Редкометальные  руды Кольского полуострова, их тыпы и значение.

Автор:

Бурда Родион Сергеевич

Руководитель  :

Скоторенко  Сюзанна Николаевна

 

     Содержание 

1.Понятие  Руда.

2. Редкометальное сырье.

3. Танта́л.

3.1 История.

3.2 Нахождение в природе.

3.3 Применение.

3.4 Физические свойства.

3.5 Химические свойства.

4 Нио́бий.

4.1 История.

4.2 Нахождение  в природе.

4.3 Физические  свойства.

4.4 Химические  свойства.

4.5 Применение.

4.6 Применение  металлического ниобия.

4.7 Интерметаллиды  и сплавы ниобия.

4.8 Применение  соединений ниобия.

4.9 Сверхпроводящие  материалы первого поколения.

Список  использованных источников.

 

1.Понятие Руда.

Руда — вид  полезных ископаемых, природное минеральное  образование, содержащее соединения полезных компонентов (минералов, металлов) в  концентрациях, делающих извлечение этих минералов экономически целесообразным. Экономическая целесообразность определяется кондициями на руду. Наряду с самородными  металлами существуют руды металлов (железа, олова, меди, цинка, никеля и  т .п.). — основные формы природной  встречаемости этих ископаемых, пригодные  для промышленно-хозяйственного использования. Различают металлические и неметаллические  рудные полезные ископаемые; к последним  относятся, например пьезокварц, флюорит  и др. Возможность переработки  руды обуславливается её запасами. Понятие руды изменяется в результате прогресса техники; с течением времени  круг используемых руд и минералов  расширяется. Выделяются различные  типы руд.

 
 

2. Редкометальное сырье

По разведанным  запасам редких металлов - тантала  и ниобия, Мурманская область занимает первое и второе места соответственно в Российской Федерации. Запасы этих металлов сосредоточены в комплексных  рудах Ловозерского, Африкандского, Ковдорского и Вороньетундровского  месторождений, а также в рудах  массивов Салланлатва, Себльявр и Плоскогорского. В настоящее время разрабатывается только Ловозерское редкометалльное месторождение с получением лопаритового концентрата, содержащего тантал, ниобий и редкие земли. Обеспеченность горно-обогатительного предприятия балансовыми запасами руд составляет порядка ста лет.

     Цирконий  содержится в комплексных рудах  Ковдорского месторождения и  массивов Ловозерского, Вуориярви и  Себльявр. В настоящее время циркониевый (бадделеитовый) концентрат получается только из ковдорских апатито-магнетитовых руд.

     Крупные запасы эвдиалитовых луявритов расположены  в Ловозерском районе и оцениваются  в десятки миллиардов тонн при  среднем содержании двуокиси циркония 1-1.5%, что позволяет считать их важным потенциальным источником для  получения циркониевой продукции. В эвдиалитовых рудах находится  также гафний. Кольским научным центром  РАН в лабораторных условиях разработана  технология получения из эвдиалитовых луявритов технической двуокиси циркония.

Крупные редкометалльные  месторождения, содержащие литий, бериллий, ниобий и тантал - Колмозерское, Полмостундровское  и Вороньетундровское - расположены  в центральной части Кольского  полуострова. Они содержат более  половины общероссийских запасов лития. Технология добычи и переработки  руд с получением высококачественных концентратов разработаны и опробованы в промышленных масштабах. В поллуцитовых рудах месторождение Васин-Мыльк, расположенного в Ловозерском районе, содержатся крупные запасы рубидия  и цезия. Важнейшим и крупнейшим источником рубидия, цезия, стронция и  редких земель являются хибинские апатито-нефелиновые руды, экономическая целесообразность извлечения которых доказана в опытно-промышленных условиях.  

3.Танта́л.

Танта́л — химический элемент с зарядом ядра 73, при  обычных условиях — металл серого цвета (со слабым свинцовым оттенком вследствие образования плотной  оксидной плёнки).

3.1 История.

Тантал открыт в 1802 г. шведским химиком А. Г. Экебергом  в двух минералах, найденных в  Финляндии и Швеции. В последующем  тантал и колумбий считали тождественными. Лишь в 1844 г. немецкий химик Розе доказал, что минерал колумбит содержит два  различных элемента — ниобий и  тантал.

