Nioobiumi kasutamine. Nioobiumi tootmine Venemaal

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Alustada tasub tõsiasjast, et nioobium on lahutamatult seotud sellise ainega nagu tantaal. Seda hoolimata asjaolust, et neid materjale ei avatud samal ajal.

Mis on nioobium

Mida teatakse tänapäeval sellise aine kohta nagu nioobium? See on keemiline element, mis asub perioodilisuse tabeli 5. rühmas, mille aatomnumber on 41, samuti aatommass 92,9. Sarnaselt paljudele teistele metallidele iseloomustab seda ainet terashall läige.

Selle metalli üks olulisemaid füüsikalisi parameetreid oli selle tulekindlus. Just selle omaduse tõttu on nioobiumi kasutamine paljudes tööstusharudes lai alt levinud. Selle aine sulamistemperatuur on 2468 kraadi Celsiuse järgi ja keemistemperatuur on 4927 kraadi Celsiuse järgi.

Selle aine keemilised omadused on samuti kõrgel tasemel. Seda iseloomustab kõrge vastupidavus negatiivsetele temperatuuridele ja enamikule agressiivsetele keskkondadele.

Tootmine

Väärib mainimist, et elementi Nb (nioobium) sisaldava maagi olemasolu on palju suurem kui tantaali oma, kuid probleem seisneb selles, et selles maagis on elemendi enda vähesus.

Enamasti viiakse selle elemendi saamiseks läbi termilise redutseerimise protsess, milles osaleb alumiinium või räni. Selle operatsiooni tulemusena saadakse ferronioobiumi ja ferrotantalonioobiumi ühendeid. Väärib märkimist, et selle aine metallilise versiooni tootmine toimub samast maagist, kuid kasutatakse keerukamat tehnoloogiat. Nioobiumtiigleid ja muid saadud materjale iseloomustab väga kõrge jõudlus.

nioobiumi saamise meetodid

Praegu on selle materjali saamiseks üks arenenumaid valdkondi aluminotermiline, naatriumtermiline ja karbotermiline. Nende tüüpide erinevus seisneb ka lähteainetes, mida kasutatakse nioobiumi vähendamiseks. Oletame, et naatriumtermilisel meetodil kasutatakse K2NbF7. Aga näiteks aluminotermilise meetodi puhul kasutatakse nioobiumpentoksiidi.

Kui me räägime karbotermilisest saamise meetodist, siis see tehnoloogia eeldab Nb segamist tahmaga. See protsess peaks toimuma kõrge temperatuuriga ja vesiniku keskkonnas. Selle toimingu tulemusena saadakse nioobiumkarbiid. Teine etapp seisneb selles, et vesinikukeskkond asendatakse vaakumkeskkonnaga ja temperatuuri hoitakse. Siinkohal nioobiumkarbiidinilisatakse selle oksiid ja saadakse metall ise.

Oluline on märkida, et toodetud metallide hulgas on valuplokkides sisalduv nioobium üsna levinud. See toode on mõeldud metallipõhiste sulamite, aga ka mitmesuguste muude pooltoodete tootmiseks.

Sellest materjalist saab toota ka pulka, mis jaguneb olenev alt aine puhtusest mitmesse kategooriasse. Väikseim kogus lisandeid sisaldub NBSh-00 märgistusega varras. NBSh-0 klassi iseloomustab selliste elementide nagu raud, titaan ja tantaalräni suurem sisaldus. Kategooria, millel on kõrgeim lisandite määr, on NBSh-1. Võib lisada, et valuplokkides sisalduval nioobiumil pole sellist klassifikatsiooni.

Alternatiivsed tootmismeetodid

Alternatiivsed meetodid hõlmavad tiiglita elektronkiire tsooni sulatamist. See protsess võimaldab saada Nb üksikkristalle. Selle meetodi abil toodetakse nioobiumtiigleid. See kuulub pulbermetallurgiasse. Seda kasutatakse esm alt selle materjali sulami ja seejärel selle puhta proovi saamiseks. Selle meetodi olemasolu on muutnud nioobiumi ostukuulutused üsna tavaliseks. See meetod võimaldab puhta metalli saamiseks kasutada mitte maaki ennast, mida on üsna raske ekstraheerida, ega selle kontsentraati, vaid teisest toorainet.

Teine alternatiivne tootmismeetod on nioobiumi v altsimine. Väärib märkimist, et enamik erinevaid ettevõtteid annabeelistus varraste, traadi või lehtmetalli ostmisel.

V altsitud ja foolium

Sellest materjalist foolium on üsna levinud pooltoode. See on selle aine kõige õhem v altsitud leht. Seda toorainet kasutatakse osade toodete ja osade tootmiseks. Nioobiumfoolium saadakse puhtast toorainest Nb valuplokkide külmv altsimise teel. Saadud tooteid iseloomustavad sellised näitajad nagu kõrge korrosioonikindlus, agressiivne keskkond ja kõrged temperatuurid. Nioobiumi ja selle valuplokkide v altsimine annab ka sellised omadused nagu toote kulumiskindlus, kõrge elastsus ja hea töödeldavus.

