Ubicación del niobio. Propiedades del niobio

En griego antiguo. mitología * a. niobio; norte. Niob, niobio; F. niobio; Y. niobio), es un elemento químico del grupo V del sistema periódico de Mendeleev, número atómico 41, masa atómica 92,9064. Tiene un isótopo natural 93 Nb.

El óxido de niobio fue aislado por primera vez por el químico inglés C. Hatchet en 1801 a partir de columbita. El niobio metálico fue obtenido en 1866 por el científico sueco K. V. Blomstrand.

Propiedades del niobio

El niobio es un metal de color acero, tiene una red cúbica centrada en el cuerpo con a = 0,3294 nm; densidad 8570 kg/m3; temperatura de fusión 2500°С, temperatura de ebullición 4927°С; capacidad calorífica (298 K) 24,6 J/(mol.K); conductividad térmica (273 K) 51,4 W/(m.K); coeficiente de temperatura de expansión lineal (63-1103 K) 7.9.10 -6 K -1; resistividad eléctrica (293 K) 16,10 -8 Ohm.m; coeficiente térmico de resistencia eléctrica (273 K) 3.95.10 -3 K -1. La temperatura de transición al estado superconductor es de 9,46 K.

Estado de oxidación +5, con menos frecuencia de +1 a +4. Sus propiedades químicas son cercanas a las del tantalio, extremadamente resistentes al frío y, con un ligero calentamiento, a la acción de muchos ambientes agresivos, incl. y ácidos. El niobio se disuelve únicamente con ácido fluorhídrico, su mezcla con ácido nítrico y álcali. Anfótero. Al interactuar con halógenos, forma haluros de niobio. Cuando se fusiona Nb 2 O 5 con soda, se obtienen sales de ácidos nióbicos: niobatos, aunque los ácidos en sí no existen en estado libre. El niobio puede formar sales dobles y compuestos complejos. No tóxico.

Recepción y uso

Para obtener niobio, se fusiona concentrado de niobio con sosa cáustica o sosa y la aleación resultante se lixivia. Se separan el Nb y el Ta contenidos en el precipitado no disuelto y el óxido de niobio se reduce por separado del óxido de tantalio. El niobio compacto se produce mediante pulvimetalurgia, arco eléctrico, vacío y fusión por haz de electrones.

El niobio es uno de los componentes principales en la aleación de aceros y aleaciones resistentes al calor. El niobio y sus aleaciones se utilizan como materiales estructurales para piezas de motores a reacción, cohetes, turbinas de gas, equipos químicos, dispositivos electrónicos, condensadores eléctricos y dispositivos superconductores. Los niobatos se utilizan ampliamente como materiales ferroeléctricos, piezoeléctricos y láser.

La producción de niobio junto con tantalio, así como aleaciones de tantanio y obio, tiene una gran importancia económica desde el punto de vista del uso integrado de ambos metales valiosos.
En muchos casos, en lugar de tantalio, con el mismo efecto, se puede utilizar niobio, que tiene propiedades similares, o aleaciones de tantalio con niobio, ya que estos metales forman una serie continua de soluciones sólidas, cuyas propiedades son cercanas a las Propiedades de los metales originales.
Se puede obtener una aleación de tantalio y niobio mezclando polvos de tantalio y niobio obtenidos por separado, seguido de prensado de la mezcla y sinterización al vacío, así como mediante reducción conjunta simultánea de una mezcla de compuestos de tantalio y niobio, por ejemplo, una mezcla. de fluoruros complejos K2TaF7 y K2NbF7, una mezcla de cloruros, una mezcla de óxidos, etc.. P.
Normalmente, cuando se utiliza el método del ácido fluorhídrico para separar el tantalio y el niobio, este último se separa en forma de fluoroxiniobato K2NbOF5*H2O.
Esta sal no es apta para reducción con sodio por dos motivos:
a) el agua de cristalización, que forma parte de dicha sal, al reaccionar con el sodio puede provocar una explosión,
b) el oxígeno, que forma parte de la sal y está asociado con el niobio, no se reduce con el sodio y permanece en forma de impureza de óxido en el producto de reducción.
Por lo tanto, el fluoroxiniobato de potasio debe recristalizarse a través de una solución de ácido fluorhídrico con una concentración de HF superior al 10%, lo que da como resultado la formación de la sal K2NbF7, adecuada para la reducción con sodio.
El niobio también se puede producir mediante electrólisis en condiciones similares a las descritas para la producción de tantalio. Se observa una menor eficiencia de corriente que en la producción electrolítica de tantalio, así como dificultades asociadas con la notable solubilidad de los compuestos de niobio de diferentes valencias en el electrolito.
La electrólisis también es posible a partir de un baño mixto que contiene una mezcla de Ta2O5 + Nb2O5 como componentes de descomposición y K2TaF7 como disolvente. En este caso se obtiene una aleación de niobio con tantalio.
Para obtener niobio, se propuso un método de reducción de carbono del pentóxido de niobio al vacío.

Reducción del pentóxido de niobio con carbono.

