Химический элемент, названный в честь античной Ниобы - женщины, осмелившейся смеяться над богами и поплатившейся за это смертью своих детей. Ниобий олицетворяет переход человечества от промышленного производства к цифровому; от паровых локомотивов к ракетным носителям; от угольных теплостанций к ядерной энергетике. В мире цена ниобия за грамм достаточно высока, также как и спрос на него. Большинство последних достижений науки тесно связаны с использованием этого металла.

Цена на ниобий за грамм

Так как основные способы использования ниобия связаны с ядерной и космической программами, его относят к группе стратегических материалов. Переработка намного выгоднее в финансовом плане, чем освоение и добыча новых руд, что делает ниобий востребованным на рынке вторичного металла.

Значение цены на него определяется несколькими факторами:

• Чистота металла. Чем больше посторонних примесей, тем ниже цена.
• Форма поставки.
• Объем поставки. Прямо пропорционален ценам на металл.
• Местонахождение пункта приема лома. Каждый регион имеет различную потребность в ниобии и, соответственно, цена на него.
• Наличие в составе редких металлов. Сплавы, содержащие такие элементы как тантал, вольфрам, молибден, выше в цене.
• Значение котировок на мировых биржах. Именно эти значения являются базовыми при установке цены.

Ориентировочный обзор по ценам в Москве:

• Ниобий НБ-2. Цена варьируется в пределах 420-450 руб. за кг.
• Ниобиевая стружка. 500-510 руб. за кг.
• Штабик ниобия НБШ00. Отличается повышенными ценами по причине ничтожного содержания примесей. 490-500 руб. за кг.
• Ниобиевый штабик НБШ-0. 450-460 руб. за кг.
• Ниобий НБ-1 в виде прутка. Цена составляет 450-480 руб. за кг.

Несмотря на высокую стоимость спрос на ниобий в мире продолжает расти. Происходит это из-за огромных возможностей его в применении и дефицита металла. На 10 тонн земли приходится всего 18 граммов ниобия.

Научное сообщество продолжает работу по поиску и разработке заменителя столь дорогого материала. Но до сих пор конкретного результата в этом не получила. А это значит, что ближайшее время падение ниобия в цене не предвидится.

Для регулирования цены и увеличения скорости товарооборота предусмотрены следующие категории на изделия из ниобия:

• Ниобиевые слитки. Их размер и вес нормируется ГОСТом 16099-70. В зависимости от чистоты металла подразделяются на 3 марки: ниобий НБ-1, ниобий НБ-2 и, соответственно, ниобий НБ-3.
• Ниобиевый штабик. Отличается более высоким процентом содержания посторонних примесей.
• Ниобиевая фольга. Изготавливается толщиной до 0,01 мм.
• Ниобиевый пруток. Согласно ТУ 48-4-241-73 поставляется марками НбП1 и НбП2.

Физические свойства ниобия

Металл серого цвета с белым оттенком. Относится к группе тугоплавких сплавов. Температура плавления составляет 2500 ºС. Точка кипения 4927 ºС. Отличается повышенным значением жаростойкости. Не теряет своих свойств при температурах работы свыше 900 ºС.

Механические характеристики также находятся на высоком уровне. Плотность составляет 8570 кг/м3 при аналогичном показателе стали 7850 кг/м3. Устойчив к работе как при динамических нагрузках, так и циклических. Предел прочности на разрыв - 34,2 кг/мм2. Обладает высокой пластичностью. Коэффициент относительного удлинения варьируется пределах 19-21%, что позволяет получать из него листовой прокат ниобия толщиной до 0,1 мм.

Твердость связана с чистотой металла от вредных примесей и повышается с увеличением их в составе. Чистый ниобий имеет 450 единиц шкалы твердости по Бринеллю.

Ниобий хорошо поддается обработке давлением при температурах ниже -30 ºС и плохо резанием.

Теплопроводность существенно не изменяется при больших колебаниях температуры. Например, при 20 ºС она составляет 51,4 вт/ (м К), а при 620 С повышается всего на 4 единицы. Ниобий конкурирует в электропроводности с такими элементами как медь и алюминий. Электросопротивление - 153,2 нОм м. Относится к категории сверхпроводящих материалов. Температура, при которой сплав переходит в режим сверхпроводника, составляет 9,171 К.

Крайне устойчив к воздействию кислой среды. Такие распространённые кислоты как серная, соляная, ортофосфорная, азотная никак не влияют на его химическую структуру.

При температурах свыше 250 ºС ниобий начинает активно окисляться кислородом, а также вступать в химические реакции с молекулами водорода и азота. Данные процессы увеличивают хрупкость металла, тем самым снижая его прочность.

• Не относится к аллергенным материалам. Внедренный в тело человека, он не вызывает реакции отторжения организмом.
• Является металлом первой группы свариваемости. Сварные швы получаются плотными и не требуют подготовительных операций. Устойчивые к образованию трещин.

Разновидности сплавов

По значению механических свойств в условиях повышенных температур ниобиевые сплавы подразделяются:

1. Низкопрочные. Работают в пределах 1100-1150 ºС. Обладают простым набором легирующих элементов. В основном сюда относится цирконий , титан, тантал, ванадий , гафний . Прочность составляет 18-24 кг/мм2. После перехода критического температурного порога она резко падает и становится аналогичной чистому ниобию. Основное преимущество - высокие пластичные свойства при температурах до 30 ºС и хорошая обрабатываемость давлением.
2. Среднепрочные. Их рабочая температура находится в пределах 1200-1250 ºС. Помимо вышеперечисленных легирующих элементов содержат примеси вольфрама, молибдена, тантала. Основное назначение данных добавок - сохранение механических свойств при увеличении температуры. Обладают умеренной пластичностью и хорошо обрабатываются давлением. Ярким примером сплава служит ниобий 5ВМЦ.
3. Сплавы высокой прочности. Используются при температурах до 1300 ºС. При кратковременном воздействии до 1500 ºС. Отличаются химическим составом более высокой сложности. На 25% состоят из добавок, основная доля которых приходится на вольфрам и молибден. Некоторые виды данных сплавов отличаются повышенным содержанием углерода, что положительно влияет на значение их жаропрочности. Главным недостатком высокопрочного ниобия является низкая пластичность, которая затрудняет проведения технологической обработки. И, соответственно, получению производственных полуфабрикатов.

Следует учесть, что перечисленные выше категории имеют условный характер и дают лишь общее представление о способе применения того или иного сплава.

Также следует упомянуть о таких соединениях как феррониобий и оксид ниобия.

Феррониобий представляет собой соединение ниобия с железом, где содержание последнего находится на уровне 50%. Помимо основных элементов он включает в себя сотые доли титана, серы, фосфора, кремния, углерода. Точное процентное соотношение элементов нормируется ГОСТом 16773-2003.

Пентаксид ниобия - кристаллический порошок белого цвета. Не подвержен растворению в кислоте и воде. Производится методом сжигания ниобия в среде кислорода. Полностью аморфен. Температура плавления 1500 ºС.

Применение ниобия

Все вышеперечисленные свойства делают металл крайне востребованным в разного рода отраслей производства. Среди множества способов его применения выделяют следующие позиции:

• Использование в металлурги в виде легирующего элемента. Причем ниобием легируют как черные, так и цветные сплавы. Например, добавление всего 0,02% его в состав нержавеющей стали 12Х18Н10Т увеличивает ее износостойкость на 50%. Улучшенный ниобием (0,04%) алюминий становится полностью невосприимчив к щелочи. На медь ниобий действует как закалка на сталь, увеличивая ее механические свойства на порядок. Отметим, что ниобием легируют даже уран.
• Пентооксид ниобия является основным компонентом при изготовлении особо огнеупорной керамики. Также ему нашли применение в оборонной промышленности: бронированные стекла военной техники, оптика с большим углом преломления и прочее.
• Феррониобий используется для легирования сталей. Основная его задача - это увеличение коррозионостойкости.
• В электротехнике применяют для изготовления конденсаторов и токовыпрямителей. Такие конденсаторы отличаются повышенной емкостью и сопротивлением изоляции, малыми размерами.
• Широким применением пользуются соединения кремния и германия с ниобием в области электроники. Из них изготавливают сверхпроводимые соленоиды и элементы генераторов тока.

