général
le Niobium (après le Niobe, la fille du tantale) est un élément chimique avec le symbole de L’élément Nb et le numéro atomique 41. C’est l’un des métaux de transition, dans le tableau périodique il est dans la 5ème période et le 5ème Sous-Groupe (Groupe 5) ou groupe de vanadium.,
dans la zone de langue Anglo-saxonne est encore aujourd’hui de nombreux métallurgistes, fournisseurs de matériaux et à usage privé la désignation longtemps obsolète columbium et l’abréviation CB utilisé.
le métal lourd rarement présent est de couleur grise et facilement malléable. Le Niobium peut être extrait des minéraux columbite, coltan (columbite-tantalite) et loparite. Il est principalement utilisé en métallurgie pour fabriquer des aciers spéciaux et améliorer la soudabilité.
le Niobium a été découvert par Charles Hatchett en 1801., Il l’a trouvé dans du minerai de columbite (première découverte dans le lit d’une rivière en Colombie), qui avait été envoyé en Angleterre par John Winthrop vers 1700. Hatchett a nommé l’élément columbium. Jusqu’au milieu du 19ème siècle, on supposait que le columbium et le tantale, découverts en 1802, étaient le même élément, car ils se produisent presque toujours ensemble dans les minéraux (paragenèse).
ce n’est qu’en 1844 que le professeur berlinois Heinrich Rose a montré que le niobium et l’acide tantalique sont des substances différentes., Ne connaissant pas le travail de Hatchett et sa dénomination, il a nommé l » élément redécouvert en raison de sa similitude avec le tantale après Niobe, la fille de tantale.
ce n’est qu’après 100 ans de débats que l’Union Internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC) a proposé en 1950 le niobium comme nom officiel de l’élément.
en 1864, Christian Wilhelm Blomstrand réussit à produire du niobium métallique en réduisant le chlorure de niobium avec de l’hydrogène dans la chaleur. En 1866, Charles Marignac a confirmé le tantale comme élément distinct.,
en 1907, Werner von Bolton produit du niobium très pur en réduisant un heptafluoroniobate avec du sodium.
événement
le Niobium est un élément rare, avec une part de 1,8 · 10 dans la terre »s croûte de−3 %. Il ne semble pas digne. En raison des rayons ioniques similaires, le niobium et le tantale sont toujours frères et sœurs. Les minéraux les plus importants sont la columbite (Fe, Mn) (Nb, Ta)2O6, également connue sous le nom de niobite ou tantalite en fonction de la teneur en niobium ou tantale, ainsi que le pyrochlore (NaCaNb2O6F).,
D’autres minéraux pour la plupart rares sont:
- Euxénite .
- Olmsteadit (Kfe2 (Nb, Ta) 2 * H2O)et
- Samarskit ((Y, He) 43)
les dépôts de niobium dans les carbonatites, où le pyrochlore s’est accumulé dans les sols altérés, présentent un intérêt économique. La production annuelle en 2006 était de près de 60.000 t, dont 90% était extrait au Brésil. Ces dernières années, la production a considérablement augmenté. Le Brésil et le Canada sont les principaux producteurs de concentrés minéraux contenant du niobium., De grands gisements de minerai sont également situés au Nigeria, en République Démocratique du Congo et en Russie.
Extraction et présentation
étant donné que le niobium et le tantale se produisent toujours ensemble, les minerais de niobium et de tantale sont d’abord digérés ensemble, puis séparés par cristallisation fractionnée ou solubilité différente dans des solvants organiques. Le premier procédé de séparation industrielle de ce type a été développé par Galissard de Marignac en 1866.,
tout d’abord, les minerais sont exposés à un mélange d’acide sulfurique concentré et d’acide fluorhydrique à 50-80 ° C. les fluorures complexes 2− et 2−qui sont facilement solubles.
