سعر النيوبيوم ، حدوث ، استخراج واستخدام

النيوبيوم [ˈnioːp] (بعد Niobe ، ابنة التنتالوم) هو عنصر كيميائي برمز العنصر Nb والرقم الذري 41. وهو أحد المعادن الانتقالية ، في الجدول الدوري يقع في الفترة الخامسة والمجموعة الفرعية الخامسة (المجموعة 5) أو مجموعة الفاناديوم.

في منطقة اللغة الأنجلو سكسونية لا يزال اليوم العديد من علماء المعادن وموردي المواد وفي الاستخدام الخاص التصنيف القديم الذي عفا عليه الزمن الكولومبيوم والاختصار Cb verwendet.

المعدن الثقيل نادرًا ما يكون رمادي اللون وقابل للطرق بسهولة. يمكن استخلاص النيوبيوم من معادن الكولومبيت والكولتان (كولومبيت-تانتاليت) واللوباريت. إنها تستخدم بشكل أساسي في علم المعادن لصنع فولاذ خاص وتحسين قابلية اللحام.

اكتشف تشارلز هاتشيت النيوبيوم في عام 1801. وجده في خام كولومبيت (اكتشف لأول مرة في قاع نهر في كولومبيا) ، والذي أرسله جون وينثروب إلى إنجلترا حوالي عام 1700. أطلق هاتشيت على العنصر الكولومبيوم. حتى منتصف القرن التاسع عشر ، كان يُفترض أن الكولومبيوم والتنتالوم ، اللذين اكتُشفا في عام 19 ، كانا نفس العنصر ، نظرًا لأنهما يتواجدان دائمًا معًا في المعادن (paragenesis).

لم يظهر البروفيسور هاينريش روز في برلين حتى عام 1844 أن النيوبيوم وحمض التانتاليك مادة مختلفة. لا يعرف عن عمل هاتشيت وتسميته ، فقد أطلق على العنصر المعاد اكتشافه بسبب تشابهه مع التنتالوم على اسم نيوب ، ابنة تانتالوس.

فقط بعد 100 عام من النقاش ، طرح الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) في عام 1950 النيوبيوم كاسم رسمي للبند.

في عام 1864 نجح كريستيان فيلهلم بلومستراند في إنتاج النيوبيوم المعدني عن طريق تقليل كلوريد النيوبيوم بالهيدروجين في الحرارة. في عام 1866 ، أكد تشارلز مارينياك أن التنتالوم عنصر منفصل.

في عام 1907 أنتج Werner von Bolton النيوبيوم النقي جدًا عن طريق تقليل heptafluoroniobate بالصوديوم.

ظهور 

النيوبيوم عنصر نادر بحصة 1,8 · 10 في القشرة الأرضية^-3 ٪. لا يبدو محترما. بسبب أنصاف الأقطار الأيونية المماثلة ، يكون النيوبيوم والتنتالوم دائمًا أشقاء. أهم المعادن الكولومبايت (الحديد ، المنغنيز) (ملحوظة ، تا)₂O₆، والذي يُعرف أيضًا باسم النيوبيت أو التانتاليت اعتمادًا على محتوى النيوبيوم أو التنتالوم ، وكذلك البيركلور (NaCaNb₂O₆F).

المعادن الأخرى النادرة في الغالب هي:

• يوكسينيت [(Y ، Ca ، Ce ، U ، Th) (Nb ، Ta ، Ti)₂O₆].
• أولمستيدت (KFe₂(ملحوظة، تا) [O | PO₄]₂ · ح₂يا) و
• Samarskit ((Y، He)₄[(ملحوظة، تا)₂O₇]₃)

تعتبر رواسب النيوبيوم في الكربوناتيت ، حيث تراكم البيركلور في التربة المتجمدة ، ذات فائدة اقتصادية. بلغ الإنتاج السنوي في عام 2006 حوالي 60.000 ألف طن ، تم تعدين 90٪ منها في البرازيل. في السنوات الأخيرة زاد الإنتاج بشكل ملحوظ. البرازيل وكندا هما المنتجان الرئيسيان للمركزات المعدنية المحتوية على النيوبيوم. توجد رواسب خام كبيرة أيضًا في نيجيريا وجمهورية الكونغو الديمقراطية وروسيا.