Тантал и ниобий – редкие металлы, области применения которых реализуются в сфере высоких технологий и производстве высококачественных современных материалов. Основные области применения тантала и ниобия существенно разнятся: тантал – важный материал электронной техники, ниобий – ценный легирующий металл. Значительно различается и состояние их рынков, хотя в некоторых промышленных источниках сырья, в частности, в колумбите, тантал и ниобий сосуществуют в качестве главных полезных компонентов.

Главная область применения ниобия – производство стали. Феррониобий используется в основном как добавка в высокопрочные низколегированные стали (ВНЛС) для нефтяных и газопроводов, мостов, строительных конструкций, корпусов легковых и грузовых автомобилей, инструментальных сталей и железнодорожных путей. Ниобий вдвое повышает прочность и жесткость таких сталей.

Специальные сплавы с ниобием применяются для производства деталей реактивных двигателей, ракетных агрегатов, противопожарного и топочного оборудования; цирконий с добавкой ниобия - в атомной технике; ниобий-титановые и ниобий-оловянные сплавы – для изготовления сверхпроводящих магнитных катушек, используемых в ядерно-магнитной резонансной диагностике, ускорителях частиц, транспорте на магнитной подушке.

В число других областей применения входят добавки при производстве стекла для получения более высокого показателя преломления в корректирующих оптических линзах, изделия для ювелирной промышленности, медицинских приборов, таких как пейсмекеры, акустических фильтров и покрытия стекла компьютерных экранов.

Сравнительно новая область применения – конденсаторы твердых электролитов, которые используются в дорогой электронике (ноутбуки, автомобили, телевизоры с плоскими панелями) для повышения надежности, в основном, заменяя традиционный алюминий и в некоторых областях применения танталовые конденсаторы.

Цена ниобия обычно соответствует 1/6 цены тантала, что делает его недорогим альтернативным заменителем последнего в аналогичных областях использования: химическом машиностроении, ядерно-энергетическом оборудовании, электронике, режущих инструментах.

Потребление ниобия в мире устойчиво растет, особенно интенсивно в последние годы. В начале 1990-х гг. в мире использовалось 13-16 тыс.т Nb , в 1995-1997 гг. – 16-20 тыс.т, в 1998-2003 гг. – 23-27 тыс.т. В 2005 г. мировое потребление ниобия увеличился до 43 тыс.т, на 47% по сравнению с 29,3 тыс.т в 2004 г. Это ускорение объясняется интенсификацией развития экономики Китая и резким ростом цен на ванадий, который конкурирует с ниобием, как легирующий компонент в производстве стали. В 2006-2007 гг. потребление феррониобия продолжало увеличиваться за счет роста потребностей черной металлургии КНР, Японии, Республики Корея и Тайваня и 45 тыс.т в пересчете на Nb. По некоторым оценкам, в 2007 г. суммарное мировое потребление ниобия было рекордным, составив 58,2 тыс.т (83 тыс.т в персчетет на Nb 2 О 5 ) .

Суммарное потребление металлического ниобия, его сплавов и химических соединений в 2006 г. достигло 8,1 тыс. т, увеличившись по сравнению с 2000 г. в 2,2 раза, Быстрыми темпами росло использование ниобиевых продуктов, в частности пентоксида, в новых областях применения, например, в линзах для цифровых фотокамер (20% в год).

В целом мировая структура потребления ниобия стабильна: на феррониобий приходится 85-90% суммарного объема использования, на потребление других продуктов – 10-15%.

Главные потребители ниобия – США, Япония, Китай и страны Западной Европы. Расширяется круг стран, потребляющих ниобий; в 1990-е годы в число заметных потребителей, помимо Китая, вошли Южная Корея, Индия, Бразилия.

