Нио́бий (лат.Niobium; обозначается символом Nb, устаревшее название колумбий) — элемент5-й группы, четвёртого периода периодической системы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы пятой группы, V-B) с атомным номером 41. Как простое вещество ниобий представляет собой блестящий переходныйметалл серебристо-серого цвета с кубической объёмноцентрированной кристаллической решёткой. Для ниобия известны изотопы с массовыми числами от 81 до 113.
Ниобий открыл в 1801 году английский учёный Чарльз Хэтчетт в минерале, присланном ещё в 1734 году в Британский музей из штата Массачусетс Джоном Уинтропом. Минерал назвали колумбитом, а химический элемент получил название «колумбий» (Cb) в честь страны, откуда получили образец минерала. В 1802 году А. Г. Экеберг открыл тантал, который совпадал с ниобием практически по всем химическим свойствам, и поэтому долгое время считалось, что это один и тот же элемент. И лишь в 1844 году немецкий химик Генрих Розе установил, что это отличный от тантала элемент и переименовал его в «ниобий» в честь дочери ТанталаНиобы, чем подчеркнул родственное сходство между элементами.
Минералы колумбит и танталит, содержащие ниобий, редки. Это является одной из главных причин сравнительно ограниченного применения ниобия и его соединений, несмотря на то, что ниобий отличается исключительными техническими качествами...[3]
— Пётр Таубе, «От водорода до... нобелия?», 1957
Стали, содержащие от 1 до 5 % ниобия, отличаются исключительной жаростойкостью и применяются для устройства котлов высокого давления и реактивных двигателей.[3]
— Пётр Таубе, «От водорода до... нобелия?», 1957
...ещё одно интересное <...> свойство чистого ниобия: он очень хорошо поглощает водород при обычной температуре. 1 г ниобия поглощает более 100 куб. см газа. Впитывает его, как губка.[3]
— Пётр Таубе, «От водорода до... нобелия?», 1957
В связи с нехваткой серебра в США предлагается замена этого металла на ниобий при изготовлении металлических денег.[4]
Ниобиевые нити не вызывают раздражения живой ткани и хорошо сращиваются с ней. Восстановительная хирургия успешно использует такие нити для сшивания порванных сухожилий...[5]
...сплав ниобия с рением не только внешне похож на металлический иридий, но почти так же износостоек. Это позволило некоторым странам обходиться без дорогого иридия в производстве напаек для перьев авторучек.[5]
...в течение многих десятилетий время и внимание учёных занимали не только и не столько свойства и способы получения этого элемента, сколько приоритетные распри на тему «кто сказал: а».[6]
— Леонид Элькинд, Татьяна Лобанова, «Ниобий, элемент, открытый дважды», 1968
Элементарный ниобий ― чрезвычайно тугоплавкий (2468°C) и высококипящий (4927°C) металл, не изменяющийся во многих агрессивных средах. Все кислоты, за исключением плавиковой, не действуют на него.[6]
— Леонид Элькинд, Татьяна Лобанова, «Ниобий, элемент, открытый дважды», 1968
Многие физические свойства ниобия и его окиси практически совпадают.[6]
— Леонид Элькинд, Татьяна Лобанова, «Ниобий, элемент, открытый дважды», 1968
...жидкие щелочные металлы, висмут, свинец, олово могут свободно циркулировать по ниобиевым трубам, абсолютно не взаимодействуя с ними. Это свойство ниобия весьма выгодно для атомной техники, так как именно эти металлы часто выполняют функции теплоносителей в ядерных реакторах.[6]
— Леонид Элькинд, Татьяна Лобанова, «Ниобий, элемент, открытый дважды», 1968
...в 1961 году американский физик Кунцлер, исследуя сплав ниобия с оловом, обнаруживает совершенно фантастические сверхпроводящие свойства этого соединения.[7]
Первый сверхпроводящий сплав, сохраняющий свои свойства при напряжённости поля в несколько десятков тысяч эрстед, ― сплав ниобия с оловом ― был открыт в шестидесятых годах. Новые сплавы ниобия с добавками циркония, титана, ванадия уже выдерживают 120-150 тысяч эрстед...[8]
— Юрий Апгалян, «Погоня за эрстедами», 1970
Электрические свойства ниобия выше всех похвал, но прочность его чрезвычайно мала. Комбинированный материал из карбида ниобия и ниобия воплощает в себе только положительные их качества.[9]
Заменители ниобия ― ванадий и молибден ― являются менее эффективными и, как правило, более дорогими.[11]
— Ниобиевая сталь для качественных труб, 2004
Потребление ниобия в России на душу населения в 10-30 раз ниже, чем в других развитых странах.[11]
— Ниобиевая сталь для качественных труб, 2004
Странно, но тантал и ниобий стали причиной стольких бед именно из-за «общедоступности» колтана. <...> Любой простолюдин с лопатой и крепкой спиной мог накопать в речных руслах целые килограммы руды (она выглядит как густая грязь).[12]
...ниобий и тантал используют для производства электролитических конденсаторов высокой удельной ёмкости (однако последний позволяет производить более качественные конденсаторы).[13]
— Мария Сапрыкина, Татьяна Здорик, «Непознанное царство минералов», 2014
Ниобий в научной и научно-популярной литературе[править]
Большинство минералов, содержащих иттрий, представляются близкими к комплексным солям. Наиболее важны силикаты, из которых чаще других встречается гадолинит ― основная ортокремневая соль железа, бериллия и иттрия. Кроме силикатов находят смеси танталатов, ниобатов, фосфатов, уранатов и флюоридов.[14]
— Н. Я., «Иттрий в земной коре», 1923
Лишь второстепенные (по количеству) минералы, да и то не во всех типах пегматитов, существенно отличаются по составу, так как содержат в себе ценные редкие химические элементы, часто в ассоциации с минералами, содержащими летучие компоненты. Так, например, в гранитных пегматитах в дополнение к главнейшим породообразующим минералам (полевые шпаты, кварц, слюды) наблюдаются фтор- и борсодержащие соединения (топаз, турмалин), минералы бериллия (берилл), лития (литиевые слюды), иногда редких земель, ниобия, тантала, олова, вольфрама и др.[15]
Насколько ниобий «трудный» металл для техники, можно судить хотя бы по такому факту. Обнаружили элемент в 1801 г., а выделили в чистом виде лишь в 1907 г. Сто лет понадобилось, чтобы разработать метод получения.