Пластичный металлический  тантал впервые получен немецким учёным В. Больтеном в 1903 г.

 
 
 

3.2 Нахождение в природе.

 

В природе встречается  в виде двух изотопов: стабильного 181Та (99,9877 %) и радиоактивного с периодом полураспада 1012 лет 180Та (0,0123 %).

Известно около 20 собственно минералов тантала —  серия колумбит — танталит, воджинит, лопарит, манганотанталит и другие, а также более 60 минералов, содержащих тантал. Все они связаны с эндогенным минералообразованием. В минералах  тантал всегда находится совместно  с ниобием вследствие сходства их физических и химических свойств. Тантал — типично рассеянный элемент, так как изоморфен со многими химическими элементами. Месторождения тантала приурочены к гранитным пегматитам, карбонатитам и щелочным расслоенным интрузиям.

3.3 Применение.

Первоначально использовался  для изготовления проволоки для  ламп накаливания. Сегодня из тантала  и его сплавов изготовляют:

жаропрочные и коррозионностойкие сплавы;

коррозионно-устойчивую аппаратуру для химической промышленности, фильеры, лабораторную посуду и тигли  для получения, плавки, и литья  редкоземельных элементов, а также  иттрия и скандия;

теплообменники для  ядерно-энергетических систем (тантал наиболее из всех металлов устойчив в  перегретых расплавах и парах  цезия-133);

в хирургии листы, фольгу и проволоку из тантала используют для скрепления тканей, нервов, наложения  швов, изготовления протезов, заменяющих повреждённые части костей (ввиду  биологической совместимости);

карбид тантала (температура  плавления 3880 °C) применяется в производстве твёрдых сплавов (смеси карбидов вольфрама и тантала — марки  с индексом ТТ, для тяжелейших условий  металлообработки и ударно поворотного  бурения крепчайших материалов (камень, композиты);

в производстве боеприпасов  тантал применяется для изготовления металлической облицовки перспективных  кумулятивных зарядов улучшающей бронепробиваемость;

тантал и ниобий используют для производства электролитических  конденсаторов высокой удельной емкости (но тантал позволяет производить  более качественные конденсаторы);

тантал используется в последние годы в качестве ювелирного металла, в связи с его способностью образовывать на поверхности прочные  пленки оксида любого цвета;

тантал-182 используется в ядерно-физических лабораториях МВД.

ядерный изомер тантал-180m2, накапливающийся в конструкционных  материалах атомных реакторов, может  наряду с гафнием-178m2 служить источником гамма-лучей и энергии при разработке оружия и специальных транспортных средств.

 

Бериллид тантала  чрезвычайно тверд и устойчив к окислению на воздухе до 1650 °C, применяется в авиакосмической  технике.

 

Пятиокись тантала  используется в атомной технике  для варки стекла поглощающего гамма-излучение. Один из наиболее широко применяемых  составов такого стекла: кремния двуокись — 2 %, монооксид свинца (глет) — 82 %, оксид  бора — 14 %, пятиокись тантала — 2 %.

3.4 Физические свойства.

Обладает высокой  температурой плавления (2996 °C), температура  кипения 5300°C, цвет в чистом виде серо-стальной, плотность 16,6, несмотря на твёрдость  пластичен, как золото.

3.5 Химические свойства.

При нормальных условиях тантал малоактивен, на воздухе окисляется лишь при температуре свыше 280 °C, покрываясь защитной плёнкой Ta2O5; с  галогенами реагирует при температуре  свыше 250 °C. При нагревании реагирует  с С, В, Si, P, Se, Те, Н2О, СО, СО2, NO, HCl, H2S.

 
 

Химически чистый тантал исключительно устойчив к действию жидких щелочных металлов, большинства  неорганических и органических кислот, а также многих других агрессивных  сред (за исключением расплавленных  щелочей).

 

В отношении химической устойчивости к реагентам, тантал подобен  стеклу. Тантал нерастворим в кислотах и их смесях, его не растворяет даже царская водка. Растворим только в смеси плавиковой и азотной  кислот. Реакция с плавиковой кислотой идет только с пылью металла и  сопровождается взрывом. Очень устойчив к воздействию серной кислоты  любой концентрации и температуры, устойчив в обескислороженных расплавленных  щелочных металлах и перегретых парах  их (литий, натрий, калий, рубидий, цезий-133).

