rumah » Manikur » Lokasi niobium. Sifat niobium

Lokasi niobium. Sifat niobium

Dalam bahasa Yunani kuno. mitologi * a. niobium; N. Niob, Niobium; F. niobium; Dan. niobio), adalah unsur kimia golongan V sistem periodik Mendeleev, nomor atom 41, massa atom 92,9064. Ia memiliki satu isotop alami 93 Nb.

Niobium oksida pertama kali diisolasi oleh ahli kimia Inggris C. Hatchet pada tahun 1801 dari columbite. Niobium logam diperoleh pada tahun 1866 oleh ilmuwan Swedia K.V. Blomstrand.

Sifat niobium

Niobium merupakan logam berwarna baja, memiliki kisi kubik berpusat pada badan dengan a = 0,3294 nm; kepadatan 8570 kg/m3; suhu leleh 2500°С, suhu didih 4927°С; kapasitas panas (298 K) 24,6 J/(mol.K); konduktivitas termal (273 K) 51,4 W/(m.K); koefisien suhu ekspansi linier (63-1103 K) 7.9.10 -6 K -1 ; resistivitas listrik (293 K) 16,10 -8 Ohm.m; koefisien termal hambatan listrik (273 K) 3.95.10 -3 K -1. Suhu transisi ke keadaan superkonduktor adalah 9,46 K.

Keadaan oksidasi +5, lebih jarang dari +1 hingga +4. Sifat kimianya mirip dengan tantalum, sangat tahan terhadap dingin dan, dengan sedikit pemanasan, terhadap pengaruh banyak lingkungan agresif, termasuk. dan asam. Niobium hanya dilarutkan oleh asam fluorida, campurannya dengan asam nitrat dan alkali. Amfoter. Ketika berinteraksi dengan halogen, ia membentuk niobium halida. Ketika Nb 2 O 5 digabungkan dengan soda, garam asam niobik diperoleh - niobat, meskipun asam itu sendiri tidak ada dalam keadaan bebas. Niobium dapat membentuk garam ganda dan senyawa kompleks. Tidak beracun.

Penerimaan dan penggunaan

Untuk mendapatkan niobium, konsentrat niobium dilebur dengan soda kaustik atau soda dan paduan yang dihasilkan dilindih. Nb dan Ta yang terkandung dalam endapan yang tidak larut dipisahkan, dan niobium oksida direduksi secara terpisah dari tantalum oksida. Niobium kompak diproduksi melalui metalurgi serbuk, busur listrik, vakum, dan peleburan berkas elektron.

Niobium merupakan salah satu komponen utama dalam paduan baja dan paduan tahan panas. Niobium dan paduannya digunakan sebagai bahan struktural untuk bagian mesin jet, roket, turbin gas, peralatan kimia, perangkat elektronik, kapasitor listrik, dan perangkat superkonduktor. Niobate banyak digunakan sebagai bahan feroelektrik, piezoelektrik, dan laser.

Produksi niobium bersama dengan tantalum, serta paduan tantalonium-obium, sangat penting secara ekonomi dari sudut pandang penggunaan terpadu kedua logam berharga tersebut.
Dalam banyak kasus, alih-alih tantalum, dengan efek yang sama, Anda dapat menggunakan niobium, yang sifatnya serupa, atau paduan tantalum dengan niobium, karena logam ini membentuk rangkaian larutan padat yang berkesinambungan, yang sifat-sifatnya mendekati sifat logam aslinya.
Paduan tantalum dengan niobium dapat diperoleh dengan mencampurkan bubuk tantalum dan niobium yang diperoleh secara terpisah, diikuti dengan pengepresan campuran dan sintering dalam ruang hampa, serta dengan reduksi gabungan secara simultan dari campuran senyawa tantalum dan niobium, misalnya campuran. fluorida kompleks K2TaF7 dan K2NbF7, campuran klorida, campuran oksida, dll.
Biasanya, ketika menggunakan metode asam fluorida untuk memisahkan tantalum dan niobium, niobium dipisahkan dalam bentuk fluoroxyniobate K2NbOF5*H2O.
Garam ini tidak cocok untuk direduksi dengan natrium karena dua alasan:
a) air kristalisasi yang merupakan bagian dari garam tersebut, bereaksi dengan natrium dapat mengakibatkan ledakan,
b) oksigen, yang merupakan bagian dari garam dan berasosiasi dengan niobium, tidak direduksi oleh natrium dan tetap dalam bentuk pengotor oksida dalam produk reduksi.
Oleh karena itu, kalium fluoroksiniobate harus direkristalisasi melalui larutan asam fluorida dengan konsentrasi HF di atas 10%, sehingga terbentuk garam K2NbF7, yang cocok untuk direduksi dengan natrium.
Niobium juga dapat diproduksi melalui elektrolisis dalam kondisi serupa dengan yang dijelaskan untuk produksi tantalum. Efisiensi arus yang lebih rendah dicatat dibandingkan dengan produksi tantalum secara elektrolitik, serta kesulitan yang terkait dengan kelarutan nyata senyawa niobium dengan valensi berbeda dalam elektrolit.
Elektrolisis juga dimungkinkan dari rendaman campuran yang mengandung campuran Ta2O5 + Nb2O5 sebagai komponen pengurai dan K2TaF7 sebagai pelarut. Ini menghasilkan paduan niobium dengan tantalum.
Untuk mendapatkan niobium, metode reduksi karbon niobium pentoksida dalam ruang hampa diusulkan.