Наконец, ещё одно интересное <...> свойство чистого ниобия: он очень хорошо поглощает водород при обычной температуре. 1 г ниобия поглощает более 100 куб. см газа. Впитывает его, как губка. Но такую «губку» можно «выжать» лишь при сильном нагревании. Даже при нагревании такого ниобия до 900°C каждый грамм его продолжает сохранять в себе 4 куб. см водорода.[3]
— Пётр Таубе, «От водорода до... нобелия?», 1957
В связи с нехваткой серебра в США предлагается замена этого металла на ниобий при изготовлении металлических денег. Ниобий по многим свойствам схож с серебром, но он более вязок, меньше истирается и не тускнеет при эксплуатации. Рыночная стоимость ниобия примерно такая же, как и серебра. Следовательно, цена металла в серебряных и ниобиевых монетах будет примерно равной.[4]
Интересными свойствами отличаются и бериллиды ― интерметаллические соединения бериллия с танталом, ниобием, цирконием и другими тугоплавкими металлами. Бериллиды обладают исключительной твёрдостью и стойкостью против окисления. Лучшей технической характеристикой бериллидов служит тот факт, что они могут проработать более 10 часов при температуре 1650°C.[16]
— Клара Капустинская, «Бериллий», 1967
С хромом и молибденом, ниобием и танталом вольфрам дает обычные (гомогенные) сплавы при любых соотношениях. Уже небольшие добавки вольфрама повышают твёрдость этих металлов и их устойчивость к окислению.[17]
Английский журнал «New Scientist» (1966, № 512) сообщил о получении еще восемнадцати сверхпроводящих сплавов с общей формулой А3В, где А ― хром, ванадий, титан, ниобий или молибден, а В ― осмий, иридий, платина, родий или золото. Некоторые из этих сплавов становятся сверхпроводниками уже при 15° абсолютной шкалы. Наиболее подробно описан сплав хрома и ниобия, обладающий характерной кристаллической структурой. Он переходит в состояние сверхпроводимости при 4,03° абсолютной шкалы. Получают этот сплав расплавлением смеси хрома с 99,999%-ным ниобием в среде аргона и гелия. После затвердевания сплав подвергается дополнительной термообработке.[18]
— Борис Горзев, «Ещё восемнадцать сверхпроводящих», 1967
Ниобий — тугоплавкий металл. Он плавится при 2415 градусах, кипит при 3300 градусах. Удельный вес его невелик — 8,6 г на кубический сантиметр. Прочность примерно соответствует прочности углеродистой стали. Он обладает средней химической активностью.