Para obtener niobio, K. Bohlke desarrolló un método para reducir el pentóxido de niobio con carburo de niobio al vacío según la siguiente reacción:

Básicamente, este proceso se reduce a la reducción del pentóxido de niobio con carbono.
Debido a la alta resistencia química del pentóxido de niobio, la reducción con carbono a presión atmosférica requiere altas temperaturas (alrededor de 1800-1900°), que se pueden obtener en un horno tubular de grafito. El niobio tiene una alta afinidad por el carbono (energía libre de formación de carburo de niobio -ΔF° = 38,2 kcal ), por lo tanto, en presencia de gases de carbono en el horno y con una alta velocidad de difusión en la fase sólida, que se desarrolla a una temperatura tan alta, el niobio resulta estar contaminado con carburo de niobio, incluso si la carga se prepara en función de la reacción

En el vacío, la reacción de reducción con el carbono ocurre a una temperatura más baja (1600-1700°),
Las briquetas se preparan a partir de una mezcla de pentóxido de niobio y hollín, en proporciones estequiométricas basadas en la reacción.

La laminación se realiza a 1800-1900° en un horno tubular de grafito en atmósfera protectora (hidrógeno, argón) o en vacío a una temperatura de 1600° hasta que cesa el desprendimiento de CO. El producto resultante son briquetas ligeramente sinterizadas formadas por partículas de carburo gris en polvo. El carburo se muele hasta convertirlo en polvo en un molino de bolas y se mezcla con pentóxido en proporciones correspondientes a la reacción (1). Las briquetas de la mezcla Nb2O5 + NbC se calcinan nuevamente al vacío a una temperatura de aproximadamente 1600°.
Para asegurar la eliminación del carbono en forma de CO, se debe añadir un pequeño exceso de pentóxido de niobio a la mezcla Nb2O5 + NbC. En la operación posterior de sinterización (soldadura) a alta temperatura de barras prensadas de niobio metálico en polvo, se elimina el exceso de pentóxido de niobio, ya que los óxidos de niobio (como el tantalio) se volatilizan en el vacío a una temperatura inferior al punto de fusión del metal.
Debido al inevitable tiempo dedicado a crear un vacío y enfriar el producto en él, la productividad de un horno de vacío en la producción de carburo de niobio inicial es mucho menor que la productividad de un horno de tubo de grafito que funciona a presión atmosférica, en el que un continuo El proceso se puede realizar moviendo cartuchos con briquetas de una mezcla de Nb2O5 + C. Por tanto, es más conveniente obtener NbC de forma continua en un horno tubular de grafito a presión atmosférica, aunque a temperaturas de 1800-1900°.
Sería posible obtener niobio metálico en un horno de vacío directamente haciendo reaccionar pentóxido con hollín según la reacción (2) con un ligero exceso de Nb2O5 en la carga. Sin embargo, al cargar una mezcla de Nb2O5 + 5NbC en un horno de vacío, su productividad aumenta significativamente en comparación con cargar una mezcla de Nb2O5 + 5C, ya que la mezcla de Nb2O5 + SNbC contiene niobio (82,4%) 1,5 veces más que la mezcla de Nb2O5 + 5C. (57,2%) Además, la primera mezcla tiene un peso específico del aditivo 1,7 veces mayor que la segunda mezcla (6,25 g/cm3 y 3,7 g/cm3, respectivamente).
Además, hay que tener en cuenta que el carburo de niobio, que constituye la parte predominante de la mezcla de Nb2O5 + 5NbC, es de grano más grueso que el Nb2O5 disperso y los polvos de hollín, lo que es una razón adicional para el mayor peso aparente del Nb2O5. + mezcla 5NbC que la mezcla Nb2O5 + 5C.
Como resultado de todo esto, una unidad de volumen del cartucho puede contener entre 2,5 y 3 veces más material (basado en el contenido de niobio) en forma de briquetas de la mezcla Nb2O5 + 5NbC que briquetas de la mezcla Nb2O5 + 5C.
El trabajo de Bolke no proporciona pruebas suficientemente sólidas de la necesidad de cumplir estrictamente con la composición recomendada de la mezcla de Nb2O5 + 5NbC cargada en un horno de vacío.
Al calcinar una mezcla de Nb2O5 + 5C en un horno tubular de carbón a presión atmosférica, se puede obtener con alta productividad (en un proceso continuo) un producto similar en composición al niobio metálico con una pequeña mezcla de carbono. Este polvo rico en niobio con alta gravedad específica y aparente se puede mezclar luego con una cantidad apropiada de Nb2O5 (con un ligero exceso de Nb2O5 con respecto al contenido de impureza de carbono equivalente del niobio) y la mezcla briquetada se calcina en un horno de vacío para eliminar carbono en forma de CO.
Con esta opción la capacidad, y por tanto la productividad, del horno de vacío será mayor. El pequeño exceso restante de Nb2O5 se evaporará durante la sinterización adicional del niobio a alta temperatura, y este último se convertirá en un metal compacto y maleable.
Cuando se utiliza niobio bajo en carbono en lugar de carburo de niobio para reaccionar con pentóxido, pueden surgir algunas complicaciones tecnológicas. El hecho es que cuando se produce niobio bajo en carbono a presión atmosférica en el espacio de reacción de un horno tubular de grafito, siempre es posible la presencia de impurezas de nitrógeno del aire que pueden ingresar al horno. El niobio, que tiene una gran afinidad por el nitrógeno, lo absorbe activamente. Al producir carburo de niobio, la posibilidad de contaminación del producto con nitrógeno es mucho menor debido a la mayor afinidad del niobio por el carbono que por el nitrógeno.
Por lo tanto, la producción de niobio metálico cuando se utiliza niobio bajo en carbono como material de partida se complica por la necesidad de crear condiciones que excluyan la posibilidad de que entre nitrógeno en el espacio de reacción, lo cual es difícil de lograr en un horno tubular de grafito conectado libremente al atmósfera. Para eliminar el nitrógeno del horno, es necesario llenar con cuidado el horno con hidrógeno puro o argón, mantener la estanqueidad de la carcasa, evitar aspirar aire hacia el tubo de reacción al cargar cartuchos con una mezcla de Nb2O5 + 5C y al descargar. niobio, etc.
Por lo tanto, la cuestión de las ventajas de la opción de producción preliminar de carburo de niobio o niobio bajo en carbono a presión atmosférica (seguido de la calcinación de estos productos en una mezcla con Nb2O5 en el vacío) puede resolverse mediante las posibilidades prácticas en cada caso individual. .
Las ventajas del proceso de reducción de niobio con carbono según una de las opciones descritas son: el uso de un agente reductor económico en forma de hollín y una alta extracción directa de niobio en el metal terminado.
La similitud de las propiedades del tantalio y los óxidos de niobio permite utilizar el método descrito para obtener tantalio maleable.

