Επεξεργασία νιοβίου, παρασκευή μεταλλεύματος νιοβίου για χρήση σε διάφορα προϊόντα.
Το Niobium (Nb) έχει κρυσταλλική δομή στο κέντρο του σώματος (bcc) και σημείο τήξεως 2.468 ° C (4.474 ° F). Από τα πυρίμαχα μέταλλα, έχει τη χαμηλότερη πυκνότητα και την καλύτερη εργασιμότητα. Για αυτό το λόγο, κράματα με βάση το νιόβιο χρησιμοποιούνται συχνά σε αεροδιαστημικές εφαρμογές. Λόγω του ενισχυτικού αποτελέσματος σε υψηλές θερμοκρασίες, η κύρια εμπορική του χρήση είναι ως πρόσθετο σε χάλυβες και υπερκράματα. Τα κράματα νιοβίου-τιτανίου και νιοβίου-κασσίτερου χρησιμοποιούνται ως υπεραγώγιμα υλικά.
Ιστορία
Το νιόβιο ανακαλύφθηκε το 1801 από έναν Άγγλο χημικό, τον Charles Hatchett. Δεδομένου ότι το ορυκτό δείγμα του Hatchett προήλθε από τη Νέα Αγγλία, το ονόμασε columbium (Cb), μετά την Κολούμπια, ένα άλλο όνομα για την Αμερική. Το 1844, ο Γερμανός χημικός Heinrich Rose, ανακοίνωσε την ανακάλυψη ενός στοιχείου που ονόμασε niobium, μετά το Niobe, τη μυθική κόρη του Tantalus (που με τη σειρά του έδωσε το όνομά του στο ταντάλιο, με το οποίο το νιόβιο συνδέεται συχνά με τα ορυκτά). Το νιόβιο αργότερα αποδείχθηκε ότι είναι το ίδιο στοιχείο με το columbium, και το νιόβιο έγινε αποδεκτό ως επίσημο όνομα από τη Διεθνή Ένωση Καθαράς και Εφαρμοσμένης Χημείας το 1950.
Το 1905 ο W. von Bolton, Γερμανός χημικός, κατάφερε να παράγει νιόβιο σε καθαρή, όλκιμη κατάσταση. Το νιόβιο προστέθηκε για πρώτη φορά στο χάλυβα εργαλείων γύρω στο 1925 και χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά για τη σταθεροποίηση του ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα το 1933. Το ενδιαφέρον για την προσθήκη νιοβίου σε χάλυβα υψηλής αντοχής χαμηλού κράματος (HSLA) μπορεί να εντοπιστεί στο έργο το 1939 των FM Becket και R. Οι Franks, που απέδειξαν ότι η ενίσχυση του νιοβίου μείωσε την εξάρτηση από συμβατικά σκληρυντικά όπως άνθρακας, μαγγάνιο, χρώμιο και μολυβδαίνιο, βελτιώνοντας έτσι τη συγκολλησιμότητα. Το 1958, ο Norman F. Tisdale της Molybdenum Corporation of America πρόσθεσε 0,01-0,034 τοις εκατό νιόβιο στο χάλυβα άνθρακα ως διυλιστήριο κόκκων για τη βελτίωση της σκληρότητας. Η ανάπτυξη κραμάτων με βάση το νιόβιο για εφαρμογές αεροδιαστημικής ξεκίνησε στα τέλη της δεκαετίας του 1950.
Ορέ
Το νιόβιο εμφανίζεται κυρίως ως οξείδιο και έχει ισχυρή γεωχημική συνοχή με ταντάλιο. Τα κυριότερα μέταλλα του νιοβίου είναι το πυρόχρωμα [(Na, Ca) 2 Nb 2 O 6 F] και ο κολοβίτης [(Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6], που αποτελούνται από νιοβικό, τανταλικό, σίδηρο και μαγγάνιο. Η πυροχλωρίδα εμφανίζεται συνήθως σε καρβονίτες και σε πεγκματίτη που προέρχεται από αλκαλικούς βράχους, συνήθως σε συνδυασμό με ζιρκόνιο, τιτάνιο, θόριο, ουράνιο και σπάνια γαίες. Ο κολομίτης βρίσκεται συνήθως σε παρεμβατικούς πεγκίτες και βιοτίτες και σε αλκαλικούς γρανίτες. Ωστόσο, δεδομένου ότι οι περισσότερες τέτοιες καταθέσεις είναι μικρές και διανέμονται ακανόνιστα, συνήθως εξορύσσονται ως υποπροϊόν άλλων μετάλλων.
