Nióbio

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO - UFERSA 
 CENTRO MULTIDISCIPLINAR DE PAU DOS FERROS - CMPF 
 BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA 
 
 
 
 
DISCIPLINA: MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS 
PROFESSOR: DR. OTÁVIO PAULINO LAVOR 
TURMA 01 
 
 
 
 
NIÓBIO: OBTENÇÃO E APLICAÇÕES 
 
 
 
 
 
 
GRUPOS: 
AUGUSTO VINÍCIUS DA SILVA 
JEYQUISSON THAUAN DA FONSECA LIMA 
JOHN LENNON NUNES DE SOUZA 
 
 
 
 
 
Pau dos Ferros/RN 
2020.3 
1. INTRODUÇÃO 
O nióbio é o elemento químico de número atômico 41, que faz parte do grupo 
5 da tabela periódica, assim como: vanádio, tântalo e o dúbnio. Este elemento foi 
descoberto no início do século XIX pelo químico inglês Charles Hatchett, e antes de 
ser chamado de nióbio (homenagem à deusa grega Níobe) era conhecido como 
colúmbio. 
Apesar de ser uma das substâncias de menor concentração na crosta 
terrestre, com cerca de 24 ppm (partes por milhão), as reservas de nióbio, - 
segundo o engenheiro químico Hugo Sandim em entrevista à pesquisa Fapesp - são 
mais que suficientes para alguns milhares de anos. Pelo fato de o Brasil ter as 
maiores reservas deste material, cerca de 98% das minas comerciais em atividade 
se encontram em território brasileiro, divididas majoritariamente nos estados de 
Goiás e Minas Gerais e Amazonas. 
Contudo, nos últimos anos o nióbio foi protagonista de discussões políticas 
no Brasil, quanto ao seu comércio e possível contrabando, que foi desmistificado e 
desmentido por todas as autoridades no assunto. Tais acusações procediam de 
fontes que julgavam o baixo valor do metal no mercado, e isto – como explicado 
pelos especialistas – decorre da baixa demanda pelo material, assim como a busca 
por sua competitividade no mercado com outros materiais como o ferro, por 
exemplo. Para se ter noção da baixa procura, estima-se que sozinha, a jazida de 
Araxá supriria a demanda mundial por cerca de 200 anos. 
Embora muitos sejam os mal-entendidos que rondam esse material, o nióbio 
é um metal de alta aplicabilidade na indústria, seja ela civil, no fortalecimento de 
estruturas metálicas, construções de oleodutos e gasodutos; ou siderúrgica; ou 
ainda, na aeroespacial na construção de foguetes; dentre outras várias aplicações 
existentes. 
 
2. OBTENÇÃO 
O Nióbio pode ser extraído de alguns minérios, dentre eles, está o pirocloro, 
encontrado em maior abundância nas jazidas de Araxá, em Minas Gerais. O 
processo de beneficiamento e industrialização é composto por 15 etapas, sendo 
primeiro extraído através do processo de escavamento. 
Em Araxá, apenas 2,3% de todo o material extraído é nióbio, a maior parte é 
constituída por minérios de ferro, óxido de bário e fosfato, e até mesmo enxofre e 
silício dentre outros materiais. Porém, é a maior concentração encontrada do 
minério em jazidas. Após a extração, o material passa por um processo de 
beneficiamento, afim de eliminar impurezas indesejadas contidas no pirocloro, até 
que o teor de nióbio seja de 50%. Ao final do processo, o pentóxido de nióbio, 
produto do processo de beneficiamento, é refinado, dando origem ao composto que 
será matéria-prima de vários produtos do nióbio. 
 
3. CARACTERÍSTICAS 
É um metal branco-acinzentado, brilhante, mole e dúctil. O aspecto se torna 
azulado, se exposto ao ar por longo tempo. 
A oxidação começa a 200°C e, portanto, o trabalho a quente deve ser feito 
em atmosfera protetora. 
Tabela 01: Propriedades do Nióbio. 
Massa específica do 
sólido 
8570Kg/m³ 
Ponto de fusão 2477° C 
Ponto de ebulição 4742° C 
Resistividade elétrica 15x Ω.m10−8 
Condutividade térmica 53,7 W/(m°c) 
Módulo de elasticidade 105 Gpa 
Estrutura cristalina Cúbica de corpo centrado 
* Disponível em:http://www.deboni.he.com.br/tq/. 
 