Ниобий в настоящее время служит в качестве легирующего элемента сталей. Его вводят в количестве 0,5–0,8 процента в хромоникелевые стали. Кроме того, в сплаве с танталом он используется в электровакуумной промышленности.[19]
Монокарбид ниобия NbC ― пластичный материал с характерным розоватым блеском. Это важное соединение довольно легко образуется при взаимодействии металлического ниобия с углеводородами. Сочетание хорошей ковкости и высокой термостойкости с приятными «внешними данными» сделало монокарбид ниобия ценным материалом для изготовления покрытий. Слой этого вещества толщиной всего 0,5 мм надежно защищает от коррозии при высоких температурах многие материалы, в частности графит, который другими покрытиями фактически незащитим. NbC используется и как конструкционный материал в ракетостроении и производстве турбин.[5]
Ниобий не только обладает комплексом нужных технике свойств, но и выглядит достаточно красиво. Этот белый блестящий металл ювелиры пытались использовать для изготовления корпусов ручных часов. Сплавы ниобия с вольфрамом или рением иногда заменяют благородные металлы: золото, платину, иридий. Последнее особенно важно, так как сплав ниобия с рением не только внешне похож на металлический иридий, но почти так же износостоек. Это позволило некоторым странам обходиться без дорогого иридия в производстве напаек для перьев авторучек.[5]
В конце двадцатых годов нашего века электро-и газосварка стали вытеснять клёпку и другие виды соединения узлов и деталей. <...> Но тут выяснилось, что при сварке нержавеющей стали сварной шов имеет намного меньшую прочность, чем сама сталь. Чтобы улучшить свойства шва, в «нержавейку» стали вводить различные добавки. Лучшей из них оказался ниобий и вот почему. Нержавеющей сталь делает добавка хрома, но при высокой температуре содержащиеся в стали хром и углерод взаимодействуют ― получается прочный, но хрупкий карбид хрома. Если же в стали есть ниобий, то при нагревании в реакцию с углеродом он вступает раньше хрома. Хром остается свободным и продолжает придавать стали высокие антикоррозионные свойства. Образовавшийся карбид ниобия упрочняет сталь, почти не меняя ее пластичности.[5]
Ниобий не случайно считается редким элементом, он действительно встречается не часто и в небольших количествах, причем всегда в виде минералов и никогда в самородном состоянии. Любопытная деталь: в разных справочных изданиях кларк (содержание в земной коре) ниобия разный. Это объясняется главным образом тем, что в последние годы в странах Африки <прежде всего, в Нигерии> найдены новые месторождения минералов, содержащих ниобий. <...> Но и последние цифры определенно занижены: африканские месторождения, открытые в последние годы, сюда не вошли. Тем не менее подсчитано, что из минералов уже известных месторождений можно выплавить примерно полтора миллиона тонн металлического ниобия.[5]
Высокая коррозионная стойкость ниобия позволила использовать его в медицине. Ниобиевые нити не вызывают раздражения живой ткани и хорошо сращиваются с ней. Восстановительная хирургия успешно использует такие нити для сшивания порванных сухожилий, кровеносных сосудов и даже нервов.[5]
С элементом, занимающим в менделеевской таблице сорок первую клетку, человечество знакомо 166 лет, но возраст его нынешнего названия ― ниобий ― почти на полстолетия меньше. Случилось так, что в течение многих десятилетий время и внимание ученых занимали не только и не столько свойства и способы получения этого элемента, сколько приоритетные распри на тему «кто сказал: а». А произошло это оттого, что элемент № 41 был открыт дважды. Первый раз это случилось в 1801 году. <...> Новый элемент Хатчет назвал Колумбией, отмечая тем самым его заокеанское происхождение. А чёрный минерал получил название колумбита. Через год шведский химик А. Экеберг выделил из колумбита окисел еще одного нового элемента, названного танталом. Сходство соединений колумбия и тантала было так велико, что в течение сорока лет большинство химиков считало: тантал и колумбий ― один и тот же элемент.[6]
— Леонид Элькинд, Татьяна Лобанова, «Ниобий, элемент, открытый дважды», 1968
Металлический ниобий был впервые получен лишь в 1866 году шведским ученым Бломстрадом при восстановлении хлорида ниобия водородом. В конце XIX века были найдены ещё два способа получения этого элемента. Сначала А. Муассан получил его в электропечи, восстанавливая окись ниобия углеродом, а затем Г. Гольдшмидт сумел восстановить тот же окисел алюминием. А называть элемент № 41 в разных странах продолжали по-разному: в Англии и США ― колумбием, в остальных странах ― ниобием.[6]
— Леонид Элькинд, Татьяна Лобанова, «Ниобий», 1968
Элементарный ниобий ― чрезвычайно тугоплавкий (2468°C) и высококипящий (4927°C) металл, не изменяющийся во многих агрессивных средах. Все кислоты, за исключением плавиковой, не действуют на него. Кислоты-окислители «пассивируют» ниобий, покрывая его защитной окисной пленкой (Nb2O5). Из-за этой пленки металлический ниобий не всегда проводит электрический ток. Но при высоких температурах химическая активность ниобия резко повышается. Если при 150-200° C окисляется лишь небольшой поверхностный слой металла, то при 900-1200° C толщина окисной пленки значительно увеличивается.[6]
— Леонид Элькинд, Татьяна Лобанова, «Ниобий», 1968
Характерно, что образование на поверхности металла окисной пленки большей или меньшей толщины практически не сказывается на пластических свойствах металла. Многие физические свойства ниобия и его окиси практически совпадают. Ниобий активно реагирует со многими неметаллами. С ним образуют соединения галогены, азот, водород, углерод, сера. А вот с металлами дело оказалось сложнее: многие из них не действуют на ниобий даже в расплавленном состоянии. Так, жидкие щелочные металлы, висмут, свинец, олово могут свободно циркулировать по ниобиевым трубам, абсолютно не взаимодействуя с ними. Это свойство ниобия весьма выгодно для атомной техники, так как именно эти металлы часто выполняют функции теплоносителей в ядерных реакторах.[6]