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Un elemento químico que lleva el nombre de la antigua Níobe, una mujer que se atrevió a reírse de los dioses y lo pagó con la muerte de sus hijos. El niobio representa la transición de la humanidad de la producción industrial a la digital; desde locomotoras de vapor hasta lanzacohetes; desde centrales eléctricas alimentadas con carbón hasta energía nuclear. El precio mundial del niobio por gramo es bastante alto, al igual que su demanda. La mayoría de los últimos logros científicos están estrechamente relacionados con el uso de este metal.

Precio del niobio por gramo

Dado que los principales usos del niobio están relacionados con los programas nucleares y espaciales, se clasifica como material estratégico. El reciclaje es mucho más rentable financieramente que el desarrollo y extracción de nuevos minerales, lo que hace que el niobio tenga demanda en el mercado de metales secundarios.

El precio está determinado por varios factores:

• Pureza de Metal. Cuantas más impurezas extranjeras, menor será el precio.
• Forma de entrega.
• Alcance de la entrega. Directamente proporcional a los precios de los metales.
• Ubicación del punto de recogida de chatarra. Cada región tiene una necesidad diferente de niobio y, en consecuencia, su precio.
• Presencia de metales raros. Las aleaciones que contienen elementos como tantalio, tungsteno y molibdeno tienen un precio más alto.
• El significado de las cotizaciones en las bolsas mundiales. Estos valores son la base para la fijación de precios.

Resumen indicativo de precios en Moscú:

• Niobio NB-2. El precio varía entre 420 y 450 rublos. por kilogramo.
• Virutas de niobio. 500-510 rublos. por kilogramo.
• Pila de niobio NBSh00. Se diferencia en el aumento de precios debido al contenido insignificante de impurezas. 490-500 rublos. por kilogramo.
• Varilla de niobio NBSh-0. 450-460 rublos. por kilogramo.
• Niobio NB-1 en forma de varilla. El precio es de 450 a 480 rublos. por kilogramo.

A pesar del elevado coste, la demanda de niobio en el mundo sigue creciendo. Esto sucede debido a su enorme potencial de uso y a la escasez de metal. Sólo hay 18 gramos de niobio por cada 10 toneladas de suelo.

La comunidad científica sigue trabajando para encontrar y desarrollar un sustituto de un material tan caro. Pero hasta ahora no he recibido ningún resultado concreto al respecto. Esto significa que no se espera que el precio del niobio baje en un futuro próximo.

Para regular los precios y aumentar la velocidad de facturación, se proporcionan las siguientes categorías para los productos de niobio:

• Lingotes de niobio. Su tamaño y peso están estandarizados por GOST 16099-70. Dependiendo de la pureza del metal, se dividen en 3 grados: niobio NB-1, niobio NB-2 y, respectivamente, niobio NB-3.
• Bastón de niobio. Tiene un mayor porcentaje de impurezas extrañas.
• Lámina de niobio. Fabricado en espesores de hasta 0,01 mm.
• Varilla de niobio. Según TU 48-4-241-73 se suministra en los grados NbP1 y NbP2.

Propiedades físicas del niobio

El metal es gris con un tinte blanco. Pertenece al grupo de las aleaciones refractarias. El punto de fusión es de 2500 ºС. Punto de ebullición 4927 ºС. Se diferencia en el mayor valor de la resistencia al calor. No pierde sus propiedades a temperaturas de funcionamiento superiores a 900 ºС.

Las características mecánicas también son de alto nivel. La densidad es de 8570 kg/m3, siendo el mismo indicador para el acero de 7850 kg/m3. Resistente al funcionamiento bajo cargas tanto dinámicas como cíclicas. Resistencia a la tracción: 34,2 kg/mm2. Tiene alta plasticidad. El coeficiente de alargamiento relativo varía entre el 19 y el 21%, lo que permite obtener láminas de niobio laminadas con un espesor de hasta 0,1 mm.

La dureza está relacionada con la pureza del metal frente a impurezas nocivas y aumenta con su composición. El niobio puro tiene una dureza Brinell de 450.

El niobio se adapta bien al tratamiento a presión a temperaturas inferiores a -30 ºС y es difícil de cortar.