В России в настоящее время потребление ниобия оценивается по разным данным от 1400 до 2400 (в начале 2000-х годов – 350-400 т). Основной объем потребления ниобия в России реализовывался в черной металлургии.

Минерально-сырьевая база. По запасам ниобия лидирует Бразилия, разведанные запасы в которой составляют 3,8 млн.т Nb 2 О 5 . Крупные запасы содержат также Австралия (460 тыс.т) и Канада (130 тыс.т). Относительно небольшие запасы ниобия имеются в ниобий-танталовом сырье во многих странах Европы, Азии и Африки.

Крупнейшее в мире и уникальное по запасам и качеству ниобиевых руд месторождение Араша заключает практически неисчерпаемые запасы – 460 млн. т руды со средним содержанием Nb 2 O 5 более 2,5% (11,4 млн.т Nb 2 O 5 Nb 2 O 5 ), что при существующем спросе на ниобий хватит ~ на 170 лет.

Промышленное сырье. Около 90% сырья ниобиевая промышленность получает из источников, не связанных с разработкой танталсодержащих руд. Главным промышленным минералом ниобиевых руд является пирохлор.

Колумбитовые концентраты, содержащие 65% (Nb,Ta) 2 O 5 при соотношении Nb:Ta = (8-10):1, и колумбит-танталитовые концентраты, содержащие от 25 до 40% Nb 2 O 5 , используются для получения различных соединений ниобия, в первую очередь, оксидов. Небольшая часть ниобия производится из оловянных шлаков, в которых содержится от 2 до 10% Nb 2 O 5 и приблизительно столько же Ta 2 O 5 . В России ниобиевым сырьем являются лопаритовые концентраты.

По добыче и производству ниобия с большим отрывом лидирует Бразилия. Из общего объема ниобия в концентратах (86-88,6 тыс. т Nb 2 О 5 в последние три года), на Бразилию приходится более 90% – 81-83 тыс.т. В Канаде производится 7-9%, в других странах – 1% или менее. В Бразилии и Канаде разрабатываются пирохлоровые месторождения. На мировом рынке пирохлоровые концентраты не продаются, непосредственно в районе рудников они перерабатываются на феррониобий. Из колумбит-танталитовых и танталитовых концентратов попутное производство ниобия составляет в последние годы чуть более 400 т.

В Бразилии главным производителем ниобиевого сырья и продукции является компания Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineracão (CBMM ), контролирующая 80-90% поставок ниобия на мировой рынок. CBMM – полностью интегрированная компания, имеющая в районе Араша крупный современный горно-металлургический комплекс, в состав которого входит карьер, обогатительная фабрика и заводы, перерабатывающие пирохлоровые концентраты в феррониобий стандартного сорта и другие ниобиевые продукты: пентоксид ниобия, спецсплавы и металлический ниобий. Отработка месторождения ведется открытым способом без привлечения буровых и взрывных работ, что обеспечивает очень низкую себестоимость добычи руды.

В России ниобиевое сырье добывается в последние годы на двух месторождениях: Ловозерском в Мурманской обл. (лопаритовые концентраты) и Татарском в Красноярском крае (пирохлоровые концентраты). Производство лопаритового концентрата на Ловозерском в последние годы сокращалось. Разработка Татарского месторождения была приостановлена в 2005 г. из-за возникших технологических трудностей, но в настоящее время возобновлена с производительностью 150 тыс.т руды и получением 14 тыс.т чернового концентрата Nb 2 O 5 . Производитель феррониобия – Ключевской завод ферросплавов (КЗФ), который в последние годы начинает использовать африканское пирохлоровое сырье с месторождения Луэш в ДР Конго, освоение которого КЗФ частично финансировал.

Пентоксид и гидроксид ниобия из лопаритового концентрата, а также соединения ниобия для оптики и электроники производит Соликамский магниевый завод, который обеспечивает около 10% мирового производства пентоксида ниобия. В 2006 г. производство составило 656 т в пересчете на Nb 2 О 5 . Большая часть продукции экспортируется. Металлический ниобий в небольшом количестве производится на заводе «Луч» в г.Подольске.