— Леонид Элькинд, Татьяна Лобанова, «Ниобий», 1968
Ниобий часто входит в состав двойных солей и комплексных соединений. Наиболее ярко эта склонность проявляется у фтористых соединений ниобия. Фторниобаты ― так называются эти двойные соли ― получаются, если в раствор ниобиевой и плавиковой кислот добавить фторид какого-либо металла. В зависимости от соотношения компонентов в растворе образуются комплексы различного состава. Рентгенометрический анализ одного из них показал строение, отвечающее формуле K2NbF7. Могут образоваться и оксосоединения ниобия, например оксофторниобат калия K2NbOF5•H2O.[6]
— Леонид Элькинд, Татьяна Лобанова, «Ниобий», 1968
Ниобий придает прочность и таким важным материалам, как титан, молибден, цирконий. Одновременно повышаются их жаростойкость и жаропрочность. <...>
Появлению легированного ниобия предшествовал довольно курьёзный случай. Американская фирма «Вестингхауз» отпустила партию якобы сверхчистого ниобия. Каково же было удивление заказчика, когда образцы металла не удалось подвергнуть обычной технологической проверке! В частности, этот металл по непонятным причинам не плавился при температурах выше 2500°C! Лабораторный анализ показал, что ниобий не был чист, в нем содержалась небольшая примесь циркония. Так был открыт сверхжаростойкий сплав Cb-1Zr.[6]
— Леонид Элькинд, Татьяна Лобанова, «Ниобий», 1968
Два метода были положены в основу работы <по выделению технеция>: один ― логический, метод исключения, другой ― широко применяемый химиками для разделения смесей метод «носителей», когда в раствор, содержащий, по-видимому, тот или иной элемент, «подсовывается» соединение этого элемента или другого ― сходного с ним по химическим свойствам. И если вещество-носитель выводится из смеси, оно уносит оттуда «родственные» атомы. В первую очередь исключили ниобий. Раствор выпарили и полученный осадок вновь растворили, на этот раз в гидроокиси калия. Некоторые элементы остались в нерастворенной части, но неизвестная активность перешла в раствор. И тогда к нему добавили ниобат калия, чтобы стабильный ниобий «увел» радиоактивный. Если, конечно, тот присутствовал в растворе. Ниобий ушёл ― активность осталась. Такому же испытанию подвергли цирконий.[20]
Первый сверхпроводящий сплав, сохраняющий свои свойства при напряжённости поля в несколько десятков тысяч эрстед, ― сплав ниобия с оловом ― был открыт в шестидесятых годах. Новые сплавы ниобия с добавками циркония, титана, ванадия уже выдерживают 120-150 тысяч эрстед, а сплав ванадия с галлием ― даже 500 тысяч.[8]
— Юрий Апгалян, «Погоня за эрстедами», 1970
Ниобием легируют и многие цветные металлы. Так, алюминий, легко растворяющийся в щелочах, не реагирует с ними, если в него добавлено всего 0,05% ниобия. А медь, известную своей мягкостью, и многие её сплавы ниобий словно закаляет. Он увеличивает прочность таких металлов, как титан, молибден, цирконий, и одновременно повышает их жаростойкость и жаропрочность.
Сейчас свойства и возможности ниобия по достоинству оценены авиацией, машиностроением, радиотехникой, химической промышленностью, ядерной энергетикой. Все они стали потребителями ниобия.[21]
— Популярная библиотека химических элементов. Том 1. Водород-Палладий, 1977
Уникальное свойство — отсутствие заметного взаимодействия ниобия с ураном при температуре до 1100°C и, кроме того, хорошая теплопроводность, небольшое эффективное сечение поглощения тепловых нейтронов сделали ниобий серьезным конкурентом признанных в атомной промышленности металлов — алюминия, бериллия и циркония. К тому же искусственная (наведенная) радиоактивность ниобия невелика. Поэтому из него можно делать контейнеры для хранения радиоактивных отходов или установки по их использованию.[21]
— Популярная библиотека химических элементов. Том 1, 1977
Химическая промышленность потребляет сравнительно немного ниобия, но это объясняется только его дефицитностью. Из ниобийсодержащих сплавов и реже из листового ниобия иногда делают аппаратуру для производства высокочистых кислот. Способность ниобия влиять на скорость некоторых химических реакций используется, например, при синтезе спирта из бутадиена. <...>
Из ниобийсодержащих сплавов и чистого ниобия сделаны некоторые детали ракет и бортовой аппаратуры искусственных спутников Земли.[21]
— Популярная библиотека химических элементов. Том 1. Водород-Палладий, 1977
...влияет ли число атомов, входящих в состав кластера, на его каталитическую активность? Ответ на этот вопрос удалось получить лишь недавно с помощью особой методики («Journal of Chemical Physics», 1985, т. 82, с. 590). Авторы этой работы облучали металлическую мишень (изготовленную из ниобия или кобальта) лазерным пучком, в результате чего возникали кластеры различного состава, уносимые потоком гелия в камеру, где они реагировали с водородом; образующиеся продукты реакции затем анализировались с помощью времяпролетного масс-спектрометра. Оказалось, что одиночные атомы ниобия и атомы, соединенные в пары, были химически инертными; кластеры, содержащие от трёх до семи атомов, проявляли умеренную способность реагировать с водородом; сравнительно инертными были и кластеры, состоящие из девяти и десяти атомов ниобия; более же крупные кластеры проявляли чрезвычайно высокую реакционную способность.[22]
Химия редких элементов и платиновых металлов — одно из наиболее динамично развивающихся направлений современной неорганической и физической химии, химии координационных соединений и т. д. , и дальнейшие пути его развития (на самое ближайшее будущее) не могут быть выявлены без краткого анализа ретроспективы. Как результат изучения свойств и строения низших хлоридов ниобия, соединений платины и редких платиновых металлов возникло понятие «химия кластеров». Сегодня это направление бурно развивается и в теоретическом плане и в прикладном отношении как химия наноразмерных материалов.[23]