Quando submetido a temperaturas na ordem de 9,2K o nióbio puro apresenta 
propriedades de supercondutor, de maneira que a corrente consegue transitar por 
sua rede cristalina sem nenhuma resistência. Em condições normais de 
temperatura, apresenta uma condutividade alta, na ordem de 1/8 da condutividade 
do cobre. Combinado com o zircônio funciona como supercondutor magnético. 
 
4. LIGAS COMPOSTAS 
O nióbio possui grande utilidade em ligas metálicas, devido suas 
características propiciarem uma significativa melhora no material ao qual será 
adicionado. Usa-se o nióbio em diversos tipos de ligas, com diversos fins: aumento 
no ponto de fusão do material, como no corpo de foguetes; aumento na resistência 
a tração, compressão e outros tipos de esforços físicos que o material venha a 
sofrer, utilidade esta, constatada nas construções de oleodutos e gasodutos. 
Um bom exemplo de liga metálica em que se tem a presença do nióbio, é no 
aço ARBL (aço de alta resistência e baixa liga), este tipo de aço é utilizado em 
estruturas nas quais se deseja diminuir o peso, e ainda assim, reduzir o custo. Para 
uma maior resistência neste tipo de liga deve-se adicionar carbono, entretanto, 
propriedades como soldabilidade e conformidade são prejudicadas neste tipo de 
processo. Tendo em vista esse impasse, a indústria siderúrgica achou no nióbio 
uma solução, pelo fato de o material ter uma boa afinidade com o carbono. 
Utilizando-se apenas 0,04% de nióbio por tonelada de aço, já são atendidas 
as necessidades do material. O que faz com que o nióbio saia à frente de materiais 
como titânio e vanádio nas ligas com esse aço, são suas características de maior 
resistência que propicia ao metal final uma qualidade a mais do que se fosse ligado 
a outros elementos. Por se tratarem de ligas altamente resistentes, são usadas em 
gasodutos e oleodutos, e ainda em plataformas de exploração de petróleo, bem 
como na indústria automobilística, para maior resistência de chassis de caminhões, 
por exemplo. 
Dentre outros tipos de ligas de grande importância em que o nióbio é usado, 
pode-se citar as ligas que são projetadas para funcionar por longos períodos em 
temperaturas acima de 650 o​c e em ambientes oxidantes e corrosivos, essas ligas 
são chamadas de superligas (que são várias). Este tipo, é o que demanda o uso de 
mais nióbio depois da indústria de aço, e um bom exemplo é a liga INCONEL 718, 
com cerca de 5,3% de nióbio. Os motores a jato mais usados atualmente utilizam 
essa liga, o motor CFM56, por exemplo, possui 300 quilos de nióbio em sua 
estrutura. 
 
5. APLICAÇÕES 
Por conta das suas desejáveis característica já citadas, como alta resistência 
mecânica, elevada condutância, ótima resistência à corrosão e incrível resistência a 
altas pressões, o nióbio apresenta diversas utilidades e aplicações em variados 
setores econômicos, que vão desde a siderurgia até ramos intensivos em 
tecnologia. 
Dentre os principais ramos econômicos em que há maiores aplicações do 
nióbio se destacam: 
● Indústria Siderúrgica 
● Indústria de Materiais Supercondutores 
● Indústria Aeroespacial 
● Indústria de Energia Atômica 
● Indústria Eletrônica 
● Campo Médico 
 