Несколько перерабатывающих предприятий имеется на территории бывшего СССР. Недавно возобновлено производство ниобиевой продукции на заводе в г.Силламяэ в Эстонии, который в качестве сырья использует гидроксид ниобия Соликамского МЗ и концентраты, импортируемые из Бразилии и Нигерии. На своем оборудовании фабрика редких металлов компании «Силмет» способна производить 120 т в месяц феррониобия и выпускать 80-90 т в месяц пентоксида ниобия. Часть его является готовой продукцией, часть направляется на металлургическую фабрику для получения металлического ниобия и сплава Nb-Ni.

Крупные мощности по выпуску ниобия имел Иртышский ХМЗ в Казахстане (ныне « Иртышский Химико-металлургический завод, ОА»). В 1990-е годы производство ниобия сначала резко снизилось, а потом и вовсе прекратилось, долгое время предприятие находилось на грани банкротства. Начиная с августа 2000 г., предприятие перерабатывало около 10 тыс. т импортного сырья (гидроксид ниобия от американской компании), выпуская 5-7 т металлического ниобия в месяц. Однако, сообщалось о планах удвоения объема производства. В небольшом количестве металлический ниобий производится на Ульбинском МЗ в г.Усть-Каменогорске, который импортирует сырье из африканских стран и России. Свою потребность в ниобиевом сырье на 2005 г. УМЗ определил в 120 т ниобия.

Вторичное сырье по-видимому не играет существенной роли в производстве ниобия, хотя он и может быть извлечен из ниобийсодержащих сталей и суперсплавов. Излечение из скрапа не эффективно вследствие низкого содержания ниобия. По приблизительной оценке Геологической службы США оно может достигать 20% видимого потребления.

Конъюнктура мирового рынка и цены. Характерной особенностью ниобиевого рынка является его относительная устойчивость, обусловленная большим потенциалом расширения производственных мощностей. Эту особенность ярко продемонстрировала ситуация, сложившаяся с середины 2000-х годов. Рост потребления ниобия был особенно интенсивным в 2004-2005 году, но бразильские компании быстро отреагировали на увеличение спроса на феррониобий, так что потребление и производство остались в целом сбалансированными. Устойчивость ниобиевого рынка в большой мере определяется также тем, что доминирующая на нем бразильская компания СВММ весьма ответственно относится к сохранению стабильности на этом рынке.

Ниобий – небиржевой металл, и цены, как правило, договорные. Они могут разниться в зависимости от качества товара и объема поставок. Цены на основной вид ниобиевого сырья – пирохлоровые концентраты с 1994 г. не публикуются; в 1992-1993 гг. на рынке США они составляли 6,06 долл./кг Nb 2 O 5 в концентрате, на западноевропейском рынке – 5,84 долл./кг. Цены на танталит-колумбитовый концентрат приведены в разделе «Тантал».

До 2007 года цены на ниобий оставались достаточно устойчивыми, в 2007 г. увеличились более, чем вдвое, как из-за активного роста спроса, так и по причине необходимости привести их в соответствие с увеличившимися издержками производства и для компенсации капитальных затрат на расширение производственных мощностей.

По сообщению торговой системы Металлоторг от 23.10.2008 китайские поставщики пентоксида ниобия удерживали цены на уровне 17,7 –18,5 долл./кг на материал чистотой минимум 99%.

Цены на феррониобий (в долл./кгNb в сплаве) резко повысились с середины 2007 года. К маю 2008 года цены по разовым сделкам (цена спот) повысились до 39,7-41,9 долл/кг при ценах производителей t 35,3-36,4 долл./кг. В ноябре 2008 года сообщалось о базовой договорной цене 43-46 долл./кг, но к марту 2009 г. цены понизились до 34 долл./кг. Текущая цена ЕС на FeNb составляет ~ 41 долл./кг, как это было в октябре 2008.

Физические свойства ниобия

Ниобий -- блестящий серебристо-серый металл.

