allmänt
niob (efter Niobe, dotter till tantalum) är ett kemiskt element med elementet symbol Nb och atomnummer 41. Det är en av övergångsmetallerna, i det periodiska bordet är det under 5: e perioden och 5: e undergruppen (Grupp 5) eller vanadingruppen.,
I anglosaxiska språkområdet är fortfarande idag många metallurger, materialleverantörer och i privat bruk den långa föråldrade beteckningen columbium och förkortningen Cb används.
den sällan förekommande tungmetallen är grå i färg och lätt formbar. Niob kan extraheras från mineralerna columbite, coltan (columbite-tantalite) och loparite. Det används främst inom metallurgi för att göra speciella stål och förbättra svetsbarheten.
Niob upptäcktes av Charles Hatchett 1801., Han fann det i columbite malm (först hitta i en flodbädd i Colombia), som hade skickats till England av John Winthrop omkring 1700. Hatchett namngav elementet columbium. Fram till mitten av 1800-talet antogs att columbium och tantal, som upptäcktes 1802, var samma element, eftersom de nästan alltid förekommer tillsammans i mineraler (paragenesis).
det var inte förrän 1844 som Berlinprofessorn Heinrich Rose visade att niob och tantalsyra är olika ämnen., Utan att veta om Hatchetts arbete och namngivning namngav han det återupptäckta elementet på grund av dess likhet med tantalum efter Niobe, dotter till Tantalus.
det var först efter 100 års debatt som International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) lade fram 1950 niob som elementets officiella namn.
1864 lyckades Christian Wilhelm Blomstrand producera metallisk niob genom att minska niobklorid med väte i värmen. År 1866 bekräftade Charles Marignac tantalum som ett separat element.,
I 1907 Werner von Bolton producerade mycket ren niob genom att minska en heptafluoroniobat med natrium.
förekomst
niob är ett sällsynt element med en andel på 1,8 · 10 i jordskorpan−3 %. Det verkar inte värdigt. På grund av liknande Joniska radier är niob och tantal alltid syskon. De viktigaste mineralerna är columbite (Fe, Mn) (Nb, Ta)2O6, som också är känd som niobite eller tantalit, beroende på innehåll av niob eller tantal, liksom pyrochlore (NaCaNb2O6F).,
andra mest sällsynta mineraler är:
- Euxenite .
- Olmsteadit (Kfe2 (Nb, Ta) 2 · H2O) och
- Samarskit ((Y, He)43)
niobium insättningar i karbonatiter, där pyrochlore har ackumulerats i vittrade jordar, är av ekonomiskt intresse. Den årliga produktionen 2006 var nästan 60 000 ton, varav 90% minerades i Brasilien. Under de senaste åren har produktionen ökat betydligt. Brasilien och Kanada är de största producenterna av niobhaltiga mineralkoncentrat., Stora malmfyndigheter finns också i Nigeria, Demokratiska republiken Kongo och Ryssland.
extraktion och presentation
eftersom niob och tantal alltid uppträder tillsammans, smälter niob och tantalmalmer först ihop och separeras sedan genom fraktionerad kristallisering eller olika löslighet i organiska lösningsmedel. Den första sådana industriella separationsprocessen utvecklades av Galissard de Marignac 1866.,
först exponeras malmerna för en blandning av koncentrerad svavelsyra och fluorvätesyra vid 50-80 ° C. De komplexa fluoriderna 2-och 2 – som är lättlösliga.
dikaliumsalterna av dessa fluorider kan bildas genom att omvandla dem till en vattenhaltig fas och tillsätta kaliumfluorid. Endast tantalfluoriden är sparsamt löslig i vatten och fällningar. Den lättlösliga niobfluoriden kan således separeras från tantal. Numera är emellertid separation genom extraktion med Metylisobutylketon vanligt., En tredje möjlighet till separation är genom fraktionerad destillation av klorider NbCl5 och TaCl5. Dessa kan produceras genom att reagera malmer, koks och klor vid höga temperaturer.
niobpentoxid framställs först från den separerade niobfluoriden genom att reagera med syre. Detta omvandlas antingen först till niobkarbid med kol och reduceras sedan till metallen med ytterligare niobpentoxid vid 2000 ° C i vakuum eller erhålls direkt genom aluminiumtermiskt., Det mesta av niob för stålindustrin produceras på detta sätt, med järnoxid som tillsätts för att erhålla en järn-nioblegering (60% niob). Om halogenider används som utgångsmaterial för reduktionen görs detta med natrium som reduktionsmedel.
egenskaper
niob är en duktil tungmetall med en grå glans. Oxidationstillstånd -3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 är kända. Som med vanadin, som ligger över niob i det periodiska bordet ,är + 5-nivån den mest konsekventa., Niobs kemiska beteende är nästan identiskt med tantal, vilket ligger direkt under niob i det periodiska bordet.
