Algemeen
Niobium (naar Niobe, de dochter van tantaal) is een chemisch element met het elementsymbool Nb en het atoomnummer 41. Het is een van de overgangsmetalen, in het periodiek systeem bevindt het zich in de 5e periode en de 5e subgroep (groep 5) of vanadium groep.,
in het Angelsaksische taalgebied zijn nog steeds veel metallurgen, materiaalleveranciers en in particulier gebruik de lang verouderde benaming columbium en de afkorting Cb gebruikt.
het zelden voorkomende zware metaal is grijs van kleur en gemakkelijk vervormbaar. Niobium kan worden gewonnen uit de mineralen columbiet, coltan (columbiet-tantaliet) en lopariet. Het wordt hoofdzakelijk gebruikt in metallurgie om speciaal staal te maken en lasbaarheid te verbeteren.= = ontdekking = = Niobium werd ontdekt door Charles Hatchett in 1801., Hij vond het in columbieterts (voor het eerst gevonden in een rivierbedding in Colombia), dat rond 1700 door John Winthrop naar Engeland was gestuurd. Hatchett noemde het element columbium. Tot het midden van de 19e eeuw werd aangenomen dat columbium en tantaal, ontdekt in 1802, hetzelfde element waren, omdat ze bijna altijd samen voorkomen in mineralen (paragenese).
pas in 1844 toonde de Berlijnse professor Heinrich Rose aan dat niobium en tantaalzuur verschillende stoffen zijn., Niet wetend over Hatchett ‘ s werk en zijn naamgeving, noemde hij het herontdekte element vanwege zijn gelijkenis met tantaal naar Niobe, de dochter van Tantalus.het was pas na 100 jaar van discussie dat de International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) in 1950 niobium als de officiële naam van het element naar voren bracht.in 1864 slaagde Christian Wilhelm Blomstrand erin metallisch niobium te produceren door niobiumchloride te verminderen met waterstof in de hitte. In 1866 bevestigde Charles Marignac dat tantaal een apart element was.,
In 1907 produceerde Werner von Bolton zeer zuiver niobium door het reduceren van een heptafluoroniobaat met natrium.
voorkomen
Niobium is een zeldzaam element met een aandeel van 1,8 · 10 in de aardkorst−3 %. Het ziet er niet waardig uit. Vanwege de vergelijkbare Ionische radii, niobium en tantaal zijn altijd broers en zussen. De belangrijkste mineralen zijn columbiet (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2O6, die ook bekend staat als niobiet of tantaliet afhankelijk van het gehalte aan niobium of tantaal, evenals pyrochlore (NaCaNb2O6F).,
andere, meestal zeldzame mineralen zijn:
- Euxeniet .
- Olmsteadit (KFe2 (Nb, Ta) 2 · H2O) en
- Samarskit ((Y, He)43)
niobiumafzettingen in carbonatieten, waar pyrochlore zich heeft opgehoopt in de verweerde bodems, zijn van economisch belang. De jaarlijkse productie in 2006 bedroeg bijna 60.000 ton, waarvan 90% werd gewonnen in Brazilië. De laatste jaren is de productie aanzienlijk toegenomen. Brazilië en Canada zijn de belangrijkste producenten van niobiumhoudende minerale concentraten., Grote ertsafzettingen bevinden zich ook in Nigeria, De Democratische Republiek Congo en Rusland.
extractie en presentatie
aangezien niobium en tantaal altijd samen voorkomen, worden niobium-en tantaalerts eerst samen verteerd en vervolgens gescheiden door fractionele kristallisatie of verschillende Oplosbaarheid in organische oplosmiddelen. Het eerste industriële scheidingsproces werd ontwikkeld door Galissard de Marignac in 1866.,
eerst worden de ertsen blootgesteld aan een mengsel van geconcentreerd zwavelzuur en fluorwaterstofzuur bij 50-80 ° C. De complexe fluoriden 2− en 2−die gemakkelijk oplosbaar zijn.
de dikaliumzouten van deze fluoriden kunnen worden gevormd door ze om te zetten in een waterige fase en kaliumfluoride toe te voegen. Alleen het tantaalfluoride is spaarzaam oplosbaar in water en precipiteert. De gemakkelijk oplosbare niobiumfluoride kan dus worden gescheiden van het tantaal. Tegenwoordig is scheiding door extractie met methylisobutylketon echter gebruikelijk., Een derde mogelijkheid van scheiding is door gefractioneerde destillatie van de chloriden NbCl5 en TaCl5. Deze kunnen worden geproduceerd door ertsen, cokes en chloor bij hoge temperaturen te laten reageren.
Niobiumpentoxide wordt eerst geproduceerd uit het gescheiden niobiumfluoride door te reageren met zuurstof. Dit wordt ofwel eerst omgezet in niobiumcarbide met koolstof en vervolgens gereduceerd tot het metaal met verder niobiumpentoxide bij 2000 ° C in een vacuüm of direct verkregen door aluminothermisch., Het grootste deel van het niobium voor de staalindustrie wordt op deze manier geproduceerd, waarbij ijzeroxide wordt toegevoegd om een ijzer-niobiumlegering (60% niobium) te verkrijgen. Als halogeniden als uitgangsmateriaal voor de reductie worden gebruikt, wordt dit gedaan met natrium als reductiemiddel.
eigenschappen
Niobium is een nodulair zwaar metaal met een grijze glans. De oxidatietoestanden -3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 zijn bekend. Net als bij vanadium, dat boven niobium in het periodiek systeem ligt, is het +5-niveau het meest consistent., Het chemische gedrag van niobium is bijna identiek aan dat van tantaal, die direct onder niobium in het periodiek systeem.
