Ниобий, свойства атома, химические и физические свойства

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.

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.

Производство

Производители ниобия в 2006-2015 гг.

После отделения от других минералов получают смешанные оксиды тантала Ta ₂ O ₅ и ниобия Nb ₂ O ₅ . Первым этапом обработки является реакция оксидов с плавиковой кислотой :

Ta ₂ O ₅ + 14 HF → 2 H ₂ [TaF ₇ ] + 5 H ₂ O

Nb ₂ O ₅ + 10 HF → 2 H ₂ [NbOF ₅ ] + 3 H ₂ O

Первое разделение в промышленном масштабе, разработанное де Мариньяком , использует различные растворимости комплексных фторидов ниобия и тантала , моногидрата оксипентафторониобата калия (K ₂ [NbOF ₅ ] · H ₂ O) и гептафтортанталата калия (K ₂ [TaF ₇ ]) в воды. В более новых процессах используется жидкостная экстракция фторидов из водного раствора органическими растворителями, такими как циклогексанон . Комплексные фториды ниобия и тантала экстрагируют отдельно из органического растворителя водой и либо осаждают добавлением фторида калия с получением комплекса фторида калия, либо осаждают аммиаком в качестве пентоксида:

H ₂ [NbOF ₅ ] + 2 KF → K ₂ [NbOF ₅ ] ↓ + 2 HF

С последующим:

2 H ₂ [NbOF ₅ ] + 10 NH ₄ OH → Nb ₂ O ₅ ↓ + 10 NH ₄ F + 7 H ₂ O

Для восстановления до металлического ниобия используется несколько методов . Электролизе расплавленной смеси K ₂ [NbOF ₅ ] и хлорида натрия является одним; другой — восстановление фторида натрием . С помощью этого метода можно получить ниобий относительно высокой чистоты. При крупномасштабном производстве Nb ₂ O ₅ восстанавливают водородом или углеродом. В алюмотермической реакции смесь оксида железа и оксида ниобия реагирует с алюминием :

3 Nb ₂ O ₅ + Fe ₂ O ₃ + 12 Al → 6 Nb + 2 Fe + 6 Al ₂ O ₃

Для усиления реакции добавляют небольшие количества окислителей, таких как нитрат натрия . В результате получается оксид алюминия и феррониобий , сплав железа и ниобия, используемый в производстве стали. Феррониобий содержит от 60 до 70% ниобия. Без оксида железа для производства ниобия используется алюминотермический процесс. Для получения класса сверхпроводящих сплавов необходима дополнительная очистка . Электронно-лучевая плавка в вакууме — метод, используемый двумя основными распространителями ниобия.

По состоянию на 2013 год CBMM из Бразилии контролировал 85 процентов мирового производства ниобия. По оценкам Геологической службы США, производство увеличилось с 38 700 тонн в 2005 году до 44 500 тонн в 2006 году. Мировые ресурсы оцениваются в 4,4 миллиона тонн. За десятилетний период с 1995 по 2005 год производство увеличилось более чем вдвое, начиная с 17 800 тонн в 1995 году. В период с 2009 по 2011 год производство было стабильным на уровне 63 000 тонн в год с небольшим снижением в 2012 году до 50 000 тонн в год. .

Объем добычи (т) (оценка USGS)

Страна	2000 г.	2001 г.	2002 г.	2003 г.	2004 г.	2005 г.	2006 г.	2007 г.	2008 г.	2009 г.	2010 г.	2011 г.	2012 г.	2013
Австралия	160	230	290	230	200	200	200	?	?	?	?	?	?	?
Бразилия	30 000	22 000	26 000	29 000	29 900	35 000	40 000	57 300	58 000	58 000	58 000	58 000	45 000	53 100
Канада	2290	3 200	3 410	3 280	3 400	3 310	4 167	3020	4380	4330	4 420	4 630	4,710	5 260
Конго ДР	?	50	50	13	52	25	?	?	?	?	?	?	?	?
Мозамбик	?	?	5	34	130	34	29	?	?	?	?	?	?	?
Нигерия	35 год	30	30	190	170	40	35 год	?	?	?	?	?	?	?
Руанда	28 год	120	76	22	63	63	80	?	?	?	?	?	?	?
Мир	32 600	25 600	29 900	32 800	34 000	38 700	44 500	60 400	62 900	62 900	62 900	63 000	50 100	59 400

Меньшие количества находятся на месторождении Каньяка в Малави ( рудник Каньяка ).

