Zpracování niobu

Zpracování niobu, příprava niobové rudy pro použití v různých výrobcích.

Niob (Nb) má kubickou (bcc) krystalickou strukturu orientovanou na tělo a teplotu tání 2 468 ° C (4 474 ° F). Ze žáruvzdorných kovů má nejnižší hustotu a nejlepší zpracovatelnost; z tohoto důvodu se v leteckém průmyslu často používají slitiny na bázi niobu. Vzhledem ke svému zpevňovacímu účinku při zvýšených teplotách je jeho hlavní komerční využití jako aditivum v ocelích a superslitinách. Jako supravodivé materiály se používají slitiny niob-titan a niob-cín.

Dějiny

Niobium objevil v roce 1801 anglický chemik Charles Hatchett. Protože Hatchettův minerální vzorek pocházel z Nové Anglie, pojmenoval ho Columbia (Cb), po Columbii, jiné jméno pro Ameriku. V 1844 Heinrich Rose, německý chemik, oznámil jeho objev elementu, který on jmenoval niob, po Niobe, mýtická dcera Tantalus (kdo podle pořadí dal jeho jméno k tantal, s kterým niob je často spojován v nerostech). Niobium bylo později prokázáno, že je stejným prvkem jako columbium, a niobium bylo přijato jako oficiální název Mezinárodní unií čisté a aplikované chemie v roce 1950.

V roce 1905 se W. von Boltonovi, německému chemikovi, podařilo vyrobit niob v čistém tažném stavu. Niob byl poprvé přidán do nástrojové oceli kolem roku 1925 a poprvé byl použit ke stabilizaci austenitické nerezové oceli v roce 1933. Zájem o přidání niobu k vysoce pevné nízkouhlíkové oceli (HSLA) lze vysledovat až v roce 1939 v FM Becket a R. Franks, který prokázal, že posílení niobu snížilo závislost na konvenčních tvrdidlech, jako je uhlík, mangan, chrom a molybden, čímž se zlepšila svařitelnost. V roce 1958 Norman F. Tisdale z Molybdenum Corporation of America přidal k uhlíkové oceli 0,01 až 0,034 procenta niobu jako rafinér zrna pro zlepšení houževnatosti. Vývoj niobových slitin pro letecký průmysl začal koncem padesátých let.

Ores

Niob se vyskytuje většinou jako oxid a má silnou geochemickou koherenci s tantalem. Hlavní minerály niobu jsou pyrochlore [(Na, Ca) ₂ Nb ₂ O ₆ F] a columbite [(Fe, Mn) (Nb, Ta) ₂ O ₆], která se skládá z niobičnanu, tantalate, železa a manganu. Pyrochlor se vyskytuje obvykle v karbonatitech a v pegmatitu odvozeném od alkalických hornin, obvykle ve spojení s zirkoniem, titanem, thiem, uranem a minerály vzácných zemin. Columbit se obvykle vyskytuje v rušivém pegmatitu a biotitu a v alkalických granitech. Protože je však většina těchto ložisek malá a nepravidelně distribuovaná, těží se obvykle jako vedlejší produkt jiných kovů.

V brazilských státech Minas Gerais a Goiás a v Saint Honoré v Quebecu v Kanadě jsou velké pyrochlorické doly. Velká ložiska kolumbitu se nacházejí v Nigérii a Kongu (Kinshasa); Kolumbitové koncentráty se také získávají jako vedlejší produkty těžby cínu v Nigérii.

Těžba a soustředění

Vzhledem ke změněné a rozložené povaze přetížených a rudních materiálů se brazilská ložiska těží metodou open-pit. Ruda se obvykle dělí na bloky a zpracovává se ripováním, buldozováním, nakládkou a přepravou. Těžba v Quebecu se řídí podzemními metodami.

Koncentrace rudy se provádí drcením a rozemletím, magnetickou separací, aby se odstranil magnetit, a potom oddělováním a flotační separací.

Těžba a rafinace

Ferroniobium

Koncentráty pyrochlorů se běžně redukují na ferroniob prostřednictvím aluminotermického procesu. Při tomto postupu se koncentrát smíchá s hematitem (železnou rudou), hliníkovým práškem a malými množstvími fluoritových a vápenatých toků v rotačním mixéru a potom se vyloží do ocelových nádob obložených magnezitovými žárovzdornými cihlami. Zde se vsázka vloží do kruhových konkávních jímek vyrobených ze směsi vápna, fluoritu a křemičitého písku a redukce se zahájí zapálením směsi hliníkového prášku a chlorečnanu sodného nebo peroxidu barnatého. Exotermická reakce trvá asi 15 až 30 minut a teplota dosáhne asi 2 400 ° C (4 350 ° F). Většina nečistot z gangu z koncentrátu, včetně všech oxidů thoria a uranu, vstupuje do roztavené strusky. Po dokončení reakce je struska odpuštěna a nádoba je zvednuta, přičemž kov ponechává tuhnout v písku. Slitina ferroniobu se poté rozmělní na velikost částic 10 milimetrů (asi tři osminy palce) pro marketing. Obsah této slitiny je 62–69% niobu, 29–30% železa, 2% křemíku a 1–3% hliníku.