Элементарный ниобий - чрезвычайно тугоплавкий (2468°C) и высококипящий (4927°C) металл, очень стойкий во многих агрессивных средах. Все кислоты, за исключением плавиковой, не действуют на него. Кислоты-окислители «пассивируют» ниобий, покрывая его защитной окисной пленкой (№205). Но при высоких температурах химическая активность ниобия повышается. Если при 150...200°C окисляется лишь небольшой поверхностный слой металла, то при 900...1200°C толщина окисной пленки значительно увеличивается.

Кристаллическая решетка Ниобия объемно центрированная кубическая с параметром а = 3,294A.

Чистый металл пластичен и может быть прокатан в тонкий лист (до толщины 0, 01 мм.) в холодном состоянии без промежуточного отжига.

Можно отметить такие свойства ниобия как высокая температура плавления и кипения, более низкая работа выхода электронов по сравнению с другими тугоплавкими металлами -- вольфрамом и молибденом. Последнее свойство характеризует способность к электронной эмиссии (испусканию электронов), что используется для применения ниобия в электровакуумной технике. Ниобий также имеет высокую температуру перехода в состояние сверхпроводимости.

Плотность 8,57 г/см3 (20 °С); tпл 2500 °С; tкип 4927 °С; давление пара (в мм рт. ст.; 1 мм рт. ст.= 133,3 н/м2) 1·10-5 (2194 °С), 1·10-4 (2355 °С), 6·10-4 (при tпл), 1·10-3 (2539 °С).

При обычной температуре ниобий устойчив на воздухе. Начало окисления (плёнки побежалости) наблюдается при нагревании металла до 200 -- 300°С. Выше 500° происходит быстрое окисление с образованием окисла Nb2O5.

Теплопроводность в вт/(м·К) при 0°С и 600 °С соответственно 51,4 и 56,2, то же в кал/(см·сек·°С) 0,125 и 0,156. Удельное объемное электрическое сопротивление при 0°С 15,22·10-8 ом·м (15,22·10-6 ом·см). Температура перехода в сверхпроводящее состояние 9,25 К. Ниобий парамагнитен. Работа выхода электронов 4,01 эв.

Чистый Ниобий легко обрабатывается давлением на холоду и сохраняет удовлетворительные механические свойства при высоких температурах. Его предел прочности при 20 и 800 °С соответственно равен 342 и 312 Мн/м2, то же в кгс/мм234,2 и 31,2; относительное удлинение при 20 и 800 °С соответственно 19,2 и 20,7%. Твердость чистого Ниобиы по Бринеллю 450, технического 750-1800 Mн/м2. Примеси некоторых элементов, особенно водорода, азота, углерода и кислорода, сильно ухудшают пластичность и повышают твердость Ниобия.

Химические свойства ниобия

Ниобий особенно ценится за его устойчивость к действию неорганических и органических веществ.

Есть разница в химическом поведении порошкообразного и кускового металла. Последний более устойчив. Металлы на него не действуют, даже если нагреть их до высоких температур. Жидкие щелочные металлы и их сплавы, висмут, свинец, ртуть, олово могут находиться в контакте с ниобием долго, не меняя его свойств. С ним ничего не могут поделать даже такие сильные окислители, как хлорная кислота, «царская водка», не говоря уж об азотной, серной, соляной и всех прочих. Растворы щелочей на ниобий тоже не действуют.

Существует, однако, три реагента, которые могут переводить металлический ниобий в химические соединения. Одним из них является расплав гидроксида какого-либо щелочного металла:

4Nb+4NaOH+5О2 = 4NaNbO3+2H2О

Двумя другими являются плавиковая кислота (HF) или ее смесь с азотной (HF+HNO). При этом образуются фторидные комплексы, состав которых в значительной степени зависит от условий проведения реакции. Элемент в любом случае входит в состав аниона типа 2- или 2-.

Если же взять порошкообразный ниобий, то он несколько более активен. Например, в расплавленном нитрате натрия он даже воспламеняется, превращаясь в оксид. Компактный ниобий начинает окисляться при нагревании выше 200°С, а порошок покрывается окисной пленкой уже при 150°С. При этом проявляется одно из чудесных свойств этого металла -- он сохраняет пластичность.

