Propriétés physiques niobium

Le niobium est un métal gris argenté brillant.

Le niobium élémentaire est un métal extrêmement réfractaire (2468°C) et à haut point d'ébullition (4927°C), très résistant à de nombreux environnements agressifs. Tous les acides, à l’exception de l’acide fluorhydrique, n’ont aucun effet sur celui-ci. Les acides oxydants « passivent » le niobium en le recouvrant d'un film protecteur d'oxyde (n° 205). Mais à haute température, l'activité chimique du niobium augmente. Si à 150...200°C seule une petite quantité est oxydée Couche de surface métal, puis à 900...1200°C l'épaisseur du film d'oxyde augmente considérablement.

Le réseau cristallin du niobium est cubique centré avec le paramètre a = 3,294A.

Le métal pur est ductile et peut être laminé en feuilles minces (jusqu'à une épaisseur de 0,01 mm) à froid sans recuit intermédiaire.

On peut noter des propriétés du niobium telles que des points de fusion et d'ébullition élevés, un travail de travail électronique inférieur à celui d'autres métaux réfractaires - le tungstène et le molybdène. La dernière propriété caractérise la capacité de émissions électroniques(émission d'électrons), qui est utilisé pour l'utilisation du niobium dans la technologie de l'électrovide. Le niobium a également une température de transition élevée vers l'état supraconducteur.

Densité 8,57 g/cm3 (20 °C) ; point de fusion 2 500 °C ; point d'ébullition 4927 °C; pression de vapeur (en mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 n/m2) 1 10-5 (2 194 °C), 1 10-4 (2 355 °C), 6 10- 4 (au point de fusion), 1·10- 3 (2539°C).

Aux températures ordinaires, le niobium est stable dans l’air. Le début de l'oxydation (film de décoloration) est observé lorsque le métal est chauffé à 200 - 300°C. Au-dessus de 500°, une oxydation rapide se produit avec formation d'oxyde de Nb2O5.

La conductivité thermique en W/(m·K) à 0°C et 600°C est respectivement de 51,4 et 56,2, et la même en cal/(cm·sec·°C) est de 0,125 et 0,156. Volume spécifique résistance électriqueà 0°C 15,22·10-8 ohm·m (15,22·10-6 ohm·cm). La température de transition vers l'état supraconducteur est de 9,25 K. Le niobium est paramagnétique. Fonction de travail électronique 4,01 eV.

Le niobium pur est facilement traité par pression à froid et conserve une qualité satisfaisante propriétés mécaniquesà des températures élevées. Sa résistance à la traction à 20 et 800 °C est respectivement de 342 et 312 Mn/m2, la même en kgf/mm234,2 et 31,2 ; l'allongement relatif à 20 et 800 °C est respectivement de 19,2 et 20,7 %. La dureté du niobium pur selon Brinell est de 450, technique 750-1800 Mn/m2. Les impuretés de certains éléments, notamment l'hydrogène, l'azote, le carbone et l'oxygène, altèrent fortement la ductilité et augmentent la dureté du Niobium.

Propriétés chimiques niobium

Le niobium est particulièrement apprécié pour sa résistance aux substances inorganiques et organiques.

Il existe une différence dans le comportement chimique du métal en poudre et en morceaux. Ce dernier est plus stable. Les métaux n'ont aucun effet sur lui, même s'ils sont chauffés à des températures élevées. Les métaux alcalins liquides et leurs alliages, le bismuth, le plomb, le mercure et l'étain peuvent être en contact prolongé avec le niobium sans modifier ses propriétés. Même des agents oxydants aussi puissants que l'acide perchlorique, l'eau régale, sans parler du nitrique, du sulfurique, du chlorhydrique et de tous les autres, n'y peuvent rien. Les solutions alcalines n'ont également aucun effet sur le niobium.

Il existe cependant trois réactifs capables de convertir le niobium métallique en composés chimiques. L'un d'eux est une fonte d'hydroxyde d'un métal alcalin :

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

Les deux autres sont l'acide fluorhydrique (HF) ou son mélange avec l'acide nitrique (HF+HNO). Dans ce cas, il se forme des complexes de fluorure dont la composition dépend largement des conditions de réaction. Dans tous les cas, l'élément fait partie d'un anion de type 2- ou 2-.

Si vous prenez du niobium en poudre, il est un peu plus actif. Par exemple, dans le nitrate de sodium fondu, il s'enflamme même et se transforme en oxyde. Le niobium compact commence à s'oxyder lorsqu'il est chauffé au-dessus de 200°C, et la poudre se recouvre d'un film d'oxyde dès 150°C. Dans ce cas, l'un des merveilleuses propriétés Ce métal conserve sa ductilité.

Sous forme de sciure de bois, lorsqu'elle est chauffée au-dessus de 900°C, elle brûle complètement en Nb2O5. Brûle vigoureusement dans un jet de chlore :

2Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Lorsqu'il est chauffé, il réagit avec le soufre. Il est difficile de s’allier avec la plupart des métaux. Il n'y a peut-être que deux exceptions : le fer, avec lequel se forment des solutions solides de différents rapports, et l'aluminium, qui contient le composé Al2Nb avec le niobium.