La conductividad térmica no cambia significativamente con grandes fluctuaciones de temperatura. Por ejemplo, a 20 ºС es 51,4 W/(m·K), y a 620 ºС aumenta sólo 4 unidades. El niobio compite en conductividad eléctrica con elementos como el cobre y el aluminio. Resistencia eléctrica - 153,2 nOhm m Pertenece a la categoría de materiales superconductores. La temperatura a la que la aleación entra en modo superconductor es 9,171 K.

Extremadamente resistente a ambientes ácidos. Ácidos tan comunes como sulfúrico, clorhídrico, ortofosfórico y nítrico no afectan su estructura química de ninguna manera.

A temperaturas superiores a 250 ºС, el niobio comienza a ser oxidado activamente por el oxígeno y también a entrar en reacciones químicas con moléculas de hidrógeno y nitrógeno. Estos procesos aumentan la fragilidad del metal, reduciendo así su resistencia.

• No se aplica a materiales alergénicos. Introducido en el cuerpo humano, no provoca una reacción de rechazo por parte del organismo.
• Es un metal del primer grupo de soldabilidad. Las soldaduras son firmes y no requieren operaciones preparatorias. Resistente al agrietamiento.

Tipos de aleaciones

Según el valor de las propiedades mecánicas a temperaturas elevadas, las aleaciones de niobio se dividen en:

1. Baja fuerza. Operan dentro del rango de 1100-1150 ºС. Tienen un conjunto simple de elementos de aleación. Esto incluye principalmente circonio, titanio, tantalio, vanadio y hafnio. La resistencia es de 18-24 kg/mm2. Después de superar el umbral de temperatura crítica, cae bruscamente y se vuelve similar al niobio puro. La principal ventaja son sus altas propiedades plásticas a temperaturas de hasta 30 ºС y su buena trabajabilidad bajo presión.
2. Fuerza media. Su temperatura de funcionamiento oscila entre 1200 y 1250 ºС. Además de los elementos de aleación anteriores, contienen impurezas de tungsteno, molibdeno y tantalio. El objetivo principal de estos aditivos es preservar las propiedades mecánicas al aumentar la temperatura. Tienen una ductilidad moderada y pueden procesarse fácilmente bajo presión. Un ejemplo sorprendente de aleación es el niobio 5VMC.
3. Aleaciones de alta resistencia. Utilizado a temperaturas de hasta 1300 ºС. Con exposición a corto plazo hasta 1500 ºС. Se diferencian por su composición química de mayor complejidad. El 25% son aditivos, la mayor parte de los cuales son tungsteno y molibdeno. Algunos tipos de estas aleaciones se caracterizan por un alto contenido de carbono, lo que influye positivamente en su resistencia al calor. La principal desventaja del niobio de alta resistencia es su baja ductilidad, lo que dificulta el procesamiento. Y, en consecuencia, la obtención de productos semiacabados industriales.

Cabe señalar que las categorías enumeradas anteriormente son de naturaleza condicional y solo dan una idea general del método de uso de una aleación en particular.

También cabe mencionar compuestos como el ferroniobio y el óxido de niobio.

El ferroniobio es un compuesto de niobio con hierro, cuyo contenido de este último es del 50%. Además de los elementos principales, incluye centésimas de titanio, azufre, fósforo, silicio y carbono. El porcentaje exacto de elementos está estandarizado por GOST 16773-2003.

El pentóxido de niobio es un polvo cristalino blanco. No susceptible a la disolución en ácido y agua. Se produce quemando niobio en un ambiente de oxígeno. Completamente amorfo. Punto de fusión 1500 ºС.

Aplicaciones del niobio

Todas las propiedades anteriores hacen que el metal sea extremadamente popular en diversas industrias. Entre las muchas formas de utilizarlo, se distinguen las siguientes posiciones:

• Utilizado en metalurgia como elemento de aleación. Además, con niobio se alean tanto aleaciones ferrosas como no ferrosas. Por ejemplo, añadiendo sólo un 0,02% al acero inoxidable 12Х18Н10Т se aumenta su resistencia al desgaste en un 50%. El aluminio mejorado con niobio (0,04%) se vuelve completamente impermeable a los álcalis. El niobio actúa sobre el cobre como agente endurecedor del acero, aumentando sus propiedades mecánicas en un orden de magnitud. Tenga en cuenta que incluso el uranio está dopado con niobio.
• El pentóxido de niobio es el componente principal en la fabricación de cerámicas altamente refractarias. También ha encontrado aplicación en la industria de defensa: cristales blindados de equipos militares, ópticas con un gran ángulo de refracción, etc.
• El ferroniobio se utiliza para alear aceros. Su principal tarea es aumentar la resistencia a la corrosión.
• En ingeniería eléctrica se utilizan para la fabricación de condensadores y rectificadores de corriente. Estos condensadores se caracterizan por una mayor capacitancia y resistencia de aislamiento y un tamaño pequeño.
• Los compuestos de silicio y germanio con niobio se utilizan ampliamente en el campo de la electrónica. A partir de ellos se fabrican solenoides superconductores y elementos de generadores de corriente.

El niobio (Nb) es un metal de transición raro y blando que se utiliza en la producción de acero de alta calidad. El niobio es un componente para la producción de aleaciones que, cuando se agrega a otros materiales, mejora significativamente sus propiedades. El acero que contiene niobio tiene muchas propiedades atractivas que lo hacen muy deseable para su uso en las industrias automotriz, de construcción y de gasoductos. El acero al que se le ha añadido niobio es más duro, más ligero y más resistente a la corrosión.