les sels dipotassiques de ces fluorures peuvent être formés en les convertissant en phase aqueuse et en ajoutant du fluorure de potassium. Seul le fluorure de tantale est peu soluble dans l’eau et précipite. Le fluorure de niobium facilement soluble peut ainsi être séparé du tantale. De nos jours, Cependant, la séparation par extraction avec de la méthyl isobutylcétone est courante., Une troisième possibilité de séparation est par distillation fractionnée des chlorures NbCl5 et TaCl5. Ceux-ci peuvent être produits en faisant réagir des minerais, du coke et du chlore à des températures élevées.
le pentoxyde de Niobium est d’abord produit à partir du fluorure de niobium séparé par réaction avec l’oxygène. Celui-ci est soit d’abord converti en carbure de niobium avec du carbone, puis réduit au métal avec un autre pentoxyde de niobium à 2000 ° C sous vide, soit obtenu directement par aluminothermie., La majeure partie du niobium pour l’industrie sidérurgique est produite de cette manière, avec de l’oxyde de fer ajouté pour obtenir un alliage fer-niobium (60% de niobium). Si les halogénures sont utilisés comme matériau de départ pour la réduction, cela se fait avec du sodium comme agent réducteur.
propriétés
le Niobium est un métal lourd ductile avec un éclat gris. Les états d’oxydation -3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 sont connus. Comme pour le vanadium, qui est au-dessus du niobium dans le tableau périodique, le niveau +5 est le plus cohérent., Le comportement chimique du niobium est presque identique à celui du tantale, qui est directement en dessous du niobium dans le tableau périodique.
en raison de la formation d’une couche passive (couche protectrice), le niobium est très résistant à l’air. La plupart des acides ne l’attaquent donc pas à température ambiante. Seul l’acide fluorhydrique, en particulier lorsqu’il est mélangé avec de l’acide nitrique et de l’acide sulfurique concentré et chaud, corrode rapidement le niobium métallique. Le Niobium est également instable dans les alcalis chauds, car ils dissolvent la couche passive., À des températures supérieures à 200 ° C, il commence à s’oxyder en présence d’oxygène. Le traitement par soudage du niobium doit avoir lieu dans une atmosphère gazeuse protectrice en raison de son instabilité dans l’air.
l’ajout de tungstène et de molybdène au niobium augmente sa résistance à la chaleur et l’aluminium augmente sa résistance.
la température de transition élevée du niobium de 9,25 K, en dessous de laquelle il est supraconducteur, et sa capacité à absorber facilement les gaz sont remarquables., Un gramme de niobium peut absorber 100 cm3 d’hydrogène à température ambiante, qui était auparavant utilisé dans la technologie des tubes à vide.
utilisation
le Niobium est utilisé comme additif d’alliage pour les aciers inoxydables, les aciers inoxydables spéciaux (par exemple, les tuyaux pour la production d’acide chlorhydrique) et les alliages les matériaux sont caractérisés par une résistance mécanique accrue., Même à des concentrations de 0,01 à 0,1% en masse, le niobium en combinaison avec le laminage thermomécanique peut augmenter considérablement la résistance et la ténacité de l’acier. Les premières tentatives d’utilisation du niobium comme élément d’alliage (remplacement du tungstène) ont eu lieu aux États-Unis en 1925. Les aciers ainsi raffinés sont souvent utilisés dans la construction de pipelines. En tant que Carbure solide, le niobium est également ajouté aux consommables de soudage pour lier le carbone.,
d’Autres utilisations incluent:
- l’Application de la technologie nucléaire en raison de la faible capture de la croix-section pour les neutrons thermiques.
- Production d’électrodes de soudage stabilisées au niobium comme charges de soudage pour les aciers inoxydables, les aciers inoxydables spéciaux et les alliages à base de nickel
- En Raison de sa couleur bleuâtre, il est utilisé pour le perçage de bijoux et la fabrication de bijoux.
