نیوبیوم

 

نیوبیوم یک فلز انتقالی و به رنگ نقره ای روشن، بلوری و شکل پذیر است. نوع خالص این ماده دارای درجه سختی مشابه تیتانیوم خالص است، و دارای شکل پذیری مشابه آهن است. نیوبیوم در جو زمین بسیار آهسته اکسید می شود، از این رو کاربرد آن در جواهرات به عنوان یک جایگزین ضد آلرژی برای نیکل است.

 

نیوبیوم اغلب در مواد معدنی پیروکلر و کلمبیت یافت می شود، از این رو نام قبلی آن “کلمبیوم” است. نام آن از اساطیر یونان، به طور خاص نیوبه، که دختر تانتالوس می باشد، گرفته شده است.

 

نیوبیوم تاریخچه پیچیده ای دارد. جان وینتروپ در سال ۱۷۳۴ میلادی سنگ معدنی را در ماساچوست کشف و به انگلیس ارسال کرد. این ماده معدنی سال ها در مجموعه موزه بریتانیا قرار داشت تا اینکه در سال ۱۸۰۱ توسط چارلز هاچت مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

 

وی عنصر جدیدی در سنگ معدن کشف کرد و نام آن را کلمبیوم به نام کلمبیا، نام شاعرانه آمریکا قرار داد. در سال ۱۸۰۹، ویلیام هاید ولاستون، یک شیمی دان انگلیسی کلمبیت را با یک ماده معدنی دیگر، تانتالیت مقایسه کرد و اعلام کرد که کلمبیوم در واقع عنصر تانتالوم است. این دو عنصر بسیار شبیه به هم هستند، همیشه در کنار هم یافت می شوند و جداسازی آنها دشوار است.

 

 

خواص و مشخصات شناسایی نیوبیوم

 

خواص  مشخصات
شکل فیزیکی                                                              فلز نقره ای براق فرمول شیمیایی                                                                        ۴۱Nb
دانسیته                                                                         (g/cm۳)۸.۵۷ وزن اتمی استاندارد                                                            ۹۲.۹۰۶
نقطه ذوب                                                                            (۰C)2477 شماره (CAS No)                                                             ۷۴۴۰-۰۳-۱
نقطه جوش                                                                          (۰C)4744 ساختار کریستالی                                                       مکعبی (bcc)

 

تولید نیوبیوم

 

پس از جدایی از سایر مواد معدنی، اکسیدهای مخلوط تانتالوم Ta۲O۵ و نیوبیم Nb۲O۵ بدست می آید. اولین مرحله در پردازش، واکنش اکسیدها با اسید هیدروفلوئوریک است:

 

Ta۲O۵ + ۱۴HF → ۲H۲[TaF۷] + ۵H۲O

 

Nb۲O۵ + ۱۰HF → ۲H۲[NbOF۵] + ۳H۲O

 

اولین جداسازی در مقیاس صنعتی، توسعه یافته توسط de Marignac، از حلالیت های مختلف فلوریدهای پیچیده نیوبیم و تانتالیم، مونوهیدرات دی اکسید پتاسیم اکسیپنتافلورونیوبات و هپتافلوروتانالاتالات دی پتاسیم در آب بهره برداری می کند.

 

در فرآیندهای جدید از استخراج مایع فلوریدها از محلول آبی توسط حلال های آلی مانند سیکلوهگزانون استفاده می شود. فلوریدهای پیچیده نیوبیوم و تانتالیم، جدا از حلال آلی، با آب استخراج می شوند و یا با افزودن فلوراید پتاسیم رسوب می کنند تا یک مجموعه فلوراید پتاسیم تولید کنند، یا با آمونیاک به عنوان پنتا اکسید رسوب می کنند:

 

H۲[NbOF۵] + ۲KF → K۲[NbOF۵]↓ + ۲HF

به دنبال:

 

 ۲H۲[NbOF۵] + ۱۰NH۴OH → Nb۲O۵↓ + ۱۰NH۴F + 7H۲O

 

کاهش نیوبیوم:

 

روش های مختلفی برای کاهش نیوبیوم فلزی استفاده می شود. الکترولیز مخلوط مذاب K۲ [NbOF۵] و کلرید سدیم یکی از آنها است و دیگری کاهش فلوراید با سدیم است. با این روش می توان یک نیوبیوم با خلوص نسبتاً بالا بدست آورد.