استخراج والعرض 

نظرًا لأن النيوبيوم والتنتالوم يحدثان دائمًا معًا ، يتم هضم خامات النيوبيوم والتنتالوم معًا أولاً ثم يتم فصلهما عن طريق التبلور الجزئي أو قابلية الذوبان المختلفة في المذيبات العضوية. تم تطوير أول عملية فصل صناعي من قبل Galissard de Marignac في عام 1866.

أولاً ، يتم تعريض الخامات لمزيج من حمض الكبريتيك المركز وحمض الهيدروفلوريك عند 50-80 درجة مئوية. الفلوريدات المعقدة [NbF₇]^2- و [الطائف₇]^2-التي هي قابلة للذوبان بسهولة.

يمكن تشكيل أملاح ثنائي البوتاسيوم لهذه الفلوريدات عن طريق تحويلها إلى مرحلة مائية وإضافة فلوريد البوتاسيوم. فقط فلوريد التنتالوم قابل للذوبان في الماء والرواسب. يمكن بالتالي فصل فلوريد النيوبيوم القابل للذوبان بسهولة عن التنتالوم. في الوقت الحاضر ، ومع ذلك ، فإن الفصل عن طريق الاستخراج باستخدام ميثيل إيزوبوتيل كيتون أمر شائع. الاحتمال الثالث للفصل هو التقطير التجزيئي للكلوريدات NbCl₅ و TCL₅. يمكن إنتاجها من خلال تفاعل الخامات وفحم الكوك والكلور عند درجات حرارة عالية.

يتم إنتاج خامس أكسيد النيوبيوم أولاً من فلوريد النيوبيوم المفصول عن طريق التفاعل مع الأكسجين. يتم تحويل هذا أولاً إلى كربيد النيوبيوم بالكربون ثم يتم اختزاله إلى المعدن مع مزيد من خامس أكسيد النيوبيوم عند 2000 درجة مئوية في فراغ ، أو يتم الحصول عليه مباشرة بواسطة الألمنيوم. يتم إنتاج معظم النيوبيوم المستخدم في صناعة الصلب بهذه الطريقة ، مع إضافة أكسيد الحديد للحصول على سبيكة من الحديد والنيوبيوم (60٪ نيوبيوم). إذا تم استخدام الهاليدات كمواد أولية للاختزال ، يتم ذلك باستخدام الصوديوم كعامل اختزال.

المواصفات

النيوبيوم معدن ثقيل مطيل مع لمعان رمادي. حالات الأكسدة −3 ، −1 ، 0 ، +1 ، +2 ، +3 ، +4 ، +5 معروفة. كما هو الحال مع الفاناديوم ، الذي يكون أعلى من النيوبيوم في الجدول الدوري ، فإن المستوى +5 هو الأكثر اتساقًا. يتطابق السلوك الكيميائي للنيوبيوم تقريبًا مع سلوك التنتالوم ، والذي يقع أسفل النيوبيوم مباشرةً في الجدول الدوري.

نتيجة لتكوين طبقة سلبية (طبقة واقية) ، يكون النيوبيوم شديد المقاومة للهواء. لذلك فإن معظم الأحماض لا تهاجمه في درجة حرارة الغرفة. حمض الهيدروفلوريك فقط ، خاصة عند مزجه مع حمض النيتريك ، وحمض الكبريتيك الساخن المركز ، يتآكل النيوبيوم المعدني بسرعة. النيوبيوم أيضًا غير مستقر في القلويات الساخنة ، حيث يذوبون الطبقة السلبية. عند درجات حرارة أعلى من 200 درجة مئوية ، تبدأ في التأكسد في وجود الأكسجين. يجب أن تتم معالجة اللحام للنيوبيوم في جو غازي وقائي بسبب عدم استقراره في الهواء.

تزيد إضافة التنجستن والموليبدينوم إلى النيوبيوم من مقاومته للحرارة ، بينما يزيد الألمنيوم من قوته.

تعتبر درجة حرارة التحول العالية للنيوبيوم البالغة 9,25 كلفن ، والتي تحتها فائقة التوصيل ، وقدرته على امتصاص الغازات بسهولة ملحوظة. يمكن أن يمتص غرام واحد من النيوبيوم 100 سم مكعب من الهيدروجين في درجة حرارة الغرفة ، والذي كان يستخدم سابقًا في تقنية الأنبوب المفرغ.