Применение

Применение и производство ниобия быстро возрастают, что обусловлено сочетанием таких его свойств, как тугоплавкость, малое сечение захвата тепловых нейтронов, способность образовывать жаропрочные, сверхпроводящие и др. сплавы, коррозионная стойкость, геттерные свойства, низкая работа выхода электронов, хорошие обрабатываемость давлением на холоде и свариваемость. Основные области применения ниобия: ракетостроение, авиационная и космическая техника, радиотехника, электроника, химическое аппаратостроение, атомная энергетика.

Применение металлического ниобия

• Из чистого ниобия или его сплавов изготовляют детали летательных аппаратов; оболочки для урановых и плутониевых тепловыделяющих элементов; контейнеры и трубы для жидких металлов; детали электролитических конденсаторов; «горячую» арматуру электронных (для радарных установок) и мощных генераторных ламп (аноды, катоды, сетки и др.); коррозионноустойчивую аппаратуру в химической промышленности.
• Ниобием легируют другие цветные металлы, в том числе уран. Например, алюминий, если в него ввести всего 0,05 % ниобия, совсем не реагирует со щелочами, хотя в обычных условиях он в них растворяется. Сплав ниобия с 20 % меди обладает высокой электропроводностью и при этом он вдвое твёрже и прочнее чистой меди.
• Ниобий применяют в криотронах — сверхпроводящих элементах вычислительных машин. Ниобий также известен тем, что он используется в ускоряющих структурах большого адронного коллайдера.
• Ниобий и тантал используют для производства электролитических конденсаторов высокой удельной ёмкости. Тантал позволяет производить более качественные конденсаторы, чем металлический ниобий. Однако конденсаторы на основе оксида ниобия наиболее надёжны и устойчивы к возгоранию.
• Австрия, Британские Виргинские Острова, Канада, Латвия, Либерия, Люксембург, Палау и Сьерра-Леоне выпускают биметаллические памятные монеты с использованием ниобия.

• €25 «700 лет городу Халль в Тироле»
• €25 «150-летие Альпийской железной дороге»
• €25 «50 лет телевидению»

• €25 «Бионика»

Интерметаллиды и сплавы ниобия

• Станнид Nb3Sn (станнид триниобия, известный также как сплав ниобий-олово), германид Nb3Ge (германийтриниобий), нитрид NbN и сплавы ниобия с титаном (ниобий-титан) и цирконием применяются для изготовления сверхпроводящих соленоидов. Так, обмотки сверхпроводящих магнитов Большого адронного коллайдера изготовлены из 1200 тонн кабеля из сплава ниобий-титан.
• Ниобий и сплавы с танталом во многих случаях заменяют тантал, что даёт большой экономический эффект (ниобий дешевле и почти вдвое легче, чем тантал).
• Феррониобий вводят (до 0,6 % ниобия) в нержавеющие хромоникелевые стали для предотвращения их межкристаллитной коррозии (в том числе той, которая иначе началась бы после сварки нержавейки) и разрушения и в стали др. типов для улучшения их свойств.
• Ниобий используется при чеканке коллекционных монет. Так, Банк Латвии утверждает, что в коллекционных монетах достоинством 1 лат наряду с серебром используется ниобий.

Применение соединений ниобия

• Nb2O5 — катализатор в химической промышленности;
• в производстве огнеупоров, керметов, специальных стёкол, нитрид, карбид, ниобаты.
• Карбид ниобия (т. пл. 3480 °C) в сплаве с карбидом циркония и карбидом урана-235 является важнейшим конструкционным материалом для тепловыделяющих элементов твердофазных ядерных реактивных двигателей.
• Нитрид ниобия NbN используется для производства тонких и ультратонких сверхпроводящих плёнок с критической температурой от 5 до 10 К с узким переходом, порядка 0,1 К.

