שימוש בניוביום. ייצור ניוביום ברוסיה

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

כדאי להתחיל בעובדה שניוביום קשור קשר בל יינתק עם חומר כמו טנטלום. זאת למרות שהחומרים הללו לא נפתחו במקביל.

מה זה ניוביום

מה ידוע היום על חומר כזה כמו ניוביום? זהו יסוד כימי שנמצא בקבוצה ה-5 של הטבלה המחזורית, בעל מספר אטומי של 41, וכן מסה אטומית של 92.9. כמו מתכות רבות אחרות, חומר זה מאופיין בברק אפור פלדה.

אחד הפרמטרים הפיזיקליים החשובים ביותר של מתכת זו היה עמידותה. בשל מאפיין זה הפך השימוש בניוביום לנפוץ בתעשיות רבות. נקודת ההיתוך של חומר זה היא 2468 מעלות צלזיוס ונקודת הרתיחה היא 4927 מעלות צלזיוס.

התכונות הכימיות של החומר הזה גם הן ברמה גבוהה. הוא מאופיין ברמת עמידות גבוהה לטמפרטורות שליליות, כמו גם לרוב הסביבות האגרסיביות.

Production

כדאי להזכיר שנוכחות עפרה המכילה את היסוד Nb (ניוביום) גדולה בהרבה מזו של טנטלום, אך הבעיה נעוצה במחסור בתכולת היסוד עצמו בעפרה זו.

לרוב, על מנת להשיג אלמנט זה, מתבצע תהליך הפחתה תרמי, שבו מעורבים אלומיניום או סיליקון. כתוצאה מפעולה זו מתקבלות תרכובות פרוניוביום ופררוטנטאלוניוביום. ראוי לציין כי הייצור של גרסה מתכתית של חומר זה מתבצע מאותה עפרה, אך נעשה שימוש בטכנולוגיה מורכבת יותר. כור היתוך ניוביום וחומרים אחרים שנוצרו מאופיינים בביצועים גבוהים מאוד.

שיטות להשגת ניוביום

כיום, אחד התחומים המפותחים ביותר להשגת חומר זה הם אלונותרמי, נתרן-תרמי וקרבותרמי. ההבדל בין הסוגים הללו טמון גם במבשרים המשמשים להפחתת ניוביום. נניח ש-K2NbF7 משמש בשיטה התרמית של נתרן. אבל, למשל, בשיטה האלונותרמית משתמשים בניוביום פנטאוקסיד.

אם אנחנו מדברים על השיטה הקרבותרמית להשגת, אז טכנולוגיה זו מרמזת על ערבוב של Nb עם פיח. תהליך זה צריך להתרחש בסביבת טמפרטורה גבוהה ומימן. כתוצאה מפעולה זו יתקבל ניוביום קרביד. השלב השני הוא שתווך המימן מוחלף בוואקום, והטמפרטורה נשמרת. בשלב זה, לקרביד הניוביוםהתחמוצת שלו מתווספת ומתקבלת המתכת עצמה.

חשוב לציין שבין צורות המתכת המיוצרת, ניוביום במטילים נפוץ למדי. מוצר זה מיועד לייצור סגסוגת בסיס מתכת, כמו גם מוצרים חצי מוגמרים אחרים.

ניתן לייצר גם מקל מחומר זה, המחולק למספר קטגוריות בהתאם לטוהר החומר. הכמות הקטנה ביותר של זיהומים כלולה במוט המסומן NBSh-00. מחלקת NBSh-0 מאופיינת בנוכחות גבוהה יותר של יסודות כגון ברזל, טיטניום וסיליקון טנטלום. הקטגוריה בעלת שיעור הטומאה הגבוה ביותר היא NBSh-1. ניתן להוסיף שלניוביום במטילים אין סיווג כזה.

שיטות ייצור חלופיות

שיטות חלופיות כוללות התכה של אזור קרן אלקטרונים ללא כור היתוך. תהליך זה מאפשר להשיג גבישים בודדים של Nb. כור היתוך ניוביום מיוצר בשיטה זו. זה שייך למטלורגיית אבקה. הוא משמש כדי להשיג תחילה סגסוגת של חומר זה, ולאחר מכן את המדגם הטהור שלו. נוכחותה של שיטה זו גרמה לפרסומות לרכישת ניוביום להיות נפוצות למדי. שיטה זו מאפשרת להשתמש לא בעפרה עצמה, שדי קשה להפיק אותה, או בתרכיז ממנה, אלא בחומרי גלם משניים להשגת מתכת טהורה.

שיטת ייצור חלופית נוספת היא גלגול ניוביום. ראוי לציין כי רוב המשרדים השונים נותניםעדיפות לקניית מוטות, תיל או מתכת.

מגולגל ונייר כסף

נייר כסף מחומר זה הוא מוצר חצי גמור נפוץ למדי. זהו הגיליון המגולגל הדק ביותר של החומר הזה. חומר גלם זה משמש לייצור של מוצרים וחלקים מסוימים. רדיד ניוביום מתקבל מחומרי גלם טהורים על ידי גלגול קר של מטילי Nb. המוצרים המתקבלים מאופיינים באינדיקטורים כגון עמידות גבוהה בפני קורוזיה, סביבות אגרסיביות וטמפרטורות גבוהות. גלגול הניוביום והמטילים שלו מעניקים גם מאפיינים כמו עמידות ללבוש של המוצר, גמישות גבוהה ויכולת עיבוד טובה.