Quelles qualités du niobium l'aident à résister à l'action des acides forts - agents oxydants ? Il s’avère que cela ne fait pas référence aux propriétés du métal, mais aux caractéristiques de ses oxydes. Au contact d'agents oxydants, une fine couche d'oxydes (donc imperceptible) mais très dense apparaît à la surface du métal. Cette couche devient une barrière insurmontable sur le chemin de l'agent oxydant vers une surface métallique propre. Seuls certains réactifs chimiques, notamment l'anion fluor, peuvent y pénétrer. Par conséquent, le métal est essentiellement oxydé, mais pratiquement les résultats de l'oxydation sont imperceptibles en raison de la présence d'une fine couche de métal. film protecteur. La passivité envers l'acide sulfurique dilué est utilisée pour créer un redresseur AC. Sa conception est simple : des plaques de platine et de niobium sont immergées dans une solution d'acide sulfurique à 0,05 m. Le niobium dans un état passivé peut conduire le courant s'il s'agit d'une électrode négative - une cathode, c'est-à-dire que les électrons ne peuvent traverser la couche d'oxyde que du côté métallique. Le chemin pour les électrons hors de la solution est fermé. Par conséquent, lorsqu'ils traversent un tel appareil courant alternatif, alors une seule phase passe, pour laquelle le platine est l'anode et le niobium est la cathode.

halogène métallique niobium

En fait, le niobium, comme tous les autres métaux, est gris. Cependant, en utilisant couche d'oxyde passivant, on fait briller notre métal avec les plus belles fleurs . Mais le niobium n’est pas seulement un métal agréable à l’œil. Comme le tantale, il est stable dans de nombreux substances chimiques ah et est facile à mouler même à basse température.

Le niobium est différent en ce sens haut niveau de résistance à la corrosion il se combine avec poids léger. Nous utilisons ce matériau pour produire des inserts pour pièces de monnaie de toutes les couleurs, des bols d'évaporation résistants à la corrosion destinés à la technologie de placage et des creusets indéformables pour la culture des diamants. En raison de son haut niveau de biocompatibilité, le niobium est également utilisé comme matériau pour les implants. La température de transition élevée du niobium en fait également un matériau idéal pour les câbles supraconducteurs et les aimants.

Propreté garantie.

Vous pouvez avoir confiance dans la qualité de nos produits. Comme matériel source Nous utilisons uniquement le niobium le plus pur. Nous vous garantissons donc extrêmement haute pureté du matériau.

Pièces de monnaie et diamants. Domaines d'application du niobium.

Les applications de notre niobium sont aussi diverses que les propriétés du matériau lui-même. Ci-dessous, nous en présenterons brièvement deux :

Précieux et coloré.

Notre niobium apparaît sous le jour le plus favorable dans la production de pièces de monnaie. À la suite de l'anodisation, du niobium se forme à la surface. fine couche oxyde. En raison de la réfraction de la lumière, cette couche brille Couleurs différentes. Nous pouvons influencer ces couleurs en modifiant l'épaisseur de la couche. Du rouge au bleu : toutes les couleurs possibles.

Excellente formabilité et durabilité.

Une résistance élevée à la corrosion et une excellente formabilité font du niobium un matériau idéal pour les creusets utilisés pour la production de diamants polycristallins artificiels (PCD). Nos creusets en niobium sont utilisés pour la synthèse à haute température sous haute pression.

Niobium pur obtenu par fusion.

Nous fournissons notre niobium fondu sous forme de feuilles, de bandes ou de tiges. Nous pouvons également en fabriquer des produits aux géométries complexes. Notre niobium pur possède les propriétés suivantes :

• point de fusion élevé de 2 468 °C
• haute plasticité à température ambiante
• recristallisation à des températures de 850 °C à 1 300 °C (selon le degré de déformation et de pureté)
• haute résistance dans les solutions aqueuses et les métaux en fusion
• grande capacité à dissoudre le carbone, l'oxygène, l'azote et l'hydrogène (risque de fragilité accrue)
• supraconductivité
• haut niveau de compatibilité biologique

Bon à tous égards : caractéristiques du niobium.

Le niobium appartient au groupe des métaux réfractaires. Les métaux réfractaires sont des métaux dont le point de fusion dépasse le point de fusion du platine (1 772 °C). Dans les métaux réfractaires, l’énergie qui lie les atomes individuels est extrêmement élevée. Les métaux réfractaires sont différents point de fusion élevé en combinaison avec faible pression de vapeur, module d'élasticité élevé Et haute stabilité thermique. Les métaux réfractaires ont également faible coefficient de dilatation thermique. Comparé à d'autres métaux réfractaires, le niobium a une densité relativement faible, qui n'est que de 8,6 g/cm3.

DANS tableau périodique les éléments chimiques, le niobium, sont dans la même période que le molybdène. À cet égard, sa densité et son point de fusion sont comparables à la densité et au point de fusion du molybdène. Comme le tantale, le niobium est sensible à la fragilisation par l'hydrogène. Pour cette raison traitement thermique le niobium est réalisé sous vide poussé plutôt que dans un environnement d'hydrogène. Le niobium et le tantale ont également une résistance élevée à la corrosion dans tous les acides et une bonne formabilité.

Le niobium a température de transition la plus élevée parmi tous les éléments, et il constitue -263,95 °C. En dessous de cette température, le niobium est supraconducteur. De plus, le niobium possède de nombreuses propriétés extrêmement spécifiques :

Propriétés thermophysiques.

Comme tous les métaux réfractaires, le niobium a un point de fusion élevé et est relativement haute densité. La conductivité thermique du niobium est comparable à celle du tantale, mais inférieure à celle du tungstène. Le coefficient de dilatation thermique du niobium est supérieur à celui du tungstène, mais reste nettement inférieur à celui du fer ou de l'aluminium.

Les propriétés thermophysiques du niobium changent avec les changements de température :

Coefficient de dilatation thermique linéaire du niobium et du tantale

Capacité thermique spécifique du niobium et du tantale

Conductivité thermique du niobium et du tantale

Propriétés mécaniques.

Les propriétés mécaniques du niobium dépendent principalement de sa propreté et en particulier la teneur en oxygène, azote, hydrogène et carbone. Même de petites concentrations de ces éléments peuvent avoir un effet significatif. D'autres facteurs affectant les propriétés du niobium comprennent Technologie de production, degré de déformation Et traitement thermique.

Comme presque tous les métaux réfractaires, le niobium possède réseau cristallin cubique centré sur le corps. La température de transition fragile-ductile du niobium est inférieure à la température ambiante. Pour cette raison, le niobium extrêmement facile à mouler.