В виде опилок при нагревании выше 900°С он полностью сгорает до Nb2O5. Энергично сгорает в токе хлора:

2Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

При нагревании реагирует с серой. С большинством металлов он сплавляется с трудом. Исключение, пожалуй, составляют лишь два: железо, с которым образуются твердые растворы разного отношения, да алюминий, имеющий с ниобием соединение Al2Nb.

Какие же качества ниобия помогают ему сопротивляться действию сильнейших кислот--окислителей? Оказывается, это относится не к свойствам металла, а к особенностям его оксидов. При соприкосновении с окислителями на поверхности металла возникает тончайший (поэтому он и незаметен), но очень плотный слой оксидов. Этот слой встает неодолимой преградой на пути окислителя к чистой металлической поверхности. Проникнуть сквозь него могут только некоторые химические реагенты, в частности анион фтора. Следовательно, по существу металл окисляется, но практически результатов окисления незаметно из-за присутствия тонкой защитной пленки. Пассивность по отношению к разбавленной серной кислоте используют для создания выпрямителя переменного тока. Устроен он просто: платиновая и ниобиевая пластинки погружены в 0,05 м. раствор серной кислоты. Ниобий в пассивированном состоянии может проводить ток, если является отрицательным электродом -- катодом, т. е. электроны могут проходить сквозь слой оксидов только со стороны металла. Из раствора путь электронам закрыт. Поэтому, когда через такой прибор пропускают переменный ток, то проходит только одна фаза, для которой платина -- анод, а ниобий -- катод.

ниобий металл галоген

Существует довольно большое количество элементов, которые при соединении с другими веществами образуют сплавы с особыми эксплуатационными качествами. Примером можно назвать ниобий – элемент, который получил сначала название «колумбий» (по названию реки, где он впервые найден), но после был переименован. Ниобий – металл с довольно необычными свойствами, о которых далее поговорим подробнее.

Получение элемента

При рассмотрении свойств ниобия следует отметить, что содержание этого металла на тонну породы относительно невелико, составляет примерно 18 грамм. Именно поэтому после его открытия было предпринято довольно много попыток получения металла искусственным путем. За счет близкого химического состава это вещество достаточно часто добывается вместе с танталом.

Месторождения ниобия расположены практически по всему миру. Примером назовем рудники в Конго, Руанде, Бразилии и в многих других странах. Однако этот элемент нельзя назвать распространенным, во многих регионах он практически не встречается даже в малой концентрации.



Относительно небольшая концентрация вещества в земной породе усугубляется сложностями, возникающими при его получении из концентрата. Стоит учитывать, что ниобий НБШ получить можно только из породы, которая насыщена танталом. Особенностями производственного процесса назовем нижеприведенные моменты:

1. Для начала на завод поставляется концентрированная руда, которая проходит несколько этапов очистки. При производстве ниобия проводится разделение получаемой руды на чистые элементы, среди которых и тантал.
2. Завершающий процесс переработки заключается в рафинировании металла.

Несмотря на возникающие сложности при добыче и переработке рассматриваемой руды, с каждым годом объем производства рассматриваемого сплава существенно возрастает. Это связано с тем, что металл обладает исключительными эксплуатационными качествами и получил большое распространение в самых различных отраслях промышленности.

Оксиды ниобия

Рассматриваемый химический элемент может стать основой различных соединений. Самым распространенным можно назвать пятиокись ниобия. Среди особенностей данного соединения можно отметить нижеприведенные моменты:

1. Оксид ниобия представлен белым кристаллическим порошком, который имеет кремовый оттенок.
2. Вещество не растворяется в воде.
3. Получаемое вещество сохраняет свою структуру при смешивании с большинства кислотами.



К особенностям пентаоксида ниобия также можно отнести следующие свойства:

1. Повышенная прочность.
2. Высокая тугоплавкость. Вещество способно выдерживать температуру до 1490 градусов Цельсия.
3. При нагреве поверхность окисляется.
4. Реагирует на воздействие хлора, может восстанавливаться водородом.

