ニオブ処理

ニオブ処理、様々な製品で使用するためのニオブ鉱石の準備。

ニオブ（Nb）は、体心立方（bcc）結晶構造を持ち、融点は2,468°C（4,474°F）です。高融点金属の中で、密度が最も低く、加工性が最も優れています。このため、航空宇宙用途ではニオブベースの合金がよく使用されます。高温での強化効果により、その主な商業的用途は鋼および超合金の添加剤としてです。超電導材料としては、ニオブチタン、ニオブスズ合金が使用されています。

歴史

ニオブは、1801年にイギリスの化学者、チャールズハチェットによって発見されました。ハチェットの鉱物サンプルはニューイングランドから来たので、コロンビアの別名であるアメリカにちなんで、彼はそれをコロンビウム（Cb）と名付けました。1844年、ドイツの化学者であるハインリッヒローズは、タンタルスの神話上の娘であるタンタル（ニオブがしばしば鉱物に関連しているタンタルに名前を付けた）にちなんで、彼がニオブと名付けた元素の発見を発表しました。ニオブは後にコロンビウムと同じ元素であることが証明され、ニオブは1950年に国際純正応用化学連合によって正式名称として承認されました。

1905年、ドイツの化学者であるW.フォンボルトンは、純粋な延性のある状態でニオブを製造することに成功しました。ニオブは、1925年頃に工具鋼に最初に追加され、1933年にオーステナイト系ステンレス鋼を安定化するために最初に使用されました。高強度低合金（HSLA）鋼にニオブを追加することへの関心は、1939年のFMベケットとRの研究に遡ることができます。ニオブ強化が炭素、マンガン、クロム、モリブデンなどの従来の硬化剤への依存を減らし、それによって溶接性を改善することを実証したフランクス。1958年にアメリカのモリブデンコーポレーションのノーマンF.ティスデイルは、靭性を改善するための結晶粒微細化剤として0.01〜0.034パーセントのニオブを炭素鋼に添加しました。航空宇宙用途向けのニオブベース合金の開発は、1950年代後半に始まりました。

鉱石

ニオブは主に酸化物として存在し、タンタルとの強い地球化学的密着性を持っています。ニオブの主な鉱物は、パイロクロア[（Na、Ca）₂ Nb ₂ O ₆ F]とコロンバイト[（Fe、Mn）（Nb、Ta）₂ O ₆]であり、ニオブ酸塩、タンタル酸塩、鉄、マンガンで構成されています。パイロクロアは通常、カーボナタイトとアルカリ岩に由来するペグマタイトで、一般にジルコニウム、チタン、トリウム、ウラン、および希土類鉱物と関連して発生します。コロンバイトは通常、貫入ペグマタイトと黒雲母、およびアルカリ花崗岩に含まれています。しかし、そのような堆積物のほとんどは小さく、不規則に分布しているため、通常、他の金属の副産物として採掘されます。

ブラジルのミナスジェライス州とゴイアス州、およびカナダのケベック州のサントノレには、大きなパイロクロア鉱山があります。大規模なコロンバイト鉱床がナイジェリアとコンゴ（キンシャサ）に見られます。また、コロンバイト精鉱はナイジェリアでのスズ採掘の副産物として得られます。

採掘と集中

土被りと鉱石の性質が変化し分解されているため、ブラジルの鉱床は露天掘りの方法で採掘されます。鉱石は一般的にブロックに分割され、リッピング、ブルドーザー、ローディング、輸送によって処理されます。ケベック州の採掘は、地下の方法に従っています。

鉱石の濃縮は、粉砕と粉砕、磁力分離による磁選、そして脱スライムと浮選により行われます。

抽出と精製

フェロニオブ

パイロクロア濃縮物は通常、アルミノサーミックプロセスによってフェロニオビウムに還元されます。このプロセスでは、濃縮物は、ロータリーミキサーでヘマタイト（鉄鉱石）、アルミニウム粉末、少量の蛍石と石灰のフラックスと混合され、マグネサイト耐火レンガで裏打ちされた鋼製容器に積み込まれます。ここで装薬は、石灰、蛍石、ケイ砂の混合物でできた円形の凹型ピットに配置され、還元は、アルミニウム粉末と塩素酸ナトリウムまたは過酸化バリウムの混合物の点火によって開始されます。発熱反応は約15〜30分続き、温度は約2,400°C（4,350°F）に達します。トリウムとウランのすべての酸化物を含む、精鉱からの脈石不純物のほとんどは、溶融スラグに入ります。反応が終了すると、スラグが取り出され、容器が持ち上げられ、金属が砂の中に固化します。フェロニオビウム合金は、その後、販売のために10ミリメートル（約3/8インチ）の粒子サイズに粉砕されます。この合金の含有量は、ニオブが62〜69パーセント、鉄が29〜30パーセント、シリコンが2パーセント、アルミニウムが1〜3パーセントです。