A température ambiante, l'allongement à la rupture est supérieur à 20 %. À mesure que le degré d'écrouissage d'un métal augmente, sa résistance et sa dureté augmentent, mais en même temps l'allongement à la rupture diminue. Même si le matériau perd sa ductilité, il ne devient pas cassant.

À température ambiante, le module élastique du niobium est de 104 GPa, ce qui est inférieur à celui du tungstène, du molybdène ou du tantale. Le module élastique diminue avec l'augmentation de la température. À une température de 1 800 °C, elle est de 50 GPa.

Module d'élasticité du niobium par rapport au tungstène, au molybdène et au tantale

En raison de sa grande ductilité, le niobium convient parfaitement pour procédés de moulage tels que le pliage, l'emboutissage, le pressage ou l'emboutissage profond. Pour prévenir soudage à froid Il est recommandé d'utiliser des outils en acier ou en métal dur. Le niobium est difficile à produire Coupe. Les copeaux sont difficiles à séparer. C'est pourquoi nous recommandons d'utiliser des outils dotés d'étapes d'évacuation des copeaux. Le niobium est différent excellente soudabilité par rapport au tungstène et au molybdène.

Avez-vous des questions sur usinage métaux réfractaires ? Nous serons heureux de vous aider grâce à nos nombreuses années d’expérience.

Propriétés chimiques.

Le niobium est naturellement recouvert d'une couche dense d'oxyde. La couche d'oxyde protège le matériau et offre une haute résistance à la corrosion. À température ambiante, le niobium n'est pas stable dans quelques substances inorganiques seulement : l'acide sulfurique concentré, le fluor, le fluorure d'hydrogène, l'acide fluorhydrique et l'acide oxalique. Le niobium est stable dans les solutions aqueuses d'ammoniaque.

Les solutions alcalines, l'hydroxyde de sodium liquide et l'hydroxyde de potassium ont également un effet chimique sur le niobium. Les éléments qui forment des solutions solides interstitielles, en particulier l'hydrogène, peuvent également rendre le niobium cassant. Résistance à la corrosion Le niobium diminue avec l'augmentation de la température et au contact de solutions constituées de plusieurs substances chimiques. À température ambiante, le niobium est totalement stable dans l'environnement de toute substance non métallique, à l'exception du fluor. Cependant, à des températures supérieures à environ 150 °C, le niobium réagit avec le chlore, le brome, l'iode, le soufre et le phosphore.

Le niobium est stable dans certains métaux fondus tels que Ag, Bi, Cd, Cs, Cu, Ga, Hg, K, Li, Mg, Na et Pb, à condition que ces fondus contiennent une petite quantité d'oxygène. Al, Fe, Be, Ni, Co, ainsi que Zn et Sn ont tous un effet chimique sur le niobium.

Le niobium ne réagit pas avec les gaz inertes. Pour cette raison, nettoyez des gaz inertes peuvent être utilisés comme gaz de protection. Cependant, à mesure que la température augmente, le niobium réagit activement avec l'oxygène, l'azote et l'hydrogène contenus dans l'air. L'oxygène et l'azote peuvent être éliminés en recuit le matériau sous vide poussé à des températures supérieures à 1 700 °C. L'hydrogène est déjà éliminé à 800 °C. Ce processus entraîne une perte de matière due à la formation d'oxydes volatils et à la recristallisation de la structure.

Voulez-vous utiliser du niobium dans votre four industriel? Veuillez noter que le niobium peut réagir avec des composants à base d'oxydes réfractaires ou de graphite. Même les oxydes très stables comme l'oxyde d'aluminium, de magnésium ou de zirconium peuvent être réduits par haute température, s'ils entrent en contact avec du niobium. Au contact du graphite, des carbures peuvent se former, ce qui entraîne une fragilité accrue du niobium. Bien que le niobium puisse généralement être facilement combiné avec le molybdène ou le tungstène, il peut réagir avec le nitrure de bore hexagonal et le nitrure de silicium. Les limites de température indiquées dans le tableau s'appliquent au vide. Lors de l'utilisation d'un gaz de protection, ces températures sont inférieures d'environ 100°C à 200°C.

Le niobium, qui devient cassant lorsqu'il est exposé à l'hydrogène, peut être régénéré par recuit sous vide poussé à 800 °C.

Prévalence dans la nature et la préparation.

En 1801, le chimiste anglais Charles Hatchett examina une lourde pierre noire apportée d’Amérique. Il découvrit que la pierre contenait un élément inconnu à l'époque, qu'il appela Colombie selon son pays d'origine. Le nom sous lequel on le connaît aujourd'hui, niobium, lui a été donné en 1844 par son deuxième découvreur, Heinrich Rose. Heinrich Rose est devenu le premier homme à réussir à séparer le niobium du tantale. Avant cela, il était impossible de distinguer ces deux matériaux. Rose a donné le nom au métal " niobium"du nom de la fille du roi Tantale Niobia. Ainsi, il voulait souligner la relation étroite entre les deux métaux. Le niobium métallique a été obtenu pour la première fois par réduction en 1864 par K.V. Blomstrand. Le niobium n'a reçu son nom officiel qu'environ 100 ans plus tard, après de nombreux débats. L'Association internationale de chimie théorique et appliquée a reconnu le « niobium » comme le nom officiel du métal.

Le niobium se présente le plus souvent dans la nature sous forme de colombite, également connue sous le nom de niobite. formule chimique lequel (Fe,Mn) [(Nb,Ta)O3]2. Aux autres source importante Le niobium est un pyrochlore, niobate de calcium de structure complexe. Les gisements de ce minerai sont situés en Australie, au Brésil et dans certains pays africains.

