Сергей Венецкий - Рассказы о металлах [4-е изд.]

Спустя год шведский ученый Андрее Густав Экеберг в некоторых скандинавских минералах нашел еще один новый элемент, названный им в честь мифологического героя танталом. Название, по-видимому, символизировало те трудности ("муки Тантала"), которые испытывали химики, пытаясь растворить оксид нового элемента в кислотах. Свойства тантала и Колумбия оказались совершенно идентичными, и многие ученые, в том числе знаменитый Йене Якоб Берцелиус, решили, что имеют дело не с двумя различными элементами, а с одним и тем же — танталом.

В дальнейшем Берцелиус усомнился в правильности такой точки зрения. В письме к своему ученику немецкому химику Фридриху Вёлеру он писал: "Посылаю тебе обратно твой X, который я вопрошал, как мог, но от которого я получил уклончивые ответы. "Ты титан?" — спрашивал я. Он отвечал: "Вёлер же тебе сказал, что я не титан". Я также установил это. "Ты цирконий?" — "Нет, — отвечал он. — Я же растворяюсь в соде, чего не делает цирконовая земля". — "Ты олово?" — "Я содержу олово, но очень мало" — "Ты тантал?" — "Я с ним родствен, — отвечал он. — Но я постепенно растворяюсь в едком кали и осаждаюсь из него желто-коричневым". — "Ну что же ты за дьявольская вещь?" — спросил я. Тогда мне показалось, что он ответил: "Мне не дали имени". Между прочим, я не вполне уверен, действительно ли я это слышал, потому что он был справа от меня, а я очень плохо слышу на правое ухо. Так как твой слух лучше моего, то я тебе шлю этого сорванца назад, чтобы учинить ему новый допрос…"

Но и Вёлеру не удалось разобраться во взаимоотношениях элементов, открытых Хатчетом и Экебергом. Лишь в 1844 году немецкий химик Генрих Розе после многотрудных поисков, на которые ушло полтора десятка лет, сумел доказать, что минерал колумбит содержит два различных элемента — тантал и Колумбии, которому Розе дал новое имя — "ниобий" (по древнегреческой мифологии богиня печали и страданий Ниоба — дочь Тантала). Однако в некоторых странах (США, Англии) долго сохранялось первоначальное название элемента — Колумбии, — и только в 1950 году Международный союз чистой и прикладной химии решил покончить с этой разноголосицей и предложил химикам всего мира именовать этот элемент ниобием

Первое время американские и английские химики пытались добиться отмены этого решения, которое казалось им несправедливым, но приговор был окончательным и обжалованию не подлежал. Пришлось "колумбистам" примириться с этим ударом судьбы, а в химической литературе США и Англии появился новый символ "Nb".

Совместное проживание ниобия и тантала в природе, обусловленное их чрезвычайным химическим сходством, долгое время тормозило развитие промышленности этих металлов. Лишь в 1866 году швейцарский химик Жан Шарль Галиссар де Мариньяк сумел разработать первый промышленный способ разделения химических близнецов. Он воспользовался различной растворимостью некоторых соединений этих металлов: комплексный фторид тантала не растворяется в воде, аналогичное соединение ниобия достаточно хорошо растворимо в ней. В усовершенствованном виде способ Мариньяка применяли до недавнего времени, однако, сейчас на смену ему пришли новые, более эффективные способы — избирательная экстракция, ионный обмен, ректификация галогенидов.

В конце XIX века французский химик Анри Муассан получил чистый ниобий электротермическим путем, восстанавливая оксид ниобия углеродом в электропечи.

В наши дни производство металлического ниобия представляет собой сложный многостадийный процесс. Сначала ниобиевую руду обогащают. Полученный концентрат сплавляют с различными плавнями (едким натром, гидросульфитом или содой), затем выщелачивают, в результате чего выпадает нерастворимый осадок гидроксида ниобия и тантала. Затем близнецов разлучают, и ниобий оказывается в виде оксида или хлорида. Восстановлением этих соединений при высокой температуре удается получить порошкообразный ниобий, который нужно превратить в компактный металл, пригодный для обработки.

Это достигается следующим образом. Из порошка под большим давлением прессуют так называемые штабики (заготовки) прямоугольного или квадратного сечения. Штабики спекают в вакууме в несколько этапов, причем на заключительной стадии температура достигает 2350 °C. В дальнейшем ниобий поступает в дуговую вакуумную печь, где и завершается весь цикл превращения ниобиевой руды в металл.

Несколько лет назад промышленность освоила электроннолучевую плавку ниобия, исключающую такие трудоемкие промежуточные операции, как прессование и спекание. При этом способе на порошкообразный ниобий направляют мощный поток электронов. Порошок начинает плавиться, и капли металла падают на ниобиевый слиток, который по мере проплавления порошка растет и постепенно выводится из рабочей камеры.

Как видите, ниобий проходит длинный путь, прежде чем руда становится металлом. И все же овчинка стоит выделки: сегодня ниобий очень нужен промышленности. А начинал он свою трудовую деятельность в… отвалах.

Как это ни парадоксально, но в те времена его считали лишь вредной примесью к олову и при добыче этого металла громадные количества ниобия выбрасывали на свалку. Та же учесть постигла его и тогда, когда промышленный мир заинтересовался танталом, а к ниобию еще оставался равнодушным: при переработке танталовых руд ниобиевая "пустая" порода шла в отвал. Но нет худа без добра, и впоследствии, когда ниобий был по достоинству оценен человеком, эти отходы производства превратились в богатейшие "месторождения" ниобиевых руд.

После того как в 1907 году немецкому химику Вернеру фон Больтону удалось получить этот металл Бикомпактном виде, ниобий, подобно многим другим своим тугоплавким собратьям, попробовал свои силы в производстве электроламп в качестве материала для нитей накаливания. Но, как известно, прижился здесь только вольфрам, а всем остальным пришлось искать удачи на другом поприще.

К 1925 году относятся первые попытки использовать ниобий в качестве легирующего элемента: в США были проведены исследования по замене им вольфрама, содержащегося в быстрорежущей стали. Эти опыты оказались неудачными, но важно было другое: ниобий попал в поле зрения металлургов.

В 1930 году общий мировой запас изделий из ниобия (листов, проволоки и др.) составлял всего… 10 килограммов. Но вскоре пришло признание, а вместе с ним резко возросло и производство этого металла. Ниобий сумел доказать, что он с полным правом может быть назван "витамином" стали. Присадка его к хромистой стали улучшала ее пластичность, увеличивала коррозионную стойкость. Было установлено, что введение в нержавеющую сталь ниобия (до 1 %) предотвращает выделение карбидов хрома по границам зерен и, следовательно, устраняет межкристаллитную коррозию. Добавка его к конструкционным сталям значительно повышает сопротивление удару при пониженных температурах; сталь приобретает способность легко выдерживать переменные нагрузки, что имеет большое значение, например, в авиастроении.