Факультет

Студентам

Посетителям

Ниобий и тантал

Эти два исключительно тугоплавких металла обычно находятся рядом в месторождениях, и у них часто одна область применения.

Ниобий — металл серовато-белого цвета, тугоплавкий (температура плавления 2469 °С, кипения — 4842 °С), твердый, ковкий, тягучий, легко растягивающийся в тонкую проволоку. Добавка ниобия к стали и сплавам повышает их прочность и пластичность в условиях высоких температур. Впервые ниобий стали использовать в качестве легирующей добавки в 1925 г. (США). Сплав ниобия с алюминием или с хромом отличается кислотоустойчивостью и большой твердостью, а сплавы его с железом или никелем применяются в производстве высокопрочных материалов, идущих на изготовление деталей ракетных и турбореактивных двигателей, судовых винтов. Из ниобия и жаропрочного ниобиево-циркониевого сплава изготавливают оборудование для атомных реакторов, контейнеров для хранения радиоактивных материалов. Ниобий применяется и в хирургии.

Тантал — светло-серый металл с синеватым оттенком, тугоплавкий (температура плавления 2996 °С, в чем уступает только вольфраму и рению; температура кипения — 5300 °С), кислотоупорный, тягучий и ковкий. При термической обработке приобретает высокую твердость. Обладает свойством пропускать электрический ток только в одном направлении (применяется в выпрямителях переменного тока). Из тантала и его сплавов изготавливают режущие инструменты, нержавеющие части машин, волоски ламп накаливания, детали электронных ламп, фильеры для протяжки целлюлозных нитей, покрытия внутренних стенок реакторов, лабораторную посуду (вместо платиновой). Тантал применяется в хирургии для замены поврежденных суставов, костных тканей черепа и для скрепления сухожилий.

Сплавы ниобия с цирконием и танталом, благодаря их термостойкости — материалы для изготовления корпусов космических кораблей, ракет, управляемых снарядов. А сплавы тантала (90 %) с вольфрамом (10 %), выдерживающие температурный режим до 2500—3000 °С, применяются для производства выхлопных труб, форсунок, деталей систем газового контроля и других узлов космических кораблей. Тантал, подобно ниобию, отличается сверхпроводимостью и используется в электронных приборах — переключателях ЭВМ.

Карбиды тантала и ниобия приближаются по твердости к алмазу и обладают чрезвычайно высокой тугоплавкостью. Самые тугоплавкие из всех веществ на Земле сегодня — это твердый раствор карбидов тантала и гафния, температура плавления которого 4215 °С! Благодаря своим свойствам и внешней красоте тантал в ювелирных изделиях иногда заменяет платину (но тантал в 15 раз дешевле). Он идет на изготовление часов, браслетов. Международное бюро мер и весов во Франции и Бюро стандартов в США теперь используют тантал вместо платины для изготовления эталонов высокой точности.

В природе известно около 120 минералов, содержащих ниобий и тантал, но только некоторые из них являются промышленными: ниобий добывается из колумбита (до 77 % пентоксида ниобия, есть тантал), лопарита (11 % пентоксида ииобия), пирохрола (до 65 % пентоксида ниобия и 5 % тантала); тантал из танталита (до 84 % пентоксида тантала). Все эти минералы очень сложные оксиды.

В середине XVII в. в бассейне р. Колумбии (Северная Америка) был найден образец тяжелого черного минерала с золотистыми прожилками слюды, который вместе с другими штуфами минералов и горных пород был отправлен в знаменитый Британский музей. Полтора века он пролежал в витрине с этикеткой «железная руда». И только в 1801 г. английский химик Ч. Хатчет заинтересовался этим образцом, сделал его химический анализ и, наряду с другими известными, выделил в нем совершенно незнакомый новый элемент, назвав его колумбием (в честь реки, из долины которой он был доставлен). А спустя год, в 1802 г., шведский исследователь А. Экеберг в одном из минералов из Скандинавских гор нашел новый элемент, назвав его в честь фригийского царя Тантала танталом. Название это как бы символизирует муки химиков, тщетно пытавшихся растворить этот элемент в кислотах («танталовы муки»). В чистом виде тантал получен в 1903 г. немецким химиком В. фон Болтоном и тогда же стал использоваться в качестве нитей накаливания в электроосветительных приборах, а в 1902 г. в США был получен первый промышленный тантал (мировая добыча тогда составила всего несколько граммов).

В 1844 г. немецкий химик Г. Розе доказал, что минерал колумбит содержит два элемента-близнеца: и тантал, и колумбий, причем последнему он присвоил имя ниобий (Ниоба в древнегреческой мифологии дочь Тантала, богиня сомнений и страданий). Но еще долгое время в одних странах этот элемент именовали ниобием, а в других — колумбием и лишь после решения Международного союза чистой и прикладной химии в 1950 г. было четко определено название — ниобий. Название минерала пирохлор происходит от греческого «пир» — огонь и «хлорос» — зеленый, связано с приобретением им зеленой окраски после прокаливания; лопарит (по названию народности: саами или лопари) известен только в единственном районе мира — на Кольском полуострове.

Ниобий и тантал чаще связаны с кислыми — гранитными магматическими породами. Их коренные месторождения обычно приурочены к пегматитам или пневматолито-гидротермальным образованиям. Но часто их минералы накапливаются в аллювиальных россыпях (касситерит-танталовых, колумбитовых).

Общие запасы пентоксида ниобия в 11 развитых капиталистических и развивающихся странах, по данным на 1987 г., оцениваются в 15 млн. т, подтвержденные составляют треть от общих. Большая часть запасов размещена в Бразилии (около 13 млн. т общих и 4,8 млн. т подтвержденных).

Общие запасы пентоксида тантала на 1987 г. в этой же группе стран в недрах 15 государств оцениваются в 150 тыс. т, подтвержденные также составляют треть общих. Главные запасы Лантала размещены в Канаде (22 тыс. т), Бразилии (2 тыс. т), Австралии (21 тыс. т), Египте (около 19 тыс. т).

Запасы ниобия и тантала в Бразилии сосредоточены в уникальном тантало-ниобиевом месторождении Араша (верховье р. Риу-Гранди), в крупном бериллиево-танталовом месторождении Тапира. В Канаде известностью пользуются крупные ниобиевые и тантало-ниобиевые месторождения Ока (Квебек), Сент-Оноре (Онтарио). Крупные танталовые месторождения размещены в Австралии, Мозамбике и Таиланде.

Производство ниобиевых концентратов в 1986 г. (в пересчете на металл) в 10 развитых капиталистических и развивающихся странах составляло 15 тыс. т, из них большая часть приходится на Бразилию — 12,7 тыс. т и Канаду — 2,2 тыс. т, производство танталовых концентратов (в пересчете на металл) в 14 странах достигла 0,45 тыс. т. Из них значительная часть приходится на долю Таиланда, Австралии и Бразилии.

Оба металла дорогие. Так, на капиталистическом рынке цена 1 т металлического ниобия составляет примерно 15—20 тыс. дол., а металлического тантала даже 80—200 тыс. дол.

Источник: В.Д. Войлошников, Н.А. Войлошникова. Книга о полезных ископаемых. Издательство «Недра». Москва. 1991

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: