Cena niobu, výskyt, těžba a použití

Niob [ˈnioːp] (po Niobe, dceři tantalu) je chemický prvek se symbolem prvku Nb a atomovým číslem 41. Je to jeden z přechodných kovů, v periodické tabulce je v 5. období a 5. podskupině (skupina 5) nebo skupina vanadu.

V anglosaské jazykové oblasti je dodnes mnoho hutníků, dodavatelů materiálu a v soukromém užívání dlouho zastaralé označení columbium a zkratka Cb používá.

Zřídka se vyskytující těžký kov má šedou barvu a je snadno tvárný. Niob lze extrahovat z minerálů columbit, coltan (columbit-tantalit) a loparit. Používá se hlavně v metalurgii k výrobě speciálních ocelí a ke zlepšení svařitelnosti.

Niob objevil Charles Hatchett v roce 1801. Našel ji v kolumbitské rudě (poprvé nalezené v korytě řeky v Kolumbii), kterou poslal do Anglie John Winthrop kolem roku 1700. Hatchett pojmenoval prvek columbium. Až do poloviny 19. století se předpokládalo, že kolumbium a tantal objevené v roce 1802 byly stejným prvkem, protože se téměř vždy vyskytují společně v minerálech (parageneze).

Teprve v roce 1844 ukázal berlínský profesor Heinrich Rose, že niob a kyselina tantalová jsou různé látky. Protože nevěděl o Hatchettově díle a jeho pojmenování, pojmenoval znovuobjevený prvek kvůli jeho podobnosti s tantalem po Niobe, dceři Tantala.

Teprve po 100 letech debat předložila Mezinárodní unie pro čistou a aplikovanou chemii (IUPAC) v roce 1950 niobium jako oficiální název položky.

V roce 1864 Christian Wilhelm Blomstrand uspěl ve výrobě kovového niobu redukcí chloridu niobu vodíkem v teple. V roce 1866 Charles Marignac potvrdil tantal jako samostatný prvek.

V roce 1907 Werner von Bolton produkoval velmi čistý niob redukcí heptafluoroniobátu sodíkem.

výskyt 

Niob je vzácný prvek s podílem 1,8 · 10 v zemské kůře^-3 %. Nezdá se to důstojné. Díky podobným iontovým poloměrům jsou niob a tantal vždy sourozenci. Nejdůležitější minerály jsou columbit (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂O₆, který je také známý jako niobit nebo tantalit v závislosti na obsahu niobu nebo tantalu, stejně jako pyrochlor (NaCaNb₂O₆F).

Jiné většinou vzácné minerály jsou:

• Euxenit [(Y, Ca, Ce, U, Th) (Nb, Ta, Ti)₂O₆].
• Olmsteadit (KFe₂(Nb, Ta) [O | PO₄]₂ · H₂O) a
• Samarskit ((Y, He)₄[(Nb, Ta)₂O₇]₃)

Niobová ložiska v karbonatitech, kde se pyrochlor nahromadil ve zvětralých půdách, jsou ekonomicky zajímavá. Roční produkce v roce 2006 činila téměř 60.000 90 t, z čehož XNUMX% bylo vytěženo v Brazílii. V posledních letech se produkce výrazně zvýšila. Brazílie a Kanada jsou hlavními producenty minerálních koncentrátů obsahujících niob. Velká ložiska rud se nacházejí také v Nigérii, Demokratické republice Kongo a Rusku.

Extrakce a prezentace 

Vzhledem k tomu, že niob a tantal se vždy vyskytují společně, rudy niobu a tantalu se nejprve digerují společně a poté se oddělí frakční krystalizací nebo jinou rozpustností v organických rozpouštědlech. První takový proces průmyslové separace vyvinul Galissard de Marignac v roce 1866.

Nejprve jsou rudy vystaveny směsi koncentrované kyseliny sírové a fluorovodíkové při teplotě 50–80 ° C. Komplexní fluoridy [NbF₇]^2- a [TaF₇]^2-které jsou snadno rozpustné.