Le minerai extrait est enrichi diverses méthodes, et le résultat est un concentré avec une teneur en (Ta,Nb)2O5 allant jusqu'à 70 %. Le concentré est ensuite dissous dans de l'acide fluorhydrique et sulfurique. Après cela, les composés fluorés du tantale et du niobium sont extraits par extraction. Le fluorure de niobium est oxydé par l'oxygène pour former du pentoxyde de niobium, puis réduit par le carbone à 2 000 °C pour former du niobium métallique. Grâce à une fusion supplémentaire par faisceau d'électrons, du niobium de haute pureté est obtenu.

Il convient de commencer par le fait que le niobium est inextricablement lié à une substance telle que le tantale. Et ce, même si ces matériaux n’ont pas été découverts au même moment.

Qu'est-ce que le niobium

Que sait-on aujourd’hui d’une substance telle que le niobium ? Il est élément chimique, qui se situe dans le groupe 5 du tableau périodique, ayant un numéro atomique de 41, ainsi qu'une masse atomique de 92,9. Comme beaucoup d’autres métaux, cette substance se caractérise par un éclat gris acier.

L'un des plus importants paramètres physiques C'est son caractère réfractaire. C'est grâce à cette caractéristique que l'utilisation du niobium s'est généralisée dans de nombreuses industries. Le point de fusion de cette substance est de 2 468 degrés Celsius et le point d’ébullition est de 4 927 degrés Celsius.

Les propriétés chimiques de cette substance sont également élevées. Il est caractérisé haut niveau résistance aux influences températures négatives, ainsi que l'exposition aux environnements les plus agressifs.

Production

Il vaut la peine de dire que la présence de minerai contenant l'élément Nb (niobium) est bien supérieure à celle contenant du tantale, mais le problème réside dans la rareté de l'élément lui-même dans ce minerai.

Le plus souvent, pour obtenir cet élément, un procédé de réduction thermique est réalisé, dans lequel intervient de l'aluminium ou du silicium. À la suite de cette opération, des composés de ferroniobium et de ferrotantaloniobium sont obtenus. Il convient de noter que recevoir version métal Cette substance est produite à partir du même minerai, mais une technologie plus complexe est utilisée. Les creusets en niobium et autres matériaux résultants se caractérisent par des caractéristiques de performances très élevées.

Méthodes d'obtention du niobium

Actuellement, certaines des directions les plus développées pour obtenir ce matériau sont aluminothermiques, sodiques et carbothermiques. La différence entre ces types réside également dans les précurseurs utilisés pour réduire le niobium. Disons que K2NbF7 est utilisé dans la méthode thermique au sodium. Mais, par exemple, dans la méthode aluminothermique, le pentoxyde de niobium est utilisé.

Si nous parlons de la méthode de production carbothermique, alors cette technologie consiste à mélanger du Nb avec de la suie. Ce processus doit se dérouler dans un environnement à haute température et hydrogène. À la suite de cette opération, du carbure de niobium sera obtenu. La deuxième étape consiste à remplacer l’environnement hydrogène par un vide et à maintenir la température. À ce stade, son oxyde est ajouté au carbure de niobium et le métal lui-même est obtenu.

Il est important de noter que parmi les formes de métal produites, le niobium en lingots est assez courant. Ce produit est destiné à la production d'alliages à base de métaux, ainsi que de divers autres produits semi-finis.

Un empilement de ce matériau peut également être réalisé, divisé en plusieurs catégories en fonction de la pureté de la substance. La moindre quantité d'impuretés est contenue dans le bécher étiqueté NBSh-00. La classe NBSh-0 se caractérise par une présence plus élevée d'éléments tels que le fer, le titane et le silicium tantale. La catégorie qui a l'indicateur d'impuretés le plus élevé est le NBS-1. On peut ajouter que le niobium en lingots n'a pas une telle classification.

Méthodes de production alternatives

Des méthodes alternatives incluent la fusion de zone par faisceau d'électrons sans creuset. Ce procédé permet d'obtenir des monocristaux de Nb. Les creusets en niobium sont produits selon cette méthode. Il appartient à la métallurgie des poudres. Il permet d'obtenir d'abord un alliage de ce matériau, puis son échantillon pur. La présence de cette méthode est la raison pour laquelle les publicités pour l’achat de niobium sont assez courantes. Cette méthode vous permet de l'utiliser pour obtenir Metal pur non pas le minerai lui-même, assez difficile à extraire, ni son concentré, mais des matières premières secondaires.

À un de plus méthode alternative la production peut inclure du niobium laminé. Il convient de noter que la plupart des entreprises préfèrent acheter des tiges, des fils ou des tôles.

Roulé et feuille

La feuille fabriquée à partir de ce matériau est un produit semi-fini assez courant. Il est le plus feuille mince location de cette substance. Utilisé pour la production de certains produits et pièces. La feuille de niobium est obtenue à partir de matières premières pures par laminage à froid de lingots de Nb. Les produits obtenus se caractérisent par des indicateurs tels qu'une résistance élevée à la corrosion, aux environnements agressifs et aux températures élevées. Le niobium laminé et ses lingots offrent également des caractéristiques telles qu'une résistance à l'usure, une ductilité élevée et une bonne usinabilité.

Les produits ainsi obtenus sont le plus souvent utilisés dans des domaines tels que la construction aéronautique, la science des fusées, la médecine (chirurgie), l'ingénierie radio, l'ingénierie électrique, l'énergie nucléaire et l'énergie nucléaire. La feuille de niobium est conditionnée en bobines et stockée dans un endroit sec, à l'abri de l'humidité, ainsi que dans un endroit protégé des influences mécaniques extérieures.