Сверхпроводящие материалы первого поколения

• Один из активно применяемых сверхпроводников (температура сверхпроводящего перехода 9,25 К). Соединения ниобия имеют температуру сверхпроводящего перехода до 23,2 К (Nb3Ge).
• Наиболее часто используемые промышленные сверхпроводники — NbTi и Nb3Sn.
• Ниобий используется также в магнитных сплавах.
• Применяется как легирующая добавка.
• Нитрид ниобия используется для производства сверхпроводящих болометров.
• Исключительная стойкость ниобия и его сплавов с танталом в перегретом паре цезия-133 делает его одним из наиболее предпочтительных и дешёвых конструкционных материалов для термоэмиссионных генераторов большой мощности.

Окислы металла

Наибольшее распространение среди этого вида соединений получила пятиокись ниобия. Это неорганическое вещество представлено белым кристаллическим порошком, обладающим кремовым оттенком и нерастворимым в воде, большинстве кислот. Пентаоксид ниобия характеризуется химической формулой Nb2O5 и подразделяется на три марки, в зависимости от чистоты: 99 – 97% исходного вещества.

Основные свойства пятиокиси ниобия:

аморфные способности;

повышенная прочность;

тугоплавкость – температура плавления 1490 0С;

окисляется при нагревании;

реагирует с хлором, восстанавливается водородом.

Пятиокись ниобия получают разнообразными методиками, среди которых присутствуют: сжигание Nb в кислороде и проколка различных форм ниобия:

нитрида на воздухе;

более низкого оксида;

NbC;

Гидрида.

Основная сфера использования пятиокиси ниобия – производство высоколегированных марок сталей, изготовление сплавов.

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.

Окислительно-восстановительные свойства оксидов металлов

Поскольку в любых оксидах металл находится в окисленном состоянии, все оксиды без исключения способны проявлять окислительные свойства.

Самые распространенные реакции в пирометаллургии — это окислительно-восстановительные взаимодействия между оксидами металлов и различными восстановителями, приводящие к получению металла.

Примеры

2Fe2O3 + 3C = 4Fe + 3CO2

Fe3O4 + 2C = 3Fe + 2CO2

MnO2 +2C = Mn + 2CO

SnO2 + C = Sn + 2CO2

ZnO + C = Zn + CO

Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3

WO3 + 3H2 = W + 3H2O

Если металл имеет несколько степеней окисления, то при достаточном повышении температуры становится возможным разложение оксида с выделением кислорода.

Примеры

4CuO = 2Cu2O + O2

3PbO2 = Pb3O4 + O2,

2Pb3O4 = O2 + 6PbO

Некоторые оксиды, особенно оксиды благородных металлов, при нагревании могут разлагаться с образованием металла.

2Ag2O = 4Ag + O2

2Au2O3 = 4Au + 3O2

Сильные окислительные свойства некоторых оксидов используются на практике. Например,

окислительные свойства оксида PbO2 используют в свинцовых аккумуляторах, в которых за счет химической реакции между PbO2 и металлическим свинцом получают электрический ток.

PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O

Окислительные свойства MnO2 также используют для получения электрического тока в гальванических элементах (электрических батарейках).

2MnO2 + Zn + 2NH4Cl = + 2MnOOH

Сильные окислительные свойства некоторых оксидов приводят к их своеобразному взаимодействию с кислотами. Так оксиды PbO2 и MnO2 при растворении в концентрированной соляной кислоте восстанавливаются.

MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O Если металл образует несколько оксидов, то оксиды металла в более низкой степени окисления могут окисляться, т. е. проявлять восстановительные свойства.

Особенно сильные восстановительные свойства проявляют оксиды металлов в низких и неустойчивых степенях окисления, как например. TiO, VO, CrO. При растворении их в воде они окисляются, восстанавливая воду. Их реакции с водой, подобны реакциям металла с водой.

2TiO + 2H2O = 2TiOOH + H2.

Оксиды ниобия и тантала

Оксиды ниобия и тантала не так хорошо изучены, как оксиды ванадия.

• высшие оксиды Nb и Ta — белые инертные порошки;
• температура плавления = 1490°C (Nb2O5), 1870°C (Ta2O5);
• практически не проявляют окислительных свойств;
• реагируют со щелочами при 500°C с образованием ниобатов и танталатов: Nb2O5+2NaOH → 2NaNbO3+H2O
• растворяются в концентрированных растворах щавелевой кислоты с образованием оксооксалатных комплексов;
• температура плавления высших оксидов возрастает сверх-вниз в группе, что объясняется увеличением степени ионности связи;
• при 1000°C оксид Nb2O5 восстанавливается водородом до NbO2 — порошка черного цвета со структурой рутила;
• при дальнейшем нагревании (1700°C) NbO восстанавливается водородом или ниобием до NbO — вещества серого цвета с кубической структурой кристаллической решетки и металлическим типом проводимости;
• тантал не склонен к образованию низших оксидов, в литературе описаны TaO2, Ta2O3, TaO, Ta2O.

