Allgemein
Niob (nach Niobe, der Tochter von Tantal) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Nb und der Ordnungszahl 41. Es ist eines der Übergangsmetalle, im Periodensystem befindet es sich in der 5.Periode und der 5. Untergruppe (Gruppe 5) oder Vanadiumgruppe.,
Im angelsächsischen Sprachraum wird noch heute von vielen Metallurgen, Materiallieferanten und im privaten Gebrauch die lange veraltete Bezeichnung columbium und die Abkürzung Cb verwendet.
Das selten vorkommende Heavy Metal ist grau gefärbt und leicht formbar. Niob kann aus den Mineralien Columbit, Coltan (Columbit-Tantalite) und Loparit gewonnen werden. Es wird hauptsächlich in der Metallurgie verwendet, um spezielle Stähle herzustellen und die Schweißbarkeit zu verbessern.
Niob wurde 1801 von Charles Hatchett entdeckt., Er fand es in Columbiterz (erster Fund in einem Flussbett in Kolumbien), das um 1700 von John Winthrop nach England geschickt worden war. Hatchett nannte das Element Columbium. Jahrhunderts wurde angenommen, dass Columbium und Tantal, die 1802 entdeckt wurden, dasselbe Element sind, da sie fast immer zusammen in Mineralien vorkommen (Paragenese).
Erst 1844 zeigte der Berliner Professor Heinrich Rose, dass Niob und Tantalsäure unterschiedliche Substanzen sind., Nicht zu wissen, über Hatchetts Arbeit und seine Benennung, er nannte das wiederentdeckte Element wegen seiner Ähnlichkeit mit Tantal nach Niobe, die Tochter des Tantal.
Erst nach 100 Jahren Debatte legte die Internationale Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC) 1950 Niob als offiziellen Namen des Elements vor.
1864 gelang es Christian Wilhelm Blomstrand, metallisches Niob herzustellen, indem es Niobchlorid mit Wasserstoff in der Hitze reduzierte. Im Jahr 1866 bestätigte Charles Marignac Tantal als separates Element.,
1907 produzierte Werner von Bolton durch Reduktion eines Heptafluoroniobats mit Natrium sehr reines Niob.
Vorkommen
Niob ist ein seltenes Element mit einem Anteil von 1,8 · 10 in der Erdkruste−3 %. Es wirkt nicht würdevoll. Aufgrund der ähnlichen ionischen Radien sind Niob und Tantal immer Geschwister. Die wichtigsten Mineralien sind Columbit (Fe, Mn) (Nb, Ta)2O6, das je nach Gehalt an Niob oder Tantal auch als Niobit oder Tantalit bekannt ist, sowie Pyrochlor (NaCaNb2O6F).,
Weitere meist seltene Mineralien sind:
- Euxenit .
- Olmsteadit (KFe2(Nb, Ta) 2 · H2O) und
- Samarskit ((Y, Er)43)
Niob-Lagerstätten in carbonatites, wo pyrochlore hat sich in den verwitterten Böden sind von wirtschaftlichem Interesse. Die jährliche Produktion betrug 2006 fast 60.000 t, 90% davon wurden in Brasilien abgebaut. In den letzten Jahren hat die Produktion deutlich zugenommen. Brasilien und Kanada sind die Hauptproduzenten von niobhaltigen Mineralkonzentraten., Große Erzvorkommen befinden sich auch in Nigeria, der Demokratischen Republik Kongo und Russland.
Extraktion und Präsentation
Da Niob und Tantal immer zusammen auftreten, werden Niob-und Tantalerze zuerst zusammen verdaut und dann durch fraktionierte Kristallisation oder unterschiedliche Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln getrennt. Das erste derartige industrielle Trennverfahren wurde 1866 von Galissard de Marignac entwickelt.,
Zunächst werden die Erze einer Mischung aus konzentrierter Schwefel-und Flusssäure bei 50-80 ° C ausgesetzt.
Die Dikaliumsalze dieser Fluoride können durch Umwandlung in eine wässrige Phase und Zugabe von Kaliumfluorid gebildet werden. Nur das Tantalfluorid ist in Wasser sparsam löslich und fällt aus. Das leicht lösliche Niobfluorid kann somit vom Tantal getrennt werden. Heutzutage ist jedoch eine Trennung durch Extraktion mit Methylisobutylketon üblich., Eine dritte Möglichkeit der Trennung besteht in der fraktionierten Destillation der Chloride NbCl5 und TaCl5. Diese können durch Reaktion von Erzen, Koks und Chlor bei hohen Temperaturen hergestellt werden.
Niobpentoxid wird zunächst aus dem abgetrennten Niobfluorid durch Reaktion mit Sauerstoff hergestellt. Diese wird entweder zuerst mit Kohlenstoff in Niobkarbid umgewandelt und dann mit weiterem Niobpentoxid bei 2000 ° C im Vakuum auf das Metall reduziert oder direkt durch aluminotherm erhalten., Das meiste Niob für die Stahlindustrie wird auf diese Weise hergestellt, wobei Eisenoxid zugegeben wird, um eine Eisen-Niob-Legierung (60% Niob) zu erhalten. Wenn Halogenide als Ausgangsmaterial für die Reduktion verwendet werden, geschieht dies mit Natrium als Reduktionsmittel.
Eigenschaften:
Niob ist ein duktiles Schwermetall mit einem grauen Schimmer. Die oxidation states -3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 bekannt sind. Wie bei Vanadium, das im Periodensystem über Niob liegt, ist das Niveau +5 am konsistentesten., Das chemische Verhalten von Niob ist fast identisch mit dem von Tantal, das direkt unter Niob im Periodensystem liegt.