5.1. Indústria Siderúrgica 
A siderurgia é, de longe, o ramos econômico predominantes na utilização 
deste metal, uma vez que este setor é responsável por cerca de 85% a 90% de todoo nióbio produzido mundialmente. 
Dentre as aplicações de destaque do nióbio na siderurgia, podemos destacar 
aço microligado ou aço de alta resistência e baixa liga(ARBL) já citado 
anteriormente. Por conta das propriedades dos metais utilizados na produção desse 
aço, como o nióbio, esse tipo de aço é comumente usado em situações e locais 
onde o meio seria extremamente corrosivo para a maioria dos outros metais, como 
construção naval e plataformas de extração e transporte de petróleo em águas 
profundas, evidenciando assim, suas características altamente anticorrosivas. Os 
aços microligados são amplamente utilizados na indústria automobilística, onde 
adquire elevada resistência mecânica quando processado em tiras laminadas a 
quente, sendo utilizado para produção de rodas de veículos pesados e chassis de 
caminhões, mas também é utilizado em tiras laminadas a frio para situações onde 
uma eventual deformação seria desejável, como nas carenagens de automóveis. 
Além do ramo automobilístico, os aços microligados estão presentes em diversas 
áreas, como na construção civil, sendo utilizados em vergalhões para concreto 
armado, em locais de elevada atividade sísmica, na construção de ferrovias em 
locais de maior desgaste como desvios e curvas. 
A fabricação de aços inoxidáveis se apresenta como outra importante 
aplicação do nióbio. Como grande exemplo, cerca de 10% da produção mundial de 
nióbio é voltada a produção do aço ferrítico. Este último, assim como os aços 
microligados já citados anteriormente, tem grande relevância na indústria 
automobilística, tendo como maior aplicação a produção de escapamentos 
automotivos, uma vez que a presença o nióbio confere a este tipo de aço um melhor 
desempenho à altas temperaturas, proporcionando elevada durabilidade à peça. 
Uma recente aplicação do nióbio está na adição de ferros fundidos, onde o 
primeiro dá origem a carbonetos apropriados para usos em situações de elevado 
desgaste e abrasão, como na indústria de mineração do cimento, em máquinas de 
jateamento e corpos moedores e, mais uma vez na indústria automotiva, sendo 
usado em discos de freios de caminhões, camisas de cilindros nos motores e anéis 
de segmento. 
 
5.2. Indústria de Metais Supercondutores 
Uma das características fundamentais do nióbio é a supercondutividade. Esta 
se caracteriza pelo total desaparecimento da resistividade elétrica em temperaturas 
próximas ao zero absoluto. 
Algumas ligas e compostos de nióbio caracterizam-se por possuírem 
elevadas temperaturas de transição supercondutora. Esta é largamente empregada 
na produção de variados supercondutores industriais, como equipamentos de 
ressonância magnética, ímãs aceleradores de alta potência, gerador supercondutor 
etc. 
Uma importante aplicação do nióbio é em seu estado puro, quando usado em 
aceleradores de partículas subatômicas. Como grande exemplo temos o maior 
acelerador de partículas do mundo: Large Hadron Collider ou Grande Colisor de 
Hádrons. O LHC está localizado entre a França e a Suíça, enterrado a 100 metros 
de profundidade e resfriado a uma temperaturas de aproximadamente -270 ºC. No 
supercondutor, a aplicação mais significativa do nióbio é na forma de magnetos 
compostos pela liga niobium–titanium. 
Na atualidade, os materiais supercondutores mais importantes são o 
Niobium–titanium (Nb-Ti) e as ligas de Ti-Nb-Sn, utilizados em espectrômetro de 
ressonância magnéticas nuclear para análise espectral e, principalmente, em 
aparelhos de imagem ressonância magnética. 
 
5.3. Indústria Aeroespacial 
O nióbio metálico está presente também na indústria aeroespacial, sendo 
esta a área responsável pela principal aplicação do nióbio de elevada pureza. Nessa 
indústria, o metal é amplamente utilizado, principalmente, em componentes 
resistentes a elevadas temperaturas, como motores de foguetes e espaçonaves. 
Ligas de tântalo e nióbio são largamente utilizadas em componentes de aeronaves. 
Como exemplo, a liga C-103, resistente a temperaturas acima de 1300 ºC e utilizada 
em propulsores e bocais de foguetes é composta por nióbio, titânio e háfnio. 
Nos Estado Unidos da América, a maioria dos motores de caças a jato são 
compostos por nióbio. A já mencionada liga C-103, por exemplo, é usada em 
geradores de alta potência de caças, como na saia do motor Pratt & Whitney F100 
dos caças americanos F15 e F16. 
 
5.4. Indústria de Energia Atômica 
Por conta de suas excelentes propriedades químicas e físicas já citadas, o 
nióbio se apresenta como um excelente material na indústria de energia nuclear. 
Uma vez que esse metal possui elevada condutividade térmica, ótima resistência à 
corrosão, alto ponto de fusão e baixa seção transversal de captura de nêutrons, ele 
apresenta diversas aplicações para reatores atômicos. Os principais usos do nióbio 
na indústria de energia nuclear são nos trocadores de calor e materiais estruturais 
dos reatores e nas ligas de combustíveis nucleares. 
 
