استفاده از نیوبیم. تولید نیوبیم در روسیه

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

ارزش دارد با این واقعیت شروع کنیم که نیوبیم به طور جدایی ناپذیری با ماده ای مانند تانتالوم پیوند خورده است. این در حالی است که این مواد همزمان باز نشدند.

نیوبیم چیست

امروزه در مورد ماده ای مانند نیوبیم چه می دانیم؟ عنصری شیمیایی است که در گروه پنجم جدول تناوبی قرار دارد و دارای عدد اتمی 41 و جرم اتمی آن 92.9 است.

یکی از مهمترین پارامترهای فیزیکی این فلز نسوز بودن آن بود. به دلیل همین ویژگی است که استفاده از نیوبیم در بسیاری از صنایع رواج یافته است. نقطه ذوب این ماده 2468 درجه سانتیگراد و نقطه جوش 4927 درجه سانتیگراد است.

خواص شیمیایی این ماده نیز در سطح بالایی قرار دارد. با سطح بالایی از مقاومت در برابر دماهای منفی و همچنین در برابر اکثر محیط های تهاجمی مشخص می شود.

تولید

شایان ذکر است که وجود سنگ معدنی حاوی عنصر Nb (نیوبیوم) بسیار بیشتر از تانتالیوم است، اما مشکل در کمبود محتوای خود عنصر در این سنگ است.

اغلب برای به دست آوردن این عنصر، فرآیند احیای حرارتی انجام می شود که در آن آلومینیوم یا سیلیکون دخالت دارد. در نتیجه این عمل ترکیبات فرونیوبیم و فروتانتالونیوبیوم به دست می آید. شایان ذکر است که تولید نسخه فلزی این ماده از همان سنگ معدن انجام می شود، اما از فناوری پیچیده تری استفاده می شود. بوته های نیوبیوم و سایر مواد به دست آمده با عملکرد بسیار بالا مشخص می شوند.

روشهای بدست آوردن نیوبیم

در حال حاضر یکی از توسعه یافته ترین مناطق برای به دست آوردن این ماده آلومینوگرمیک، سدیم-حرارتی و کربوترمال است. تفاوت بین این انواع نیز در پیش سازهایی است که برای کاهش نیوبیم استفاده می شود. فرض کنید از K2NbF7 در روش حرارتی سدیم استفاده می شود. اما به عنوان مثال در روش آلومینوترمیک از نیوبیم پنتوکسید استفاده می شود.

اگر در مورد روش بدست آوردن کربوترمیک صحبت کنیم، این فناوری به معنای مخلوط کردن Nb با دوده است. این فرآیند باید در محیطی با دمای بالا و هیدروژن انجام شود. در نتیجه این عملیات، کاربید نیوبیم به دست خواهد آمد. مرحله دوم این است که محیط هیدروژنی با یک محیط خلاء جایگزین می شود و دما حفظ می شود. در این مرحله، به کاربید نیوبیماکسید آن اضافه می شود و خود فلز به دست می آید.

توجه به این نکته ضروری است که در میان اشکال فلز تولید شده، نیوبیم در شمش بسیار رایج است. این محصول برای تولید آلیاژ پایه فلزی و همچنین سایر محصولات نیمه تمام دیگر در نظر گرفته شده است.

یک چوب از این ماده نیز قابل تولید است که بسته به درجه خلوص ماده به چند دسته تقسیم می شود. کمترین مقدار ناخالصی در میله ای با برچسب NBSh-00 وجود دارد. کلاس NBSh-0 با حضور بیشتر عناصری مانند آهن، تیتانیوم و سیلیکون تانتالیوم مشخص می شود. دسته ای که بالاترین میزان ناخالصی را دارد NBSh-1 است. می توان اضافه کرد که نیوبیم موجود در شمش چنین طبقه بندی ندارد.

روشهای تولید جایگزین

روش های جایگزین شامل ذوب ناحیه پرتو الکترونی بدون بوته است. این فرآیند به دست آوردن تک بلورهای Nb را ممکن می کند. بوته های نیوبیوم با استفاده از این روش تولید می شوند. متعلق به متالورژی پودر است. برای اینکه ابتدا آلیاژی از این ماده و سپس نمونه خالص آن بدست آید استفاده می شود. وجود این روش باعث شده است که تبلیغات خرید نیوبیوم کاملا متداول باشد. این روش این امکان را فراهم می کند که برای به دست آوردن فلز خالص، نه از خود سنگ معدن که استخراج آن بسیار دشوار است یا از کنسانتره آن، بلکه از مواد خام ثانویه استفاده شود.

یک روش جایگزین دیگر تولید نیوبیم نورد است. شایان ذکر است که اکثر شرکت های مختلف می دهندترجیح برای خرید میله، سیم یا ورق فلز.

نورد و فویل

فویل حاصل از این ماده یک محصول نیمه تمام نسبتاً رایج است. این نازک ترین ورق نورد این ماده است. از این ماده اولیه برای تولید برخی از محصولات و قطعات استفاده می شود. فویل نیوبیم از مواد خام خالص با نورد سرد شمش Nb بدست می آید. محصولات به دست آمده با شاخص هایی مانند مقاومت بالا در برابر خوردگی، محیط های تهاجمی و درجه حرارت بالا مشخص می شوند. نورد نیوبیم و شمش های آن نیز ویژگی هایی مانند مقاومت در برابر سایش محصول، شکل پذیری بالا و ماشین کاری خوب را به همراه دارد.

