Застосування ніобію. Виробництво ніобію в Росії

Варто почати з того, що ніобій нерозривно пов'язаний з такою речовиною, як тантал. Це навіть незважаючи на те, що відкриті ці матеріали були не в один і той же час.

Що таке ніобій

Що ж на сьогодні відомо про таку речовину, як ніобій? Він є хімічним елементом, який розташовується в 5 групі таблиці Менделєєва, володіючи атомним номером 41 а також атомною масою 929. Як і багато інші метали, для цього речовини характерний сіро-сталевий блиск. Одним з найбільш важливих фізичних параметрів цього металу стала його тугоплавкість. Саме завдяки цій характеристиці застосування ніобію стало широко поширена в багатьох галузях промисловості. Температура плавлення цієї речовини - 2468 градусів за Цельсієм, а температура кипіння - 4927 градусів за Цельсієм.


Хімічні властивості цієї речовини також знаходяться на високому рівні. Він характеризується високим рівнем стійкості до впливу негативних температур, а також до дії більшості агресивних середовищ.

Виробництво

Варто сказати про те, що наявність руди, яка містить елемент Nb (ніобій), набагато більше, ніж тієї, що містить тантал, але проблема полягає в бідності змісту самого елемента в цій руді. Найчастіше для того, щоб отримати цей елемент, здійснюється процес термічного відновлення, в якому бере участь алюміній або ж кремній. В результаті проведення цієї операції виходять з'єднання феррониобий і ферротанталониобий. Варто зазначити, що отримання металевого варіанти цієї речовини здійснюється з цієї руди, але при цьому використовується більш складна технологія. Тиглі з ніобію та інші одержані матеріали характеризуються дуже високими експлуатаційними характеристиками.

Методи отримання ніобію

В даний час одними з найбільш розвинених напрямів отримання цього матеріалу є алюминотермическое, натриетермическое і карботермическое. Відмінність між цими типами полягає також і в прекурсори, які використовуються для відновлення ніобію. Припустимо, в натриетермическом способі використовується K2NbF7. А ось, приміром, при алюминотермическом способі застосовується п'ятиокис ніобію. Якщо говорити про карботермическом способі отримання, то ця технологія має на увазі під собою змішання Nb з сажею. Проходити цей процес повинен високотемпературної і водневої середовищі. В результаті проведення цієї операції буде отримано карбід ніобію. Другий етап полягає в тому, що воднева середовище замінюється вакуумної, а температура зберігається. В цей момент до карбіду ніобію додається його оксид і виходить сам метал. Важливо зазначити, що серед форм металу, що випускається, досить поширений ніобій в злитках. Цей продукт призначається для виробництва сплаву на базі металу, а також інших різних напівфабрикатів. Також може випускатися штабик цього матеріалу, який поділяється на кілька категорій залежно від чистоти речовини. Найменше домішок міститься в штабике з маркуванням НБШ-00. Клас НБШ-0 характеризується більш високим наявністю таких елементів, як залізо, титан і кремній танталу. Категорія, яка володіє найбільш високим показником домішок, НБШ-1. Можна додати, що у ніобію в злитках такої класифікації не існує.

Альтернативні способи виробництва

До альтернативних способів можна віднести бестигельную электроннолучевую зонну плавку. Цей процес дозволяє отримувати монокристали Nb. Тиглі з ніобію виробляються з використанням цього методу. Він відноситься до порошкової металургії. Його застосовують для того, щоб спочатку отримати сплав цього матеріалу, а після і його чистий зразок. Наявність цього методу стало причиною того, що досить часто зустрічаються оголошення про купівлю ніобію. Цей спосіб дозволяє використовувати для одержання чистого металу не саму руду, здобути яку досить складно, або ж концентрат з неї, а вторинна сировина. До ще одного альтернативного методу виробництва можна віднести прокат ніобію. Варто відзначити, що більшість різних фірм віддає перевагу купівлі саме прутків, дроту або листового металу.

