NbC από μπρικέτες ενός μείγματος Nb2O5 + 5C.
Στο έργο του Bolke, δεν υπάρχουν αρκετά πειστικά στοιχεία για την ανάγκη αυστηρής τήρησης της συνιστώμενης σύνθεσης του μείγματος Nb2O5 + 5NbC που φορτώνεται στον κλίβανο κενού.
Με φρύξη του μίγματος Nb2O5 + 5C σε κλίβανο σωλήνων άνθρακα σε ατμοσφαιρική πίεση, είναι δυνατό να ληφθεί με υψηλή παραγωγικότητα (σε συνεχή διαδικασία) ένα προϊόν κοντά σε σύνθεση με μεταλλικό νιόβιο με μικρή πρόσμιξη άνθρακα. Αυτή η πλούσια σε νιόβιο σκόνη υψηλής ειδικής και χύδην πυκνότητας μπορεί στη συνέχεια να αναμειχθεί με κατάλληλη ποσότητα Nb2O5 (με ελαφρά περίσσεια Nb2O5 σε σχέση με την ισοδύναμη πρόσμειξη άνθρακα στο νιόβιο) και το μείγμα μπρικέτας να φρυχθεί σε φούρνο κενού για την απομάκρυνση του άνθρακα στο τη μορφή του CO.
Με αυτήν την επιλογή, η χωρητικότητα και, κατά συνέπεια, η παραγωγικότητα του κλιβάνου κενού θα είναι η μεγαλύτερη. Μια μικρή υπολειπόμενη περίσσεια Nb2O5 θα εξατμιστεί κατά την περαιτέρω πυροσυσσωμάτωση του νιοβίου σε υψηλή θερμοκρασία και το τελευταίο θα μετατραπεί σε ένα συμπαγές ελατό μέταλλο
Όταν χρησιμοποιείται νιόβιο χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα αντί καρβιδίου του νιοβίου για αντίδραση με πεντοξείδιο, ενδέχεται να προκύψουν ορισμένες τεχνολογικές επιπλοκές. Το γεγονός είναι ότι όταν λαμβάνεται νιόβιο χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα σε ατμοσφαιρική πίεση στον χώρο αντίδρασης ενός κλιβάνου με σωλήνα γραφίτη, είναι πάντα δυνατό να εισέλθει στον κλίβανο ένα μείγμα αζώτου από τον αέρα. Το νιόβιο, έχοντας υψηλή συγγένεια με το άζωτο, το απορροφά ενεργά. Στην παραγωγή καρβιδίου του νιοβίου, η πιθανότητα μόλυνσης του προϊόντος με άζωτο είναι πολύ μικρότερη λόγω της υψηλότερης συγγένειας του νιοβίου για τον άνθρακα από ότι για το άζωτο.
Ως εκ τούτου, η λήψη μεταλλικού νιοβίου όταν χρησιμοποιείται νιόβιο χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα ως πρώτη ύλη περιπλέκεται από την ανάγκη δημιουργίας συνθηκών που αποκλείουν την πιθανότητα εισόδου αζώτου στον χώρο αντίδρασης, κάτι που είναι δύσκολο να επιτευχθεί σε έναν κλίβανο με σωλήνα γραφίτη ελεύθερα συνδεδεμένο με το ατμόσφαιρα. Για να αφαιρέσετε το άζωτο από τον κλίβανο, είναι απαραίτητο να γεμίσετε καλά τον κλίβανο με καθαρό υδρογόνο ή αργό, να παρατηρήσετε τη στεγανότητα του περιβλήματος, να αποφύγετε την αναρρόφηση αέρα στον σωλήνα αντίδρασης κατά τη φόρτωση φυσιγγίων με μείγμα Nb2O5 + 5C σε αυτόν και κατά την εκφόρτωση νιόβιο κ.λπ.
Ως εκ τούτου, το ζήτημα των πλεονεκτημάτων της επιλογής της προκαταρκτικής παραγωγής καρβιδίου του νιοβίου ή νιοβίου χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα σε ατμοσφαιρική πίεση (με επακόλουθη φρύξη αυτών των προϊόντων σε μείγμα με Nb2O5 στο κενό) μπορεί να λυθεί με πρακτικές δυνατότητες σε κάθε μεμονωμένη περίπτωση.
Τα πλεονεκτήματα της διαδικασίας αναγωγής άνθρακα του νιοβίου σύμφωνα με μία από τις περιγραφόμενες επιλογές είναι: η χρήση ενός φθηνού αναγωγικού παράγοντα με τη μορφή αιθάλης και η υψηλή άμεση ανάκτηση του νιοβίου στο τελικό μέταλλο
Η εγγύτητα των ιδιοτήτων του τανταλίου και των οξειδίων του νιοβίου καθιστά δυνατή τη χρήση της περιγραφείσας μεθόδου για την παραγωγή ελατού τανταλίου.
17.03.2020
Η δημιουργία ογκομετρικών μοντέλων σήμερα είναι σημαντική όχι μόνο για κινούμενα σχέδια, αλλά και για τεχνικούς σκοπούς. Επίσης, συχνά χρησιμοποιώντας τρισδιάστατη μοντελοποίηση, δημιουργούν εσωτερικά μοντέλα ...
16.03.2020
Όπως τα δημοφιλή επί του παρόντος δάπεδα laminate, οι μοντέρνες σανίδες παρκέ τοποθετούνται αρκετά εύκολα. Τοποθετήστε το στο πάτωμα του καθιστικού ή του τεχνικού δωματίου του ιδιοκτήτη ...
16.03.2020
Η εγγραφή στην πύλη είναι σχεδόν στιγμιαία, μπορείτε να δημιουργήσετε έναν λογαριασμό εισάγοντας μια διεύθυνση email ή να χρησιμοποιήσετε τον δικό σας λογαριασμό σε ένα από τα 20 ...
16.03.2020
Δεν έχει σημασία τι gadget έχετε, μπορείτε να παίξετε μέσω της έκδοσης για κινητά ακόμα και από το παλαιότερο smartphone. Για να ξεκινήσετε να παίζετε, πρέπει πρώτα να εγγραφείτε ...
16.03.2020
Μεταξύ των επενδύσεων δαπέδου, το χαλί είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον γιατί συνδυάζει εξαιρετικές ιδιότητες μόνωσης, πολυτελή εμφάνιση και απλή τεχνολογία τοποθέτησης ....
16.03.2020
Αρχικά, πρέπει να κατανοήσετε πώς λειτουργούν τα βιομηχανικά ψυκτικά συγκροτήματα. Μια τέτοια συσκευή μοιάζει με ένα συνηθισμένο ψυγείο, μια ειδική αντλία αντλεί υγρό, ψύξη ...
15.03.2020
Όταν σχεδιάζετε εργασίες επισκευής στο σπίτι σας, πρέπει πρώτα να αποφασίσετε για το εύρος δράσης. Ανάλογα με την κατάσταση των χώρων, η περιοχή θα εξαρτηθεί ...