Reduksi niobium pentoksida dengan karbon

Untuk memperoleh niobium, K. Bohlke mengembangkan metode reduksi niobium pentoksida dengan niobium karbida dalam ruang hampa menurut reaksi:

Pada dasarnya proses ini bermuara pada reduksi niobium pentoksida dengan karbon.
Karena kekuatan kimia niobium pentoksida yang tinggi, reduksi dengan karbon pada tekanan atmosfer memerlukan suhu tinggi (sekitar 1800-1900°), yang dapat diperoleh dalam tungku tabung grafit.Niobium memiliki afinitas tinggi terhadap karbon (energi bebas pembentukan niobium karbida -ΔF° = 38,2 kkal ), oleh karena itu, dengan adanya gas karbon di dalam tungku dan dengan laju difusi yang tinggi dalam fase padat, yang berkembang pada suhu tinggi, niobium ternyata terkontaminasi dengan niobium karbida, bahkan jika muatan dibuat berdasarkan reaksi

Dalam ruang hampa, reaksi reduksi dengan karbon terjadi pada suhu yang lebih rendah (1600-1700°),
Briket dibuat dari campuran niobium pentoksida dan jelaga, diambil dengan perbandingan stoikiometri berdasarkan reaksi

Penggulungan dilakukan pada suhu 1800-1900° dalam tungku tabung grafit dalam atmosfer pelindung (hidrogen, argon) atau dalam ruang hampa pada suhu 1600° hingga pelepasan CO berhenti. Produk yang dihasilkan berupa briket sinter ringan yang terdiri dari partikel bubuk karbida abu-abu. Karbida digiling menjadi bubuk di ball mill dan dicampur dengan pentoksida dengan perbandingan yang sesuai dengan reaksi (1). Briket campuran Nb2O5 + NbC dikalsinasi lagi dalam ruang hampa pada suhu sekitar 1600°.
Untuk memastikan penghilangan karbon dalam bentuk CO, sedikit niobium pentoksida harus ditambahkan ke dalam campuran Nb2O5 + NbC. Dalam operasi selanjutnya dari sintering (pengelasan) suhu tinggi batangan yang ditekan dari bubuk logam niobium, kelebihan niobium pentoksida dihilangkan, karena niobium oksida (seperti tantalum) menguap dalam ruang hampa pada suhu di bawah titik leleh logam
Karena waktu yang tak terhindarkan yang dihabiskan untuk menciptakan ruang hampa dan mendinginkan produk di dalamnya, produktivitas tungku vakum dalam produksi niobium karbida awal jauh lebih rendah daripada produktivitas tungku tabung grafit yang beroperasi pada tekanan atmosfer, di mana proses terus menerus Prosesnya dapat dilakukan dengan memindahkan cartridge dengan briket campuran Nb2O5 + C. Oleh karena itu, lebih baik memperoleh NbC secara kontinyu dalam tungku tabung grafit pada tekanan atmosfer, meskipun pada suhu 1800-1900°.
Niobium logam dapat diperoleh secara langsung dalam tungku vakum dengan mereaksikan pentoksida dengan jelaga menurut reaksi (2) dengan sedikit kelebihan Nb2O5 dalam muatannya. Namun ketika memasukkan campuran Nb2O5 + 5NbC ke dalam tungku vakum, produktivitasnya meningkat secara signifikan dibandingkan dengan memuat campuran Nb2O5 + 5C, karena campuran Nb2O5 + SNbC mengandung niobium (82,4%) 1,5 kali lebih banyak dibandingkan campuran Nb2O5 + 5C. (57,2%) Selain itu, campuran pertama mempunyai berat jenis aditif 1,7 kali lebih besar dibandingkan campuran kedua (masing-masing 6,25 g/cm3 dan 3,7 g/cm3).
Selain itu, harus diperhitungkan bahwa niobium karbida, yang merupakan bagian utama dari campuran Nb2O5 + 5NbC, berbutir lebih kasar dibandingkan Nb2O5 dan bubuk jelaga yang terdispersi, yang merupakan alasan tambahan untuk bobot curah Nb2O5 yang lebih besar. + 5NbC dibandingkan campuran Nb2O5 + 5C.
Akibat semua itu, satu satuan volume cartridge mampu menampung material 2,5-3 kali lebih banyak (berdasarkan kandungan niobium) dalam bentuk briket campuran Nb2O5 + 5NbC dibandingkan briket campuran Nb2O5 + 5C.
Karya Bolke tidak memberikan bukti yang cukup kuat tentang perlunya mematuhi secara ketat komposisi campuran Nb2O5 + 5NbC yang direkomendasikan yang dimasukkan ke dalam tungku vakum.
Dengan mengkalsinasi campuran Nb2O5 + 5C dalam tungku tabung batubara pada tekanan atmosfer, produk yang komposisinya mirip dengan niobium logam dengan sedikit campuran karbon dapat diperoleh dengan produktivitas tinggi (dalam proses berkelanjutan). Bubuk kaya niobium dengan berat jenis dan berat yang tinggi kemudian dapat dicampur dengan Nb2O5 dalam jumlah yang sesuai (dengan sedikit kelebihan Nb2O5 relatif terhadap kandungan pengotor karbon setara niobium) dan campuran briket dikalsinasi dalam oven vakum untuk menghilangkannya. karbon dalam bentuk CO.
Dengan opsi ini, kapasitas dan produktivitas tungku vakum akan menjadi yang terbesar. Sisa kecil sisa Nb2O5 akan menguap selama sintering niobium suhu tinggi lebih lanjut, dan niobium akan berubah menjadi logam kompak yang dapat ditempa.
Saat menggunakan niobium rendah karbon sebagai pengganti niobium karbida untuk bereaksi dengan pentoksida, beberapa komplikasi teknologi mungkin timbul. Faktanya adalah ketika memproduksi niobium rendah karbon pada tekanan atmosfer di ruang reaksi tungku tabung grafit, selalu mungkin adanya pengotor nitrogen dari udara yang dapat masuk ke tungku. Niobium, yang memiliki afinitas tinggi terhadap nitrogen, secara aktif menyerapnya. Saat memproduksi niobium karbida, kemungkinan kontaminasi produk dengan nitrogen jauh lebih kecil karena afinitas niobium terhadap karbon lebih besar daripada nitrogen.
Oleh karena itu, produksi niobium logam dengan menggunakan niobium rendah karbon sebagai bahan awal diperumit oleh kebutuhan untuk menciptakan kondisi yang mengecualikan kemungkinan nitrogen memasuki ruang reaksi, yang sulit dicapai dalam tungku tabung grafit yang terhubung secara bebas ke ruang reaksi. suasana. Untuk menghilangkan nitrogen dari tungku, tungku harus diisi dengan hati-hati dengan hidrogen murni atau argon, jaga kekencangan wadahnya, hindari menarik udara ke dalam tabung reaksi saat memuat kartrid dengan campuran Nb2O5 + 5C ke dalamnya dan saat membongkar niobium, dll.
Oleh karena itu, pertanyaan tentang keuntungan dari opsi produksi awal niobium karbida atau niobium rendah karbon pada tekanan atmosfer (diikuti dengan kalsinasi produk ini dalam campuran dengan Nb2O5 dalam ruang hampa) dapat diselesaikan dengan kemungkinan praktis dalam setiap kasus. .
Keuntungan dari proses reduksi karbon niobium menurut salah satu opsi yang dijelaskan adalah: penggunaan zat pereduksi yang murah dalam bentuk jelaga dan ekstraksi langsung niobium yang tinggi ke dalam logam jadi
Kesamaan sifat tantalum dan niobium oksida memungkinkan metode yang dijelaskan digunakan untuk memperoleh tantalum yang dapat ditempa.