— Дмитрий Дробот, Татьяна Буслаева, «Редкие и платиновые металлы в XX-XXI вв.», 2001
...жаропрочные материалы для авиа- и космического машиностроения получают на основе редких тугоплавких металлов (Re, Mo, W, Nb, Та), в том числе в виде монокристаллов и металлов повышенной степени чистоты. Транспортировку нефтегазовых продуктов из районов Крайнего Севера осуществляют по трубам большого диаметра, работающих при пониженных температурах и под повышенным давлением. Их изготавливают из легированных ниобием сталей. Открытие способности микролегирующих добавок ниобия одновременно повышать прочностные свойства и сдвигать в сторону более низких температур область хрупкого разрушения сталей явилось настоящим прорывом в металлургии. В машиностроительных конструкциях, трубопроводах, судах, автомобилях применение ниобийсодержащих сталей уменьшает вес изделий на 20-30% и увеличивает срок их службы в 1,5-2 раза.[23]
— Дмитрий Дробот, Татьяна Буслаева, «Редкие и платиновые металлы в XX-XXI вв.», 2001
Металловедам путем сборки биметаллических составных заготовок и их последующего деформирования удалось внедрить в медную матрицу обычного провода ленточные ниобиевые волокна толщиной 6-10 нм. В кабель сечением 2×3 мм специалисты имплантировали свыше 400 млн таких нитей, равномерно распределенных вдоль оси проводника. Именно они гарантируют изделию механическую прочность (1200-1500 МПа) на уровне стали. А малое расстояние между волокнами, сопоставимое со средней длиной пробега электронов в матрице, обеспечивает электропроводность, близкую к чистой меди. При этом новые обмотки в 10 раз устойчивее к напряжениям изгиба по сравнению с Cu.[24]
— Марина Хализева, «Провода с прочностью стали», 2012
Поиском новых материалов для них и занимался работающий в тесной кооперации с курчатовцами институт, возглавляемый известным металловедом академиком Андреем Бочваром (1902-1984). Именно там методом гальванического сращивания получили ~10 т сверхпроводников на основе ниобий-титанового (NbTi) сплава для установки Т-7 (1979 г.) – первого в мире токамака, разработали и освоили в промышленном масштабе так называемую «бронзовую» технологию производства композита из ниобий-оловянного (Nb3Sn) соединения, основанную на селективной твердофазной диффузии. Тонкие нити ниобия запрессовывали в матрицу из бронзы, содержащую 10-13% Sn. В результате многократного волочения и повторяющихся запрессовок с промежуточными отжигами и последующей термической обработкой происходила диффузия олова в ниобий и образование на его поверхности тонкой защитной Nb3Sn-плёнки. Из-за ничтожной растворимости медь в ниобий практически не проникала. Изготовленные таким способом провода обладали высокой пластичностью, легко гнулись и укладывались плетением в кабель, сохраняя при этом прочность. Благодаря новаторской технологии бочваровцы, по сути, открыли дорогу к созданию в Курчатовском институте крупнейшей магнитной системы Т-15 (1988 г.), состоящей из ~25 т. обмоточного кабеля. И это стало первым в мире масштабным применением сверхпроводящих материалов. Сегодня последователи именитого металловеда обеспечивают длинномерными сильноточными обмотками (на основе Nb3Sn-соединения) модельные катушки строящегося во Франции Международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР.[24]
— Марина Хализева, «Провода с прочностью стали», 2012
Ниобий — это также блестящий металл серебристо-серого цвета. Химически он довольно устойчив. Ему всегда сопутствует тантал. Так, близкие химические свойства ниобия и тантала обусловливают совместное их нахождение в одних и тех же минералах и участие в общих геологических процессах. Ниобий способен даже замещать титан в ряде титансодержащих минералах. Но форма нахождения ниобия в природе может быть разной: рассеянной (в породообразующих и акцессорных минералах магматических пород) и минеральной.[13]
— Мария Сапрыкина, Татьяна Здорик, «Непознанное царство минералов», 2014
В общей сложности известно более 100 минералов, содержащих ниобий. Основные области его применения: ракетостроение, авиационная и космическая техника, радиотехника, электроника, химическое аппаратостроение и атомная энергетика. Использование и производство ниобия быстро возрастают, что обусловлено сочетанием таких его прекрасных свойств, как тугоплавкость, малое сечение захвата тепловых нейтронов, способность образовывать жаропрочные, сверхпроводящие и другие сплавы, коррозионная стойкость, низкая работа выхода электронов, хорошая обрабатываемость давлением на холоде и свариваемость.[13]
— Мария Сапрыкина, Татьяна Здорик, «Непознанное царство минералов», 2014
Ниобий в публицистике и документальной литературе[править]
Электронная формула ниобия
И «охотники за кристаллами» снова отправились в глухомань горной тундры и собрали уже около десяти килограммов образцов, содержащих новый минерал. Из них надо было отобрать по крайней мере грамм совершенно чистого кристаллического вещества ― прозрачных льдинок. Теперь отобранное с таким трудом чистое вещество подвергли химическому и кристаллографическому исследованиям. Оказалось, что минерал является водным силикатом титана и натрия и содержит около тридцати пяти процентов двуокиси титана, а также ниобий и бериллий. Минерал, открытый, молодым ученым Евгением Семеновым и его товарищами, ― новый штрих в геохимической истории титана, ниобия и бериллия, которые в последнее время выходят на широкую арену промышленного освоения. Без них немыслимо развитие реактивного самолетостроения и телевидения, автоматики и телемеханики, звукового кино и радиотехники.[2]
Ниобий — постоянный спутник тантала. Их долго путали.
