Месторождения ниобия

Основные области применения ниобия — ракетостроение, космическая и авиационная техника, атомная энергетика, радиотехника, электроника и химическая промышленность.

Ниобий (Nb) — редкий блестящий металл серебристо-серого цвета. Элемент таблицы Менделеева с атомным номером 41. Не встречается в природе в чистом виде. Обладает такими ценными свойствами, как тугоплавкость, коррозионная стойкость, малое сечение захвата тепловых нейтронов, способность образовывать сверхпроводящие и жаропрочные свойства, низкая работа выхода электронов, хорошие обрабатываемость давлением на холоде и свариваемость. 

На территории Красноярского края расположены три месторождения ниобиевых руд — Татарское в Мотыгинском районе, уникальное Чуктуконское редкометальное месторождение в Нижнем Приангарье и ниобий-редкие земли на Кийском рудопроявлении в районе Енисейска. 

Прогнозные ресурсы Татарского месторождения — 73 тыс. тонн пятиокиси ниобия. Ресурсы Чуктуконского месторождения оцениваются в 1 357 тыс. тонн. По Кийскому рудопроявлению нет утвержденных запасов. Чуктуконское месторождения является объектом первоочередного изучения, однако здесь не решен вопрос по обогащению руд. 

Элемент № 41 был открыт дважды. В 1801 г. английский ученый Чарльз Хатчет исследовал образец минерала, присланного в Британский музей из Америки. Из этого минерала он выделил окисел не известного прежде элемента. Новый элемент Хатчет назвал колумбием, отмечая тем самым его заокеанское происхождение. А черный минерал получил название «колумбит». 

Через год шведский химик Экеберг выделил из колумбита окисел еще одного нового элемента, названного танталом. Сходство соединений колумбия и тантала было так велико, что в течение 40 лет большинство химиков считало, что тантал и колумбий — один и тот же элемент.

В 1844 г. немецкий химик Генрих Розе исследовал образцы колумбита, найденные в Баварии. Он вновь обнаружил окислы двух металлов. Один из них был окислом известного уже тантала. Окислы были похожи, и, подчеркивая их сходство, Розе назвал элемент, образующий второй окисел, ниобием — по имени Ниобы, дочери мифологического мученика Тантала.

Металлический ниобий был впервые получен лишь в 1866 г. шведским ученым Бломстрандом при восстановлении хлорида ниобия водородом. В конце XIX в. были найдены еще два способа получения этого элемента. Сначала Муассан получил его в электропечи, восстанавливая окись ниобия углеродом, а затем Гольдшмидт сумел восстановить тот же элемент алюминием.

Называть элемент № 41 в разных странах продолжали по-разному: в Англии и США — колумбием, в остальных странах — ниобием. В 1950 г. по решению Международного союза чистой и прикладной химии было повсеместно узаконено название элемента «ниобий», а за основным минералом ниобия так и закрепилось наименование «колумбит». Его формула (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂О₆.

В земной коре ниобия содержится 18 грамм на одну тонну. Ниобий никогда не встречается в самородном состоянии. Близкие химические свойства ниобия и тантала обусловливают совместное их нахождение в одних и тех же минералах и участие в общих геологических процессах.

Элементарный ниобий — чрезвычайно тугоплавкий (2 468 °C) и высококипящий (4 927 °C) металл, очень стойкий во многих агрессивных средах. На него не действует ни одна кислота, за исключением плавиковой. Кислоты-окислители «пассивируют» ниобий, покрывая его защитной окисной пленкой. Химическая активность ниобия повышается при высоких температурах.

Ниобий активно реагирует со многими неметаллами, с ним образуют соединения галогены, азот, водород, углерод, сера, однако самыми важными его соединениями являются соединения с другими металлами. Ниобий является одним из первых технически важных сверхпроводящих материалов, его сплавы и соединения используются для изготовления сверхпроводящих соленоидов, а также некоторых других важных технических устройств.

Ниобий обладает хорошей теплопроводностью и не взаимодействует с ураном при температуре до 1 100 °C, что обуславливает его востребованность в атомной промышленности.

Металлический ниобий получают из рудных концентратов путем их вскрытия, разделения ниобия и тантала, получения их чистых химических соединений, восстановления и рафинирования металлического ниобия и его сплавов. Как и другие тугоплавкие металлы, ниобий-монолит получают методами порошковой металлургии.

Широкое применение ниобий нашел в черной и цветной металлургии. Сталь, легированная ниобием, обладает хорошей коррозионной стойкостью, не теряя при этом своей пластичности. 

Хромо-марганцевой стали ниобий придает высокую износоустойчивость. Ниобием легируют и многие цветные металлы. Так, алюминий, легко растворяющийся в щелочах, не реагирует с ними, если в него добавлено всего 0,05 % ниобия. А медь, известную своей мягкостью, и многие ее сплавы ниобий словно закаляет. Он также увеличивает прочность таких металлов, как титан, молибден, цирконий, и одновременно повышает их жаростойкость и жаропрочность.

Свойства и возможности ниобия используются в авиационном и космическом строительстве, машиностроении, радиотехнической и химической промышленности, ядерной энергетике. 

Ниобий подходит для изготовления контейнеров для хранения радиоактивных отходов или установок по их использованию. В химической промышленности из ниобийсодержащих сплавов и реже из листового ниобия иногда делают аппаратуру для производства высокочистых кислот. 

Из ниобийсодержащих сплавов и чистого ниобия сделаны некоторые детали ракет и бортовой аппаратуры искусственных спутников Земли. 

Внешний вид и комплекс свойств ниобия используется в ювелирном деле и при производстве корпусов ручных часов: сплав ниобия с рением не только внешне похож на металлический иридий, но почти так же износостоек.

Ниобий применяют в криотронах — сверхпроводящих элементах вычислительных машин. Также ниобий использован в ускоряющих структурах большого адронного коллайдера.

В медицине  высокая коррозионная стойкость ниобия используется при производстве нитей.