استعمال 

يستخدم النيوبيوم كمادة مضافة لسبائك الفولاذ المقاوم للصدأ ، والفولاذ المقاوم للصدأ الخاص (مثل الأنابيب لإنتاج حمض الهيدروكلوريك) والسبائك غير الحديدية ، حيث تتميز المواد المصنوعة من سبائك النيوبيوم بقوة ميكانيكية متزايدة. حتى في التركيزات من 0,01 إلى 0,1 في المائة من الكتلة ، فإن النيوبيوم مع الدرفلة الحرارية الميكانيكية يمكن أن يزيد بشكل كبير من قوة وصلابة الفولاذ. جرت المحاولات الأولى لاستخدام النيوبيوم كعنصر في صناعة السبائك (استبدال التنغستن) في الولايات المتحدة في عام 1925. غالبًا ما يستخدم الفولاذ المكرر بهذه الطريقة في إنشاء خطوط الأنابيب. كسابق كربيد قوي ، يضاف النيوبيوم أيضًا إلى مستهلكات اللحام لربط الكربون.

تشمل الاستخدامات الأخرى:

• التطبيق في التكنولوجيا النووية بسبب انخفاض المقطع العرضي للنيوترونات الحرارية.
• تصنيع أقطاب لحام مثبتة بالنيوبيوم كمواد مالئة للحام للفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المقاوم للصدأ الخاص وسبائك النيكل.
• بسبب لونه المزرق ، يتم استخدامه لثقب المجوهرات وصنع المجوهرات.
• في حالة العملات المعدنية ذات النيوبيوم (عملات ثنائية المعدن) ، يمكن أن يختلف لون قلب النيوبيوم اختلافًا كبيرًا بسبب العمليات الفيزيائية (على سبيل المثال ، العملات المعدنية 25 يورو من النمسا).

• تُستخدم كميات كبيرة كقوالب حديدية ونيوب نيكل في صناعة المعادن لإنتاج السبائك الفائقة (سبائك النيكل والكوبالت والحديد). يتم تصنيع الأجزاء الثابتة لتوربينات الغاز الثابتة والطائرة وأجزاء الصواريخ والمكونات المقاومة للحرارة لبناء الفرن من هذا.
• يستخدم النيوبيوم كمادة أنود في المكثفات الإلكتروليتية النيوبيوم. أكسيد النيوبيوم ، أكسيد النيوبيوم (V) ، له قوة عازلة عالية. يتم تطبيقه على سطح أنود النيوبيوم فيما يسمى بعملية التشكيل ويعمل كعزل كهربائي في هذا المكثف. تتنافس المكثفات الإلكتروليتية النيوبيوم مع مكثفات التنتالوم الكهربائية الأكثر شيوعًا.
• هي المصابيح الزجاجية لمبات الهالوجين بالخارج مع z. النيوبيوم ، جزء من الإشعاع الحراري لخيوط التنجستن ينعكس مرة أخرى إلى الداخل. نتيجة لذلك ، يمكن تحقيق درجة حرارة تشغيل أعلى وبالتالي كفاءة إضاءة أكبر مع استهلاك أقل للطاقة.
• كمحفز (على سبيل المثال في إنتاج حمض الهيدروكلوريك وفي إنتاج الكحوليات من البوتادين) ،
• كما نيوبات البوتاسيوم (مركب كيميائي من البوتاسيوم والنيوبيوم والأكسجين) ، والذي يستخدم كبلورة واحدة في تكنولوجيا الليزر والأنظمة البصرية غير الخطية
• تستخدم كمواد قطب كهربائي لمصابيح بخار الصوديوم عالية الضغط
• الموصلية الفائقة: في درجات حرارة أقل من 9,5 كلفن ، النيوبيوم النقي هو موصل فائق من النوع الثاني. سبائك النيوبيوم (مع N ، O ، Sn ، AlGe ، Ge) هي ، بالإضافة إلى العناصر النقية الثلاثة ، النيوبيوم والفاناديوم والتكنيشيوم ، إلى مواد النوع الثاني - الموصلات الفائقة هي: تتراوح درجات حرارة الانتقال لهذه السبائك بين 18,05 كلفن (نيوبيوم تين ، ن ب.₃Sn) و 23,2 كلفن (النيوبيوم الجرمانيوم ، ملحوظة₃Ge). تُستخدم رنانات التجويف فائقة التوصيل المصنوعة من النيوبيوم في مسرعات الجسيمات (بما في ذلك XFEL و FLASH في DESY في هامبورغ). لتوليد حقول مغناطيسية عالية تصل إلى حوالي 20 تسلا ، يتم استخدام مغناطيس فائق التوصيل بأسلاك مصنوعة من النيوبيوم-القصدير والنيوبيوم-تيتانيوم. على سبيل المثال ، يتم استخدام 600 طن من النيوبيوم-القصدير و 250 طنًا من النيوبيوم-تيتانيوم لمفاعل الاندماج التجريبي ITER. كما أن المغناطيسات فائقة التوصيل لمصادم الهادرونات الكبير مصنوعة أيضًا من سبائك النيوبيوم.