Applications dans les électrodes et les alliages

L'utilisation du niobium est très répandue. Il peut être utilisé, comme le chrome et le nickel, comme matériau faisant partie de l’alliage de fer utilisé pour fabriquer des électrodes. Étant donné que le niobium, comme le tantale, est capable de former du carbure ultra-dur, il est souvent utilisé pour produire des alliages ultra-durs. On peut ajouter qu'ils tentent actuellement d'utiliser ce matériau pour améliorer les propriétés des alliages obtenus à base

Le niobium étant une matière première capable de créer des éléments en carbure, il est utilisé, comme le tantale, comme mélange d'alliage dans la production d'acier. Il est à noter que pendant longtemps l'utilisation du niobium comme impureté dans le tantale a été considérée comme un effet négatif. Mais aujourd’hui, l’opinion a changé. Il a été constaté que Nb peut remplacer le tantale, et avec beaucoup de succès, car en raison de sa plus faible teneur en masse atomique vous pouvez utiliser une plus petite quantité de substance, en conservant toutes les anciennes capacités et effets du produit.

Applications en génie électrique

Il convient de souligner que l'utilisation du niobium, comme son frère le tantale, est possible dans les redresseurs car ils ont la propriété de conductivité unipolaire, c'est-à-dire que ces substances ne font passer le courant électrique que dans une seule direction. Il est possible d'utiliser ce métal pour créer des dispositifs tels que des anodes, qui sont utilisés dans générateurs puissants et lampes d'amplification.

Il est très important de noter que l'utilisation du niobium a atteint énergie nucléaire. Dans cette industrie, les produits fabriqués à partir de cette substance sont utilisés comme matériaux de structure. Ceci est devenu possible car la présence de Nb dans les pièces les rend résistantes à la chaleur et leur confère également haute qualité résistance chimique.

Excellent caractéristiques physiques Ce métal a conduit à son utilisation généralisée dans les fusées, les avions à réaction et les turbines à gaz.

Production de niobium en Russie

Si l'on parle des réserves de ce minerai, il y en a environ 16 millions de tonnes au total. Le gisement le plus important, occupant environ 70 % du volume total, est situé au Brésil. Environ 25 % des réserves de ce minerai se trouvent en Russie. Cet indicateur est considéré comme une partie importante de toutes les réserves de niobium. Le plus grand gisement de cette substance se trouve à Sibérie orientale, ainsi que sur Extrême Orient. Aujourd'hui sur le territoire Fédération Russe L'extraction et la production de cette substance sont réalisées par la société Lovozersky GOK. On peut noter que la société Stalmag était également impliquée dans la production de niobium en Russie. Elle a développé le gisement Tatar de ce minerai, mais a été fermé en 2010.

Vous pouvez également ajouter qu'elle est engagée dans la production d'oxyde de niobium. Ils l'obtiennent en traitant du concentré de loparite. Cette entreprise produit de 400 à 450 tonnes de cette substance, dont la majeure partie est exportée vers des pays comme les États-Unis et l'Allemagne. Une partie de l'oxyde restant est acheminée à l'usine mécanique de Chepetsk, qui produit à la fois du niobium pur et ses alliages. On y dispose de capacités importantes, permettant de produire jusqu'à 100 tonnes de matériaux par an.

Niobium métal et son coût

Malgré le fait que le champ d'application de cette substance soit assez large, son objectif principal est l'industrie spatiale et nucléaire. Pour cette raison, le Nb est classé comme matériau stratégique.

Les principaux paramètres qui affectent le coût du niobium :

• pureté de l'alliage, un grand nombre de les impuretés réduisent le prix ;
• forme de livraison du matériel ;
• volumes de matériel fourni ;
• emplacement du point de réception du minerai ( différentes régions besoin de quantités différentes de l'élément, ce qui signifie que son prix est différent).

Liste approximative des prix des matériaux à Moscou :

• le niobium de qualité NB-2 coûte entre 420 et 450 roubles par kg ;
• les copeaux de niobium coûtent entre 500 et 510 roubles par kg;
• un bâton de la marque NBSh-00 coûte de 490 à 500 roubles par kg.

Il convient de noter que, malgré le coût énorme de ce produit, la demande ne fait qu'augmenter.

Le tantale et le niobium sont des métaux rares dont les applications sont mises en œuvre dans le domaine de la haute technologieet une production de haute qualité matériaux modernes. Les principales applications du tantale et du niobium diffèrent considérablement : tantale - matériel important Technologie éléctronique, Le niobium est un métal d'alliage précieux. L'état de leurs marchés varie également considérablement, même si dans certains cas sources industrielles matières premières, en particulier en colombite, tantale et niobium coexistent comme principaux composants bénéfiques.

maison Le domaine d'application du niobium est la production d'acier. Le ferroniobium est principalement utilisé comme additif dans les aciers faiblement alliés à haute résistance (HSLS) pour les oléoducs et gazoducs, les ponts, structures de construction, carrosseries de voitures et camions, aciers à outils et voies ferrées. Le niobium double la résistance et la rigidité de ces aciers.

Alliages spéciauxavec du niobium sont utilisés pour la production de pièces moteurs à réaction, unités de missiles,protection contre le feuet équipements de combustion ; zirconium additionné de niobium -en génie nucléaire; alliages niobium-titane et niobium-étain – pour la fabrication de bobines magnétiques supraconductrices utilisées dans le diagnostic par résonance magnétique nucléaire,accélérateurs de particules,Transport à sustentation magnétique.

D'autres applications incluent des additifs pour verre pour obtenir un indice de réfraction plus élevé dans les lentilles optiques correctrices, les applications de bijouterie, Équipement médical, tels que les stimulateurs cardiaques, les filtres acoustiques et les revêtements de verre pour écrans d'ordinateurs.

Relativement nouvelle zone applications – condensateurs à électrolyte solide, quiutilisé dans les appareils électroniques coûteux (ordinateurs portables, voitures, téléviseurs à écran plat) pour augmenterfiabilité, remplaçant principalement l'aluminium traditionnel et dans certaines applicationscondensateurs au tantale.

Le prix du niobium est généralement 1/6 de celui du tantale, ce qui en fait une alternative peu coûteuse à ce dernier dans des applications similaires: génie chimique, équipements nucléaires, électronique,outils de coupe.