door de vorming van een passieve laag (beschermende laag) is niobium zeer luchtbestendig. De meeste zuren vallen het daarom niet aan bij kamertemperatuur. Alleen fluorwaterstofzuur, vooral wanneer gemengd met salpeterzuur, en heet, geconcentreerd zwavelzuur, corroderen metallic niobium snel. Niobium is ook onstabiel in hete alkaliën, omdat ze de passieve laag oplossen., Bij temperaturen boven 200 ° C begint het te oxideren in aanwezigheid van zuurstof. Lassen verwerking van niobium moet plaatsvinden in een beschermende gasatmosfeer vanwege de instabiliteit in de lucht.
de toevoeging van wolfraam en molybdeen aan niobium verhoogt de hittebestendigheid en aluminium verhoogt de sterkte.
de hoge overgangstemperatuur van niobium van 9,25 K, waaronder het supergeleidend is, en zijn vermogen om gemakkelijk gassen te absorberen zijn opmerkelijk., Een gram niobium kan absorberen 100 cm3 waterstof bij kamertemperatuur, die eerder werd gebruikt in vacuümbuis technologie.
gebruik
Niobium wordt gebruikt als legeringsadditief voor roestvrijstalen, speciale roestvrijstalen (bv. buizen voor de productie van zoutzuur) en non-ferrolegeringen, omdat niobiumgelegeerde materialen worden gekenmerkt door een verhoogde mechanische sterkte., Zelfs in concentraties van 0,01 tot 0,1 massapercenten kan niobium in combinatie met thermomechanisch walsen de sterkte en taaiheid van staal aanzienlijk verhogen. De eerste pogingen om niobium als legeringselement te gebruiken (vervanging van wolfraam) vonden plaats in de VS in 1925. Op deze manier geraffineerde staalsoorten worden vaak gebruikt in de pijpleidingbouw. Als een sterke carbide voormalige, niobium wordt ook toegevoegd aan lassen verbruiksgoederen om koolstof te binden.,
andere toepassingen zijn:
- toepassing in nucleaire technologie vanwege de lage capture dwarsdoorsnede voor thermische neutronen.
- productie van niobium-gestabiliseerde laselektroden als lasvullers voor roestvrij staal, speciaal roestvrij staal en nikkellegeringen
- vanwege de blauwachtige kleur wordt het gebruikt voor het doorboren van sieraden en het maken van sieraden.
- bij munten met niobium (bimetalen) kan de kleur van de niobiumkern sterk variëren als gevolg van fysische processen (bv., 25 euromunten van Oostenrijk).
- belangrijke hoeveelheden worden gebruikt als ferroniobium en nikkelniobium in de metallurgische industrie voor de productie van superlegeringen (nikkel, kobalt en ijzerlegeringen). Statische onderdelen voor stationaire en vliegende gasturbines, raketonderdelen en hittebestendige componenten voor de ovenbouw worden hiervan vervaardigd.
- Niobium wordt gebruikt als anodemateriaal in elektrolytische niobiumcondensatoren. Een oxide van niobium, niobium (V) oxide, heeft een hoge diëlektrische sterkte., Het wordt aangebracht op het oppervlak van de niobiumanode in een zogenaamd vormproces en dient als diëlektrisch in deze condensator. Niobium elektrolytische condensatoren concurreren met de meer populaire tantaal elektrolytische condensatoren.
- zijn de glazen lampen van halogeenlampen buiten met z. B. niobium, een deel van de thermische straling van de wolfraamgloeidraad wordt naar binnen gereflecteerd. Hierdoor kan bij een lager energieverbruik een hogere bedrijfstemperatuur en dus een hoger lichtrendement worden bereikt.
- als katalysator (bijv., bij de productie van zoutzuur en bij de productie van alcoholen uit butadieen),
- als kaliumniobaat (chemische verbinding van kalium, niobium en zuurstof), dat wordt gebruikt als een enkelkristal in lasertechnologie en voor niet-lineaire optische systemen
- gebruik als elektrodemateriaal voor hogedruknatriumdamplampen
- supergeleiding: bij temperaturen beneden 9,5 K is zuiver niobium een type II supergeleider., Niobiumlegeringen (met N, O, Sn, AlGe, Ge) behoren tot de drie zuivere elementen niobium, vanadium en technetium evenals type II stoffen-supergeleiders zijn: de overgangstemperaturen van deze legeringen liggen tussen 18,05 K (niobium tin, Nb3Sn) en 23,2 K (niobium germanium, Nb3Ge). Supergeleidende holteresonatoren van niobium worden gebruikt in deeltjesversnellers (waaronder XFEL en FLASH bij DESY in Hamburg). Om hoge magnetische velden van maximaal ongeveer 20 Tesla te genereren, worden supergeleidende magneten met draden van niobium-tin en niobium-titanium gebruikt., Voor de experimentele ITER-fusiereactor worden bijvoorbeeld 600 ton niobium-tin en 250 ton niobium-titaan gebruikt. De supergeleidende magneten van de LHC zijn ook gemaakt van niobium legeringen.
veiligheidsinstructies
hoewel niobium als niet-toxisch wordt beschouwd, irriteert metallisch niobiumstof de ogen en de huid. Niobiumstof is licht ontvlambaar.
een fysiologische werkingswijze van niobium is onbekend.,>
| isotoop | 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 | |||||
