Nioobiumi töötlemine, nioobiumi maagi ettevalmistamine kasutamiseks erinevates toodetes.
Nioobiumil (Nb) on kehakeskne kuup (bcc) kristallstruktuur ja sulamistemperatuur 2468 ° C (4474 ° F). Tulekindlast metallist on selle madalaim tihedus ja parim töödeldavus; sel põhjusel kasutatakse nioobiumil põhinevaid sulameid sageli kosmosevaldkonnas. Tugevdava mõju tõttu kõrgendatud temperatuuridel on selle peamine kaubanduslik kasutamine lisaainetena terastes ja supersulamites. Ülijuhtivate materjalidena kasutatakse nioobiumi-titaani ja nioobiumi-tinasulameid.
Ajalugu
Niobiumi avastas 1801. aastal inglise keemik Charles Hatchett. Kuna Hatcheti mineraalproov tuli Uus-Inglismaalt, nimetas ta selle Columbia järgi columbiumiks (Cb), mis on teine Ameerika nimi. 1844. aastal teatas saksa keemik Heinrich Rose, et avastas elemendi, mille ta nimetas nioobiumiks, pärast Tantaluse müütilist tütart Niobe (kes omakorda andis oma nime tantaalile, millega nioobiumi seostatakse sageli mineraalidega). Hiljem osutus nioobium samasuguseks elemendiks nagu kolumbium ja Rahvusvaheline Puhta ja Rakenduskeemia Liit tunnustas nioobiumi ametliku nimega 1950. aastal.
1905. aastal õnnestus saksa keemikul W. von Boltonil nioobium toota puhtas ja elastses olekus. Nioobiumi lisati tööriistaterasele esmakordselt 1925. aasta paiku ja seda kasutati esmakordselt austeniitse roostevaba terase stabiliseerimiseks 1933. aastal. Huvi nioobiumi lisamise vastu ülitugevale madala legeeritud (HSLA) terasele võib leida FM Becketi ja R 1939. aasta töödest. Frangid, kes näitasid, et nioobiumi tugevdamine vähendas sõltuvust tavapärastest kõvenditest nagu süsinik, mangaan, kroom ja molübdeen, parandades seeläbi keevitatavust. Aastal 1958 lisas Norman F. Tisdale Ameerika molübdeeni korporatsioonist teravilja rafineerijana sitkuse parandamiseks 0,01–0,034 protsenti nioobiumi. Nioobiumil põhinevate sulamite väljatöötamine kosmoserakenduste jaoks algas 1950ndate lõpus.
Maagid
Nioobium esineb enamasti oksiidina ja sellel on tugev geokeemiline sidusus tantaaliga. Nioobiumi peamised mineraalid on pürokloor [(Na, Ca) 2 Nb 2 O 6 F] ja kolumbiit [(Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6], mis koosnevad niobaadist, tantalaadist, rauast ja mangaanist. Pürokloori esineb tavaliselt karbonaatides ja aluselistest kivimitest saadud pegmatiidis, tavaliselt koos tsirkooniumi, titaani, tooriumi, uraani ja haruldaste muldmetallide mineraalidega. Kolbiiti leidub tavaliselt pealetükkivas pegmatiidis ja biotiidis ning aluselistes graniitides. Kuna enamik selliseid maardlaid on väikesed ja ebaühtlaselt jaotunud, kaevandatakse neid tavaliselt teiste metallide kõrvalsaadusena.
Brasiilia Minas Gerais ja Goiás osariikides ning Kanadas Quebecis Saint Honoré's asuvad suured pürokloro miinid. Suuri kolbiidimaardlaid leidub Nigeerias ja Kongos (Kinshasa); samuti saadakse kolumbiidikontsentraadid Nigeeria tina kaevandamise kõrvalsaadustena.
Kaevandamine ja kontsentreerimine
Ülekoormatud ja maagi materjalide muutunud ja lagunenud olemuse tõttu kaevandatakse Brasiilia maardlaid avatud kaevu meetodil. Maak jagatakse üldiselt plokkideks ja töödeldakse rippimise, buldoosimise, laadimise ja transportimise teel. Kaevandamisel Quebecis järgitakse maa-aluseid meetodeid.
Maagi kontsentreerimine toimub peenestamise ja jahvatamise teel, magnetiidi eraldamise teel magnetiidi eemaldamiseks ning seejärel eraldamise ja flotatsiooni eraldamisega.
Ekstraheerimine ja rafineerimine
Ferroniobium
Pürokloori kontsentraadid redutseeritakse tavaliselt aluminotermilisel protsessil ferroniobiumiks. Selle protsessi käigus segatakse kontsentraat pöörlevas segistis hematiidi (rauamaagi), alumiiniumipulbri ning väikestes kogustes fluoriidi ja lubjavoogudega ning laaditakse seejärel magnesiidist tulekindlate tellistega vooderdatud terasnõudesse. Siin asetatakse laeng ümmargustesse nõgusatesse šahtidesse, mis on valmistatud lubja, fluoriidi ja ränidioksiidi liiva segust, ja redutseerimine käivitatakse alumiiniumipulbri ja naatriumkloraadi või baariumperoksiidi segu süttimisel. Eksotermiline reaktsioon kestab umbes 15 kuni 30 minutit ja temperatuur ulatub umbes 2400 ° C (4350 ° F). Suurem osa kontsentraadis sisalduvatest ebapiisavatest lisanditest, sealhulgas kõik tooriumi- ja uraanoksiidid, sisenevad sula räbu. Kui reaktsioon on lõppenud, eemaldatakse räbu ja anum tõstetakse, jättes metalli liivas tahkuma. Seejärel purustatakse ferroniobiumi sulam turustamiseks 10 millimeetristeks osakesteks (umbes kolm kaheksandikku tollist). Selle sulami sisaldus on 62–69 protsenti nioobiumi, 29–30 protsenti rauda, 2 protsenti räni ja 1–3 protsenti alumiiniumi.