Consommationle niobium dans le monde connaît une croissance constante, particulièrement intense dans dernières années. Au début des années 1990. 13 à 16 000 tonnes ont été utilisées dans le monde Nb , en 1995-1997. – 16 à 20 mille tonnes, en 1998-2003. – 23 à 27 mille tonnes. En 2005, la consommation mondiale de niobium a augmenté à 43 mille tonnes, soit une hausse de 47 % par rapport aux 29,3 mille tonnes en 2004. Cette accélération s'explique par l'intensification du développement économique en Chine et forte croissance les prix du vanadium, concurrent du niobium,comme composant d'alliage dans la production d'acier. En 2006-2007 La consommation de ferroniobium a continué d'augmenter en raison des besoins croissants de la métallurgie ferreuse de Chine, du Japon, de la République de Corée et de Taiwan et s'élève à 45 000 tonnes en termes de Nb. Selon certaines estimations, en 2007, la consommation mondiale totale de niobium était un record, s'élevant à 58,2 mille tonnes (83 mille tonnes en termes de Nb 2 ou 5) .

Consommation totale de niobium métallique, de ses alliages et composants chimiques en 2006 a atteint 8,1 mille tonnes, soit une multiplication par 2,2 par rapport à 2000. L'utilisation deproduits à base de niobium, en particulier pentoxyde,dans de nouveaux domaines d'application, comme les lentilles pour Caméras digitales(20% par an).

D'une manière générale, la structure globale de la consommation de niobium est stable : le ferroniobium représente85 à 90 % du volume total d'utilisation,pour la consommation d'autres produits – 10-15%.

Les principaux consommateurs de niobium sont les États-Unis, le Japon, la Chine et d'autres pays. Europe de l'Ouest. L'éventail des pays consommateurs de niobium s'élargit ; dans les années 1990, les consommateurs notables, outre la Chine, comprenaient Corée du Sud, Inde, Brésil.

DANS Russie Actuellement, la consommation de niobium est estimée selon diverses sources entre 1 400 et 2 400 (au début des années 2000 - 350 à 400 tonnes). La majeure partie de la consommation de niobium en Russie a été réalisée dans la métallurgie des fers.

Base de ressources minérales. Le Brésil est leader des réserves de niobium, avec des réserves prouvéess'élèvent à 3,8 millions de tonnes Nb 2O5. L'Australie (460 000 tonnes) et le Canada (130 000 tonnes) disposent également d'importantes réserves.Des réserves relativement faiblesLe niobium est disponible dans les matières premières niobium-tantale dans de nombreux pays d'Europe, d'Asie et d'Afrique.

Le gisement d'Arasha est le plus grand au monde et unique en termes de réserves et de qualité des minerais de niobium.contient des réserves pratiquement inépuisables - 460 millions de tonnes de minerai avec une moyenne Nb contenu 2O5 plus de 2,5% (11,4 millions de tonnes de Nb 2 O 5 Nb 2 O 5 ), qui à demande existante en niobium assez pour environ 170 ans.

Matières premières industrielles. Près L'industrie du niobium reçoit 90 % de ses matières premières de sourcessans rapport avec l'exploitation de minerais contenant du tantale. Le principal minéral industriel des minerais de niobium est le pyrochlore.

Concentrés de colombite,contenant 65% (Nb,Ta) 2O5 avec le rapport Nb:Ta = (8-10):1, etconcentrés de colombite-tantalite contenant de 25 à 40% de Nb 2O5 , sont utilisés pour obtenir diverses connexions niobium, principalement des oxydes. Une petite partie du niobium est produite à partir delaitier d'étain, dans lequelcontient de 2 à 10% de Nb 2O5 et à peu près le même Ta 2O5 . En Russie les matières premières de niobium sont des concentrés de loparite.

Par exploitation minière et production Le Brésil est largement en tête pour le niobium. Du volume total de niobium dans les concentrés (86-88,6 milliers de tonnes Nb 2O5 au cours des trois dernières années), le Brésil représente plus de 90 % - 81 à 83 000 tonnes. Le Canada en produit 7 à 9 %, les autres pays en produisent 1 % ou moins. Au Brésil et le Canada Des gisements de pyrochlore sont en cours de développement. Sur le marché mondialles concentrés de pyrochlore ne sont pas vendus ; ils se trouvent directement dans la zone minière.transformé en ferroniobium. Depuisconcentrés de colombite-tantalite et de tantaliteproduction de sous-produits du niobium s'élève à au cours des dernières années un peu plus de 400 tonnes.

Au Brésil Le principal producteur de matières premières et de produits en niobium est la sociétéCompanhia Brasileira de Metalurgia e Mineracão (CBMM)), contrôlant80 à 90 % des approvisionnements en niobium du marché mondial. CBMM est une entreprise entièrement intégrée avecdans la région d'Arash, il existe un grand complexe minier et métallurgique moderne, qui comprend une carrière, tissu obagé et les usines qui transforment les concentrés de pyrochlore en ferroniobium de qualité standard et en d'autres produits à base de niobium : pentoxyde de niobium, alliages spéciaux et niobium métallique.Le développement du gisement est en cours méthode ouverte sans impliquer d'opérations de forage et de dynamitage, ce qui garantit un coût d'extraction du minerai très faible.

DANS Russie les matières premières de niobium sont extraitesces dernières années sur deux champs : Lovozerskoye dans la région de Mourmansk. (concentrés de loparite) et Tatarsky dans le territoire de Krasnoïarsk (concentrés de pyrochlore). La production de concentré de loparite à Lovozersky a diminué ces dernières années. Le développement du gisement Tatar a été suspendu en 2005 en raison de difficultés technologiques, mais a repris avec une productivité de 150 000 tonnes de minerai et la production de 14 000 tonnes de concentré brut de Nb. 2O5 . Le producteur de ferroniobium est l'usine de ferroalliages de Klyuchevskoy (KZF), qui a commencé ces dernières années utiliser Matières premières africaines de pyrochlore provenant du gisement de Luesh en République Démocratique du Congo,dont le développement a été partiellement financé par KZF.