15.08.2019

Tulangan merupakan produk logam konstruksi yang profilnya dapat halus (kelas A1) atau periodik. Penguatan digunakan untuk memperkuat dan meningkatkan kekuatan...

15.08.2019

Metode pemotongan plasma ditemukan relatif baru, namun digunakan dengan sangat aktif dalam industri, karena telah dipelajari dengan baik....

15.08.2019

Perkembangan teknologi memungkinkan kita untuk meningkatkan alat pneumatik. Udara terkompresi digunakan untuk memberi daya pada mereka. Alat ini aktif digunakan di industri,...

15.08.2019

Awal tahun ajaran adalah ujian serius bagi seorang anak, karena cara hidupnya yang biasa berubah. Orang tua harus membantunya bertahan dari perubahan ini. Sangat penting...

14.08.2019

Tulangan adalah suatu kompleks elemen yang memberikan kekuatan tambahan pada berbagai struktur beton bertulang. Biasanya digunakan dengan beton. Di dalam materi itu...

14.08.2019

Semua pengemudi mungkin menghadapi situasi yang tidak terduga saat bepergian. Anda bisa mengalami kecelakaan lalu lintas, sistem dan komponen mobil bisa tiba-tiba...

14.08.2019

Lembaran bergelombang adalah lembaran logam bergelombang kaku dengan lapisan seng atau polimer. Bahan atap versi ini sangat umum dan diminati....

Unsur kimia yang dinamai Niobe kuno, seorang wanita yang berani menertawakan para dewa dan membayarnya dengan kematian anak-anaknya. Niobium mewakili transisi umat manusia dari produksi industri ke produksi digital; dari lokomotif uap hingga peluncur roket; dari pembangkit listrik tenaga batu bara hingga pembangkit listrik tenaga nuklir. Harga niobium dunia per gram cukup tinggi, begitu pula permintaannya. Sebagian besar pencapaian ilmiah terkini berkaitan erat dengan penggunaan logam ini.

Harga niobium per gram

Karena kegunaan utama niobium terkait dengan program nuklir dan luar angkasa, maka niobium diklasifikasikan sebagai bahan strategis. Daur ulang jauh lebih menguntungkan secara finansial daripada pengembangan dan ekstraksi bijih baru, itulah sebabnya niobium diminati di pasar logam sekunder.

Harganya ditentukan oleh beberapa faktor:

Kemurnian logam. Semakin banyak pengotor asing, semakin rendah harganya.
Formulir pengiriman.
Lingkup pengiriman. Berbanding lurus dengan harga logam.
Lokasi tempat pengumpulan barang bekas. Setiap daerah memiliki kebutuhan niobium yang berbeda-beda, dan karenanya, harganya pun berbeda-beda.
Kehadiran logam langka. Paduan yang mengandung unsur seperti tantalum, tungsten, molibdenum harganya lebih tinggi.
Arti kutipan di bursa dunia. Nilai-nilai inilah yang menjadi dasar penetapan harga.

Ikhtisar indikatif harga di Moskow:

Niobium NB-2. Harganya bervariasi antara 420-450 rubel. per kg.
serutan niobium. 500-510 gosok. per kg.
Tumpukan niobium NBSh00. Berbeda dalam kenaikan harga karena sedikitnya kandungan pengotor. 490-500 gosok. per kg.
Batang niobium NBSh-0. 450-460 gosok. per kg.
Niobium NB-1 berbentuk batang. Harganya 450-480 rubel. per kg.

Meski harganya mahal, permintaan niobium di dunia terus meningkat. Hal ini terjadi karena potensi pemanfaatannya yang sangat besar dan kelangkaan logam. Hanya ada 18 gram niobium per 10 ton tanah.

Komunitas ilmiah terus berupaya mencari dan mengembangkan pengganti bahan mahal tersebut. Namun sejauh ini saya belum mendapatkan hasil konkrit mengenai hal tersebut. Artinya, harga niobium diperkirakan tidak akan turun dalam waktu dekat.

Untuk mengatur harga dan meningkatkan kecepatan perputaran, disediakan kategori berikut untuk produk niobium:

batangan niobium. Ukuran dan beratnya distandarisasi oleh GOST 16099-70. Tergantung pada kemurnian logamnya, mereka dibagi menjadi 3 tingkatan: niobium NB-1, niobium NB-2 dan, karenanya, niobium NB-3.
Staf Niobium. Ini memiliki persentase pengotor asing yang lebih tinggi.
Niobium foil. Diproduksi dengan ketebalan hingga 0,01 mm.
batang niobium. Menurut TU 48-4-241-73 dipasok dalam kelas NbP1 dan NbP2.