Соединения ниобия впервые выделил из соединений тантала немецкий химик Г. Розе. Он и дал этому дочернему элементу имя мифической дочери Тантала — Ниобеи. Чистый ниобий был получен впервые только в 1907 году. <...>
Бесспорно, будут находить новые применения гафний и ниобий.[19]
— Михаил Васильев, «Металлы и человек», 1967
И вот в 1961 году американский физик Кунцлер, исследуя сплав ниобия с оловом, обнаруживает совершенно фантастические сверхпроводящие свойства этого соединения. Оказалось, что даже самое сильное магнитное поле в 88 тысяч эрстед, имевшееся тогда в Соединенных Штатах, не в силах разрушить сверхпроводимость сплава. Путь к сверхпроводящим магнитам, сверхпроводящим электротехническим устройствам был открыт…[7]
Напряженно вглядываясь в туманную даль будущего техники и держась изо всех сил за ариаднову нить экстраполяционного прогноза, можно видеть две дороги, двигаясь по которым человечество получит в свое распоряжение нужные ему вещества. Первым путем как раз и является попытка впрячь в одну телегу коня и трепетную лань, то есть создание комбинированных материалов. Уже производятся «усики» карбида ниобия, которые внедряются в металл ниобий. Электрические свойства ниобия выше всех похвал, но прочность его чрезвычайно мала. Комбинированный материал из карбида ниобия и ниобия воплощает в себе только положительные их качества.[9]
Если закрывать из-за ненадобности предприятие, то надо куда-то переселять и пристраивать его работников с семьями. Обычно денег на такое переселение душ нет. Действует лишь государственная программа отселения людей в случае радиационного заражения местности, то есть экологического бедствия. Именно по этой причине переселили людей из небольшого сибирского поселка Белая Зима <в предгорьях Саян>, образовавшегося в 50-е годы при полутаинственной фабрике по обогащению редкого металла ниобия. А люди уезжать не хотели! Жители Белой Зимы считают, что бедствия никакого нет, а фабрику закрыли исключительно из-за происков внешних врагов. Узнать, что происходит на самом деле, в поселок Белая Зима отправились корреспонденты «Известий».[25]
— Алексей Торгашев, «86-й элемент. Поселок Белая Зима Иркутской области гибнет из-за радиоактивных отходов», 2002
Давным-давно, в 52-м году, Ферганская экспедиция Всесоюзного института минерального сырья (ВИМСа), искала для страны уран. Съемка с самолёта показала радиоактивность в этом месте, и долину в саянской тайге стали обследовать по всем правилам геологического искусства. Очень скоро выяснилось, что урана здесь немного, зато в избытке другого стратегического металла ― ниобия. А когда стало ясно, что руды хватит на десятки и сотни лет, здесь поставили поселок при небольшой фабрике по отработке технологии. Предполагалось со временем превратить посёлок в город, а фабрику ― в полноценный горно-обогатительный комбинат.[25]
— Алексей Торгашев, «86-й элемент. Поселок Белая Зима Иркутской области гибнет из-за радиоактивных отходов», 2002
Долина, в которой стоял поселок Белая Зима, по-бурятски называется Харанты ― чёрное, гиблое место. Теперь там опять, как до прихода геологов, бродят разнообразные промысловые звери и промышляющие их охотники. Бродят по стратегическому металлу ниобию с примесями не менее стратегического урана и по оставленным в земле апатитам, добычу которых здесь же придумали хитрые технологи из московских институтов и которые еще долго будут возить в Сибирь через всю страну с Кольского полуострова. Жителей вывезли, и хорошо ― у районной администрации наконец не будет проблем с сотней оставленных в первобытном состоянии людей, у этих людей будет электричество и телевизор и не будет радона.[25]
— Алексей Торгашев, «86-й элемент. Поселок Белая Зима Иркутской области гибнет из-за радиоактивных отходов», 2002
У России не будет ниобия. Ниобий нужен для производства газовых труб, автомобилей, железных дорог и прочей высокотехнологичной металлургии. Если посчитать, сколько этого металла страна потребляет, то можно определить, насколько она развита в технологическом отношении, потому что в последние годы в мире наблюдается устойчивый рост его потребления. Россия потребляет в 10-30 раз меньше прочих промышленно развитых стран. Разрыв с каждым годом увеличивается, несмотря на то, что наша территория вмещает чуть не половину всего ниобия планеты.[25]
— Алексей Торгашев, «86-й элемент. Поселок Белая Зима Иркутской области гибнет из-за радиоактивных отходов», 2002