Le pentoxyde et l'hydroxyde de niobium issus du concentré de loparite, ainsi que les composés de niobium destinés à l'optique et à l'électronique, sont produits par l'usine de magnésium de Solikamsk, quifournit environ 10 % de la production mondiale de pentoxyde de niobium.En 2006, la production s'est élevée à 656 tonnes en termes de Nb 2O5 . La plupart des produits sont exportés. Le niobium métallique est produit en petites quantités à l'usine de Luch à Podolsk.

Quelques il y a des entreprises de transformationsur le territoire ex-URSS. La production de produits en niobium a récemment repris à l'usine de Sillamäe en Estonie,qui utilise l'hydroxyde comme matière premièreniobium de l'usine métallurgique de Solikamsk et concentrés importés du Brésil et du Nigeria. Tout seulusine d'équipement rare les métaux Entreprise Silmetcapable de produire 120 tonnes par mois de ferroniobium et de produire 80 à 90 tonnes par mois de pentoxyde de niobium.Une partie est produits finis, une partie est envoyée vers une usine métallurgique pour produire du niobium métallique et de l'alliage Nb-Ni.

L’usine chimique d’Irtych au Kazakhstan (aujourd’hui «Usine chimique et métallurgique d'Irtych, JSC"). Dans les années 1990, la production de niobium a d'abord fortement diminué, puis s'est arrêtée complètement ; l'entreprise a longtemps été au bord de la faillite. Depuis août 2000, l'entreprise a traité environ 10 000 tonnes de matières premières importées (hydroxyde de niobium d'une société américaine), libération 5 à 7 tonnes de niobium métallique par mois. Cependant,des projets de doublement ont été signalésvolume de production.Le niobium métallique est produit en petites quantités à Usine métallurgique d'Ulba à Ust-Kamenogorsk, qui importe des matières premières des pays africains et de Russie. L'UMP a estimé ses besoins en matières premières niobium en 2005 à 120 tonnes de niobium.

Matières premières recycléesapparemment, il ne joue pas rôle important dans la production de niobium, bien qu'il puisse être extrait d'aciers et de superalliages contenant du niobium. Le traitement des déchets n'est pas efficace en raison defaible contenuniobium L'US Geological Survey estime que cela pourrait atteindre 20 % de la consommation apparente.

Conditions du marché mondial et les prix.Une caractéristique du marché du niobium est sa relative stabilité, en raison du grand potentiel d’expansion de la capacité de production. Cette caractéristique a été clairement démontrée par la situation survenue au milieuannées 2000. La croissance de la consommation de niobium a été particulièrement forte en 2004-2005, mais les entreprises brésiliennes ont réagi rapidement à la demande accrue de ferroniobium.la consommation et la production sont restées globalement équilibrées. Stabilité du marché du niobium en général est également déterminé par le fait quela société brésilienne dominante SVMM est trèsest responsable du maintien de la stabilité de ce marché.

Le niobium est un métal non échangeable et les prix sont généralement négociables. Ils peuvent varier en fonction de la qualité du produit et du volume de l'approvisionnement. Les prix du principal type de matière première de niobium – les concentrés de pyrochlore – n'ont pas été publiés depuis 1994 ; en 1992-1993 sur le marché américain, ils étaient de 6,06 $/kg Nb 2O5 en concentré, sur le marché de l'Europe occidentale – 5,84 $/kg. Les prix du concentré de tantalite-columbite sont indiqués dans la section « Tantale ».

Jusqu'en 2007, les prix du niobium sont restésrelativement stables, ils ont plus que doublé en 2007, à la fois en raison de la forte croissance de la demande et de la nécessité de les adapter à l'augmentation des coûts de production et de compenser les coûts d'investissement liés à l'expansion des capacités de production.

D'après le message système commercial Metallotorg du 23 octobre 2008, les fournisseurs chinois de pentoxyde de niobium ont maintenu les prix entre 17,7 et 18,5 dollars/kg pour un matériau d'une pureté d'au moins 99 %.

Les prix du ferroniobium ($/kgNb d’alliage) ont fortement augmenté depuis mi-2007. D'ici mai 2008, les prix des transactions ponctuelles (prix au comptant) augmenté à 39,7-41,9 dollars/kgaux prix du producteur t 35,3-36,4 dollars/kg. En novembre 2008, il a été signalé basique prix négociable 43-46 USD/kg, mais en mars 2009, les prix étaient tombés à 34 USD/kg. Prix ​​actuel dans l'UE pour Le FeNb coûte environ 41 $/kg, comme en octobre 2008.

Le niobium a été découvert en 1801 par le chimiste anglais Charles Getcher et a été nommé par lui columbium, d'après le minéral dans lequel il était contenu. DANS forme pure Le niobium n'a été isolé qu'en 1907, ce qui a entraîné de grandes difficultés pour l'obtenir. Niobium tire son nom de l'héroïne mythologie grecque Niobé, fille de Tantale, fils de Zeus, personnification du doute et de la souffrance.

Les minerais de niobium sont courants dans la croûte terrestre dans divers minéraux ; cet élément est contenu dans les minerais sous la forme de minéraux columbite, pyrochrole, loparite et lovchorite. Tous ces minéraux sont séparés par des méthodes d'enrichissement et convertis en concentré de niobium.

Le niobium est considéré comme un élément rare, sa teneur dans la croûte terrestre est de 3,2,10 à 5 %, dans la nature on le trouve presque toujours avec le tantale sous la forme d'un mélange de pentoxyde Nb2O5 et Ta2O5, et il en contient 8 à 10 fois moins que le niobium.