Sifat fisik niobium

Logamnya berwarna abu-abu dengan semburat putih. Milik kelompok paduan tahan api. Titik lelehnya adalah 2500 ºС. Titik didih 4927 ºС. Berbeda dalam peningkatan nilai ketahanan panas. Tidak kehilangan sifatnya pada suhu pengoperasian di atas 900 ºС.

Karakteristik mekanisnya juga berada pada level tinggi. Massa jenisnya adalah 8570 kg/m3, sedangkan indikator yang sama untuk baja adalah 7850 kg/m3. Tahan terhadap pengoperasian di bawah beban dinamis dan siklik. Kekuatan tarik - 34,2 kg/mm2. Memiliki plastisitas yang tinggi. Koefisien pemanjangan relatif bervariasi antara 19-21%, yang memungkinkan diperolehnya lembaran niobium yang digulung hingga setebal 0,1 mm.

Kekerasan berkaitan dengan kemurnian logam dari pengotor berbahaya dan meningkat seiring dengan komposisinya. Niobium murni memiliki tingkat kekerasan Brinell 450.

Niobium cocok untuk perlakuan tekanan pada suhu di bawah -30 ºС dan sulit untuk dipotong.

Konduktivitas termal tidak berubah secara signifikan dengan fluktuasi suhu yang besar. Misalnya, pada 20 ºС menjadi 51,4 W/(m K), dan pada 620 ºС meningkat hanya 4 unit. Niobium bersaing dalam konduktivitas listrik dengan unsur-unsur seperti tembaga dan aluminium. Hambatan listrik - 153,2 nOhm m Termasuk dalam kategori bahan superkonduktor. Suhu saat paduan memasuki mode superkonduktor adalah 9,171 K.

Sangat tahan terhadap lingkungan asam. Asam umum seperti sulfat, klorida, ortofosfat, nitrat tidak mempengaruhi struktur kimianya dengan cara apapun.

Pada suhu di atas 250 ºС, niobium mulai teroksidasi secara aktif oleh oksigen, dan juga masuk ke dalam reaksi kimia dengan molekul hidrogen dan nitrogen. Proses-proses ini meningkatkan kerapuhan logam, sehingga mengurangi kekuatannya.

Tidak berlaku untuk bahan yang menyebabkan alergi. Dimasukkan ke dalam tubuh manusia, tidak menimbulkan reaksi penolakan oleh tubuh.
Ini adalah logam dari kelompok kemampuan las pertama. Lasannya kencang dan tidak memerlukan operasi persiapan. Tahan terhadap retak.

Jenis paduan

Berdasarkan nilai sifat mekaniknya pada temperatur tinggi, paduan niobium dibagi menjadi:

Kekuatan rendah. Mereka beroperasi dalam kisaran 1100-1150 ºС. Mereka memiliki seperangkat elemen paduan sederhana. Ini terutama mencakup zirkonium, titanium, tantalum, vanadium, hafnium. Kekuatannya 18-24 kg/mm2. Setelah melewati ambang suhu kritis, suhu turun tajam dan menjadi mirip dengan niobium murni. Keuntungan utama adalah sifat plastik yang tinggi pada suhu hingga 30 ºС dan kemampuan kerja yang baik di bawah tekanan.
Kekuatan sedang. Suhu pengoperasiannya berada pada kisaran 1200-1250 ºС. Selain unsur paduan di atas, mengandung pengotor tungsten, molibdenum, dan tantalum. Tujuan utama dari aditif ini adalah untuk menjaga sifat mekanik dengan meningkatnya suhu. Mereka memiliki keuletan sedang dan dapat dengan mudah diproses di bawah tekanan. Contoh paduan yang mencolok adalah niobium 5VMC.
Paduan kekuatan tinggi. Digunakan pada suhu hingga 1300 ºС. Dengan paparan jangka pendek hingga 1500 ºС. Mereka berbeda dalam komposisi kimianya dengan kompleksitas yang lebih tinggi. 25% terdiri dari aditif, yang sebagian besar adalah tungsten dan molibdenum. Beberapa jenis paduan ini memiliki ciri kandungan karbon yang tinggi, yang memiliki efek positif pada ketahanan panasnya. Kerugian utama dari niobium berkekuatan tinggi adalah keuletannya yang rendah, sehingga menyulitkan pemrosesan. Dan, karenanya, memperoleh produk industri setengah jadi.

Perlu dicatat bahwa kategori yang tercantum di atas bersifat kondisional dan hanya memberikan gambaran umum tentang metode penggunaan paduan tertentu.

Yang juga patut disebutkan adalah senyawa seperti ferroniobium dan niobium oksida.

Ferroniobium merupakan senyawa niobium dengan besi yang kandungan besinya berada pada level 50%. Selain unsur utama, itu mencakup seperseratus titanium, belerang, fosfor, silikon, dan karbon. Persentase elemen yang tepat distandarisasi oleh Gost 16773-2003.

Niobium pentaxide adalah bubuk kristal putih. Tidak mudah larut dalam asam dan air. Ini diproduksi dengan membakar niobium dalam lingkungan oksigen. Benar-benar amorf. Titik lebur 1500 ºС.

