Ниобий является 41 химическим элементом, обладающим множеством полезных свойств. Представляет собой металл серебристо-серого цвета, класса тугоплавких, имеющий высокую прочность, пластичность и твердость. Ниобий в природе можно встретить с танталом в таких минералах, как лопарит, колумбит-танталит и пирохлор.
Интересные сведения
Элемент был открыт еще в 1801 году и имел название колумбий. Его открытие связано с открытием другого металла – тантала. В конце XVII столетия на территории Южной Америки обнаружили минерал черного цвета, который имел вкрапления слюды золотистого оттенка. Привезли тогда находку в саму Англию и поместили во всем известный Британский музей, где она пробыла более 100 лет. И только в 1844 году ученый, немецкий исследователь-химик Генрих Розе при обработке природного минерала получил окислы двух отдельных, совершенно новых металлов. Одним оказался тантал, а другой был назван ниобий – в честь красавицы Ниобы, дочери героя мифов Тантала.
Природный элемент отличается наличием только одного стабильного изотопа – это 93Nb, а все иные получены искусственным путем. Самым долгоживущим из них является 92Nb с периодом полураспада около 34,7 млн лет.
Микроэлемент ниобий содержится даже в человеческом организме (при весе 70 кг может быть до 1,5 мг). Стоит отметить, что в основном он концентрируется в печени, мышечной и костной тканях, а также в крови.
До сих пор биологические функции элемента полностью не изучены. Так как ниобий гипоаллергенен, т.е. не может вызвать биологические отторжения, он широко используется в медицинских целях. При этом металлическая пыль элемента способна вызвать раздражение кожного покрова и глаз, а от некоторых соединений ниобия можно получить отравление.
Земная кора содержит в среднем 18 г ниобия на тонну.
В Австрии, Люксембурге, Либерии, Канаде, Латвии и даже Палау выпускаются памятные драгоценные монеты, содержащие этот весьма редкий металл.
Физические и химические характеристики
Внешне ниобий представляет собой блестящий серебристого оттенка металл, обладающий с танталом схожими свойствами. Хорошо поддается обработке при помощи давления на холоде и имеет хорошую свариваемость. Производство металлического ниобия является непростым процессом. Выпускается ниобий в основном в форме крупных слитков, которые предназначаются для изготовления сплавов. Альтернативным вариантом выпуска является штабик ниобия и прокат ниобия. Производственные предприятия зачастую приобретают проволоку или пруток, а также листовой металл или фольгу из ниобия.
На ниобий не воздействуют соляная, хлорная, серная и фосфорная кислоты. Металл паромагнитный. Очень распространены соединения ниобия, особенно пятиокись (пентаоксид) ниобия.
К основным свойствам ниобия относятся:
- высокий показатель температуры плавления;
- стойкость к водяным растворам;
- высокий уровень проводимости;
- идеальная пластичность при комнатной температуре;
- высокий порог биологической совместимости;
- низкий показатель теплового расширения;
- характеризуется водородной хрупкостью;
- при низкой температуре не меняет свою структуру.
Добыча
Месторождения этого металла можно найти в любой точке мира. Большие месторождения ниобиевых руд находятся на территории Красноярского края России. В чистом виде ниобий стали получать лишь в последнее время, используя новейшую технику для его добычи из концентрата ниобия и тантала. Мировые запасы ниобия оцениваются в 16 млн тонн. Действующими месторождениями являются одно в Канаде и два в Бразилии. Последнее обеспечивает 90 % мировой добычи.
Применение
Благодаря своей тугоплавкости, которая является его преимуществом, применяется во многих отраслях промышленности. Наиболее востребован ниобий в авиационном производстве для изготовления деталей самолетов и ракет. Также его используют с целью создания конструкций сверхмощных генераторных ламп. Благодаря своим отличным физическим и химическим свойствам ниобий применяют в процессе изготовления трубопроводов для транспортировки металлов в жидком состоянии. В сталелитейном производстве часто используют сплав феррониобий.
Ниобий добавляют в нержавеющую сталь для существенного улучшения ее механических свойств и антикоррозийности. Ниобий применяют и в медицинских целях, так как он абсолютно безвреден для организма. Например, разработаны технологии изготовления медицинских имплантатов из ниобия и тантала. Также из этого металла изготавливается сверхпроводящий провод для МРТ (магнитно-резонансный томограф).
Руда, как природное минеральное образование, содержащее ниобий в таких соединениях и концентрации, используется, если это экономически обосновано и возможно с технической точки зрения. Ниобий, благодаря хорошей стойкости в жидкометаллическом теплоносителе при температуре выше 1000° С применяют в сверхагрессивных условиях, а в эвтектическом сплаве металл выдерживает и большую температуру. Так из него производят тепловыделяющие элементы для ядерного реактора. Из ниобиевых листов делается защитная оболочка ТВЭЛов, а ниобиевые трубы применяют в конструкции трубопровода и насосного оборудования.
Металлические детали из сплава на основе ниобия С-103 давно востребованы в авиакосмической промышленности. Они выдерживают неблагоприятное воздействие за пределами земной атмосферы, легкие, термостойкие и надежные. При этом детали недорогие и стойкие при сильных вибрациях и сверхнизких температурах. Несколько десятилетий назад сплав впервые применили при создании командного отсека в американском космическом корабле «Аполлон».