В начало страницы

Основные характеристики и особенности

Итак, восемь существующих благородных металлов объединены схожими физическими и химическими свойствами, к которым, помимо устойчивости против окислительных и коррозийных процессов, относятся:

• мягкость;
• высокая пластичность;
• невероятная прочность;
• отличная теплопроводимость;
• высокая тугоплавкость (за исключением серебра и золота);
• хорошая тягучесть;
• прекрасная электропроводимость.

Для сравнения в качестве наиболее яркого противоположного примера можно привести медь. Первоначальный облик изделий из этого неблагородного металла практически не уступает драгоценностям по яркому блеску и красоте. Но привлекательный внешний вид пропадает очень быстро — при контакте с воздухом элемент вступает в реакцию и начинается процесс окисления. В результате на поверхности металла образуется своеобразная пленка или, иначе говоря, налет, из-за чего изделие становится тусклым и меняет свой изначальный оттенок.

Представители драгметаллов благородной группы составляют единую категорию элементов. Но, разумеется, каждый из них имеет и собственные индивидуальные особенности.

Золото (aurum)

По-настоящему неповторимый элемент — это единственный металл из всех существующих, который в форме чистого вещества обладает столь ярким выразительным желтым окрасом. Химическая стойкость золота заметно выше, чем у его «товарищей» по благородной категории.

На вещество не способны воздействовать даже такие общеизвестные разрушители, как:

• щелочи;
• соли;
• кислоты;
• высокие температуры;
• влага.

Серебро (argentum)

Этот светло-серый металл выделяется среди своих «одногруппников» прекрасной отражательной способностью. По весу серебро, конечно, уступает золоту. То же касается и плотности — у него она достигает всего 10,5 г/см3. Температура плавления составляет 962 градуса Цельсия.

Существует две разновидности кислот, с которыми серебро вступает в реакцию:

• соляная;
• плавиковая.

Устойчив против влияния влаги. Но темнеет под воздействием содержащегося в воздухе сероводорода.

Платина (platinum) и «дочерние» представители

Достойная соперница золота за звание самого тяжелого металла. Плотность платины составляет 21,5 г/см3. Это бело-серебристое блестящее вещество плавится при температуре 1773 градуса Цельсия.

Представители платиновой группы и их индивидуальные свойства:

• Палладий (palladium). В отличие от других благородных представителей при определенных условиях это вещество серебристого цвета все же окисляется. Эти условия заключаются в нагревании в температурном диапазоне 300−860 градусов. Впрочем, если превысить верхний порог, образовавшийся оксидный налет исчезнет, а сам металл еще более посветлеет. Плотность вещества равна 12 г/см3. А плавится палладий при температуре 1554 градуса Цельсия.
• Родий (rhodium). Вещество голубоватого окраса почти наравне с серебром обладает хорошей отражательной способностью. Твердый, но достаточно хрупкий металл. Его плотность составляет 12,4 г/см3. Температура, необходимая для плавления родия, равняется 1962 градусам Цельсия.
• Рутений (ruthenium). Внешне почти идентичен с платиной, но по своим свойствам и характеристикам близок к родию. В частности, это касается плотности. По температуре плавления среди всех металлов благородной группы уступает только осмию и иридию. У рутения она составляет 2330 градусов Цельсия.
• Иридий (iridium). Серо-белое вещество по своим свойствам идентично рутению и родию. Но по плотности обходит даже платину — у иридия этот параметр составляет 22,4 г/см3. По температуре плавления этот металл входит в тройку лидеров среди элементов благородной группы (вместе в рутением и осмием). Иридий плавится при 2466 градусах Цельсия. Это вещество — самый стойкий металл. На него не оказывают воздействие ни кислоты, ни соли, ни какие-либо химические элементы.
• Осмий (osmium). Белое вещество совершенно невозможно растворить в кислоте. Это абсолютный чемпион среди благородных веществ как по тяжести и плотности, так и по температуре плавления. Последняя у осмия достигает 3035 градусов Цельсия, а плотность составляет 22,5 г/см3.