 

در تولید نیوبیم در مقیاس بزرگ، Nb۲O۵ به وسیله هیدروژن یا کربن کاهش می یابد. در واکنش آلومینوترمی، مخلوطی از اکسید آهن و اکسید نیوبیم با استفاده از آلومینیوم واکنش می دهد:

 

 ۳Nb۲O۵ + Fe۲O۳ + ۱۲Al → ۶Nb + 2Fe + 6Al۲O۳

 

مقادیر کمی اکسید کننده مانند نیترات سدیم برای افزایش واکنش اضافه می شود. نتیجه اکسید آلومینیوم و فرونیوبیوم  آلیاژ آهن و نیوبیوم است که در تولید فولاد استفاده می شود. فرونیوبیوم حاوی ۶۰ تا ۷۰٪ نیوبیوم است.

 

بدون اکسید آهن، فرآیند آلومینوترمی برای تولید نیوبیوم استفاده می شود. تصفیه بیشتر برای رسیدن به درجه آلیاژهای ابررسانا لازم است. ذوب پرتوی الکترونی در خلاء، روشی است که توسط دو توزیع کننده عمده نیوبیوم استفاده می شود. از سال ۲۰۱۳، CBMM برزیل ۸۵ درصد از تولید نیوبیوم در جهان را کنترل کرده است.

 

کاربردهای نیوبیوم

 

کاربردهای نیوبیوم

 

از ۴۴ هزار و ۵۰۰ تن نیوبیم استخراج شده در سال ۲۰۰۶، تخمین زده می شود که ۹۰ درصد آن در فولاد سازه ای درجه بالا استفاده شده باشد. دومین کاربرد بزرگ، در تولید سوپرآلیاژهای می باشد. ابررساناها و اجزای الکترونیکی آلیاژهای نیوبیوم، سهم بسیار کمی از تولید جهان را تشکیل می دهند.

 

نیوبیم یک عنصر ریز آلیاژی موثر برای فولاد است که در آن کاربید نیوبیم و نیترید نیوبیم ایجاد می کند. این ترکیبات تصفیه دانه را بهبود بخشیده و تبلور مجدد و سخت شدن رسوب را عقب می اندازند. این تأثیرات به نوبه خود مقاومت، شکل پذیری و قابلیت جوشکاری را افزایش می دهد.

 

در داخل فولادهای ضد زنگ میکروآلیاژی، محتوای نیوبیوم مقدار کمی (کمتر از ۰.۱٪ ) می باشد، اما مهم، فولادهای کم آلیاژ با مقاومت بالا است که به طور گسترده ای از نظر ساختاری در اتومبیل های مدرن استفاده می شود. همین آلیاژهای نیوبیم اغلب در ساخت خط لوله نیز استفاده می شوند. نیوبیوم کاربردهای دیگری در مواردی مانند الکتروسرامیک ها و داروسازی را نیز دارد.

 

ایمنی در هنگام کاربرد!

 

ایمنی در هنگام کاربرد نیوبیم

 

نیوبیوم هیچ نقش بیولوژیکی شناخته شده ای ندارد. در حالی که گرد و غبار نیوبیوم یک ماده تحریک کننده چشم و پوست است و خطر احتمالی آتش سوزی دارد. نیوبیم خالص در مقیاس بزرگتر از نظر فیزیولوژیکی بی اثر و در نتیجه ضد حساسیت و بی ضرر است. این ماده اغلب در جواهرات استفاده می شود و برای استفاده در برخی از ایمپلنت های پزشکی آزمایش شده است.

 

ترکیبات حاوی نیوبیم به ندرت در اکثر افراد مشاهده می شود، اما برخی از آنها سمی هستند و لازم است که با احتیاط استفاده شوند. قرار گرفتن در معرض کوتاه مدت و طولانی مدت نیوبات و کلرید نیوبیوم، دو ماده شیمیایی محلول در آب، در موش آزمایش شده است.

 

موش هایی که با یک بار تزریق پنتاکلرید نیوبیوم یا نیوبات ها تحت درمان قرار گرفته اند، یک دوز کشنده متوسط (LD50) را بین ۱۰ تا ۱۰۰ میلی گرم در کیلوگرم نشان می دهند. این ماده برای تجویز خوراکی سمیت کمتری دارد.

 

منابع:

۱)   www.en.wikipedia.org

۲) www.livescience.com

 

جهت جستجوی این محصول اینجا جستجو کنید.

خرید محصولات از این سایت تحت گارانتی دکتر شاهرضایی می باشد.