Гидроксид ниобия в большинстве случаев применяется для получения высоколегированных марок стали, которые обладают довольно привлекательными эксплуатационными качествами.

Физические и химические свойства

Ниобий имеет химические свойства схожие с химическими свойствами тантала. Рассматривая основные характеристики ниобия, нужно уделить внимание нижеприведенным моментам:

1. Устойчивость к воздействию различных видов коррозии. Сплавы, получаемые при внедрении данного элемента в состав, обладают высокими коррозионностойкими качествами.
2. Рассматриваемый химический элемент демонстрирует высокий показатель температуры плавления. Как показывает практика, у большинства сплавов температура плавления более 1 400 градусов Цельсия. это усложняет процесс обработки, но делает металлы незаменимы в различных сферах деятельности.
3. Основные физические свойства также характеризуются легкостью сваривания получаемых сплавов.
4. При отрицательных температурах структура элемента остается практически неизменной, что позволяет сохранить эксплуатационные свойства металла.
5. Особое строение атома ниобия определяет сверхпроводящие качества материала.
6. Атомная масса составляет 92,9, валентность зависит от особенностей состава.



Основным достоинством вещества считается именно тугоплавкость. Именно поэтому он стал применяться в самых различных отраслях промышленности. Плавление вещества проходит при температуре около 2 500 градусов Цельсия. Некоторые сплавы и вовсе плавятся при рекордной температуре 4 500 градусов Цельсия. Плотность вещества достаточно высокая, составляет 8,57 грамма на кубический сантиметр. Стоит учитывать, что металл характеризуется парамагнитностью.

На кристаллическую решетку не оказывают воздействия следующие кислоты:

1. серная;
2. соляная;
3. фосфорная;
4. хлорная.

Не оказывает воздействие на металл и водные растворы хлора. При определенном воздействии на металл на его поверхности образуется диэлектрическая оксидная пленка. Именно поэтому металл стал использоваться при производстве миниатюрных высокоемкостных конденсаторов, которые также изготавливаются из более дорогостоящего тантала.

Применение ниобия

Изготавливаются самые различные изделия из ниобия, большая часть которых связана с выпуском авиационной техники. Примером можно назвать применение ниобия в изготовлении деталей, которые устанавливаются при сборе ракет или самолетов. Кроме этого, можно выделить следующее применение данного элемента:

1. Производство элементов, из которых изготавливают радарные установки.
2. Как ранее было отмечено, для получения более дешевых емкостных электрических конденсаторов может применяться рассматриваемый сплав.
3. Катоды, аноды из фольги тоже изготавливают при применении рассматриваемого элемента, что связано с высокой жаропрочностью.
4. Часто можно встретить конструкции мощных генераторных ламп, которые имеют внутри сетку. Для того чтобы эта сетка выдержала воздействие высокой температуры ее изготавливают из рассматриваемого сплава.



Высокие физические и химические качества определяют применение ниобия при производстве труб для транспортировки жидких металлов. Кроме этого, сплавы применяются для получения контейнеров самого различного предназначения.

Сплавы с ниобием

Рассматривая подобные сплавы следует учитывать, что часто этот элемент применяется для производства феррониобия. Этот материал получил широкое применение в литейных отраслях индустрии, а также при изготовлении электронных покрытий. В состав входит:

1. железо;
2. ниобий с танталом;
3. кремний;
4. алюминий;
5. углерод;
6. сера;
7. фосфор;
8. титан.

Концентрация основных элементов может варьироваться в достаточно большом диапазоне, от чего и зависят эксплуатационные качества материала.

Альтернативным сплавов феррониобия можно назвать ниобий 5ВМЦ. При его получении в качестве легирующих элементов используется вольфрам, цирконий и молибден. В большинстве случаев этот спав используется для производства полуфабрикатов.

В заключение отметим, что ниобий в некоторых странах применяется при производстве монет. Это связано с достаточно высокой стоимостью материала. При массовом выпуске сплавов, которые в качестве основного элемента имеют в составе ниобий, создаются своеобразные слитки.