В последнее десятилетие технологическая цепочка по производству феррониобия оказалась разорванной, а добыча и производство полуфабрикатов из лопаритового концентрата Ловозерского месторождения ― малорентабельным. В результате этого российские металлургические предприятия вынуждены удовлетворять свои потребности за счет импорта феррониобия из Бразилии ― до 400 т в год. Оздоровление редкометалльной промышленности России произошло по инициативе потребителей ниобия ― компании «Северсталь». С целью ликвидации экспортной зависимости этот холдинг организовал дочернее предприятие «Стальмаг» по добыче пирохлоровых концентратов из коры выветривания Татарского вермикулитниобат-фосфорного месторождения на одноименном карбонатитовом массиве в Красноярском крае. В конце 2000 года здесь пущена фабрика первичного обогащения мощностью до 90 тыс. т руды в год. Из полученного концентрата, поставляемого на Ключевский завод ферросплавов, производится 150-200 т феррониобия в год. С вводом второй очереди производительность рудника будет увеличена вдвое.[26]
— «Стратегический дефицит», 2004
По данным МЧС, в 1992 году в России на магистральных трубопроводах случилось 32 аварии, а в 2002 году ― уже 55, в 2003-м ― 48. Между тем бо́льшую надежность магистралей способны обеспечить трубы, легированные ниобием. В мире для легирования стали сорта HSLA, отличающейся низким удельным весом, высокой прочностью, повышенной термостойкостью и отличными антикоррозийными свойствами, используется более 87% производимого ниобия. Заменители ниобия ― ванадий и молибден ― являются менее эффективными и, как правило, более дорогими. Производство низколегированных ниобиевых сталей и труб большого диаметра (ТБД) из них в России пока не налажено.[11]
— Ниобиевая сталь для качественных труб, 2004
Потребление ниобия в России на душу населения в 10-30 раз ниже, чем в других развитых странах. Ориентировочные потребности в нём в ближайшие 20 лет ― только для замены отслуживших срок магистральных трубопроводов оцениваются в 20-25 тыс. т. Ежегодные же потребности России в ниобии только на трубное производство можно оценить не менее чем в 3-3,5 тыс. т/год. Да и спрос в других сферах применения уже сейчас составляет ориентировочно 1-1,3 тыс. т/год. Существенно растет и мировой спрос на ниобий, начавшийся с середины 90-х годов. Обусловлен он, главным образом, высокой потребностью в конструкционных высокопрочных низколегированных и нержавеющих сталях, легированных этим металлом. Они находят широкое применение не только в производстве труб большого диаметра для нефтяной и газовой отраслей, но и в других отраслях промышленности, в частности, в корабле-, мосто-и автостроении. Кроме того, большим, постоянно растущим спросом пользуются ниобий-циркониевые, ниобий-титановые, медно-ниобиевые, ниобий-оловянные и другие сплавы, а также металлический ниобий.[11]
— Ниобиевая сталь для качественных труб, 2004
...каждый десятый житель Экваториальной Африки погиб именно из-за того, что здесь в избытке встречаются названные в их честь элементы. Вполне вероятно, что какое-то количество тантала и ниобия сейчас лежит у вас в кармане. Как и их соседи по периодической системе, оба металла отличаются высокой плотностью, устойчивостью к высоким температурам, не подвержены коррозии и хорошо держат электрический заряд. В середине 1990-х годов производители сотовых телефонов резко взвинтили спрос на эти металлы (особенно на тантал) и стали требовать его у крупнейшего поставщика – центральноафриканского государства. Сегодня эта страна называется Демократическая Республика Конго, а в описываемые годы именовалась Заир.[12]
Из Конго на рынок поступает 60% ниобия и тантала, которые в земле образуют единый минерал колтан. Как только сотовые телефоны вошли в повседневную жизнь – с 1991 по 2001 год продажи этих устройств подскочили практически с нуля до миллиарда, – голод Запада оказался не менее неутолимым, чем у Тантала. Цены на колтан выросли в десятки раз. Люди, приобретавшие руду для производителей сотовых телефонов, не задавали вопросов и не беспокоились о том, откуда она поступает. Конголезские добытчики понятия не имели, зачем нужен этот минерал, а знали лишь о том, что за него готовы платить и что на вырученные деньги можно поддерживать свою воюющую группировку.[12]
Странно, но тантал и ниобий стали причиной стольких бед именно из-за «общедоступности» колтана. В отличие от ситуации, когда неразборчивые в средствах бельгийцы разрабатывали в Конго алмазные и золотые прииски, колтановые руды никто не контролировал. Чтобы добывать этот минерал, не требовалось ни экскаваторов, ни самосвалов. Любой простолюдин с лопатой и крепкой спиной мог накопать в речных руслах целые килограммы руды (она выглядит как густая грязь). Всего за час крестьянин мог заработать больше, чем его сосед-земледелец имел за год.[12]
