Generelt
Niobium (efter Niobe, datter af tantal) er et grundstof med den del symbol Nb og den atomare nummer 41. Det er et af overgangsmetallerne, i det periodiske bord er det i 5.periode og 5. undergruppe (gruppe 5) eller vanadiumgruppe.,
i det angelsaksiske sprogområde er der stadig i dag mange metallurger, materialeleverandører og i privat brug den længe forældede betegnelse columbium og forkortelsen CB anvendt.
det sjældent forekommende tungmetal er gråt og let formbart. Niobium kan udvindes af mineralerne columbite, coltan (columbite-tantalite) og loparite. Det bruges hovedsageligt i metallurgi til at fremstille specielle stål og forbedre svejsbarheden.
Niobium blev opdaget af Charles Hatchett i 1801., Han fandt det i columbite malm (først fundet i en flod seng i Colombia), som var blevet sendt til England af John .inthrop omkring 1700. Hatchett kaldte elementet columbium. Indtil midten af det 19.århundrede blev det antaget, at columbium og tantal, der blev opdaget i 1802, var det samme element, da de næsten altid forekommer sammen i mineraler (paragenese).
Det var ikke indtil 1844, at Berlin professor Heinrich Rose viste, at niobium og tantalic syre er forskellige stoffer., Ikke at vide om Hatchett ” s arbejde og dets navngivning, han kaldte den genopdagede element på grund af dens lighed med tantal efter Niobe, datter af Tantalus.
det var først efter 100 års debat, at International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) fremsatte i 1950 niobium som elementets officielle navn.
I 1864 Christian Wilhelm Blomstrand lykkedes at fremstille metallisk niobium ved at reducere niobium chlorid med hydrogen i varmen. I 1866 bekræftede Charles Marignac tantal som et særskilt element.,
i 1907 producerede Boltonerner von Bolton meget rent niobium ved at reducere et heptafluoroniobat med natrium.
forekomsten
Niobium er et sjældent element med en andel på 1,8 · 10 i jorden”s crust−3 %. Det gør ikke”t synes værdig. På grund af de lignende ioniske radier er niobium og tantal altid søskende. De vigtigste mineraler er columbit (Fe, Mn) (Nb, Ta)2O6, som også er kendt som niobite eller tantalite, afhængigt af indholdet af niobium eller tantal, samt pyrochlor (NaCaNb2O6F).,
Andre mest sjældne mineraler er:
- EU .enite .
- Olmsteadit (KFe2(Nb, Ta) 2 · H2O) og
- Samarskit ((Y, Han)43)
Niobium indskud i carbonatites, hvor pyrochlor har akkumuleret i den forvitrede jord, er af økonomisk interesse. Den årlige produktion i 2006 var næsten 60.000 t, hvoraf 90% blev udvundet i Brasilien. I de senere år er produktionen steget markant. Brasilien og Canada er de største producenter af niobiumholdige mineralkoncentrater., Store malmaflejringer er også placeret i Nigeria, Den Demokratiske Republik Congo og Rusland.
Udvinding og præsentation
Siden niobium og tantal altid forekommer sammen, niobium og tantal malme er først fordøjes sammen og derefter adskilt ved fraktioneret krystallisation eller anden opløselighed i organiske opløsningsmidler. Den første sådanne industrielle separationsproces blev udviklet af Galissard de Marignac i 1866.,
først udsættes malmene for en blanding af koncentreret svovlsyre og flussyre ved 50-80 C. C. De komplekse fluorider 2− og 2−der er letopløselige.
dikaliumsaltene af disse fluorider kan dannes ved at omdanne dem til en vandig fase og tilsætte kaliumfluorid. Kun tantal fluorid er sparsomt opløseligt i vand og udfældes. Det letopløselige niobiumfluorid kan således adskilles fra tantal. I dag er adskillelse ved ekstraktion med isobutylmethylketon imidlertid almindelig., En tredje mulighed for adskillelse er ved fraktioneret destillation af chlorider NbCl5 og TaCl5. Disse kan fremstilles ved at reagere malm, koks og klor ved høje temperaturer.
Niobiumpento .id fremstilles først fra det separerede niobiumfluorid ved omsætning med o .ygen. Dette omdannes enten først til niobiumcarbid med kulstof og reduceres derefter til metallet med yderligere niobiumpento .id ved 2000.C i et vakuum eller opnås direkte ved aluminothermically., Det meste af niobium til stålindustrien fremstilles på denne måde, idet jerno .id tilsættes for at opnå en jern-niobiumlegering (60% niobium). Hvis halogenider anvendes som udgangsmateriale til reduktionen, gøres dette med natrium som reduktionsmiddel.
egenskaber
Niobium er et duktilt tungmetal med en grå glans. O theidationstilstande -3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 er kendt. Som med vanadium, som er over niobium i det periodiske bord ,er + 5-niveauet det mest konsistente., Den kemiske opførsel af niobium er næsten identisk med tantal, som er direkte under niobium i det periodiske bord.