Sel viisil saadud tooteid kasutatakse kõige sagedamini sellistes valdkondades nagu lennukitootmine, raketiteadus, meditsiin (kirurgia), raadiotehnika, elektrotehnika, tuumaenergeetika, tuumaenergeetika. Nioobiumfoolium pakitakse rullidesse ja hoitakse kuivas, niiskuse eest kaitstud kohas, samuti kohas, mis on kaitstud väljast tuleva mehaanilise mõju eest.

Kasutamine elektroodides ja sulamites

Nioobiumi kasutamine on väga lai alt levinud. Seda saab kasutada, nagu kroomi ja niklit, materjalina, mis on osa elektroodide valmistamiseks kasutatavast rauasulamist. Kuna nioobium, nagu ka tantaal, on võimeline moodustama ülikõva karbiidi, kasutatakse seda sageli ülikõvade sulamite tootmiseks. Selle materjaliga saate lisada seda, mida praegu proovitakseparandada värvilistest metallidest saadud sulamite omadusi.

Kuna nioobium on tooraine, mis on võimeline looma karbiidelemente, kasutatakse seda sarnaselt tantaaliga terase tootmisel legeeriva seguna. Tuleb märkida, et pikka aega peeti nioobiumi kasutamist tantaali lisandina negatiivseks mõjuks. Tänaseks on aga arvamus muutunud. Leiti, et Nb võib toimida tantaali asendajana ja seda väga eduk alt, sest tänu väiksemale aatommassile saab vähem ainet kasutada, säilitades samal ajal toote kõik vanad omadused ja toimed.

Elektrirakendused

Väärib rõhutamist, et nioobiumi, nagu ka selle venna tantaali, kasutamine alaldites on võimalik tänu sellele, et neil on unipolaarne juhtivus, st need ained läbivad elektrivoolu ainult ühes suunas. Seda metalli on võimalik kasutada selliste seadmete loomiseks nagu anoodid, mida kasutatakse suure võimsusega generaatorites ja võimenditorudes.

Väga oluline on märkida, et nioobiumi kasutamine on jõudnud tuumaenergiatööstusesse. Selles tööstuses kasutatakse sellest ainest valmistatud tooteid konstruktsioonimaterjalidena. See on võimalik, kuna osades sisalduv Nb muudab need kuumakindlaks ja annab neile ka kõrge keemilise vastupidavuse.

Selle metalli suurepärased füüsikalised omadused on viinud selleni, et seda kasutatakse raketitehnoloogias üsna laialdaselt reaktiivlennukiteslennukid, gaasiturbiinides.

Nioobiumi tootmine Venemaal

Kui rääkida selle maagi varudest, siis kokku on neid umbes 16 miljonit tonni. Suurim maardla, mis moodustab ligikaudu 70% kogumahust, asub Brasiilias. Venemaa territooriumil asub umbes 25% selle maagi varudest. Seda näitajat peetakse kõigi nioobiumivarude oluliseks osaks. Selle aine suurim leiukoht asub Ida-Siberis, aga ka Kaug-Idas. Praeguseks tegeleb Lovozersky GOK ettevõte selle aine kaevandamise ja tootmisega Vene Föderatsiooni territooriumil. Näha on, et Stalmagi firma tegeles ka Venemaal nioobiumi tootmisega. See arendas selle maagi tatari maardlat, kuid suleti 2010. aastal.

Samuti võib lisada, et Solikamski magneesiumitehas tegeleb nioobiumoksiidi tootmisega. Nad saavad selle lopariidikontsentraadi töötlemisel. See ettevõte toodab seda ainet 400–450 tonni, millest suurem osa eksporditakse sellistesse riikidesse nagu Ameerika Ühendriigid ja Saksamaa. Osa ülejäänud oksiidist läheb Chepetsky mehaanikatehasesse, mis toodab nii puhast nioobiumi kui ka selle sulameid. Seal on märkimisväärsed võimsused, mis võimaldavad toota kuni 100 tonni materjali aastas.

Nioobiummetall ja selle maksumus

Hoolimata asjaolust, et selle aine kasutusala on üsna lai, on põhieesmärk kosmose- ja tuumatööstus. Sel põhjusel klassifitseeritakse Nb strateegiliseks materjaliks.

Peamised parameetrid, mismõjutada nioobiumi hinda:

• sulami puhtus, suur hulk lisandeid alandab hinda;
• materjali tarnevorm;
• tarnitud materjali mahud;
• maagi vastuvõtupunkti asukoht (erinevad piirkonnad vajavad erinevas koguses elementi ja seetõttu on selle hind erinev).

Ligikaudne materjalide hindade loetelu Moskvas:

• nioobiumi klass NB-2 maksab 420-450 rubla kg kohta;
• nioobiumlaastud maksavad 500–510 rubla kg;
• Stab NBSh-00 maksab 490–500 rubla kg.

Väärib märkimist, et vaatamata selle toote tohututele kuludele nõudlus selle järele ainult kasvab.