El uso del niobio comenzó en 1925, cuando el metal comenzó a utilizarse para reemplazar al tungsteno en la producción de aceros para herramientas. En la década de 1930, el niobio se utilizaba para prevenir la corrosión del acero inoxidable. Esta área de aplicación del niobio se ha convertido en una de las principales en el desarrollo de materiales técnicos modernos y su uso ha aumentado constantemente en el campo metalúrgico.
El niobio, en forma de ferroniobio estándar, que representa más del 90% de la producción de niobio, es un metal de transición, miembro del grupo de elementos del vanadio. Se caracteriza por altos puntos de fusión y ebullición. A pesar de su alto punto de fusión en forma elemental (2,468 °C), el niobio tiene una densidad baja en comparación con otros metales resistentes a la corrosión. Además, el niobio, en determinadas condiciones, tiene propiedades superconductoras. Las propiedades químicas del niobio son muy similares a las del tantalio.
Los depósitos de niobio se encuentran principalmente en Brasil y Canadá, que representan aproximadamente el 99% de la producción total de niobio del mundo, así como en Australia. El Servicio Geológico de Estados Unidos estima las reservas mundiales de niobio en 4,3 millones de toneladas según el contenido de metal.
En la naturaleza, el niobio se encuentra en minerales como el pirocloro y la columbita, que contienen niobio y tantalio en proporciones variables. El mineral pirocloro se extrae principalmente por su niobio. La columbita se extrae para extraer tantalio y el niobio se extrae como subproducto. Roskill estima que aproximadamente el 97% del niobio se encuentra en el mineral pirocloro.

Reservas en depósitos de niobio en 2012, miles de toneladas *

* Datos del Servicio Geológico de EE. UU.

Los minerales que contienen pirocloro se extraen mediante dos métodos principales: de forma aislada o en combinación. La minería a cielo abierto es un método común en Brasil, mientras que la minería subterránea se utiliza en la mina Niobec en Canadá. Sin embargo, la mina Niobec en Canadá planea utilizar dos métodos de minería masiva: a cielo abierto y subterráneo, ya que tienen el potencial de aumentar significativamente la capacidad de la planta y los volúmenes de producción al tiempo que reducen los costos operativos.
Una vez que se extrae el mineral, se tritura en partículas finas y se procesa mediante flotación y separación magnética para eliminar el hierro. En Canadá, se utiliza ácido nítrico para eliminar la apatita, mientras que en Brasil se utiliza un proceso especial para eliminar el bario, el fósforo y el azufre. El resultado de este tratamiento físico es un concentrado de pirocloro con un contenido de Nb2O5 del 55-60%. La mayor parte del concentrado de pirocloro se procesa para obtener ferroniobio de calidad estándar para su uso en aplicaciones industriales donde se toleran las impurezas. Para aplicaciones que requieren niveles más altos de pureza, se requiere un posprocesamiento para llevar el niobio a niveles de pureza de ~99 %, como niveles de pureza de óxido de niobio de grado al vacío o niveles de pureza de ferroniobio.


* Datos del Servicio Geológico de EE. UU.

La demanda mundial de niobio creció a una tasa anual promedio del 10% entre 2000 y 2010. El crecimiento fue impulsado por dos factores clave:
1. Demanda estable de acero, especialmente entre los productores de acero de los países BRICS. La demanda en estos países creció un 14% en 2010 hasta 1.414 millones de toneladas y se estima que aumentó otro 4% en 2011.
Cabe señalar que los sectores de la automoción, la construcción y el petróleo y el gas, que son los mayores consumidores de ferroniobio, tienden a estar altamente correlacionados con el crecimiento económico, y el estado de la economía mundial tiene el mayor impacto en la demanda de niobio.
El fuerte crecimiento del PIB de los países BRICS requiere más acero y, en consecuencia, determina una mayor demanda de niobio en la producción de acero. El PIB mundial aumentó un 5,1% en 2010, debido principalmente al buen desempeño de las economías BRIC, que crecieron un 8,8% en 2010, especialmente China, que creció un 10,3%. El crecimiento del PIB en los países BRICS en 2011 y 2012 también fue alto: 4-10% en un contexto de crecimiento económico global de ~3-4%. Durante la última década, los países BRICS han definido el panorama económico global, representando más de un tercio del crecimiento del PIB global y, en términos de poder adquisitivo, sus economías han crecido de una sexta parte de la economía global a casi una cuarta parte. .
Goldman Sachs predice que el tamaño de las economías BRICS en su conjunto superará el tamaño de la economía estadounidense en 2018. Para 2020, se espera que los países BRICS representen aproximadamente el 49,0% del crecimiento del PIB mundial y estos países representarán un tercio de la economía mundial según el poder adquisitivo.
Las positivas perspectivas económicas mundiales son una confirmación de la fuerte demanda industrial mundial, lo que es un buen augurio para el sector del acero. El pleno crecimiento mundial de la producción de acero seguirá impactando significativamente la demanda de niobio.
2. Aumento de la cantidad de niobio utilizado para la producción de acero.
A medida que aumentan las demandas de los usuarios finales de acero de productos de mayor calidad, las acerías deben aumentar el uso de niobio para producir acero que cumpla con estándares y especificaciones más altos. En el año 2000, se añadieron 40 gramos de ferroniobio a 1 tonelada de acero. En 2008 ya era de 63 gramos por tonelada. Dado que el niobio representa un porcentaje muy pequeño del acero en términos de coste, pero añade un valor significativo al mejorar sus características, especialmente resistencia, durabilidad, ligereza y flexibilidad, se espera que el uso de este metal siga aumentando en todos los segmentos de uso final. .
Se espera que continúe el crecimiento constante de la demanda de niobio a corto y largo plazo, mientras que los mercados emergentes siguen creciendo y ya se han desarrollado aplicaciones para aceros de mayor calidad.
Con el aumento de la producción de acero y un porcentaje cada vez mayor de su contenido de niobio, se estima que el consumo global de ferroniobio aumentó ~11%, de ~78.100 t en 2010 a ~86.000 t en 2011.
Los mayores consumidores de niobio son China, América del Norte y Europa. China es el mercado de niobio de más rápido crecimiento en el mundo y representó el 25% del consumo total en 2010. Esto refleja el tamaño de su industria siderúrgica y el rápido ritmo de crecimiento de la producción en los últimos años. China es el principal productor mundial de acero inoxidable, y su participación en la producción mundial aumentó del 1-2% en la década de 1990 al 36,7% en 2010. China es también el mayor productor de aceros aleados y el de más rápido crecimiento, incluidos los aceros HSLA.