Durch die Bildung einer passiven Schicht (Schutzschicht) ist Niob sehr luftbeständig. Die meisten Säuren greifen es daher nicht bei Raumtemperatur an. Nur Flusssäure, insbesondere wenn sie mit Salpetersäure gemischt wird, und heiße, konzentrierte Schwefelsäure korrodieren metallisches Niob schnell. Niob ist auch in heißen Alkalien instabil, da sie die passive Schicht auflösen., Bei Temperaturen über 200 ° C beginnt es in Gegenwart von Sauerstoff zu oxidieren. Die Schweißverarbeitung von Niob muss aufgrund seiner Instabilität in der Luft in einer Schutzgasatmosphäre erfolgen.
Die Zugabe von Wolfram und Molybdän zu Niob erhöht seine Wärmebeständigkeit und Aluminium erhöht seine Festigkeit.
Bemerkenswert ist die hohe Übergangstemperatur von Niob von 9,25 K, unter der es supraleitend ist, und seine Fähigkeit, Gase leicht zu absorbieren., Ein Gramm Niob kann 100 cm3 Wasserstoff bei Raumtemperatur aufnehmen, was zuvor in der Vakuumröhrentechnologie verwendet wurde.
Verwendung
Niob wird als Legierungszusatz für rostfreie Stähle, spezielle rostfreie Stähle (z. B. Rohre zur Salzsäureproduktion) und NE-Legierungen verwendet, da Niob-legierte Materialien sich durch erhöhte mechanische Festigkeit auszeichnen., Selbst in Konzentrationen von 0,01 bis 0,1 Massenprozent kann Niob in Kombination mit thermomechanischem Walzen die Festigkeit und Zähigkeit von Stahl erheblich erhöhen. Erste Versuche, Niob als Legierungselement (Ersatz von Wolfram) zu verwenden, fanden 1925 in den USA statt. Auf diese Weise veredelte Stähle werden häufig im Rohrleitungsbau verwendet. Als starkes Karbidmaterial wird Niob auch zu Schweißverbrauchsmaterialien hinzugefügt, um Kohlenstoff zu binden.,
Andere Verwendungen umfassen:
- Anwendung in der Kerntechnik wegen des niedrigen Capture-Querschnitts für thermische Neutronen.
- Herstellung von niobstabilisierten Schweißelektroden als Schweißfüller für rostfreie Stähle, spezielle rostfreie Stähle und Nickelbasislegierungen
- Aufgrund seiner bläulichen Farbe wird es zum Durchstechen von Schmuck und Schmuck verwendet.
- Bei Münzen mit Niob (Bimetallmünzen) kann die Farbe des Niobkerns aufgrund physikalischer Prozesse stark variieren (z., 25-euro-Münzen aus österreich).
- Als Ferroniobium und Nickel-Niob werden in der metallurgischen Industrie erhebliche Mengen zur Herstellung von Superlegierungen (Nickel, Kobalt und Eisenlegierungen) verwendet. Daraus werden statische Teile für stationäre und fliegende Gasturbinen, Raketenteile und hitzebeständige Komponenten für den Ofenbau hergestellt.
- Niob wird als Anodenmaterial in Niob-Elektrolytkondensatoren. Ein Oxid von Niob, Niob (V) Oxid, hat eine hohe Durchschlagsfestigkeit., Es wird in einem sogenannten Umformprozess auf die Oberfläche der Niobanode aufgebracht und dient in diesem Kondensator als Dielektrikum. Niobelektrolytkondensatoren konkurrieren mit den populäreren Tantalelektrolytkondensatoren.
- Sind die Glaskolben von Halogenlampen außen mit z. B. Niob, wird ein Teil der Wärmestrahlung des Wolframfilaments nach innen zurückreflektiert. Dadurch kann bei geringerem Energieverbrauch eine höhere Betriebstemperatur und damit eine höhere Lichtausbeute erreicht werden.
- Als Katalysator (z.B., bei der Salzsäureproduktion und bei der Herstellung von Alkoholen aus Butadien),
- Als Kaliumniobat (chemische Verbindung von Kalium, Niob und Sauerstoff), das als Einkristall in der Lasertechnik und für nichtlineare optische Systeme verwendet wird
- Verwendung als Elektrodenmaterial für Hochdruck-Natriumdampflampen
- Supraleitung: Bei Temperaturen unter 9,5 K ist reines Niob ein Typ-II-Supraleiter., Niob-Legierungen (mit N, O, Sn, AlGe, Ge) gehören zu den drei reinen Elementen Niob, Vanadium und Technetium sowie Typ-II-Substanzen-Supraleiter sind: Die Übergangstemperaturen dieser Legierungen liegen zwischen 18,05 K (Niob-Zinn, Nb3Sn) und 23,2 K (Niob-Germanium, Nb3Ge). Supraleitende Hohlraumresonatoren aus Niob werden in Teilchenbeschleunigern (u.a. XFEL und FLASH bei DESY in Hamburg) eingesetzt. Um hohe Magnetfelder von bis zu 20 Tesla zu erzeugen, werden supraleitende Magnete mit Drähten aus Niob-Zinn und Niob-Titan eingesetzt., Zum Beispiel werden 600 Tonnen Niob-Zinn und 250 Tonnen Niob-Titan für den experimentellen ITER-Fusionsreaktor verwendet. Die supraleitenden Magnete des LHC bestehen ebenfalls aus Nioblegierungen.
Sicherheitshinweise
Obwohl Niob als ungiftig gilt, reizt metallischer Niobstaub Augen und Haut. Niobstaub ist leicht entzündlich.
Eine physiologische Wirkungsweise von Niob ist unbekannt.,>
| 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 | |||||