 

4 Нио́бий.

Нио́бий — элемент  побочной подгруппы пятой группы пятого периода периодической системы  химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 41. Обозначается символом Nb (лат. Niobium). Простое вещество ниобий (CAS-номер: 7440-03-1) — блестящий металл серебристо-серого цвета.

4.1 История.

Нио́бий был открыт в 1801 г. английским учёным Ч. Хатчетом в  минерале (колумбите), найденном в  бассейне р. Колумбии, и потому получил  название «колумбий».

 

В 1844 году немецкий химик  Генрих Розе переименовал его в «ниобий» в честь дочери Тантала Ниобы, чем подчеркнул сходство между ниобием  и танталом. Однако в некоторых  странах (США, Англии) долго сохранялось  первоначальное название элемента —  колумбий, и только в 1950 году решением Международного союза теоретической  и прикладной химии (ИЮПАК, IUPAC) элементу окончательно было присвоено название ниобий.

 

4.2 Нахождение  в природе.

Кларк ниобия 18 г/т. Содержания ниобия увеличивается от ультраосновных (0,2 г/т Nb) к кислым породам (24 г/т Nb). Ниобию всегда сопутствует тантал. Близкие  химические свойства ниобия и тантала  обуславливают совместное их нахождение в одних и тех же минералах  и участие в общих геологических  процессах. Ниобий способен замещать титан  в ряде титансодержащих минералов (сфен, ортит, перовскит, биотит). Форма  нахождения ниобия в природе может  быть разной: рассеянной (в породообразующих и акцессорных минералах магматических  пород) и минеральной. В общей  сложности известно более 100 минералов, содержащих ниобий. Из них промышленное значение имеют лишь некоторые: колумбит-танталит (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6, пирохлор (Na, Ca, TR, U)2(Nb, Ta, Ti)2O6(OH, F) (Nb2O5 0 — 63 %), лопарит (Na, Ca, Ce)(Ti, Nb)O3 ((Nb, Ta)2O5 8 — 10 %), иногда используются эвксенит, торолит, ильменорутил, а также минералы, содержащие ниобий в виде примесей (ильменит, касситерит, вольфрамит). В  щелочных — ультраосновных породах  ниобий рассеивается в минералах  типа перовскита и в эвдиалите. В  экзогенных процессах минералы ниобия и тантала, являясь устойчивыми, могут накапливаться в деллювиально-аллювиальных россыпях (колумбитовые россыпи), иногда в бокситах коры выветривания. Концентрация ниобия в морской воде 1×10−5 мг/л.

4.3 Физические  свойства.

Ниобий — блестящий  серебристо-серый металл с кубической объемно центрированной кристаллической  решеткой типа α-Fe, а = 0,3294 нм.

4.4 Химические  свойства.

Химически ниобий довольно устойчив. При прокаливании на воздухе  окисляется до Nb2О5. Для этого оксида описано около 10 кристаллических  модификаций. При обычном давлении стабильна β-форма Nb2О5.

При сплавлении Nb2О5 с различными оксидами получают ниобаты: Ti2Nb10О29, FeNb49О124. Ниобаты могут рассматриваться  как соли гипотетических ниобиевых  кислот. Они делятся на метаниобаты MNbO3, ортониобаты M3NbO4, пирониобаты M4Nb2O7 или полиниобаты M2O·nNb2O5 (M — однозарядный катион, n = 2-12). Известны ниобаты двух- и трехзарядных катионов.

Ниобаты реагируют  с HF, расплавами гидрофторидов щелочных металлов (KHF2) и аммония. Некоторые  ниобаты с высоким отношением M2O/Nb2O5 гидролизуются:

6Na3NbO4 + 5H2O = Na8Nb6O19 + 10NaOH.

Ниобий образует NbO2, NbO, ряд оксидов, промежуточных  между NbO2,42 и NbO2,50 и близких по структуре  к β-форме Nb2О5.

С галогенами ниобий образует пентагалогениды NbHal5, тетрагалогениды NbHal4 и фазы NbHal2,67 — NbHal3+x, в которых  имеются группировки Nb3 или Nb2. Пентагалогениды  ниобия легко гидролизуются водой.

В присутствии паров  воды и кислорода NbCl5 и NbBr5 образуют оксигалогениды NbOCl3 и NbOBr3 — рыхлые ватообразные вещества.