Ниобий в мемуарах, письмах и дневниковой прозе[править]
Недостаточно точная химическая работа по чувствительности. Соотношение между SnO2 и ниоб<иево>-тант<аловыми> окислами химически неясно. Химия и геохимия Sn (олова), Nb (ниобия), Та (тантала) требует уточнения, а касситерит распадается на ряд минералов.[27]
Ровно половина запасов железных руд всего мира скрыта в недрах нашей земля и три четверти мировых запасов марганца, свыше половины всех запасов нефти и половины всех известных в мире фосфорных руд, солей калия, этого живительного нерва сельского хозяйства, в четыре раза больше, чем во всех калиевых месторождениях всего мира. Наш ниобий и титан перекрывают всё, что известно нам на земном шаре.[1]
Ниобий в беллетристике и художественной прозе[править]
Кристаллы ниобия
Еще в двадцатых годах нашей эры геохимики изнывали в поисках редких элементов: тантала, ниобия (он же колумбий), вольфрама, молибдена. Теперь мы доставляем на Землю частые и богатые руды этих металлов, улавливая самые древние обломки погибших в звездной бездне миров. Если хотите, звездоловы ― рудокопы вселенной. Мы ― небесные кроты. Конечно эта отрасль нашего дела более опасна, чем добыча простых руд, мы при поисках активных руд подвергаем себя в стратосфере не меньшим опасностям, чем углекопы и рудокопы в старину под землей.[29]
В песке из прибрежной полосы океанов само море накопило ценнейшие редкие элементы, за которыми так усиленно охотятся геологи. Веками вода разрушает берега морей и океанов и уносит частицы лёгких пород. Те, что потяжелее, остаются у побережья. Вот тут-то и накапливается драгоценный песок. В нем цирконий, гафний, ниобий и другие представители семейства редких элементов, которые ценятся техникой не дешевле золота. И добыча их уже идет. Больше половины всего циркония добывают зарубежные страны у берегов Австралии. На берегах различных морей и крупных озер скопились огромные залежи черных песков.[30]
― Вначале мне показалось, что я в чём-то ошибаюсь, что ниобий остался в анализаторе от предыдущих опытов, но вот сейчас я вспомнил все до мельчайших подробностей. Я был близок к отчаянию, все летело к черту, и тут мне на глаза попалась эта странная водоросль ― зеленовато-сизая, с нежной структурой листа, и я сунул ее в анализатор. ― Костя умолк, словно пораженный неожиданно пришедшей мыслью, и, хлопнув себя по лбу, воскликнул: ― Ну, да! Ниобий и является катализатором для ассимиляции кальцитов! Ну и олух я царя небесного! Ты не находишь?..[10]
― Совершенно неожиданно я обнаружил, мне кажется, новый вид известковой водоросли. Конечно, требуется ещё проверка, но если ее и открыли до меня, то почему-то не обнаружили её свойство, кроме кальция, ассимилировать ещё и ниобий, и в довольно значительных количествах. ― Костя оживился, повеселел.
― И знаешь, это накопление идет довольно странным путём: вначале интенсивно накапливается ниобий, это пора молодости, расцвета, затем клетки под влиянием какого-то катализатора активно поглощают углекислый кальций. Но это совершенно новая тема! И вот что странно: над чем бьюсь ― не получается или удается выведать какие-то крохи, а тут открытие упало прямо с неба![10]
↑Борис Горзев. Новости отовсюду (редакционная колонка). — М.: «Химия и жизнь», № 2, 1967 год
↑ 12Васильев М. В.. Металлы и человек. Научный редактор И. Н. Плаксин. — Москва: издательство «Машиностроение», 1967 г.
↑B. Кузнецов, Технеций. ― М.: «Химия и жизнь», № 1, 1970 г.
↑ 123Станцо В. В., Черненко М. Б. (под ред. И. В. Петрянова-Соколова). Популярная библиотека химических элементов. В двух книгах. Книга 1. Водород-Палладий. — М.: Наука, 1977 г. — 576 с.
↑Батраков В. П. Разборчивые кластеры. — М.: «Химия и жизнь», № 11, 1985 год
↑ 12Дмитрий Дробот, Татьяна Буслаева. Редкие и платиновые металлы в XX-XXI вв. — М.: «Российский химический журнал», Том XLV, № 2 за 2001 г. — Химия на рубеже столетий (часть III).
↑ 12Марина Хализева, Провода с прочностью стали. — М.: «Наука в России», № 2, 2012 г.
↑ 1234Алексей Торгашев. 86-й элемент. Поселок Белая Зима Иркутской области гибнет из-за радиоактивных отходов. — М.: «Известия», от 29 января 2002 г.
↑Стратегический дефицит. — М.: «Металлы Евразии», № 1 от 23 января 2004 г.
↑Вернадский В.И. Научное наследство. Том 2. — М.: Изд-во АН СССР, 1951 г.
↑Мариэтта Шагинян. Уральский дневник (Июль 1941 — июль 1943). Публ. и прим. Е. Шагинян. — М.: «Новый мир», № 4, 1985 г.
↑С. Т. Григорьев. «За метеором». ― М.: «Знание ― сила», № 23-24, 1932 г.
↑Борис Ляпунов. «Неоткрытая планета». — М.: «Детская литература», 1968 г.