Aplikasi niobium

Semua sifat di atas menjadikan logam ini sangat populer di berbagai industri. Di antara banyak cara untuk menggunakannya, posisi berikut dibedakan:

Digunakan dalam metalurgi sebagai elemen paduan. Selain itu, paduan besi dan non-besi dipadukan dengan niobium. Misalnya, menambahkan 0,02% saja ke baja tahan karat 12Х18Н10Т akan meningkatkan ketahanan ausnya sebesar 50%. Aluminium yang ditingkatkan dengan niobium (0,04%) menjadi tahan terhadap alkali. Niobium bekerja pada tembaga sebagai bahan pengeras pada baja, meningkatkan sifat mekaniknya dengan urutan besarnya. Perhatikan bahwa bahkan uranium pun diolah dengan niobium.
Niobium pentoksida adalah komponen utama dalam pembuatan keramik yang sangat tahan api. Ia juga menemukan penerapannya dalam industri pertahanan: kaca lapis baja peralatan militer, optik dengan sudut bias besar, dll.
Ferroniobium digunakan untuk baja paduan. Tugas utamanya adalah meningkatkan ketahanan terhadap korosi.
Dalam teknik kelistrikan mereka digunakan untuk pembuatan kapasitor dan penyearah arus. Kapasitor semacam itu dicirikan oleh peningkatan kapasitansi dan resistansi isolasi, serta ukurannya yang kecil.
Senyawa silikon dan germanium dengan niobium banyak digunakan dalam bidang elektronika. Solenoida superkonduktor dan elemen generator arus dibuat darinya.

Niobium (Nb) adalah logam transisi langka dan lunak yang digunakan dalam produksi baja berkualitas tinggi. Niobium adalah komponen untuk produksi paduan, yang bila ditambahkan ke bahan lain, secara signifikan meningkatkan sifat-sifatnya. Baja yang mengandung niobium memiliki banyak sifat menarik sehingga sangat diminati untuk digunakan dalam industri otomotif, konstruksi, dan pipa gas. Baja dengan tambahan niobium lebih keras, lebih ringan dan lebih tahan terhadap korosi.

Cadangan deposit niobium tahun 2012, ribu ton*

* Data Survei Geologi AS

Bijih yang mengandung piroklor ditambang menggunakan dua metode utama - secara terpisah atau sebagai kombinasi. Penambangan terbuka adalah metode yang umum di Brasil, sedangkan penambangan bawah tanah digunakan di tambang Niobec di Kanada. Namun, tambang Niobec di Kanada berencana menggunakan dua metode penambangan massal – tambang terbuka dan bawah tanah – karena keduanya berpotensi meningkatkan kapasitas pabrik dan volume produksi secara signifikan sekaligus mengurangi biaya operasional.
Setelah bijih ditambang, bijih tersebut dihancurkan menjadi partikel halus dan diproses melalui flotasi dan pemisahan magnetik untuk menghilangkan besi. Di Kanada, asam nitrat digunakan untuk menghilangkan apatit, sedangkan di Brazil proses khusus digunakan untuk menghilangkan barium, fosfor, dan belerang. Hasil dari perlakuan fisik ini berupa konsentrat piroklor dengan kandungan Nb2O5 55-60%. Sebagian besar konsentrat piroklor diolah menjadi ferroniobium kelas standar untuk digunakan dalam aplikasi industri di mana pengotor dapat ditoleransi. Untuk aplikasi yang membutuhkan tingkat kemurnian lebih tinggi, pasca-pemrosesan diperlukan untuk membawa niobium ke tingkat kemurnian ~99%, seperti tingkat kemurnian niobium oksida atau ferroniobium tingkat vakum.

* Data Survei Geologi AS

Permintaan global terhadap niobium tumbuh rata-rata sebesar 10% per tahun antara tahun 2000 dan 2010. Pertumbuhan didorong oleh dua faktor utama:
1. Permintaan baja yang stabil, terutama di kalangan produsen baja dari negara-negara BRICS. Permintaan di negara-negara ini tumbuh sebesar 14% pada tahun 2010 menjadi 1,414 juta ton dan diperkirakan meningkat sebesar 4% pada tahun 2011.
Perlu dicatat bahwa sektor otomotif, konstruksi dan minyak dan gas, yang merupakan konsumen terbesar ferroniobium, cenderung sangat berkorelasi dengan pertumbuhan ekonomi, dan keadaan ekonomi global memiliki dampak terbesar terhadap permintaan niobium.
Pertumbuhan PDB yang kuat di negara-negara BRICS membutuhkan lebih banyak baja dan, oleh karena itu, menentukan permintaan niobium yang lebih tinggi dalam produksi baja. PDB dunia meningkat sebesar 5,1% pada tahun 2010, terutama disebabkan oleh kuatnya kinerja perekonomian BRIC yang tumbuh sebesar 8,8% pada tahun 2010, terutama Tiongkok yang tumbuh sebesar 10,3%. Pertumbuhan PDB negara-negara BRICS pada tahun 2011 dan 2012 juga tinggi: 4-10% dibandingkan dengan pertumbuhan ekonomi global sebesar ~3-4%. Selama dekade terakhir, negara-negara BRICS telah menentukan lanskap perekonomian global, menyumbang lebih dari sepertiga pertumbuhan PDB global dan, dalam hal daya beli, perekonomian mereka telah tumbuh dari seperenam perekonomian global menjadi hampir seperempat perekonomian global. .
Goldman Sachs memperkirakan bahwa ukuran perekonomian BRICS secara keseluruhan akan melebihi ukuran perekonomian AS pada tahun 2018. Pada tahun 2020, negara-negara BRICS diperkirakan menyumbang sekitar 49,0% dari pertumbuhan PDB global dan negara-negara ini akan menyumbang sepertiga perekonomian dunia berdasarkan daya beli.
Prospek perekonomian global yang positif merupakan konfirmasi dari kuatnya permintaan industri global, yang memberikan pertanda baik bagi sektor baja. Pertumbuhan penuh produksi baja global akan terus berdampak signifikan terhadap permintaan niobium.
2. Peningkatan jumlah niobium yang digunakan untuk produksi baja.
Seiring dengan meningkatnya permintaan pengguna akhir baja akan produk berkualitas lebih tinggi, pabrik baja harus meningkatkan penggunaan niobium untuk menghasilkan baja yang memenuhi standar dan spesifikasi lebih tinggi. Pada tahun 2000, 40 gram ferroniobium ditambahkan ke 1 ton baja. Tahun 2008 sudah 63 gram per ton. Mengingat niobium mewakili persentase yang sangat kecil dari baja dalam hal biaya, namun memberikan nilai tambah yang signifikan dengan meningkatkan fitur-fiturnya, terutama kekuatan, daya tahan, ringan dan fleksibilitas, penggunaan logam ini diperkirakan akan terus meningkat di semua segmen pengguna akhir. .
Pertumbuhan permintaan niobium yang stabil diperkirakan akan terus berlanjut dalam jangka pendek dan panjang, sementara pasar negara berkembang terus bertumbuh dan aplikasi baja berkualitas lebih tinggi sudah dikembangkan.
Dengan meningkatnya produksi baja dan peningkatan persentase kandungan niobiumnya, konsumsi global ferroniobium diperkirakan meningkat sebesar ~11% dari ~78.100 ton pada tahun 2010 menjadi ~86.000 ton pada tahun 2011.
Konsumen niobium terbesar adalah Cina, Amerika Utara dan Eropa. Tiongkok adalah pasar niobium dengan pertumbuhan tercepat di dunia, menyumbang 25% dari total konsumsi pada tahun 2010. Hal ini mencerminkan besarnya industri baja dan pesatnya pertumbuhan produksi dalam beberapa tahun terakhir. Tiongkok adalah produsen baja tahan karat terkemuka di dunia, dengan pangsa produksi globalnya meningkat dari 1-2% pada tahun 1990an menjadi 36,7% pada tahun 2010. Tiongkok juga merupakan produsen baja paduan terbesar dan paling cepat berkembang, termasuk baja HSLA.

Produksi dan konsumsi niobium di dunia, ribuan ton*

tahun	2008	2009	2010	2011	2012
jumlah produksi	67.9	40.6	59.4	65.7	62.9
Jumlah konsumsi	58.1	40.6	48.9	61.5	62.9
Keseimbangan pasar	9.8	--	9.4	-0.4	-0.4

*data dari Pusat Studi Internasional Tantalum-Niobium

Pada awal tahun 2000-an, harga niobium relatif stabil, berkisar antara US$12,00 hingga US$13,50 per kilogram. Pertumbuhan ekonomi yang signifikan di pasar negara berkembang, terutama negara-negara BRIC, dan peningkatan penggunaan niobium dalam produksi baja mendorong harga logam menjadi US$32,63 per kg pada tahun 2007 dan terus meningkat menjadi US$60,00 per kg pada tahun 2012. Baru pada tahun 2008 dan 2009 harga niobium sedikit turun akibat krisis ekonomi global. Namun, penurunan ini jauh lebih kecil dibandingkan penurunan logam substitusi.
Dari sudut pandang konsumen, harga niobium yang stabil adalah fitur yang diinginkan karena memungkinkan prediksi yang lebih baik dan perencanaan biaya yang sesuai. Selain itu, pengguna akhir menekankan pentingnya mendapatkan niobium dari beberapa pemasok untuk meminimalkan gangguan rantai pasokan dan menghindari ketergantungan berlebihan pada satu produsen.
Pengganti utama niobium adalah ferrovanadium, yang pasarnya sebagian besar telah pulih dari keruntuhan yang dialami selama krisis keuangan. Namun, harga ferrovanadium yang relatif lebih tinggi dan volatilitas yang jauh lebih tinggi berkontribusi terhadap penggantian ferrovanadium dengan ferroniobium, yang memiliki sejarah harga yang lebih dapat diprediksi.
Mengingat tingginya nilai tambah penggunaan niobium dalam proses pembuatan baja (yaitu penambahan kekuatan, daya tahan, ketahanan korosi, ketahanan termal, pengurangan berat) dan porsi yang relatif kecil terhadap total biaya, permintaan dari pembeli logam cukup inelastis. Sebagai contoh, niobium dianggap sebagai Selain itu, niobium adalah bahan tambahan pada paduan bernilai tinggi yang digunakan dalam bidang teknis (komponen mesin jet, peralatan medis, teknik berat) di mana komitmen terhadap persyaratan teknis dan kinerja unggul merupakan suatu keharusan. Akibatnya, porsi penggunaan niobium dalam produksi baja meningkat. Tren ini diperkirakan akan terus berlanjut di masa depan.
Mengingat kurangnya penjualan aktif di pasar terbuka dan kurangnya harga yang kompetitif, hanya sedikit analis riset yang membuat prediksi tentang harga niobium di masa depan, dan mereka yang membuat prediksi tersebut cenderung konservatif. Terlepas dari faktor-faktor ini, permintaan niobium diperkirakan akan meningkat dalam waktu dekat, dan harga logam akan tetap tinggi. Beberapa analis memperkirakan harga niobium akan terus meningkat dalam dua hingga tiga tahun ke depan, berdasarkan interaksi konsumen dan kebutuhan di masa depan.

Sektor konstruksi, otomotif dan minyak dan gas diperkirakan akan terus menyumbang persentase konsumsi niobium terbesar. Sektor-sektor ini terkena dampak negatif krisis keuangan tahun 2008 namun kembali bangkit pada tahun-tahun berikutnya dan diperkirakan akan tumbuh pada tingkat yang stabil.

Penerapan niobium untuk paduan logam

Baja paduan niobium memiliki ketahanan korosi yang baik. Kromium juga meningkatkan ketahanan terhadap korosi pada baja, dan harganya jauh lebih murah dibandingkan niobium. Pembaca ini benar dan salah pada saat bersamaan. Saya salah karena saya lupa tentang satu hal.

Baja kromium-nikel, seperti baja lainnya, selalu mengandung karbon. Namun karbon bergabung dengan kromium membentuk karbida, yang membuat baja lebih rapuh. Niobium memiliki afinitas yang lebih besar terhadap karbon dibandingkan kromium. Oleh karena itu, ketika niobium ditambahkan ke baja, niobium karbida akan terbentuk. Baja paduan dengan niobium memperoleh sifat anti korosi yang tinggi dan tidak kehilangan keuletannya. Efek yang diinginkan tercapai bila hanya 200 g logam niobium ditambahkan ke satu ton baja. Dan niobium memberikan ketahanan aus yang tinggi pada baja krom-mangan.