מוצרים המתקבלים בדרך זו משמשים לרוב בתחומים כגון ייצור מטוסים, מדע טילים, רפואה (כירורגיה), הנדסת רדיו, הנדסת חשמל, אנרגיה גרעינית, אנרגיה גרעינית. נייר הניוביום ארוז בסלילים ומאוחסן במקום יבש, מוגן מלחות, וכן במקום מוגן מפני פגיעות מכאניות מבחוץ.

יישום באלקטרודות וסגסוגות

השימוש בניוביום נפוץ מאוד. ניתן להשתמש בו, כמו כרום וניקל, כחומר המהווה חלק מסגסוגת הברזל המשמשת לייצור אלקטרודות. בשל העובדה שניוביום, כמו טנטלום, מסוגל ליצור קרביד סופר-קשה, הוא משמש לעתים קרובות לייצור סגסוגות סופר-קשות. אתה יכול להוסיף את מה שמנסה כעת עם החומר הזהשפר את התכונות של סגסוגות שמקורן ממתכות לא ברזליות.

מכיוון שניוביום הוא חומר גלם המסוגל ליצור יסודות קרביד, הוא, כמו טנטלום, משמש כתערובת סגסוגת בייצור פלדה. יש לציין כי במשך זמן רב השימוש בניוביום כטומאה לטנטלום נחשב להשפעה שלילית. עם זאת, היום הדעה השתנתה. נמצא כי Nb יכול לשמש כתחליף לטנטלום, ובהצלחה רבה, מכיוון שבגלל המסה האטומית הנמוכה ניתן להשתמש בפחות חומר, תוך שמירה על כל התכונות והאפקטים הישנים של המוצר.

יישומי חשמל

כדאי להדגיש שהשימוש בניוביום, כמו אחיו הטנטלום, אפשרי במיישרים, בשל העובדה שיש להם תכונה של מוליכות חד-קוטבית, כלומר, חומרים אלו מעבירים זרם חשמלי בכיוון אחד בלבד.. אפשר להשתמש במתכת זו כדי ליצור מכשירים כמו אנודות, המשמשים במחוללי הספק גבוה ובצינורות מגברים.

חשוב מאוד לציין שהשימוש בניוביום הגיע לתעשיית הכוח הגרעיני. בתעשייה זו, מוצרים העשויים מחומר זה משמשים כחומרי מבנה. זה מתאפשר מכיוון שהנוכחות של Nb בחלקים הופכת אותם לעמידים בפני חום וגם מעניקה להם איכויות גבוהות של עמידות כימית.

המאפיינים הפיזיים המצוינים של מתכת זו הובילו לעובדה שהיא נמצאת בשימוש נרחב למדי בטכנולוגיית רקטות, בסילוניםמטוס, בטורבינות גז.

ייצור ניוביום ברוסיה

אם אנחנו מדברים על הרזרבות של העפר הזה, אז יש בערך 16 מיליון טון בסך הכל. הפיקדון הגדול ביותר, התופס כ-70% מהנפח הכולל, ממוקם בברזיל. על שטחה של רוסיה, כ-25% מהעתודות של עפרה זו ממוקמות. אינדיקטור זה נחשב לחלק משמעותי מכל עתודות הניוביום. המרבץ הגדול ביותר של חומר זה ממוקם במזרח סיביר, כמו גם במזרח הרחוק. עד כה, חברת Lovozersky GOK עוסקת במיצוי וייצור של חומר זה בשטח הפדרציה הרוסית. ניתן לראות שחברת סטלמאג עסקה גם בייצור ניוביום ברוסיה. היא פיתחה את המרבץ הטטרי של עפרה זו, אך נסגרה ב-2010.

ניתן להוסיף גם שמפעל המגנזיום בסוליקמסק עוסק בייצור תחמוצת ניוביום. הם מקבלים את זה על ידי עיבוד תרכיז לופריטים. מפעל זה מייצר בין 400 ל-450 טון של חומר זה, שרובו מיוצא למדינות כמו ארצות הברית וגרמניה. חלק מהתחמוצת הנותרת הולך למפעל המכני צ'פטסקי, המייצר גם ניוביום טהור וגם סגסוגות שלו. ישנן יכולות משמעותיות המאפשרות לייצר עד 100 טון של חומר בשנה.

מתכת ניוביום והעלות שלה

למרות שההיקף של החומר הזה הוא די רחב, המטרה העיקרית היא תעשיית החלל והגרעין. מסיבה זו, Nb מסווג כחומר אסטרטגי.

הפרמטרים העיקריים שלהשפיע על עלות הניוביום:

• טוהר הסגסוגת, כמות גדולה של זיהומים מפחיתה את המחיר;
• טופס משלוח חומרים;
• כרכים של חומר שסופק;
• מיקום נקודת קבלת העפרות (אזורים שונים צריכים כמויות שונות של האלמנט, ולכן המחיר עבורו שונה).

רשימה משוערת של מחירי חומרים במוסקבה:

• niobium grade NB-2 עולה בין 420-450 רובל לק"ג;
• שבבי ניוביום עולים בין 500 ל-510 רובל לק"ג;
• Stab NBSh-00 עולה בין 490 ל-500 רובל לק"ג.

ראוי לציין שלמרות העלות העצומה של המוצר הזה, הביקוש אליו רק הולך וגדל.