Producción y consumo de niobio en el mundo, miles de toneladas*

año	2008	2009	2010	2011	2012
Producción total	67.9	40.6	59.4	65.7	62.9
Consumo total	58.1	40.6	48.9	61.5	62.9
equilibrio del mercado	9.8	--	9.4	-0.4	-0.4

*datos del Centro Internacional de Estudios Tantalio-Niobio

A principios de la década de 2000, los precios del niobio se mantenían relativamente estables, oscilando entre 12,00 y 13,50 dólares EE.UU. por kilogramo. El importante crecimiento económico en los mercados emergentes, especialmente las economías BRIC, y el mayor uso de niobio en la producción de acero elevaron los precios de los metales a 32,63 dólares EE.UU. por kg en 2007 y a un nuevo aumento a 60,00 dólares EE.UU. por kg en 2012. Sólo en 2008 y 2009 los precios del niobio disminuyeron ligeramente debido a la crisis económica mundial. Sin embargo, esta disminución fue mucho menor que la de los metales sustitutos.
Desde la perspectiva del consumidor, un precio estable del niobio es una característica deseable ya que permite una mejor predicción y planificación de costos en consecuencia. Además, los usuarios finales enfatizan la importancia de obtener niobio de múltiples proveedores para minimizar la interrupción de la cadena de suministro y evitar una dependencia excesiva de un solo fabricante.
Un sustituto clave del niobio es el ferrovanadio, cuyo mercado se ha recuperado en gran medida del colapso experimentado durante la crisis financiera. Sin embargo, el precio comparativamente más alto del ferrovanadio y su volatilidad significativamente mayor han contribuido a su reemplazo por el ferroniobio, que tiene un historial de precios más predecible.
Dado el alto valor añadido que supone el uso de niobio en el proceso de fabricación de acero (es decir, mayor resistencia, durabilidad, resistencia a la corrosión, resistencia térmica, reducción de peso) y la proporción relativamente pequeña del coste total, la demanda de los compradores de metales es bastante inelástica. Además, el niobio es un aditivo para aleaciones de alto valor que se utilizan en campos técnicos (componentes de motores a reacción, equipos médicos, ingeniería pesada) donde el compromiso con los requisitos técnicos y un rendimiento superior es una necesidad. Como resultado, ha aumentado la proporción del uso de niobio en la producción de acero. Se espera que esta tendencia continúe en el futuro.
Dada la falta de ventas activas en el mercado abierto y la consiguiente falta de precios competitivos, pocos analistas de investigación hacen predicciones sobre los precios futuros del niobio, y quienes las hacen tienden a ser conservadores. A pesar de estos factores, se espera que haya demanda de niobio en un futuro próximo y los precios de los metales se mantendrán altos. Algunos analistas esperan que los precios del niobio sigan aumentando durante los próximos dos o tres años, según las interacciones de los consumidores y las necesidades futuras.


Se espera que los sectores de la construcción, la automoción y el petróleo y el gas sigan representando el mayor porcentaje del consumo de niobio. Estos sectores se vieron afectados negativamente por la crisis financiera de 2008, pero se recuperaron en los años siguientes y se prevé que crezcan a un ritmo constante.

Aplicación de niobio para aleaciones de metales.

El acero aleado con niobio tiene buena resistencia a la corrosión. El cromo también aumenta la resistencia a la corrosión del acero y es mucho más barato que el niobio. Este lector tiene razón y se equivoca al mismo tiempo. Me equivoco porque me olvidé de una cosa.

El acero al cromo-níquel, como cualquier otro, siempre contiene carbono. Pero el carbono se combina con el cromo para formar carburo, lo que hace que el acero sea más quebradizo. El niobio tiene una mayor afinidad por el carbono que el cromo. Por lo tanto, cuando se añade niobio al acero, necesariamente se forma carburo de niobio. El acero aleado con niobio adquiere altas propiedades anticorrosión y no pierde su ductilidad. El efecto deseado se consigue añadiendo sólo 200 g de niobio metálico a una tonelada de acero. Y el niobio imparte una alta resistencia al desgaste al acero al cromo-manganeso.