 

При взаимодействии ниобия и графита образуются карбиды Nb2C и NbC, твердые жаропрочные соединения. В системе Nb — N существуют несколько  фаз переменного состава и  нитриды Nb2N и NbN. Сходным образом  ведет себя ниобий в системах с  фосфором и мышьяком. При взаимодействии ниобия с серой получены сульфиды: NbS, NbS2 и NbS3. Синтезированы двойные  фториды Nb и калия (натрия) — K2[NbF7].

Из водных растворов  выделить электрохимически ниобий пока не удалось. Возможно электрохимическое  получение сплавов, содержащих ниобий. Электролизом безводных солевых  расплавов может быть выделен  металлический ниобий.

4.5 Применение.

Применение и производство ниобия быстро возрастают, что обусловлено  сочетанием таких его свойств, как  тугоплавкость, малое сечение захвата  тепловых нейтронов, способность образовывать жаропрочные, сверхпроводящие и  др. сплавы, коррозионная стойкость, геттерные  свойства, низкая работа выхода электронов, хорошие обрабатываемость давлением  на холоде и свариваемость. Основные области применения ниобия: ракетостроение, авиационная и космическая техника, радиотехника, электроника, химическое аппаратостроение, атомная энергетика.

4.6 Применение  металлического ниобия.

Из чистого ниобия или его сплавов изготовляют  детали летательных аппаратов; оболочки для урановых и плутониевых тепловыделяющих  элементов; контейнеры и трубы; для жидких металлов; детали электролитических конденсаторов; «горячую» арматуру электронных (для радарных установок) и мощных генераторных ламп (аноды, катоды, сетки и др.); коррозионноустойчивую аппаратуру в химической промышленности.

Ниобием легируют другие цветные металлы, в том числе  уран.

Ниобий применяют  в криотронах — сверхпроводящих  элементах вычислительных машин. Ниобий также известен тем, что он используется в ускоряющих структурах большого адронного  коллайдера.

 

4.7 Интерметаллиды  и сплавы ниобия.

Станнид Nb3Sn и сплавы ниобия с титаном и цирконием  применяются для изготовления сверхпроводящих  соленоидов.

Ниобий и сплавы с танталом во многих случаях заменяют тантал, что даёт большой экономический  эффект (ниобий дешевле и почти  вдвое легче, чем тантал).

Феррониобий вводят в нержавеющие хромоникелевые стали  для предотвращения их межкристаллитной коррозии и разрушения и в стали  др. типов для улучшения их свойств.

Ниобий используется при чеканке коллекционных монет. Так, Латвийский Банк утверждает, что  в коллекционных монетах достоинством 1 лат наряду с серебром используется ниобий

4.8 Применение  соединений ниобия.

 

Nb2O5 - катализатор  в химической промышленности;

в производстве огнеупоров, керметов, специальных стёкол, нитрид, карбид, ниобаты.

Карбид ниобия (т. пл. 3480 °C) в сплаве с карбидом циркония и карбидом урана-235 является важнейшим  конструкционным материалом для  ТВЭЛов твердофазных ядерных реактивных двигателей.

Нитрид ниобия NbN используется для производства тонких и ультратонких сверхпроводящих  пленок с критической температурой от 5 до 10 К с узким переходом, порядка 0,1 К.

4.9 Сверхпроводящие  материалы первого поколения.

Один из активно  применяемых сверхпроводников (температура  сверхпроводящего перехода 9,25 К). Соединения ниобия имеют температуру сверхпроводящего перехода до 23,2 К (Nb3Ge).

Наиболее часто  используемые промышленные сверхпроводники  — NbTi и Nb3Sn.

Ниобий используется также в магнитных сплавах.

Применяется как  легирующая добавка.

Нитрид ниобия используется для производства сверхпроводящих  болометров.

Исключительная стойкость  ниобия и его сплавов с танталом в перегретом паре цезия-133 делает его  одним из наиболее предпочтительных и дешёвых конструкционных материалов для термоэмиссионных генераторов  большой мощности.

 
 
 
 
 
 
 
 

     Список  использованных источников

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Руда
2. http://2004.murman.ru/nature/ecology/report97/mur_obl.htm
3. .http://ru.wikipedia.org/wiki/Тантал_(элемент)
4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Ниобий