5.5. Indústria Eletrônica 
Na indústria eletrônica, o nióbio possui diversas aplicações sendo a principal 
delas na forma de cerâmicas finas produzidas a partir de óxido de nióbio, que são 
largamente utilizadas na fabricação de capacitores cerâmicos. 
Um dos mais expressivos campos de aplicação dos capacitores de nióbio é 
em circuitos de áudio. A justificativa é o fato de que as características dos 
capacitores tem grande influência na qualidade na reprodução de equipamentos 
sonoros e, por meio de testes, verificou-se que os capacitores de nióbio, em 
especial os da faixa de 10 uF a 100 uF de baixa frequência, proporcionam uma 
qualidade de som superior aos capacitores eletrolíticos de alumínio e capacitores de 
tântalo. 
Os capacitores de nióbio também são bastante utilizados em fontes de 
alimentação por conta de sua elevada estabilidade e baixa resistência em série 
equivalente (ESR), além de sua temperatura máxima de operação que pode 
ultrapassar os 120 ºC, enquanto os capacitores de alumínio e tântalo não 
ultrapassam os 85 ºC. 
Outras duas importantes características dos capacitores à base de nióbio são 
a baixa indutância e a capacidade de operar com baixas tensões mínimas, o 
tornando interessante em aplicações como linhas de alimentação ASICs (circuitos 
integrados de aplicação específica), linhas de alimentação e placas-mãe. 
Dentre outras aplicações, o niobato de potássio e o niobato de lítio, por 
exemplo, possuem boas propriedades piroelétricas, piezoelétricas e ópticas, sendo 
largamente aplicados em tecnologias a laser e infravermelhos. Somado a isso, por 
ter alta capacidade de emissão de elétrons e alto ponto de fusão, este material pode 
ser na fabricação de tubos de elétrons e demais aparelhos de vácuo eletrônicos. 
 
5.6. Campo Médico 
Além das características já mencionadas, o nióbio é biocompatível, ou seja, 
não proporciona risco de danos aos tecidos biológicos e várias substâncias líquidas 
no corpo humano. Somado a isso, este metal não sofre danos químicos quando 
submetido aos mais variados métodos de esterilização. Por todos esses motivos, o 
nióbio semostra um material ideal para uso na área médica. Dentre suas principais 
aplicações nesta área destacam-se a fabricação de instrumentos cirúrgicos e, 
especialmente as ligas de niobium–titanium, na fabricação de implantes dentários e 
próteses que vão desde placas ósseas a parafusos da placa do crânio. 
Como exemplo da utilização do nióbio para próteses, pesquisadores do 
Laboratório de Metalurgia Física e Solidificação da Faculdade de Engenharia 
Mecânica da Universidade de Campinas desenvolveram uma prótese total do 
quadril a partir de ligas de nióbio e titânio. 
5.7. Outras Aplicações 
Além dos campos já citados, o nióbio ainda está presente em variados ramos 
econômicos. 
O nióbio metálico, quando ligado ao tungstênio e sódio, está presente em 
elementos de lâmpadas de alta intensidade para iluminação pública; quando em 
ligas puras, usado na produção de diamantes sintéticos; as já citadas ligas 
nióbio-titânio são usadas por mineradoras na extração do ouro por conta de sua 
resistência à ignição; cabos anódicos de nióbio platinado são usados para proteção 
contra corrosão em plataformas marítimas. 
Na forma de óxido, o nióbio é utilizado na produção de lentes ópticas, quando 
em 99,9% de pureza. Também está presente em peças de motor, ferramentas e 
elementos estruturais resistentes à abrasão e calor. 
Na indústria química, o fosfato ácido de nióbio se apresenta como importante 
catalisador, sendo aplicado em diversas reações de interesse industrial. 
O nióbio ainda é usado na fabricação de joias, por sua bioafiniade. Além 
disso, por vezes, é usado em conjunto com o ouro e/ou a prata na fabricação de 
moedas comemorativas. 
 
6. CONCLUSÃO 
Munido de todas essas informações, características e funções, constata-se a 
importância e a aplicabilidade do material nióbio na indústria em geral, seja ela: 
médica, siderúrgica, aeroespacial etc. Trazendo avanços significativos em cada uma 
das áreas em questão, com um bom potencial econômico, tanto para o Brasil, 
quanto para os demais países extratores deste metal. 
Com base nessa série de pontos e argumentos positivos, ressalta-se o leque 
de possibilidades de emprego deste material e a contribuição que o nióbio pode dar 
para a construção e sustentação de uma sociedade cada vez mais tecnológica e 
proeminente para o futuro, propiciando a cada pessoa, uma melhor estadia na terra, 
de forma direta ou indireta. 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
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