Muchos metales no ferrosos también están aleados con niobio. Por tanto, el aluminio, que se disuelve fácilmente en álcalis, no reacciona con ellos si solo se le añade un 0,05% de niobio. Y el cobre, conocido por su suavidad, y muchas de sus aleaciones parecen estar endurecidas por el niobio. Aumenta la resistencia de metales como el titanio, el molibdeno, el circonio y al mismo tiempo aumenta su resistencia al calor y su resistencia al calor.

Ahora las propiedades y capacidades del niobio son apreciadas por la aviación, la ingeniería mecánica, la ingeniería de radio, la industria química y la energía nuclear. Todos ellos se convirtieron en consumidores de niobio.

Su propiedad única (la ausencia de interacción notable del niobio con el uranio a temperaturas de hasta 1100°C y, además, una buena conductividad térmica y una pequeña sección eficaz de absorción de neutrones térmicos) convirtió al niobio en un serio competidor de los metales reconocidos en la industria nuclear. industria: aluminio, berilio y circonio. Además, la radiactividad artificial (inducida) del niobio es baja. Por tanto, se puede utilizar para realizar contenedores para el almacenamiento de residuos radiactivos o instalaciones para su aprovechamiento.

La industria química consume relativamente poco niobio, pero esto sólo puede explicarse por su escasez. Los equipos para la producción de ácidos de alta pureza a veces se fabrican a partir de aleaciones que contienen niobio y, con menos frecuencia, de láminas de niobio. La capacidad del niobio para influir en la velocidad de determinadas reacciones químicas se utiliza, por ejemplo, en la síntesis de alcohol a partir de butadieno.

La tecnología espacial y de cohetes también se convirtió en consumidora del elemento número 41. No es ningún secreto que algunas cantidades de este elemento ya giran en órbitas cercanas a la Tierra. Algunas partes de los cohetes y del equipo a bordo de los satélites terrestres artificiales están hechas de aleaciones que contienen niobio y niobio puro.

Usos del niobio en otras industrias.

Los “accesorios calientes” (es decir, piezas calentadas) están hechos de láminas y barras de niobio: ánodos, rejillas, cátodos calentados indirectamente y otras partes de lámparas electrónicas, especialmente lámparas generadoras potentes.

Además del metal puro, para los mismos fines se utilizan aleaciones de tantanio-bio.

El niobio se utilizó para fabricar condensadores electrolíticos y rectificadores de corriente. Aquí se aprovecha la capacidad del niobio para formar una película de óxido estable durante la oxidación anódica. La película de óxido es estable en electrolitos ácidos y deja pasar la corriente sólo en la dirección del electrolito al metal. Los condensadores de niobio con electrolito sólido se caracterizan por su alta capacidad con pequeñas dimensiones y alta resistencia de aislamiento.

Los elementos del condensador de niobio están hechos de láminas delgadas o placas porosas prensadas a partir de polvos metálicos.

La resistencia a la corrosión del niobio en ácidos y otros medios, combinada con una alta conductividad térmica y ductilidad, lo convierten en un valioso material estructural para equipos en las industrias química y metalúrgica. El niobio tiene una combinación de propiedades que satisfacen los requisitos de la energía nuclear para materiales estructurales.

Hasta los 900°C, el niobio interactúa débilmente con el uranio y es adecuado para la fabricación de cubiertas protectoras para elementos combustibles de uranio de reactores de potencia. En este caso, se pueden utilizar refrigerantes metálicos líquidos: sodio o una aleación de sodio y potasio, con los que el niobio no interactúa hasta 600°C. Para aumentar la capacidad de supervivencia de los elementos combustibles de uranio, el uranio se dopa con niobio (~ 7% de niobio). El aditivo de niobio estabiliza la película protectora de óxido del uranio, lo que aumenta su resistencia al vapor de agua.

El niobio es un componente de varias aleaciones resistentes al calor para turbinas de gas de motores a reacción. La aleación de molibdeno, titanio, circonio, aluminio y cobre con niobio mejora drásticamente las propiedades de estos metales, así como sus aleaciones. Existen aleaciones resistentes al calor a base de niobio como material estructural para piezas de motores a reacción y cohetes (fabricación de álabes de turbinas, bordes de ataque de alas, puntas de morro de aviones y cohetes, revestimientos de cohetes). El niobio y sus aleaciones a base de él se pueden utilizar a temperaturas de funcionamiento de 1000 a 1200°C.

El carburo de niobio es un componente de algunos grados de carburo a base de carburo de tungsteno que se utilizan para cortar aceros.

El niobio se utiliza ampliamente como aditivo de aleación en aceros. La adición de niobio en una cantidad de 6 a 10 veces superior al contenido de carbono del acero elimina la corrosión intergranular del acero inoxidable y protege las soldaduras de la destrucción.

El niobio también se añade a varios aceros resistentes al calor (por ejemplo, para turbinas de gas), así como a aceros magnéticos y para herramientas.

El niobio se introduce en el acero en una aleación con hierro (ferroniobio), que contiene hasta un 60% de Nb. Además, el ferrotantaloniobio se utiliza con diferentes proporciones entre tantalio y niobio en la ferroaleación.

En la síntesis orgánica, algunos compuestos de niobio (sales complejas de fluoruro, óxidos) se utilizan como catalizadores.

El uso y la producción de niobio están aumentando rápidamente, lo que se debe a una combinación de propiedades tales como refractariedad, una pequeña sección transversal para la captura de neutrones térmicos, la capacidad de formar aleaciones resistentes al calor, superconductoras y otras, resistencia a la corrosión, propiedades getter, Función de trabajo de electrones baja, buena trabajabilidad bajo presión en frío y soldabilidad. Las principales áreas de aplicación del niobio son: cohetes, tecnología aeronáutica y espacial, ingeniería de radio, electrónica, ingeniería química y energía nuclear.