som følge af dannelsen af et passivt lag (beskyttende lag) er niobium meget modstandsdygtigt over for luft. De fleste syrer angriber derfor ikke det ved stuetemperatur. Kun flussyre, især når de blandes med salpetersyre, og varm, koncentreret svovlsyre, korroderer metallisk niobium hurtigt. Niobium er også ustabilt i varme alkalier, da de opløser det passive lag., Ved temperaturer over 200.C begynder det at O .idere i nærvær af ilt. Svejsning af niobium skal finde sted i en beskyttende gasatmosfære på grund af dens ustabilitet i luften.
tilsætningen af tunolfram og molybdæn til niobium øger dens varmebestandighed, og aluminium øger dens styrke.
den høje overgangstemperatur af niobium på 9,25 K, under hvilken den er superledende, og dens evne til let at absorbere gasser er bemærkelsesværdige., Et gram niobium kan absorbere 100 cm3 hydrogen ved stuetemperatur, som tidligere blev anvendt i vakuumrørsteknologi.
Brug
Niobium er brugt som en legering tilsætningsstof til rustfrit stål, speciel rustfrit stål (fx rør til saltsyre produktion) og ikke-jernholdige legeringer, som niobium-legerede materialer, der er kendetegnet ved forøget mekanisk styrke., Selv i koncentrationer på 0,01 til 0,1 masseprocent kan niobium i kombination med termomekanisk rullning betydeligt øge styrken og sejheden af stål. Første forsøg på at bruge niobium som legeringselement (udskiftning af tunolfram) fandt sted i USA i 1925. Stål raffineret på denne måde bruges ofte i rørledningskonstruktion. Som en stærk karbidformer tilsættes niobium også til svejseforbrugsstoffer for at binde kulstof.,
Andre anvendelser omfatter:
- Anvendelse i nuklear teknologi på grund af den lave capture tværsnit for termiske neutroner.
- Produktion af niobium-stabiliseret svejseelektroder som svejsning fyldstoffer til rustfrit stål, speciel rustfrit stål og nikkelbaserede legeringer
- på Grund af sin blålig farve, der er brugt til piercing smykker og smykkefremstilling.
- I tilfælde af mønter med niobium (bimetal-mønter), farve, niobium kernen kan variere meget på grund af fysiske processer (fx, 25 euromønter fra Østrig).
- Betydelige mængder bruges som ferroniobium og nikkel niobium i den metallurgiske industri til fremstilling af superlegeringer (nikkel, kobolt-og jern-baserede legeringer). Statiske dele til stationære og flyvende gasturbiner, raketdele og varmebestandige komponenter til ovnkonstruktion fremstilles herfra.
- Niobium anvendes som anodemateriale i niobium elektrolytiske kondensatorer. Et O .id af niobium, niobium (V) o .id, har en høj dielektrisk styrke., Den påføres overfladen af niobiumanoden i en såkaldt formningsproces og tjener som et dielektrisk i denne kondensator. Niobium elektrolytiske kondensatorer konkurrerer med de mere populære tantal elektrolytiske kondensatorer.
- er glaspærerne af halogenpærer udenfor med B.. B. niobium, en del af den termiske stråling af tunolframfilamentet reflekteres tilbage til indersiden. Som et resultat kan der opnås en højere driftstemperatur og dermed større lyseffektivitet med lavere energiforbrug.
- som katalysator (f. eks., i saltsyre produktion og produktionen af alkoholer fra butadien),
- Som kalium niobate (kemisk forbindelse af kalium -, niobium-og ilt), som anvendes som et enkelt krystal i laser teknologi og ikke-lineære optiske systemer
- Brug som elektrodemateriale for højt tryk natrium damp lamper
- Superledning: Ved temperaturer under 9,5 K, ren niobium er en type II superleder., Niobiumlegeringer (med N, O, Sn, AlGe, Ge), der hører til de tre rene elementer, niobium, vanadium og korrosionsbeskyttelse samt type II-stoffer -Superledere er: overgangen temperaturer i disse legeringer er mellem 18,05 K (niobium tin, Nb3Sn) og 23,2 K (niobium germanium, Nb3Ge). Superledende hulrumsresonatorer fremstillet af niobium anvendes i partikelacceleratorer (herunder DESFEL og FLASH på DESY i Hamborg). For at generere høje magnetfelter på op til omkring 20 Tesla anvendes superledende magneter med ledninger lavet af niobium-tin og niobium-titanium., For eksempel anvendes 600 tons niobium-tin og 250 tons niobium-titanium til den eksperimentelle ITER-fusionsreaktor. De superledende magneter i LHC er også lavet af niobiumlegeringer.
sikkerhedsanvisninger
Selvom niobium anses for at være ikke-giftige, metallisk niobium støv irriterer øjnene og huden. Niobiumstøv er meget brandfarligt.
en fysiologisk virkemåde for niobium er ukendt.,>
| isotop | 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 | |||||
