Processament de niobi, preparació de mineral de niobi per al seu ús en diversos productes.
El niobi (Nb) té una estructura de cristall cúbic (bcc) centrada en el cos i un punt de fusió de 2.468 ° C (4.474 ° F). Dels metalls refractaris, té la densitat més baixa i millor treballabilitat; per aquesta raó, els aliatges a base de niobi s’utilitzen sovint en aplicacions aeroespacials. A causa del seu efecte enfortidor a temperatures elevades, el seu ús comercial principal és com a additiu en acers i superlots. Com a materials superconductors s’utilitzen aliatges de niobi-titani i niobi-estany.
Història
El niobi va ser descobert el 1801 per un químic anglès, Charles Hatchett. Com que la mostra de Hatchett provenia de Nova Anglaterra, la va anomenar columbium (Cb), després de Columbia, un altre nom per a Amèrica. El 1844 Heinrich Rose, químic alemany, va anunciar el seu descobriment d’un element que va anomenar niobi, després de Niobe, la mítica filla de Tàntal (que al seu torn va donar nom a tàntal, amb el qual el niobi sovint s’associa als minerals). El niobi es va demostrar més tard el mateix element que el columbium i el niobi va ser acceptat com a nom oficial per la Unió Internacional de Química Pura i Aplicada el 1950.
El 1905, W. von Bolton, químic alemany, va aconseguir produir niobi en estat pur i dúctil. El niobi es va afegir per primera vegada a l'acer per a eines cap al 1925 i es va utilitzar per estabilitzar l'acer inoxidable austenític el 1933. L'interès per afegir niobi a acer d'alta resistència de baixa resistència d'aliatge (HSLA) es pot trobar a la feina el 1939 de FM Becket i R. Franks, que va demostrar que l’enfortiment del niobi va reduir la confiança en enduridors convencionals com ara carboni, manganès, crom i molibdè, millorant així la soldabilitat. El 1958, Norman F. Tisdale, de Molybdenum Corporation of America, va afegir 0,01–0,034 per cent de niobi a l’acer al carboni com a refinador de gra per millorar la resistència. El desenvolupament d'aliatges a base de niobi per a aplicacions aeroespacials va començar a finals dels anys cinquanta.
Minerals
El niobi es produeix principalment com a òxid i té una forta coherència geoquímica amb el tàntal. Els minerals principals del niobi són el piroclor [(Na, Ca) 2 Nb 2 O 6 F] i la columbita [(Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6], que consisteixen en niobat, tantalat, ferro i manganès. El piroclor es presenta generalment en carbonatites i en pegmatites derivades de roques alcalines, comunament en associació amb zirconi, titani, tori, urani i minerals de terres rares. La columita es troba normalment en pegmatita i biotita intrusives i en granits alcalins. Tanmateix, com que la majoria d’aquests dipòsits són petits i es distribueixen de manera errònia, se solen extreure com a subproducte d’altres metalls.
Hi ha grans mines piroclores als estats brasilers de Minas Gerais i Goiás i a Saint Honoré, Quebec, Canadà. Es troben grans dipòsits de columbita a Nigèria i Congo (Kinshasa); també, els concentrats de columbita s’obtenen com a subproductes de la mineria d’estany a Nigèria.
Mineria i concentració
A causa de la naturalesa alterada i descomposta de materials sobrecàrregues i minerals, els dipòsits brasilers es poden extraure pel mètode a cel obert. El mineral es divideix generalment en blocs i processat per escombratge, bulldozing, càrrega i transport. La mineria al Quebec segueix mètodes subterranis.
La concentració de mineral es realitza mitjançant aixafament i trituració, separació magnètica per eliminar la magnetita i deslligament i separació de flotació.
Extracció i perfeccionament
Ferroniobium
Els concentrats de piroclor es redueixen generalment a ferroniobi mitjançant un procés aluminotèrmic. En aquest procés, el concentrat es barreja amb hematita (un mineral de ferro), pols d'alumini i petites quantitats de fluxos de fluor i calç en una batedora giratòria i després es descarrega en contenidors d'acer folrats amb maons refractaris de magnesi. Aquí la càrrega es posa en fosses circulars còncaves constituïdes amb una barreja de calç, fluorspar i sorra de sílice, i la reducció s’inicia amb l’encesa d’una barreja de pols d’alumini i clorat sòdic o peròxid de bari. La reacció exotèrmica dura uns 15 a 30 minuts i la temperatura arriba a uns 2.400 ° C (4.350 ° F). La majoria de les impureses gangueres del concentrat, inclosos tots els òxids de tori i urani, entren a l'escòria fosa. Quan finalitzi la reacció, s’escapa l’escòria i s’aixeca el vas deixant que el metall es solidifiqui a la sorra. L'aliatge de ferroniobi es tritura fins a mides de partícules de 10 mil·límetres (aproximadament tres vuitens de polzada) per a la seva comercialització. El contingut d'aquest aliatge és de 62-69 per cent de niobi, 29-30 per cent de ferro, 2 per cent de silici i 1-3 per cent d'alumini.