som ett resultat av bildandet av ett passivt skikt (skyddande skikt) är niob mycket motståndskraftigt mot luft. De flesta syror attackerar därför inte vid rumstemperatur. Endast fluorvätesyra, speciellt när den blandas med salpetersyra, och varm, koncentrerad svavelsyra, korroderar metallisk niob snabbt. Niob är också instabil i heta alkalier, eftersom de löser upp det passiva skiktet., Vid temperaturer över 200 ° C börjar det oxidera i närvaro av syre. Svetsbehandling av niob måste ske i en skyddande gasatmosfär på grund av dess instabilitet i luften.
tillsatsen av volfram och molybden till niob ökar dess värmebeständighet och aluminium ökar dess styrka.
den höga övergångstemperaturen för niob på 9,25 K, under vilken den är supraledande, och dess förmåga att enkelt absorbera gaser är anmärkningsvärda., Ett gram niob kan absorbera 100 cm3 väte vid rumstemperatur, som tidigare användes i vakuumrörsteknik.
användning
niob används som legeringstillsats för rostfritt stål, speciella rostfria stål (t.ex. rör för saltsyraproduktion) och icke-järnlegeringar, eftersom nioblegerade material kännetecknas av ökad mekanisk hållfasthet., Även i koncentrationer av 0,01 till 0,1 massprocent kan niob i kombination med termomekanisk rullande avsevärt öka styrkan och segheten hos stål. Första försök att använda niob som legeringselement (byte av volfram) ägde rum i USA 1925. Stål som raffineras på detta sätt används ofta i rörledningskonstruktion. Som en stark karbid tidigare tillsätts niob också till svetsförbrukningsmaterial för att binda kol.,
andra användningsområden är:
- tillämpning inom kärnteknik på grund av det låga avskiljningssektionen för termiska neutroner.
- produktion av niobstabiliserade svetselektroder som svetsfyllmedel för rostfritt stål, speciella rostfria stål och nickelbaserade legeringar
- på grund av sin blåaktiga färg används den för piercing smycken och smycken.
- när det gäller mynt med niob (bimetallmynt) kan niobkärnans färg variera kraftigt på grund av fysiska processer (t. ex., 25 euromynt från Österrike).
- betydande mängder används som ferroniob och nickelniob inom metallurgisk industri för produktion av superlegeringar (nickel, kobolt och järnbaserade legeringar). Statiska delar för stationära och flygande gasturbiner, raketdelar och värmebeständiga komponenter för ugnskonstruktion tillverkas av detta.
- niob används som anodmaterial i niob elektrolytkondensatorer. En oxid av niob, niob (V) oxid, har en hög dielektrisk styrka., Den appliceras på ytan av niobanoden i en så kallad formningsprocess och fungerar som en dielektrisk i denna kondensator. Niob elektrolytkondensatorer konkurrerar med de mer populära tantal elektrolytkondensatorer.
- är glödlampor av halogenlampor utanför med z. B. niob, en del av den termiska strålningen av volframfilament reflekteras tillbaka till insidan. Som ett resultat kan en högre driftstemperatur och därmed större ljuseffektivitet uppnås med lägre energiförbrukning.
- som katalysator (t. ex., vid framställning av saltsyra och vid framställning av alkoholer från butadien),
- som kaliumniobat (kemisk förening av kalium, niob och syre), som används som en enda kristall i laserteknik och för icke-linjära optiska system
- Använd som elektrodmaterial för högtrycksnatriumånglampor
- supraledning: vid temperaturer under 9,5 K är pure niob en typ II-supraledare., Nioblegeringar (med N, o, sn, AlGe, Ge) tillhör de tre rena elementen niob, vanadin och teknetium samt typ II ämnen-supraledare är: övergångstemperaturer av dessa legeringar är mellan 18,05 K (niob tenn, Nb3Sn) och 23,2 K (niob germanium, Nb3Ge). Supraledande hålighet resonators tillverkad av niob används i partikelacceleratorer (inklusive XFEL och FLASH vid DESY i Hamburg). För att generera höga magnetfält på upp till cirka 20 Tesla används supraledande magneter med ledningar av niob-tenn och niob-titan., Till exempel används 600 ton niob-tenn och 250 ton niob-titan för experimentell ITER-fusionsreaktor. LHC: s supraledande magneter är också gjorda av nioblegeringar.
säkerhetsanvisningar
även om niob anses vara giftfri, irriterar metallisk niobstoft ögonen och huden. Niobstoft är mycket brandfarligt.
ett fysiologiskt verkningssätt för niob är okänt.,>
| 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 | |||||