- Dans le cas des pièces avec du niobium (pièces bimétalliques), la couleur du noyau de niobium peut varier considérablement en raison de processus physiques (par exemple, 25 pièces en Euros D’Autriche).
- des quantités importantes sont utilisées comme ferroniobium et nickel niobium dans l’industrie métallurgique pour la production de superalliages (alliages à base de nickel, de cobalt et de fer). Des pièces statiques pour turbines à gaz stationnaires et volantes, des pièces de fusée et des composants résistants à la chaleur pour la construction de fours sont fabriqués à partir de cela.
- le Niobium est utilisé comme matériau d’anode dans les condensateurs électrolytiques au niobium. Un oxyde de niobium, l’oxyde de niobium (V), a une rigidité diélectrique élevée., Il est appliqué à la surface de l’anode de niobium dans un soi-disant processus de formage et sert de diélectrique dans ce condensateur. Les condensateurs électrolytiques au Niobium sont en concurrence avec les condensateurs électrolytiques au tantale les plus populaires.
- Sont les ampoules de verre des ampoules halogènes à l’extérieur avec z. B. le niobium, une partie du rayonnement thermique du filament de tungstène est réfléchie vers l’intérieur. En conséquence, une température de fonctionnement plus élevée et donc une plus grande efficacité lumineuse peuvent être obtenues avec une consommation d’énergie inférieure.
- En tant que catalyseur (par exemple, dans la production d’acide chlorhydrique et dans la production d’alcools à partir de butadiène),
- sous forme de niobate de potassium (composé chimique de potassium, de niobium et d’oxygène), qui est utilisé comme monocristal dans la technologie laser et pour les systèmes optiques non linéaires
- utilisation comme matériau d’électrode pour les lampes à vapeur de sodium à haute pression
- supraconductivité: à des températures inférieures à 9,5 K, le niobium pur est un supraconducteur de type II., Les alliages de Niobium (avec N, O, Sn, AlGe, Ge) appartiennent aux trois éléments purs niobium, vanadium et technétium ainsi que les substances de type II-les supraconducteurs sont: les températures de transition de ces alliages sont comprises entre 18,05 K (niobium étain, Nb3Sn) et 23,2 K (niobium germanium, Nb3Ge). Les résonateurs à cavité supraconductrice fabriqués à partir de niobium sont utilisés dans les accélérateurs de particules (y compris XFEL et FLASH chez DESY à Hambourg). Pour générer des champs magnétiques élevés allant jusqu’à environ 20 Tesla, des aimants supraconducteurs avec des fils en niobium-étain et niobium-titane sont utilisés., Par exemple, 600 tonnes de niobium-étain et 250 tonnes de niobium-titane sont utilisées pour le réacteur expérimental de fusion I. Les aimants supraconducteurs du LHC sont également constitués d’alliages de niobium.
consignes de sécurité
bien que le niobium soit considéré comme non toxique, la poussière de niobium métallique irrite les yeux et la peau. La poussière de Niobium est hautement inflammable.
un mode d’action physiologique du niobium est inconnu.,>
| isotope | NH | t1/2 | ZA | ZE (MeV) | ZP |
|---|---|---|---|---|---|
| 91Nb | {Syn.,} | 680 a | ε | 1,253 | 91Zr |
| 92Nb | {Syn.} | 3,47 · 107 a | ε | 2,006 | 92Zr |
| β- | 0,356 | 92Mo | |||
| 93Nb | 100 % | Stable | |||
| 93metaNb | {Syn.} | 16,13 a | IT | 0,031 | 93Nb |
| 94Nb | {Syn.} | 20300 a | β- | 2,045 | 94Mo |
| 95Nb | {Syn.,p>
Danger |
||||
| H and P phrases | H: 250 | ||||
| EUH: no EUH rates | |||||
| P: 222-231-422 | |||||
| Hazardous InformationPowder
Light- (F)
|
|||||
| R and S phrases | R: 11 | ||||
| S: 43 | |||||