سلامة

على الرغم من أن النيوبيوم يعتبر غير سامة ، إلا أن غبار النيوبيوم المعدني يهيج العينين والجلد. غبار النيوبيوم شديد الاشتعال.

طريقة الفسيولوجية للعمل من النيوبيوم غير معروف.

عموما
الاسم والرمز والرقم الذري	نيوبيوم ، ملحوظة ، 41
سلسلة	الفلزات الإنتقالية
المجموعة ، الفترة ، الكتلة	5 ، 5 ، د
مظهر	رمادي معدني
عدد CAS	7440-03-1
جزء من كتلة الأرض قذيفة	19 جزء في المليون
نووي
الكتلة الذرية	92,90638 ش
نصف القطر الذري (محسوب)	145 (164) مساءً
نصف قطر التساهمية	137 PM
التوزيع الإلكتروني	[كر] 4d4 5s1
1. التأين	652,1 كيلو جول / مول
2. التأين	1380 kJ / mol
3. التأين	2416 kJ / mol
4. التأين	3700 kJ / mol
5. التأين	4877 kJ / mol
بدنيا
الحالة الفيزيائية	مهرجان
التركيب البلوري	محورها الجسم مكعب
كثافة	شنومكس ز / سم3 (20 درجة مئوية)
صلابة موس	6,0
مغنطيسية	بارامغناطيسية ( = 2,3 10-4)
درجة الإنصهار	2750 كلفن (2477 درجة مئوية)
نقطة الغليان	5017 كلفن (4744 درجة مئوية)
حجم المولي	10,83 · 10-6 m3/ مول
حرارة التبخر	690 kJ / mol
حرارة الانصهار	26,8 kJ / mol
سرعة الصوت	3480 م / ث في 293,15 K
الموصلية الكهربائية	6,58 · 106 A / (V · m)
توصيل حراري	54 واط / (م · ك)
كيميائي
التأكسد	2, 5
إمكانات طبيعية	−1,1 فولت (ملحوظة2+ + 2 ه- → ملحوظة)
الكهربية	1,6 (مقياس بولينج)
النظائر
النظائر NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 91Nb {اصطناعي.} 680 أ ε 1,253 91Zr 92Nb {اصطناعي.} 3,47 · 107 a ε 2,006 92Zr β- 0,356 92Mo 93Nb 100 % مستقر 93metaNb {اصطناعي.} 16,13 أ IT 0,031 93Nb 94Nb {اصطناعي.} 20300 أ β- 2,045 94Mo 95Nb {اصطناعي.} 34,975 د β- 0,926 95Mo
خصائص NMR
غزل γ في راد * T-1· الصورة-1 Er(1H) fL جميل W = 4,7 ت في ميغاهيرتز 93Nb 9/2 6,567 · 107 0,488 24,47
سلامة
GHS المواد الخطرة وضع العلامات خطر عبارات H و P هابي: 250 EUH: لا معدلات EUH ص: 222-231-422 معلومات الخطرةPulver وزن خفيف ملتهب (F) عبارات R و S ص: 11 ق: 43

أسعار النيوبيوم

سعر النيوبيوم -> أسعار المعادن الاستراتيجية