3.6.3 Металургія ніобію

                Руди ніобію – як правило, комплексні і збіднені Nb, хоча їх запаси набагато перевершують запаси руд Та. Рудні концентрати містять Nb2О5: пірохлорові - не менше 37%, лопаритові - 8%, колумбітові - 30-60%. Велику їх частину переробляють алюміно- або силікотермічним відновленням на фероніобій (40-60% Nb) й феротанталоніобій. Металевий  ніобій отримують з рудних концентратів за складною технологією у три стадії: 1) розкриття концентрату, 2) розділення Nb і Та і отримання їх чистих хімічних сполук; 3) відновлення і рафінування металевого ніобію і його сплавів. Основні промислові методи виробництва ніобію і сплавів алюмінотермічний, натрієтермічний, карботермічний: з суміші Nb2О5 і сажі спочатку одержують при 1800°С в атмосфері водню карбід, потім з суміші карбіду і оксид  при 1800-1900°С у вакуумі - метал; для отримання сплавів ніобію у цю суміш додають оксиди легуючих металів; за іншим варіантом ніобій відновлюють при високій температурі у вакуумі безпосередньо з Nb2О5 сажею. Натрієтермічним способом ніобій відновлюють натрієм з К2NbF7, алюмінотермічним - алюмінієм з Nb2О5. Компактний метал (сплав) виробляють методами порошкової металургії, спікаючи спресовані з порошків штабки у вакуумі при 2300°С, або електронно-променевим і вакуумним дуговим плавленням; монокристали ніобію високої чистоти – безтигельним електронно-променевим зонним плавленням.

                Металевий ніобій можна отримати відновленням його   сполук, наприклад хлориду ніобію або фтор-ніобату калію, при високій температурі:

                 К2 NbF7  + 5Na → Nb + 2КF + 5NaF.             (3.81)

                Але перш ніж досягти цієї, по суті, останньої стадії виробництва, ніобієва руда проходить безліч етапів переробки. Перший з них – збагачення руди, отримання концентратів. Концентрат сплавляють з різними інгредієнтами: їдким натром або содою. Отриманий сплав вилуговують. Але розчиняється він не повністю. Нерозчинним осадом і є ніобій. Правда, він тут ще у складі гідроокису, не роздільний зі своїм аналогом за підгрупою - танталом - і не очищений від деяких домішок.

                До 1866 р. не було відомо жодного придатного для виробничих умов способу розділення танталу і ніобію. Перший метод розділення цих надзвичайно схожих елементів запропонував Жан Шарль Галіссар де Маріньяк. Метод базується на різній розчинності комплексних сполук цих металів і називається фторидним. Комплексний фторид    танталу нерозчинний у воді, а аналогічна сполука ніобію розчинна.

                Фторидний метод складний і не дозволяє повністю розділити ніобій і тантал. Тому в наші дні він майже не застосовується. На зміну йому прийшли методи виборчої екстракції, іонного обміну, ректифікації галогенідів та ін. Цими методами отримують оксид і хлорид п'ятивалентного ніобію. Після розділення ніобію і танталу йде основна операція – відновлення. П'ятиокис ніобію Nb2O5 відновлюють алюмінієм, натрієм, сажею або карбідом ніобію, отриманим при взаємодії Nb2O5 з вуглецем; пентахлорид ніобію відновлюють металевим натрієм або амальгамою натрію. Так отримують порошкоподібний ніобій, який потрібно потім перетворити на моноліт, зробити пластичним, компактним, придатним для обробки. Як і інші тугоплавкі метали, ніобій-моноліт отримують методами порошкової металургії, суть якої полягає у такому.

                З отриманого металевого порошку під великим тиском (1 т/см2) пресують так звані штабки прямокутної або квадратної форми. У вакуумі при 2300°С ці штабки спікають, сполучають у прутки, які плавлять у вакуумних дугових печах, причому прутки у цих печах виконують роль електрода. Такий процес називається плавкою з електродом, що витрачається. Багатокристалічний пластичний ніобій отримують методом безтигельного зонного електронно-променевого плавлення. Суть його в тому, що на порошкоподібний ніобій (операції пресування і спікання виключені) спрямовують могутній пучок електронів, який плавить порошок. Краплі металу стікають на ніобієвий злиток, який поступово росте і виводиться з робочої камери.