Predelava niobija

Predelava niobija, priprava niobijeve rude za uporabo v različnih izdelkih.

Niobij (Nb) ima kubično (bcc) kristalno strukturo telesa in tališče 2468 ° C (4,474 ° F). Od ognjevzdržnih kovin ima najnižjo gostoto in najboljšo obdeljivost; iz tega razloga se v vesoljskih aplikacijah pogosto uporabljajo zlitine na osnovi niobija. Zaradi krepitvenega učinka pri povišanih temperaturah je njegova glavna komercialna uporaba kot dodatek jeklom in super zlitinam. Kot superprevodni materiali se uporabljajo zlitine niobija-titana in niobij-kositra.

Zgodovina

Niobium je odkril leta 1801 angleški kemik Charles Hatchett. Ker je Hatchettov mineralni vzorec prišel iz Nove Anglije, ga je po Columbiji poimenoval columbium (drugo ime za Ameriko). Leta 1844 je nemški kemik Heinrich Rose objavil odkritje elementa, ki ga je poimenoval niobium, po Niobi, mitični hčeri Tantala (ki je svoje ime dal tantalu, s katerim je niobij pogosto povezan z minerali). Pozneje se je izkazalo, da je niobij enak elementu kot kolumbij, niobij pa je leta 1950 mednarodno združenje čiste in uporabne kemije sprejelo kot uradno ime.

Leta 1905 je nemškemu kemiku W. von Boltonu uspelo proizvesti niobij v čistem, duktilnem stanju. Niobij je bil prvič dodan orodnim jeklom okoli leta 1925, prvič pa je bil uporabljen za stabilizacijo avstenitnega nerjavečega jekla leta 1933. Zanimanje za dodajanje niobija v visoko trdna nizkolegirana jekla (HSLA) je mogoče zaslediti pri delu 1939 FM Becket in R. Franks, ki je dokazal, da krepitev niobija zmanjšuje odvisnost od običajnih utrjevalcev, kot so ogljik, mangan, krom in molibden, s čimer se izboljša varljivost. Leta 1958 je Norman F. Tisdale iz ameriške korporacije Molybdenum v ogljikovo jeklo dodal 0,01–0,034 odstotka niobija kot rafinerijo zrn za izboljšanje žilavosti. Razvoj zlitin na osnovi niobija za vesoljske aplikacije se je začel v poznih petdesetih letih.

Rude

Niobij se pojavlja večinoma kot oksid in ima močno geokemično koherenco s tantalom. Glavna minerala niobija sta piroklora [(Na, Ca) ₂ Nb ₂ O ₆ F] in kolumbit [(Fe, Mn) (Nb, Ta) ₂ O ₆], sestavljena iz niobata, tantalata, železa in mangana. Piroklora se ponavadi pojavlja v karbonatitih in pegmatitu, pridobljenem iz alkalnih kamnin, običajno v povezavi z cirkonijevim, titanovim, torijevim, uranovim in redkozemeljskimi minerali. Kolumbit običajno najdemo v vsiljivem pegmatitu in biotitu ter v alkalnih granitih. Ker pa je večina takih nahajališč majhnih in naključno razporejenih, jih običajno rudamo kot stranski proizvod drugih kovin.

V brazilskih zveznih državah Minas Gerais in Goiás ter v Saint Honoré, Quebec, Kanada, obstajajo veliki rudniki piroklore. Velika nahajališča kolumbita so v Nigeriji in Kongu (Kinshasa); tudi koncentrati kolumbita so pridobljeni kot stranski proizvodi pridobivanja kositra v Nigeriji.

Pridobivanje in koncentriranje

Zaradi spremenjene in razpadle narave materialov iz rude in brazde se brazilska nahajališča pridobivajo po odprti jami. Ruda je navadno razdeljena na bloke in se predela z odstranjevanjem, buldoziranjem, nakladanjem in prevozom. Rudarstvo v Quebecu sledi podzemnim metodam.

Koncentracija rude se doseže z drobljenjem in mletjem, magnetnim ločevanjem, da se odstrani magnetit, nato pa odstranitvijo razsoljevanja in flotacije.

Pridobivanje in rafiniranje

Ferroniobium

Koncentrati piroklora se skozi aluminotermični postopek običajno reducirajo na feroniobij. V tem postopku se koncentrat zmeša s hematitom (železna ruda), aluminijevim prahom in majhnimi količinami fluorita in apna v fluorescentnem mešalniku in nato odloži v jeklene posode, obložene z ognjevzdržno opeko iz magnezita. Tu naboj postavimo v okrogle konkavne jame, ki so narejene iz mešanice apna, fluorita in kremenčevega peska, zmanjšanje pa se sproži z vžigom mešanice aluminijevega prahu in natrijevega klorata ali barijevega peroksida. Eksotermična reakcija traja približno 15 do 30 minut, temperatura pa doseže približno 2400 ° C (4.350 ° F). Večina nečistoč ganga iz koncentrata, vključno z vsemi torijevimi in uranovimi oksidi, vstopi v staljeno žlindro. Ko je reakcija končana, se žlindra odstrani in posoda dvigne, pri čemer se kovina strdi v pesku. Feroniobijeve zlitine se nato drobijo na velikosti delcev 10 milimetrov (približno tri osmine palca) za trženje. Vsebnost te zlitine je 62–69 odstotkov niobija, 29–30 odstotkov železa, 2 odstotka silicija in 1–3 odstotka aluminija.