Применение

Фер­ро­нио­бий при­ме­ня­ют в чёр­ной ме­тал­лур­гии для про­из-ва мик­ро­ле­ги­ро­ван­ных и не­ржа­вею­щих ста­лей, а так­же су­пер­спла­вов. Чис­тый Н. ис­поль­зу­ют для по­лу­че­ния жа­ро­проч­ных и кор­ро­зи­он­но­стой­ких спла­вов c Zr для атом­ной (обо­лоч­ки теп­ло­вы­де­ляю­щих эле­мен­тов АЭС со­дер­жат ок. 7% по мас­се Nb) и авиа­кос­мич. пром-сти (ло­пат­ки га­зо­вых тур­бин, де­та­ли др. кон­ст­рук­ций), по­лу­че­ния пре­ци­зи­он­ных спла­вов для сверх­про­вод­ни­ков (маг­нит­ные ка­туш­ки). При­ме­ня­ют спла­вы Н. с Та, Ti, Мо и др. (см. Нио­бие­вые спла­вы). В ви­де про­ка­та и про­во­лок Н. ис­поль­зу­ют в элек­трон­ной пром-сти («го­ря­чая ар­ма­ту­ра», ано­ды, сет­ки, др. де­та­ли), в ви­де дис­перс­но­го по­рош­ка – в вы­со­ко­ём­ких элек­тро­ли­тич. кон­ден­са­то­рах, как ка­та­ли­за­тор ор­га­нич. ре­ак­ций.

Чис­тый Nb2O5 (c со­дер­жа­ни­ем не ме­нее 99,8%) ис­поль­зу­ют для по­лу­че­ния оп­тич. ма­те­риа­лов, мо­но­кри­стал­лов нио­ба­та ли­тия, вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных пиг­мен­тов. Кар­бид NbC при­ме­ня­ют для из­го­тов­ле­ния ке­ра­мич. на­гре­ва­те­лей.

Атом и молекула ниобия. Формула ниобия. Строение атома ниобия:

Ниобий (лат. Niobium, в честь дочери Тантала Ниобы) – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Nb и атомным номером 41. Расположен в 5-й группе (по старой классификации – побочной подгруппе пятой группы), пятом периоде периодической системы.

Ниобий – металл. Относится к группе переходных металлов.

Устаревшее название ниобия – колумбий.

Ниобий обозначается символом Nb.

Как простое вещество ниобий при нормальных условиях представляет собой блестящий металл серебристо-белого цвета.

Молекула ниобия одноатомна.

Химическая формула ниобия Nb.

Электронная конфигурация атома ниобия 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d4 5s1. Потенциал ионизации (первый электрон) атома ниобия равен 684,32 кДж/моль (7,09243(4) эВ).

Строение атома ниобия. Атом ниобия состоит из положительно заряженного ядра (+41), вокруг которого по пяти оболочкам движутся 41 электрон. При этом 40 электронов находятся на внутреннем уровне, а 1 электрон – на внешнем. Поскольку ниобий расположен в пятом периоде, оболочек всего пять. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлены s- и р-орбиталями. Третья и четвертая – внутренние оболочки представлены s-, р- и d-орбиталями. Пятая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внутреннем энергетическом уровне атома ниобия на 4d-орбитали находится четыре неспаренных электрона. На внешнем энергетическом уровне атома ниобия на s-орбитали находится один неспаренный электрон. В свою очередь ядро атома ниобия состоит из 41 протона и 52 нейтрона. Ниобий относится к элементам d-семейства.

Радиус атома ниобия (вычисленный) составляет 164 пм.

Атомная масса атома ниобия составляет 92,90638(2) а. е. м.

Ниобий химически довольно устойчив.

Изделия из ниобия

Ассортимент продукции, как и формы выпускаемого металла достаточно разнообразны. Популярность элемента ниобий применение и производство его, обусловлены следующими свойствами элемента:

тугоплавкость;

устойчивость к разным видам коррозии;

малая эффективность от столкновения с нейтронами;

образование сплавов с жаропрочными и сверхпроводящими качествами;

легкость сваривания;

сохранение работоспособности при отрицательных температурах;

геттерные свойства.

Аноды из ниобия

Среди отраслей, эксплуатирующих металл, следует выделить технику для авиации и космонавтики, где на базе Nb выпускают детали самолетов, ракет. Дополнительно, ниобий востребован радиотехникой, где из него изготавливают сдлелующее:

детали электрических конденсаторов;

элементы радарных установок;

аноды из фольги, катоды, сетки для работы внутри мощных генераторных ламп.

Чтобы изготовить оболочки для урановых и плутониевых тепловыделяющих элементов, в атомной энергетике также применяют ниобий и его сплавы. Из соединения изготавливают контейнеры, трубы для транспортировки жидких металлов.

Альтернативная сфера, где цена продукции определяется не только содержанием элемента – монеты из ниобия и тантала. Так металл используют Австрийский монетный двор и Национальный банк Латвии, где активно развита чеканка ниобиевых монет в сочетании с серебром. Уже выпущено шесть разновидностей, общий вид которых: сердцевина – ниобий различных цветов и внешнее кольцо – серебро 900-й пробы.

Магнитные и другие сплавы с Nb

Феррониобий представляет собой соединение, базовый состав которого определяют элементы: железо с одной стороны, а также смесь ниобия с танталом – с другой. Источником для соединения выступает техническая пятиокись ниобия из которой вещество производят электропечным алюминотермическим способом. Суммарное содержание Nb и Ta в сплаве составляет 40 – 65% и зависит от конкретной марки феррониобия, детальная информация по которым сведена в ГОСТ 16773-2003. Остальные составляющие соединения:

Наибольшим содержанием, кроме ниобия с танталом, в сплаве представлены Si и Al. При этом, феррониобий с минимальным процентным вхождением Nb и Ta, характеризуется высоким вхождением кремния до 20%. Напротив, в сплаве с максимальным содержанием ниобия и тантала, среди легирующих добавок преобладает алюминий.

В интернете много объявления о продаже и покупке феррониобия

Свое применение феррониобий нашел сталеплавильной – производство конструкционной стали и литейной отраслях индустрии, а также в изготовлении электронных покрытий. Основной производитель соединения Вишневогорский металлургический . Предприятие расположено в Челябинской области, вблизи одноименного населенного пункта. В сферу деятельности ООО «Северный ниобий» также входит изготовление ферросплавов других металлов, включая молибден, вольфрам и титан.

Альтернативой соединения феррониобий, оказывается деформируемый сплав 5ВМЦ, где легирующими металлами выступают: цирконий, молибден и вольфрам. Применение 5ВМЦ, в основном, ограничено изготовлением полуфабрикатов.

Оксид ванадия V2O5(V)

• ядовитый порошок желто-оранжевого цвета, является основным продуктом химической технологии ванадия;
• слаборастворим в воде, хорошо растворяется в спирте;
• температура плавления 680°C;
• в лабораторных условиях получают разложением на воздухе метаванадата аммония при температуре 350°C: 2NH4VO3 → V2O5+2NH3+H2O
• является амфотерным оксидом, но проявляет кислотные свойства, поэтому, его еще называют ванадиевым ангидридом;
• легко реагирует с кислотами, образуя растворы желтого цвета;
• взаимодействует с щелочами с образованием ванадатов бесцветного или оранжево-желтую окраску (в зависимости от концентрации щелочи);
• в водных растворах восстанавливается, например, галогеноводородными кислотами до ванадия(IV): V2O5+6HCl = 2VOCl2+Cl2↑+3H2O
• с фтором и хлором образует оксогалогениды (450°C);
• восстанавливается серой до VO2 (300°C) и V2O3 (448°C);
• в среде угарного и углекислого газа при температуре 600°C восстанавливается до V2O3;
• с углеродом реагирует с образованием различных веществ: 600°C — V6O13
• 750°C — смесь V6O13, VO2, V3O5
• 800°C — смесь V2O3 и оксокарбонатов
• 1000°C — V2O3

Получение

Руды ниобия — обычно комплексные и бедны металлом. Рудные концентраты содержат Nb2O5: пирохлоровые — не менее 37 %, лопаритовые — 8 %, колумбитовые — 30—60 %. Большую их часть перерабатывают алюмо- или силикотермическим восстановлением на феррониобий (40—60 % Nb) и ферротанталониобий. Металлический ниобий получают из рудных концентратов по сложной технологии в три стадии:

1. вскрытие концентрата,
2. разделение ниобия и тантала и получение их чистых химических соединений,
3. восстановление и рафинирование металлического ниобия и его сплавов.