Υπάρχουν μεγάλα ορυχεία πυροχλωρικού στις πολιτείες Minas Gerais και Goiás της Βραζιλίας και στο Saint Honoré, Κεμπέκ του Καναδά. Μεγάλα αποθέματα κολομπίτη βρίσκονται στη Νιγηρία και το Κονγκό (Κινσάσα). Επίσης, τα συμπυκνώματα κολομπίτη λαμβάνονται ως υποπροϊόντα της εξόρυξης κασσίτερου στη Νιγηρία.
Εξόρυξη και συγκέντρωση
Λόγω της αλλαγμένης και αποσυντιθέμενης φύσης των υλικών υπερφόρτωσης και μεταλλεύματος, οι εναποθέσεις της Βραζιλίας εξορύσσονται με τη μέθοδο ανοιχτού λάκκου. Το μετάλλευμα γενικά χωρίζεται σε μπλοκ και υποβάλλεται σε επεξεργασία με αντιγραφή, μπουλντόζα, φόρτωση και μεταφορά. Η εξόρυξη στο Κεμπέκ ακολουθεί υπόγειες μεθόδους.
Η συγκέντρωση του μεταλλεύματος επιτυγχάνεται με σύνθλιψη και λείανση, μαγνητικό διαχωρισμό για την απομάκρυνση του μαγνητίτη, και στη συνέχεια διαχωρισμό απομάκρυνσης και επίπλευσης.
Εξόρυξη και εξευγενισμός
Ferroniobium
Τα συμπυκνώματα του πυρόχλωρου συνήθως ανάγονται σε ferroniobium μέσω μιας αργιλοθερμικής διαδικασίας. Στη διαδικασία αυτή, το συμπύκνωμα αναμιγνύεται με αιματίτη (σιδηρομετάλλευμα), σκόνη αλουμινίου και μικρές ποσότητες ροής φθορίου και ασβέστη σε περιστροφικό αναμικτήρα και στη συνέχεια εκφορτώνεται σε χαλύβδινα δοχεία επενδεδυμένα με πυρίμαχα τούβλα μαγνησίτη. Εδώ το φορτίο τοποθετείται σε κυκλικούς κοίλους λάκκους φτιαγμένους από μείγμα ασβέστου, φθορίου και πυριτικής άμμου, και η αναγωγή ξεκινά με την ανάφλεξη ενός μίγματος σκόνης αργιλίου και χλωριούχου νατρίου ή υπεροξειδίου του βαρίου. Η εξώθερμη αντίδραση διαρκεί περίπου 15 έως 30 λεπτά, και η θερμοκρασία φτάνει περίπου τους 2.400 ° C (4.350 ° F). Οι περισσότερες από τις ακαθαρσίες των γαγγών από το συμπύκνωμα, συμπεριλαμβανομένων όλων των οξειδίων του θορίου και του ουρανίου, εισέρχονται στην τετηγμένη σκωρία. Όταν ολοκληρωθεί η αντίδραση, η σκωρία αφαιρείται και το δοχείο ανυψώνεται, αφήνοντας το μέταλλο να στερεοποιηθεί στην άμμο. Στη συνέχεια, το κράμα σιδήρου σιδήρου συνθλίβεται σε μεγέθη σωματιδίων 10 χιλιοστών (περίπου τρία όγδοα της ίντσας) για εμπορία. Το περιεχόμενο αυτού του κράματος είναι 62-69% νιόβιο, 29-30% σίδηρος, 2% πυρίτιο και 1-3% αλουμίνιο.