Dvojdraselné soli těchto fluoridů lze připravit jejich přeměnou na vodnou fázi a přidáním fluoridu draselného. Pouze fluorid tantalitý je málo rozpustný ve vodě a vysráží se. Snadno rozpustný fluorid niobu lze tedy oddělit od tantalu. V dnešní době je však běžná separace extrakcí methylisobutylketonem. Třetí možností separace je frakční destilace chloridů NbCl₅ a TaCl₅. Ty mohou být vyrobeny reakcí rud, koksu a chloru při vysokých teplotách.

Oxid niobičitý se nejprve vyrobí z odděleného fluoridu niobu reakcí s kyslíkem. Ten se buď nejprve převede na karbid niobu uhlíkem a potom se redukuje na kov dalším oxidem niobitým při 2000 ° C ve vakuu, nebo se získá přímo aluminotermicky. Většina z niobu pro ocelářský průmysl se vyrábí tímto způsobem, přičemž se přidává oxid železitý k získání slitiny železo-niob (60% niobu). Pokud se jako výchozí materiál pro redukci použijí halogenidy, provede se to jako redukční činidlo sodík.

Eigenschaften

Niob je tvárný těžký kov se šedým leskem. Oxidační stavy -3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 jsou známy. Stejně jako u vanadu, který je v periodické tabulce nad niobem, je úroveň +5 nejkonzistentnější. Chemické chování niobu je téměř totožné s chováním tantalu, který je v periodické tabulce přímo pod niobem.

V důsledku vytvoření pasivní vrstvy (ochranné vrstvy) je niob velmi odolný vůči vzduchu. Většina kyselin jej proto při pokojové teplotě nenapadá. Pouze kyselina fluorovodíková, zejména ve směsi s kyselinou dusičnou, a horká koncentrovaná kyselina sírová rychle koroduje kovové niob. Niob je také nestabilní v horkých zásadách, protože rozpouští pasivní vrstvu. Při teplotách nad 200 ° C začíná v přítomnosti kyslíku oxidovat. Svařovací zpracování niobu musí probíhat v atmosféře ochranného plynu kvůli jeho nestabilitě na vzduchu.

Přidání wolframu a molybdenu k niobu zvyšuje jeho tepelnou odolnost, zatímco hliník zvyšuje jeho pevnost.

Pozoruhodná je vysoká teplota přechodu niobu 9,25 K, pod kterou je supravodivý, a jeho schopnost snadno absorbovat plyny. Jeden gram niobu může při pokojové teplotě absorbovat 100 cmXNUMX vodíku, který se dříve používal ve vakuové technologii.

Verwendung 

Niob se používá jako přísada do slitin pro nerezové oceli, speciální nerezové oceli (např. Trubky pro výrobu kyseliny chlorovodíkové) a slitiny neželezných kovů, protože materiály legované niobem se vyznačují zvýšenou mechanickou pevností. I v koncentracích 0,01 až 0,1 hmotnostních procent může niob v kombinaci s termomechanickým válcováním významně zvýšit pevnost a houževnatost oceli. První pokusy o použití niobu jako legujícího prvku (nahrazení wolframu) se uskutečnily v USA v roce 1925. Takto zušlechtěné oceli se často používají při stavbě potrubí. Jako silný karbidotvorný přísad se niob přidává také do svařovacího spotřebního materiálu k vázání uhlíku.

Mezi další použití patří:

• Aplikace v jaderné technologii kvůli nízkému průřezu tepelných neutronů.
• Výroba niobem stabilizovaných svařovacích elektrod jako plniva pro svařování nerezových ocelí, speciálních nerezových ocelí a slitin na bázi niklu.
• Díky své modravé barvě se používá k propíchnutí šperků a výrobě šperků.
• V případě mincí s niobem (bimetalové mince) se barva jádra niobu může značně lišit v důsledku fyzikálních procesů (např. 25 euromincí z Rakouska).