Environ 120 minéraux contenant du niobium sont connus dans la nature, mais seuls certains d'entre eux conviennent au traitement industriel - le niobium est principalement extrait de la colombite (jusqu'à 77 % de pentoxyde de niobium, il y a du tantale), de la loparite (11 % de pentoxyde de niobium), du pyrochrome ( jusqu'à 65% de pentoxyde de niobium (niobium).

Le métal niobium est de couleur blanche avec une forte brillance. Le niobium pur est du plastique : il peut être forgé et étiré. Le niobium est soudé à une température brûlante, surpassant le tantale dans ces propriétés.

Dans l'air, le niobium est très résistant à l'oxydation lorsqu'il est chauffé, il se recouvre ; couche mince oxyde, changeant de couleur à mesure que la température de chauffage augmente, passant du jaune, puis du bleu, au bleu brunâtre. La poudre de niobium métallique, chauffée à 400°C, s'oxyde vigoureusement dans l'air, décomposant l'eau avec libération d'hydrogène. Avec l'azote, lorsqu'il est chauffé à 1000°C, il forme du nitrure. Capable d'absorber l'hydrogène, formant un hydrure très fragile. Réagit vigoureusement avec le chlore à des températures de 200°C et plus. Il se combine avec le brome et l'iode uniquement à des températures plus élevées. Il se combine au soufre lorsqu'il est chauffé, formant les sulfures NbS et Nb2S3.

Le niobium métallique compact est insoluble dans les acides chlorhydrique, nitrique et sulfurique et dans l'eau régale, il se dissout lentement dans l'acide fluorhydrique ; la dissolution s'accélère au contact du platine.

Les solutions alcalines n'ont aucun effet sur le niobium, mais les alcalis fondus et les sels carbonés alcalins forment des niobates. À haute température, le niobium élimine l'oxygène du CO2, SO2, P2O5, As2O5, Cr2O3.

REÇU.

Niobium - métal - Nb

La principale méthode d'enrichissement des minerais contenant de la colombite et de la tantalite est l'enrichissement gravitationnel (jigging humide, enrichissement sur tables). Le résultat est un concentré contenant, outre la tantalite et la colombite, la cassitérite, la wolframite et quelques autres minéraux. Un enrichissement ultérieur est effectué par flottation et séparation électromagnétique. Le traitement des concentrés de tantale-niobium comprend deux étapes : la production d'oxydes de tantale et de niobium, suivie de la séparation du tantale et du niobium, puis de l'isolement de composés purs comme matières premières pour la production de métaux.

Il existe plusieurs façons de traiter les concentrés de niobium, notamment :

le concentré finement broyé est fondu avec NaOH dans un creuset en fer lorsqu'il est chauffé à une température de 800 à 1 000°C. Après fusion, la masse fondue est versée sur des plaques à pâtisserie, refroidie, broyée puis lixiviée avec de l'eau. Cela élimine une petite partie des impuretés de silicium, d’étain, de tungstène, d’aluminium, de soufre et de phosphore sous forme de sels de sodium solubles. Ensuite, le précipité contenant du niobate ou du tantalate de sodium et des composés alcalins d'impuretés est traité avec des impuretés faibles, puis fortes. acide hydrochlorique les impuretés sont éliminées, le précipité de Nb2O5 restant est dissous dans HF et, avec l'ajout de KF, il se transforme en un sel double K2NbOF5, très soluble dans l'eau (contrairement au sel de tantale K2TaF7, qui est ainsi séparé du niobium).

• le concentré est traité avec un mélange d'acides sulfurique et oxalique lorsqu'il est chauffé, le niobium passe en solution, à partir de laquelle il peut être isolé sous forme de pentoxyde.

Le niobium métallique est obtenu de différentes manières :

1. réduction du chlorure de niobium lors du chauffage ;

2. réduction métallothermique du pentoxyde de niobium avec de l'aluminium ;

3. méthodes utilisées pour réduire le tantale, en tenant compte de la volatilité légèrement accrue du niobium à haute température par rapport au tantale.

Grâce à un processus technologique long et complexe, le niobium est obtenu sous forme de poudre. La transformation des poudres en lingots compacts adaptés à divers usages s'effectue principalement par frittage de poudres ou par fusion sous vide poussé.

APPLICATION.

L'utilisation du niobium sous forme de ferroniobium et de métal techniquement pur comme élément d'alliage dans la production d'aciers inoxydables, d'alliages non ferreux fortement alliés, d'alliages durs et de matériaux magnétiques est en constante augmentation.

La part principale du niobium est utilisée sous la forme d'un alliage maître - le ferroniobium, dans lequel la teneur en niobium est de 35 à 57 % ; La teneur en carbone de ces alliages est strictement normalisée et ne dépasse pas la norme de 0,2% d'acier allié.

Les alliages de niobium sont de plus en plus utilisés dans la production d'engins spatiaux. Les alliages de niobium sont utilisés pour fabriquer des canalisations pour réacteurs nucléaires, notamment des échangeurs de chaleur remplis de métaux alcalins liquides, ainsi que des pièces pour turboréacteurs fonctionnant à des températures allant jusqu'à 1 500°C.

Le niobium lamellaire a trouvé des applications dans l'industrie électronique (dans les tubes à rayons X, les redresseurs haute tension).

Les appareils de chauffage sont fabriqués à partir de niobium et d'alliages de niobium pour fonctionner sous vide ou dans une atmosphère neutre à des températures de 1 400 à 2 000 °C.

Les aciers contenant de 1 à 5 % de niobium se distinguent par une résistance thermique exceptionnelle et sont utilisés pour les chaudières à haute pression. L'ajout de niobium à des qualités d'acier spéciales augmente considérablement la stabilité des soudures réalisées à partir de ces aciers.

Le niobium pur absorbe bien l'hydrogène ; à des températures ordinaires, 1 gramme de niobium absorbe 100 cm3 de gaz, qui pourra à l'avenir être utilisé pour créer des moteurs à hydrogène.