Прокат та фольга

Фольга з цього матеріалу представляє собою досить поширений напівфабрикат. Він є найбільш тонким листом прокату цієї речовини. Використовується це сировина для виробництва деяких виробів і деталей. Фольга з ніобію виходить із чистої сировини шляхом холодного прокату Nb злитків. Отримані вироби характеризуються такими показниками, як висока стійкість до корозії, впливу агресивного середовища, а також високої температури. Прокат ніобію і його злитків дає також такі характеристики, як стійкість вироби до зносу, висока пластичність, хороша поддаваемость обробці. Продукти, отримані таким чином, найчастіше використовуються в таких сферах діяльності, як авіабудування, ракетобудування, медицина (хірургія), радіотехніка, електротехніка, атомна енергетика, ядерна енергетика. Фольга з ніобію упаковується в котушки і зберігається в сухому, захищеному від вологи місці, а також у захищеному місці від механічного впливу з боку.

Застосування в електродах і сплавах

Застосування ніобію дуже широко поширене. Він може використовуватися, як хром і нікель, в якості матеріалу, який входить до складу залізного сплаву, що використовується для виробництва електродів. З-за того, що ніобій, як і тантал, здатний утворювати надтвердий карбід, його часто застосовують для виробництва надтвердих сплавів. Можна додати, що в даний час пробують за допомогою цього матеріалу покращувати властивості сплавів, отриманих на основі кольорових металів. Так як ніобій є сировиною, здатним створювати карбідні елементи, то він, як і тантал, застосовується як легуючу суміші при виробництві сталі. Варто відзначити, що довгий час застосування ніобію в якості домішки до тантала вважалося негативним дією. Однак на сьогоднішній день думка змінилася. Було встановлено, що Nb може виступати в якості замінника тантала, причому з великим успіхом, так як із-за меншої атомної маси можна використовувати меншу кількість речовини, зберігаючи всі старі можливості і ефекти вироби.

Застосування в електричній техніці

Варто підкреслити, що застосування ніобію, як і його брата танталу, можливо в випрямлячах, завдяки тому, що вони мають властивість уніполярної провідності, тобто ці речовини пропускають електричний струм лише в одному напрямку. Можливе використання цього металу для створення таких пристроїв, як аноди, що використовуються в потужних генераторах і підсилювальних ламп. Дуже важливо відзначити, що застосування ніобію дійшло і до атомної енергетики. У цій галузі вироби з цієї речовини застосовуються в якості конструкційних матеріалів. Це стало можливим, так як наявність Nb в деталях робить їх стійкими до жару, а також надає їм високі якості хімічної стійкості. Відмінні фізичні характеристики цього металу призвели до того, що його досить широко використовують у ракетній техніці, в реактивних літаках, у газових турбінах.

Виробництво ніобію в Росії

Якщо говорити про запаси цієї руди, то всього налічується близько 16 млн тонн. Найбільше родовище, займає приблизно 70% усього обсягу, знаходиться в Бразилії. На території Росії же розташовується близько 25% запасів даної руди. Даний показник вважається значною частиною від усіх запасів ніобію. Найбільше родовище цього речовини знаходиться в Східному Сибіру, а також на Далекому Сході. На сьогоднішній день на території Російської Федерації видобутком і виробництвом цієї речовини займається компанія Ловозерский ГЗК. Можна помітити, що виробництвом ніобію в Росії займалася також фірма "Стальмаг". Вона розробляла татарське родовище цієї руди, проте в 2010 році була закрита. Також можна додати, що Солікамський магнієвий завод займається виробництвом оксиду ніобію. Його вони отримують, переробляючи лопаритовий концентрат. Це підприємство виробляє від 400 до 450 тонн цієї речовини, більша частина якого йде на експорт в такі країни, як США і Німеччина. Частину оксиду йде на Чепецький механічний завод, який виробляє як чистий ніобій, так і його сплави. Там розташовуються значні потужності, що дозволяють виробляти до 100 тонн матеріалу на рік.

Метал з ніобію і його вартість

Незважаючи на те що сфера застосування цієї речовини досить широка, основне призначення - це космічна і ядерна промисловість. З цієї причини Nb відноситься до стратегічних матеріалів. Основні параметри, які впливають на вартість ніобію:

чистота сплаву, велику кількість домішок знижує ціну;

форма поставки матеріалу;

обсяги матеріалу, що поставляється;

розташування пункту прийому руди (різні регіони потребують різній кількості елемента, а значить і ціна на нього відрізняється).

Приблизний список цін на матеріал в Москві:

ніобій марки НБ-2 коштує в межах 420-450 рублів за кг;

стружка ніобію коштує від 500 до 510 рублів за кг;

штабик марки НБШ-00 коштує від 490 до 500 рублів за кг

Варто відзначити, що, незважаючи на величезну вартість цього товару, попит на нього лише збільшується.