• Významné množství se používá jako feronioby a niklové nioby v metalurgickém průmyslu pro výrobu vysoce legovaných slitin (slitiny na bázi niklu, kobaltu a železa). Z toho jsou vyráběny statické díly pro stacionární a létající plynové turbíny, raketové díly a žáruvzdorné komponenty pro konstrukci pecí.
• Niob se používá jako anodový materiál v niobových elektrolytických kondenzátorech. Oxid niobu, oxid niobu (V), má vysokou dielektrickou pevnost. Aplikuje se na povrch niobové anody v tzv. Formovacím procesu a slouží jako dielektrikum v tomto kondenzátoru. Niobové elektrolytické kondenzátory soutěží s populárnějšími tantalovými elektrolytickými kondenzátory.
• Jsou skleněné žárovky halogenových žárovek venku se z. B. niob, část tepelného záření wolframového vlákna se odráží zpět dovnitř. Díky tomu lze dosáhnout nižší provozní teploty a tím i vyšší světelné účinnosti při nižší spotřebě energie.
• Jako katalyzátor (např. Při výrobě kyseliny chlorovodíkové a při výrobě alkoholů z butadienu)
• Jako niobát draselný (chemická sloučenina draslíku, niobu a kyslíku), který se používá jako monokrystal v laserové technologii a pro nelineární optické systémy
• Používejte jako materiál elektrod pro vysokotlaké sodíkové výbojky
• Supravodivost: Při teplotách nižších než 9,5 K je čistý niob supravodičem typu II. Slitiny niobu (s N, O, Sn, AlGe, Ge) patří ke třem čistým prvkům niobu, vanadu a technecia, jakož i látkám typu II. - Supravodiče jsou: Přechodové teploty těchto slitin jsou mezi 18,05 K (niobový cín, Nb₃Sn) a 23,2 K (niob germanium, Nb₃Ge). Supravodivé dutinové rezonátory vyrobené z niobu se používají v urychlovačích částic (včetně XFEL a FLASH ve společnosti DESY v Hamburku). Pro generování vysokých magnetických polí až do asi 20 Tesla se používají supravodivé magnety s dráty z niob-cínu a niob-titanu. Například pro experimentální fúzní reaktor ITER se používá 600 t niob-cínu a 250 t niob-titanu. Supravodivé magnety LHC jsou také vyrobeny ze slitin niobu.

bezpečnost

Přestože niob je považován za netoxický, kovový niobový prach dráždí oči a pokožku. Niobový prach je vysoce hořlavý.

Fyziologický způsob působení niobu není znám.

Obvykle
Jméno, symbol, atomové číslo	Niob, Nb, 41
Serie	Přechodné kovy
Skupina, období, blok	5, 5, d
vzhled	šedá metalíza
číslo CAS	7440-03-1
Hmotnostní zlomek zemského pláště	19 ppm
jaderný
atomová hmotnost	92,90638 u
Atomový poloměr (vypočítaný)	145 (164) hodin
Kovalentní poloměr	137 pm
elektronová konfigurace	[Kr] 4d4 5s1
1. ionizace	652,1 kJ / mol
2. ionizace	1380 kJ / mol
3. ionizace	2416 kJ / mol
4. ionizace	3700 kJ / mol
5. ionizace	4877 kJ / mol
fyzicky
fyzický stav	fest
krystalová struktura	kubický na střed těla
hustota	8,57 g / cm3 (20 ° C)
tvrdost Mohs	6,0
magnetismus	paramagnetické ( = 2,3 10-4)
bod tání	2750 K (2477 ° C)
bod varu	5017 K (4744 ° C)
Molární objem	10,83 · 10-6 m3/ mol
Výparné teplo	690 kJ / mol
skupenské teplo tání	26,8 kJ / mol
Rychlost zvuku	3480 m / s při 293,15 K
Elektrická vodivost	6,58 · 106 A / (V · m)
tepelná vodivost	54 W / (m K)
chemický
oxidační stavy	2, 5
normální potenciál	-1,1 V (pozn2+ + 2 e- → Nb)
electronegativity	1,6 (Paulingova stupnice)
izotop
izotop 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 % stabilní 93metaNb {Syn.} 16,13 a IT 0,031 93Nb 94Nb {Syn.} 20300 a β- 2,045 94Mo 95Nb {Syn.} 34,975 d β- 0,926 95Mo
vlastnosti NMR
Roztočit γ v rad * T-1· s-1 Er(1H) fL bei Š = 4,7 T. v MHz 93Nb 9/2 6,567 · 107 0,488 24,47
bezpečnost
GHS označování nebezpečných látek Riziko H a P věty H: 250 EUH: žádné sazby EUH P: 222-231-422 nebezpečné InformacePulver lehká váha hořlavý (F) R a S věty R: 11 S: 43

Ceny niobu

Cena niobu -> ceny strategických kovů