Основные промышленные методы производства ниобия и его сплавов — алюмотермический, натрийтермический, карботермический: из смеси Nb2O5 и сажи вначале получают при 1800 °C в атмосфере водорода карбид, затем из смеси карбида и пятиокиси при 1800—1900 °C в вакууме — металл; для получения сплавов ниобия в эту смесь добавляют окислы легирующих металлов; по другому варианту ниобий восстанавливают при высокой температуре в вакууме непосредственно из Nb2O5 сажей. Натрийтермическим способом ниобий восстанавливают натрием из K2NbF7, алюминотермическим — алюминием из Nb2O5. Компактный металл (сплав) производят методами порошковой металлургии, спекая спрессованные из порошков штабики в вакууме при 2300 °C либо электронно-лучевой и вакуумной дуговой плавкой; монокристаллы ниобия высокой чистоты — бестигельной электронно-лучевой зонной плавкой.

Ниобий и сверхпроводимость

Удивительное явление сверхпроводимости, когда при понижении температуры проводника в нем происходит скачкообразное исчезновение электрического сопротивления, впервые наблюдал голландский физик Г. Камерлинг-Оннес в 1911 г. Первым сверхпроводником оказалась ртуть, но не ей, а ниобию и некоторым интерметаллическим соединениям ниобия суждено было стать первыми технически важными сверхпроводящими материалами.

Практически важны две характеристики сверхпроводников: величина критической температуры, при которой происходит переход в состояние сверхпроводимости, и критического магнитного поля (еще Камерлинг-Оннес наблюдал утрату сверхпроводником сверхпроводимости при воздействии на него достаточно сильного магнитного поля).

Сейчас известно уже больше 2000 сверхпроводящих металлов, материалов и соединений, но подавляющее их большинство не пришло и видимо никогда не придет в технику либо из-за чрезвычайно низких величин критических параметров, о которых сказано выше, либо из-за неприемлемых технологических характеристик. Среди сверхпроводников, имеющих практическое значение, особенно популярны ниобий-титановые сплавы. Из них изготовлено большинство работающих в наши дни сверхпроводящих магнитов. Они пластичны, из них можно делать технические устройства и проводники сложных форм.

Как материал ленточных сверхпроводников ценен сплав ниобия с оловом Nb3Sn, станнид ниобия, открытый еще в 1954 г. Сверхпроводящий токонесущий элемент — шина со 150 000 жил — из станнида ниобия изготовлен в нашей стране. Подобные многожильные сверхпроводящие проводники намереваются использовать в новых термоядерных установках «Токомак-15».

Интерес для практики представляет еще одно интерметаллическое соединение ниобия — Nb3Ge. У тонкой пленки такого состава рекордно высокая критическая температура — 24,3 К. Правда, у литого Nb3Ge критическая температура — всего 6 К, да и технология приготовления сверхпроводящих элементов из этого материала достаточно сложна.

Довольно высокими значениями критической температуры обладают тройные сплавы: ниобий — германий — алюминий, а также некоторые интерметаллические соединения ванадия. И все же именно с ниобием и его соединениями связаны наибольшие надежды специалистов по сверхпроводникам.

Где можно купить или продать?

Основными лотами на рынке остаются платина и золото. Если вы представляете какую-то фирму или имеете ИП, выгоднее покупать металлы у официально зарегистрированных брокерских компаний, работающих с ведущими заводами производителями.

Какой драгметалл самый дорогой?

Если мы говорим о самых востребованных и популярных металлах, то лидирующую строчку в рейтинге цен занимают палладий, платина и золото.

Однако самым дорогим металлом на земле по праву считается калифорний.

Его добывают в процессе работы мощнейших ядерных реакторов. Цена за 1 грамм калифорния составляет 6,5 миллионов долларов. Следующий в списке дорогих металлов идет родий. Его оценивают в 225 тысяч долларов за грамм.