Prelucrare cu azot

Prelucrarea cu azot, prepararea minereului de niobiu pentru utilizare în diverse produse.

Niobiul (Nb) are o structură cristalină cubică (bcc) centrată pe corp și un punct de topire de 2.468 ° C (4.474 ° F). Dintre metalele refractare, are cea mai mică densitate și cea mai bună capacitate de lucru; din acest motiv, aliajele pe bază de niobiu sunt adesea utilizate în aplicațiile aerospațiale. Datorită efectului său de întărire la temperaturi ridicate, utilizarea sa comercială principală este ca aditiv în oțeluri și supraalimente. Ca materiale supraconductoare se folosesc aliaje de niobiu-titan și niobiu-staniu.

Istorie

Niobiul a fost descoperit în 1801 de un chimist englez, Charles Hatchett. Deoarece proba minerală a lui Hatchett provenea din Noua Anglie, el a numit-o columbium (Cb), după Columbia, un alt nume pentru America. În 1844, Heinrich Rose, un chimist german, și-a anunțat descoperirea unui element pe care l-a numit niobiu, după Niobe, fiica mitică a Tantalului (care la rândul său și-a dat numele de tantal, cu care niobiul este adesea asociat în minerale). Niobiul s-a dovedit ulterior același element ca și columbul, iar niobiul a fost acceptat ca denumire oficială de către Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată în 1950.

În 1905, W. von Bolton, un chimist german, a reușit să producă niobiu într-o stare pură și ductilă. Niobiul a fost adăugat pentru prima dată la oțelul sculelor în jurul anului 1925 și a fost folosit pentru prima dată pentru a stabiliza oțelul inoxidabil austenitic în 1933. Interesul de a adăuga niobiu la oțel de înaltă rezistență cu aliaj scăzut (HSLA) poate fi urmărit la lucrările din 1939 ale FM Becket și R. Franks, care a demonstrat că întărirea cu niobiu a redus dependența de agenții de întărire convenționali, cum ar fi carbonul, manganul, cromul și molibdenul, îmbunătățind astfel sudabilitatea. În 1958 Norman F. Tisdale de la Molybdenum Corporation of America a adăugat 0,01–0,034 la sută niobiu la oțelul carbon ca rafinator de cereale pentru îmbunătățirea rezistenței. Dezvoltarea aliajelor pe bază de niobiu pentru aplicații aerospațiale a început la sfârșitul anilor '50.

minereurile

Niobiul apare mai ales ca oxid și are o coerență geochimică puternică cu tantalul. Mineralele majore de niobiu sunt pirochlore [(Na, Ca) ₂ Nb ₂ O ₆ F] și columbitul [(Fe, Mn) (Nb, Ta) ₂ O ₆], constând din niobate, tantalat, fier și mangan. Pyrochlore apare de obicei în carbonatite și în pegmatite derivate din roci alcaline, de obicei în asociere cu zirconiu, titan, toriu, uraniu și minerale de pământuri rare. Columbitul se găsește în mod normal în pegmatitul și biotitul intrusiv și în granitele alcaline. Cu toate acestea, având în vedere că majoritatea acestor depozite sunt mici și distribuite în mod eratic, acestea sunt de obicei exploatate ca un produs secundar al altor metale.

Există mari mine pirocloare în statele braziliene Minas Gerais și Goiás și la Saint Honoré, Quebec, Canada. Depozite mari de columbit se găsesc în Nigeria și Congo (Kinshasa); de asemenea, concentratele de columbit sunt obținute ca subproduse ale mineritului de staniu din Nigeria.

Minerit și concentrare

Datorită naturii modificate și descompuse a materialelor supraîncărcate și a minereurilor, zăcămintele braziliene sunt minate prin metoda „groapă” Minereul este în general împărțit în blocuri și prelucrat prin sfâșiere, buldozare, încărcare și transport. Mineritul din Quebec urmează metode subterane.

Concentrarea minereului se realizează prin zdrobire și șlefuire, separarea magnetică pentru a îndepărta magnetita, apoi deslimarea și separarea flotării.

Extracție și rafinare

Feroniobiu

Concentratele de piroclor sunt reduse în mod obișnuit la ferroniobiu printr-un proces aluminotermic. În acest proces, concentratul este amestecat cu hematit (un minereu de fier), pulbere de aluminiu și cantități mici de fluorpar și fluxuri de var într-un mixer rotativ și apoi descărcat în containere de oțel captusite cu cărămizi refractare de magnezit. Aici încărcarea este plasată în gropi circulare concave, formate dintr-un amestec de var, fluor și nisip de silice, iar reducerea este inițiată prin aprinderea unui amestec de pulbere de aluminiu și clorat de sodiu sau peroxid de bariu. Reacția exotermă durează aproximativ 15 până la 30 minute, iar temperatura atinge aproximativ 2.400 ° C (4.350 ° F). Cele mai multe impurități gangue din concentrat, inclusiv toți și oxizii de uraniu, intră în zgura topită. Când reacția este terminată, zgură este golită și vasul este ridicat, lăsând metalul să se solidifice în nisip. Aliatul de ferroniobiu este apoi zdrobit până la dimensiuni de particule de 10 milimetri (aproximativ trei optimi de centimetru) pentru comercializare. Conținutul acestui aliaj este de 62–69 la sută niobiu, 29-30 la sută fier, 2 la sută siliciu și 1-3 la sută aluminiu.