Banyak logam non-ferrous juga dicampur dengan niobium. Jadi, aluminium, yang mudah larut dalam basa, tidak bereaksi dengannya jika hanya ditambahkan 0,05% niobium ke dalamnya. Dan tembaga, yang dikenal karena kelembutannya, dan banyak paduannya tampaknya dikeraskan oleh niobium. Ini meningkatkan kekuatan logam seperti titanium, molibdenum, zirkonium, dan pada saat yang sama meningkatkan ketahanan panas dan ketahanan panasnya.

Sekarang sifat dan kemampuan niobium diapresiasi oleh dunia penerbangan, teknik mesin, teknik radio, industri kimia, dan energi nuklir. Semuanya menjadi konsumen niobium.

Sifat uniknya - tidak adanya interaksi nyata antara niobium dengan uranium pada suhu hingga 1100°C dan, sebagai tambahan, konduktivitas termal yang baik, penampang penyerapan efektif neutron termal yang kecil - menjadikan niobium sebagai pesaing serius bagi logam yang dikenal dalam nuklir. industri - aluminium, berilium dan zirkonium. Selain itu, radioaktivitas niobium buatan (yang diinduksi) rendah. Oleh karena itu dapat digunakan untuk membuat wadah penyimpanan limbah radioaktif atau instalasi penggunaannya.

Industri kimia mengkonsumsi niobium relatif sedikit, tetapi hal ini hanya dapat dijelaskan oleh kelangkaannya. Peralatan untuk produksi asam dengan kemurnian tinggi terkadang dibuat dari paduan yang mengandung niobium dan, lebih jarang, dari lembaran niobium. Kemampuan Niobium untuk mempengaruhi laju reaksi kimia tertentu digunakan, misalnya, dalam sintesis alkohol dari butadiena.

Teknologi roket dan luar angkasa juga menjadi konsumen elemen No.41. Bukan rahasia lagi bahwa sejumlah unsur ini sudah mengorbit dekat Bumi. Beberapa bagian roket dan perlengkapan satelit Bumi buatan terbuat dari paduan yang mengandung niobium dan niobium murni.

Penggunaan niobium di industri lain

“Perlengkapan panas” (yaitu, bagian yang dipanaskan) terbuat dari lembaran dan batangan niobium - anoda, kisi-kisi, katoda yang dipanaskan secara tidak langsung, dan bagian lain dari lampu elektronik, terutama lampu generator yang kuat.

Selain logam murni, paduan tantalonium-bium digunakan untuk tujuan yang sama.

Niobium digunakan untuk membuat kapasitor elektrolitik dan penyearah arus. Di sini, kemampuan niobium untuk membentuk lapisan oksida yang stabil selama oksidasi anodik digunakan. Film oksida stabil dalam elektrolit asam dan hanya melewatkan arus searah dari elektrolit ke logam. Kapasitor niobium dengan elektrolit padat mempunyai ciri kapasitas tinggi dengan dimensi kecil dan ketahanan isolasi tinggi.

Elemen kapasitor niobium terbuat dari kertas timah tipis atau pelat berpori yang dipres dari serbuk logam.

Ketahanan korosi niobium dalam asam dan media lainnya, dikombinasikan dengan konduktivitas dan keuletan termal yang tinggi, menjadikannya bahan struktural yang berharga untuk peralatan di industri kimia dan metalurgi. Niobium memiliki kombinasi sifat yang memenuhi persyaratan energi nuklir untuk material struktural.

Hingga suhu 900°C, niobium berinteraksi lemah dengan uranium dan cocok untuk pembuatan cangkang pelindung elemen bahan bakar uranium pada reaktor daya. Dalam hal ini, dimungkinkan untuk menggunakan cairan pendingin logam: natrium atau paduan natrium dan kalium, yang mana niobium tidak berinteraksi hingga 600°C. Untuk meningkatkan daya tahan elemen bahan bakar uranium, uranium didoping dengan niobium (~ 7% niobium). Aditif niobium menstabilkan lapisan oksida pelindung pada uranium, yang meningkatkan ketahanannya terhadap uap air.

Niobium adalah komponen dari berbagai paduan tahan panas untuk turbin gas mesin jet. Paduan molibdenum, titanium, zirkonium, aluminium dan tembaga dengan niobium secara dramatis meningkatkan sifat-sifat logam ini, serta paduannya. Ada paduan tahan panas berdasarkan niobium sebagai bahan struktural untuk bagian mesin jet dan roket (pembuatan bilah turbin, tepi depan sayap, ujung hidung pesawat dan roket, kulit roket). Niobium dan paduan berdasarkan itu dapat digunakan pada suhu operasi 1000 - 1200°C.

Niobium karbida adalah komponen dari beberapa tingkatan karbida berbasis tungsten karbida yang digunakan untuk memotong baja.

Niobium banyak digunakan sebagai aditif paduan pada baja. Penambahan niobium dalam jumlah 6 sampai 10 kali lebih tinggi dari kandungan karbon pada baja menghilangkan korosi intergranular pada baja tahan karat dan melindungi lasan dari kerusakan.

Niobium juga ditambahkan ke berbagai baja tahan panas (misalnya, untuk turbin gas), serta baja perkakas dan baja magnet.

Niobium dimasukkan ke dalam baja dalam paduan dengan besi (ferroniobium), mengandung hingga 60% Nb. Selain itu, ferrotantaloniobium digunakan dengan rasio berbeda antara tantalum dan niobium dalam ferroalloy.

Dalam sintesis organik, beberapa senyawa niobium (garam kompleks fluorida, oksida) digunakan sebagai katalis.