محصولات به دست آمده از این طریق اغلب در زمینه هایی مانند ساخت هواپیما، علوم موشکی، پزشکی (جراحی)، مهندسی رادیو، مهندسی برق، انرژی هسته ای، انرژی هسته ای استفاده می شود. فویل نیوبیوم به صورت کویل بسته بندی شده و در مکانی خشک و محافظت شده از رطوبت و همچنین در مکانی محافظت شده از ضربه مکانیکی خارج نگهداری می شود.

کاربرد در الکترودها و آلیاژها

استفاده از نیوبیوم بسیار گسترده است. می توان از آن مانند کروم و نیکل به عنوان ماده ای استفاده کرد که بخشی از آلیاژ آهن است که برای ساخت الکترود استفاده می شود. با توجه به اینکه نیوبیم مانند تانتالیوم قادر به تشکیل یک کاربید فوق سخت است، اغلب از آن برای تولید آلیاژهای فوق سخت استفاده می شود. شما می توانید آنچه را که در حال حاضر با این مواد امتحان می شود اضافه کنیدبهبود خواص آلیاژهای حاصل از فلزات غیر آهنی.

از آنجایی که نیوبیم یک ماده خام است که قادر به ایجاد عناصر کاربید است، مانند تانتالیوم به عنوان یک مخلوط آلیاژی در تولید فولاد استفاده می شود. لازم به ذکر است که برای مدت طولانی استفاده از نیوبیم به عنوان ناخالصی به تانتالیوم یک اثر منفی تلقی می شد. با این حال، امروز نظر تغییر کرده است. مشخص شد که Nb می تواند به عنوان جایگزینی برای تانتالیوم عمل کند و با موفقیت زیادی همراه است، زیرا به دلیل جرم اتمی کمتر، می توان از ماده کمتری استفاده کرد و در عین حال تمام ویژگی ها و اثرات قدیمی محصول را حفظ کرد.

برنامه های برق

شایان ذکر است که استفاده از نیوبیم مانند تانتالیوم برادرش در یکسو کننده ها امکان پذیر است، زیرا دارای خاصیت رسانایی تک قطبی هستند، یعنی این مواد تنها در یک جهت جریان الکتریکی را عبور می دهند.. می توان از این فلز برای ایجاد دستگاه هایی مانند آند که در ژنراتورهای پرقدرت و لوله های تقویت کننده استفاده می شود استفاده کرد.

توجه به این نکته بسیار مهم است که استفاده از نیوبیم به صنعت انرژی هسته ای رسیده است. در این صنعت از محصولات ساخته شده از این ماده به عنوان مصالح ساختاری استفاده می شود. این امر به این دلیل امکان پذیر شده است که وجود Nb در قطعات آن ها را در برابر حرارت مقاوم می کند و همچنین کیفیت بالایی از مقاومت شیمیایی به آن ها می بخشد.

ویژگی های فیزیکی عالی این فلز باعث شده است که به طور گسترده در فناوری موشکی، در جت استفاده شود.هواپیما، در توربین های گازی.

تولید نیوبیم در روسیه

اگر از ذخایر این سنگ صحبت کنیم، در مجموع حدود 16 میلیون تن وجود دارد. بزرگترین ذخایر که تقریباً 70 درصد از حجم کل را اشغال می کند در برزیل واقع شده است. در خاک روسیه، حدود 25 درصد از ذخایر این سنگ معدن قرار دارد. این شاخص بخش قابل توجهی از کل ذخایر نیوبیم در نظر گرفته می شود. بزرگترین ذخایر این ماده در سیبری شرقی و همچنین در خاور دور قرار دارد. تا به امروز، شرکت Lovozersky GOK مشغول استخراج و تولید این ماده در قلمرو فدراسیون روسیه است. می توان مشاهده کرد که شرکت استالماگ در روسیه نیز به تولید نیوبیوم مشغول بود. در حال توسعه ذخایر تاتار از این سنگ بود، اما در سال 2010 بسته شد.

همچنین می توان اضافه کرد که کارخانه منیزیم Solikamsk در تولید اکسید نیوبیم مشغول است. آنها آن را با فرآوری کنسانتره لوپاریت بدست می آورند. این شرکت بین 400 تا 450 تن از این ماده را تولید می کند که بیشتر آن به کشورهایی مانند آمریکا و آلمان صادر می شود. بخشی از اکسید باقی مانده به کارخانه مکانیکی Chepetsky می رود که هم نیوبیم خالص و هم آلیاژهای آن را تولید می کند. ظرفیت های قابل توجهی وجود دارد که امکان تولید تا 100 تن مواد در سال را فراهم می کند.

فلز نیوبیوم و هزینه آن

علی رغم اینکه دامنه این ماده کاملاً گسترده است، هدف اصلی آن صنعت فضا و هسته ای است. به همین دلیل، Nb به عنوان یک ماده استراتژیک طبقه بندی می شود.

پارامترهای اصلی کهبر هزینه نیوبیوم تأثیر می گذارد:

• خلوص آلیاژ، مقدار زیادی ناخالصی قیمت را کاهش می دهد؛
• فرم تحویل مواد؛
• حجم مواد عرضه شده؛
• موقعیت نقطه دریافت سنگ معدن (مناطق مختلف به مقادیر متفاوتی از عنصر نیاز دارند و بنابراین قیمت آن متفاوت است).

لیست تقریبی قیمت مواد در مسکو:

• نیوبیوم درجه NB-2 بین 420-450 روبل در هر کیلوگرم هزینه دارد؛
• چیپس های نیوبیوم از 500 تا 510 روبل در هر کیلوگرم قیمت دارند؛
• Stab NBSh-00 از 490 تا 500 روبل در هر کیلوگرم هزینه دارد.

شایان ذکر است که با وجود هزینه هنگفت این محصول، تقاضا برای آن در حال افزایش است.