Aplicaciones del niobio metálico
• Las piezas de aviones se fabrican a partir de niobio puro o sus aleaciones; revestimientos para elementos combustibles de uranio y plutonio; contenedores y tuberías; para metales líquidos; partes de condensadores electrolíticos; accesorios “calientes” para lámparas generadoras electrónicas (para instalaciones de radar) y potentes (ánodos, cátodos, rejillas, etc.); Equipos resistentes a la corrosión en la industria química.
• Otros metales no ferrosos, incluido el uranio, están aleados con niobio.
• El niobio se utiliza en criotrones, elementos superconductores de las computadoras. El niobio también es conocido por su uso en las estructuras aceleradoras del Gran Colisionador de Hadrones.
Compuestos intermetálicos y aleaciones de niobio.
• Para la fabricación de solenoides superconductores se utilizan estanuro de Nb 3 Sn y aleaciones de niobio con titanio y circonio.
• El niobio y las aleaciones con tantalio reemplazan en muchos casos al tantalio, lo que proporciona un gran efecto económico (el niobio es más barato y casi dos veces más ligero que el tantalio).
• El ferroniobio se introduce en aceros inoxidables al cromo-níquel para evitar su corrosión y destrucción intergranular y en otros tipos de acero para mejorar sus propiedades.
• El niobio se utiliza en la acuñación de monedas coleccionables. Así, el Banco de Letonia afirma que el niobio se utiliza junto con la plata en las monedas de colección de 1 lat.
Aplicación de compuestos de niobio.
• Catalizador Nb 2 O 5 en la industria química;
• en la producción de refractarios, cermets, especiales. vidrio, nitruro, carburo, niobatos.
• El carburo de niobio (pf 3480 °C) aleado con carburo de circonio y carburo de uranio-235 es el material estructural más importante para las barras de combustible de los motores a reacción nucleares de fase sólida.
• El nitruro de niobio NbN se utiliza para producir películas superconductoras delgadas y ultrafinas con una temperatura crítica de 5 a 10 K con una transición estrecha del orden de 0,1 K.
Niobio en medicina

La alta resistencia a la corrosión del niobio ha hecho posible su uso en medicina. Los hilos de niobio no irritan los tejidos vivos y se adhieren bien a ellos. La cirugía reconstructiva ha utilizado con éxito estos hilos para unir tendones, vasos sanguíneos e incluso nervios desgarrados.

Aplicación en joyería

El niobio no sólo tiene un conjunto de propiedades necesarias para la tecnología, sino que también tiene un aspecto bastante bonito. Los joyeros intentaron utilizar este metal blanco brillante para fabricar cajas de relojes. Las aleaciones de niobio con tungsteno o renio a veces reemplazan a los metales nobles: oro, platino e iridio. Esto último es especialmente importante, ya que la aleación de niobio y renio no sólo se parece al iridio metálico, sino que es casi igual de resistente al desgaste. Esto permitió a algunos países prescindir del costoso iridio en la producción de puntas de soldadura para plumas estilográficas.

El niobio como material superconductor de primera generación.

El sorprendente fenómeno de la superconductividad, cuando cuando la temperatura de un conductor disminuye, se produce en él una abrupta desaparición de la resistencia eléctrica, fue observado por primera vez por el físico holandés G. Kamerlingh-Onnes en 1911. El primer superconductor resultó ser mercurio, pero No es eso, pero el niobio y algunos compuestos intermetálicos de niobio estaban destinados a convertirse en los primeros materiales superconductores técnicamente importantes.

Dos características de los superconductores son prácticamente importantes: el valor de la temperatura crítica a la que se produce la transición al estado de superconductividad y el campo magnético crítico (Kamerlingh Onnes también observó la pérdida de superconductividad de un superconductor cuando se expone a un campo magnético suficientemente fuerte). ). En 1975, el compuesto intermetálico de niobio y germanio con la composición Nb 3 Ge obtuvo el récord de temperatura crítica más alta. Su temperatura crítica es de 23,2°K; Este es más alto que el punto de ebullición del hidrógeno. (La mayoría de los superconductores conocidos se convierten en superconductores sólo a la temperatura del helio líquido).

La capacidad de pasar a un estado de superconductividad también es característica del estanuro de niobio Nb 3 Sn, aleaciones de niobio con aluminio y germanio o con titanio y circonio. Todas estas aleaciones y compuestos ya se utilizan para fabricar solenoides superconductores, así como algunos otros dispositivos técnicos importantes.

• Uno de los superconductores utilizados activamente (temperatura de transición superconductora 9,25 K). Los compuestos de niobio tienen una temperatura de transición superconductora de hasta 23,2 K (Nb 3 Ge).
• Los superconductores industriales más utilizados son NbTi y Nb 3 Sn.
• El niobio también se utiliza en aleaciones magnéticas.
• Utilizado como aditivo de aleación.
• El nitruro de niobio se utiliza para producir bolómetros superconductores.

La resistencia excepcional del niobio y sus aleaciones con tantalio en vapor de cesio-133 sobrecalentado lo convierte en uno de los materiales estructurales más preferidos y más baratos para generadores termoiónicos de alta potencia.