Penggunaan dan produksi niobium meningkat pesat, hal ini disebabkan oleh kombinasi sifat-sifat seperti refraktori, penampang kecil untuk penangkapan neutron termal, kemampuan untuk membentuk paduan tahan panas, superkonduktor dan lainnya, ketahanan terhadap korosi, sifat pengambil, fungsi kerja elektron rendah, kemampuan kerja yang baik di bawah tekanan dingin dan kemampuan las. Bidang utama penerapan niobium adalah: peroketan, teknologi penerbangan dan luar angkasa, teknik radio, elektronik, teknik kimia, energi nuklir.

Aplikasi niobium logam

Bagian-bagian pesawat terbuat dari niobium murni atau paduannya; pelapis untuk elemen bahan bakar uranium dan plutonium; wadah dan pipa; untuk logam cair; bagian dari kapasitor elektrolitik; perlengkapan “panas” untuk elektronik (untuk instalasi radar) dan lampu generator bertenaga (anoda, katoda, jaringan, dll.); peralatan tahan korosi di industri kimia.
Logam non-besi lainnya, termasuk uranium, dicampur dengan niobium.
Niobium digunakan dalam cryotron - elemen superkonduktor komputer. Niobium juga dikenal karena penggunaannya dalam struktur percepatan Large Hadron Collider.

Senyawa intermetalik dan paduan niobium

Nb 3 Sn stannida dan paduan niobium dengan titanium dan zirkonium digunakan untuk pembuatan solenoida superkonduktor.
Niobium dan paduannya dengan tantalum dalam banyak kasus menggantikan tantalum, yang memberikan efek ekonomi yang besar (niobium lebih murah dan hampir dua kali lebih ringan dari tantalum).
Ferroniobium dimasukkan ke dalam baja kromium-nikel tahan karat untuk mencegah korosi dan kerusakan intergranular, serta ke dalam jenis baja lainnya untuk meningkatkan sifat-sifatnya.
Niobium digunakan dalam pencetakan koin koleksi. Misalnya, Bank Latvia mengklaim bahwa niobium digunakan bersama dengan perak dalam koin koleksi 1 lat.

Penerapan senyawa niobium

Katalis Nb 2 O 5 dalam industri kimia;
dalam produksi refraktori, sermet, spesial. kaca, nitrida, karbida, niobat.
Niobium karbida (mp 3480 °C) yang dipadukan dengan zirkonium karbida dan uranium-235 karbida adalah bahan struktural terpenting untuk batang bahan bakar mesin jet nuklir fase padat.
Niobium nitrida NbN digunakan untuk memproduksi film superkonduktor tipis dan ultra tipis dengan suhu kritis 5 hingga 10 K dengan transisi sempit sekitar 0,1 K

Niobium dalam pengobatan

Ketahanan korosi yang tinggi dari niobium memungkinkannya digunakan dalam pengobatan. Benang niobium tidak menyebabkan iritasi pada jaringan hidup dan melekat dengan baik. Bedah rekonstruksi telah berhasil menggunakan benang tersebut untuk menjahit tendon, pembuluh darah, dan bahkan saraf yang robek.

Aplikasi dalam perhiasan

Niobium tidak hanya memiliki serangkaian properti yang diperlukan untuk teknologi, tetapi juga terlihat cukup cantik. Para pembuat perhiasan mencoba menggunakan logam putih mengkilat ini untuk membuat kotak arloji. Paduan niobium dengan tungsten atau renium terkadang menggantikan logam mulia: emas, platinum, iridium. Yang terakhir ini sangat penting, karena paduan niobium-renium tidak hanya terlihat mirip dengan iridium metalik, tetapi juga hampir sama tahan ausnya. Hal ini memungkinkan beberapa negara untuk melakukannya tanpa iridium yang mahal dalam produksi ujung solder untuk ujung pena.

Niobium sebagai bahan superkonduktor generasi pertama

Fenomena superkonduktivitas yang menakjubkan, ketika suhu suatu konduktor menurun, hambatan listrik di dalamnya menghilang secara tiba-tiba, pertama kali diamati oleh fisikawan Belanda G. Kamerlingh-Onnes pada tahun 1911. Superkonduktor pertama ternyata adalah merkuri, tapi bukan itu, tapi niobium dan beberapa senyawa intermetalik niobium ditakdirkan untuk menjadi bahan superkonduktor pertama yang penting secara teknis.

Dua karakteristik superkonduktor secara praktis penting: nilai suhu kritis di mana transisi ke keadaan superkonduktivitas terjadi, dan medan magnet kritis (Kamerlingh Onnes juga mengamati hilangnya superkonduktivitas oleh superkonduktor ketika terkena medan magnet yang cukup kuat. ). Pada tahun 1975, senyawa intermetalik niobium dan germanium dengan komposisi Nb 3 Ge menjadi pemegang rekor temperatur kritis tertinggi. Suhu kritisnya adalah 23,2°K; Ini lebih tinggi dari titik didih hidrogen. (Kebanyakan superkonduktor yang dikenal menjadi superkonduktor hanya pada suhu helium cair).

Kemampuan untuk bertransisi ke keadaan superkonduktivitas juga merupakan karakteristik niobium stannida Nb 3 Sn, paduan niobium dengan aluminium dan germanium atau dengan titanium dan zirkonium. Semua paduan dan senyawa ini telah digunakan untuk membuat solenoid superkonduktor, serta beberapa perangkat teknis penting lainnya.

Salah satu superkonduktor yang aktif digunakan (suhu transisi superkonduktor 9,25 K). Senyawa niobium memiliki suhu transisi superkonduktor hingga 23,2 K (Nb 3 Ge).
Superkonduktor industri yang paling umum digunakan adalah NbTi dan Nb 3 Sn.
Niobium juga digunakan dalam paduan magnetik.
Digunakan sebagai aditif paduan.
Niobium nitrida digunakan untuk menghasilkan bolometer superkonduktor.

Ketahanan luar biasa niobium dan paduannya dengan tantalum dalam uap cesium-133 super panas menjadikannya salah satu bahan struktural yang paling disukai dan termurah untuk generator termionik berdaya tinggi.

Tampilan