Prezzo del niobio, presenza, estrazione e uso

Il niobio [ˈnioːp] (dopo Niobe, la figlia del tantalio) è un elemento chimico con l'elemento simbolo Nb e il numero atomico 41. È uno dei metalli di transizione, nella tavola periodica è nel 5 ° periodo e nel 5 ° sottogruppo (gruppo 5) o gruppo vanadio.

Nell'area della lingua anglosassone sono ancora oggi numerosi metallurgisti, fornitori di materiali e in uso privato la designazione obsoleta columbium e l'abbreviazione Cb utilizza.

Il metallo pesante raramente presente è di colore grigio e facilmente malleabile. Il niobio può essere estratto dai minerali columbite, coltan (columbite-tantalite) e loparite. Viene utilizzato principalmente nella metallurgia per realizzare acciai speciali e migliorare la saldabilità.

Il niobio fu scoperto da Charles Hatchett nel 1801. Lo trovò nel minerale di columbite (trovato per la prima volta nel letto di un fiume in Colombia), che fu inviato in Inghilterra da John Winthrop intorno al 1700. Hatchett ha chiamato l'elemento columbium. Fino alla metà del XIX secolo si presumeva che il colombo e il tantalio, scoperti nel 19, fossero lo stesso elemento, poiché si trovano quasi sempre insieme nei minerali (paragenesi).

Fu solo nel 1844 che il professore di Berlino Heinrich Rose dimostrò che il niobio e l'acido tantalico sono sostanze diverse. Non conoscendo il lavoro di Hatchett e la sua denominazione, ha chiamato l'elemento ritrovato a causa della sua somiglianza con il tantalio dopo Niobe, la figlia di Tantalo.

Fu solo dopo 100 anni di dibattito che l'Unione internazionale di chimica pura e applicata (IUPAC) propose nel 1950 niobio come nome ufficiale dell'articolo.

Nel 1864 Christian Wilhelm Blomstrand riuscì a produrre niobio metallico riducendo il cloruro di niobio con l'idrogeno nel calore. Nel 1866 Charles Marignac confermò il tantalio come elemento separato.

Nel 1907 Werner von Bolton produsse niobio purissimo riducendo un eptafluoroniobato con sodio.

Presenza 

Il niobio è un elemento raro con una quota di 1,8 · 10 nella crosta terrestre^-3 %. Non sembra dignitoso. A causa dei raggi ionici simili, il niobio e il tantalio sono sempre fratelli. I minerali più importanti sono la columbite (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂O₆, che è anche noto come niobite o tantalite a seconda del contenuto di niobio o tantalio e pirocloro (NaCaNb₂O₆F).

Altri minerali per lo più rari sono:

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

I depositi di niobio nelle carbonatiti, nei suoli alterati di cui si è accumulato il pirocloro, sono di interesse economico. La produzione annuale nel 2006 è stata di quasi 60.000 t, il 90% della quale è stata estratta in Brasile. Negli ultimi anni la produzione è aumentata notevolmente. Il Brasile e il Canada sono i principali produttori di concentrati minerali contenenti niobio. Grandi depositi di minerali si trovano anche in Nigeria, Repubblica Democratica del Congo e Russia.

Estrazione e presentazione 

Poiché il niobio e il tantalio si trovano sempre insieme, i minerali di niobio e tantalio vengono prima digeriti insieme e quindi separati mediante cristallizzazione frazionata o diversa solubilità in solventi organici. Il primo processo di separazione industriale di questo tipo fu sviluppato da Galissard de Marignac nel 1866.

In primo luogo, i minerali vengono esposti a una miscela di acido solforico e fluoridrico concentrato a 50–80 ° C. I fluoruri complessi [NbF₇]^2- e [TaF₇]^2-che sono facilmente solubili.

I sali dipotassici di questi fluoruri possono essere formati convertendoli in una fase acquosa e aggiungendo fluoruro di potassio. Solo il fluoruro di tantalio è scarsamente solubile in acqua e precipita. Il fluoruro di niobio facilmente solubile può così essere separato dal tantalio. Al giorno d'oggi, tuttavia, la separazione mediante estrazione con metilisobutilchetone è comune. Una terza possibilità di separazione è la distillazione frazionata dei cloruri NbCl₅ e TaCl₅. Questi possono essere prodotti attraverso la reazione di minerali, coke e cloro ad alte temperature.

Il pentossido di niobio viene inizialmente prodotto dal fluoruro di niobio separato reagendo con l'ossigeno. Questo viene prima convertito in carburo di niobio con carbonio e quindi ridotto in metallo con ulteriore pentossido di niobio a 2000 ° C sotto vuoto o ottenuto direttamente mediante alluminotermia. La maggior parte del niobio per l'industria siderurgica viene prodotta in questo modo, con l'aggiunta di ossido di ferro per ottenere una lega ferro-niobio (60% di niobio). Se gli alogenuri sono usati come materiale di partenza per la riduzione, questo viene fatto con sodio come agente riducente.

Proprietà

Il niobio è un metallo pesante duttile con una lucentezza grigia. Gli stati di ossidazione −3, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 sono noti. Come per il vanadio, che è al di sopra del niobio nella tavola periodica, il livello +5 è il più coerente. Il comportamento chimico del niobio è quasi identico a quello del tantalio, che è direttamente sotto il niobio nella tavola periodica.

Come risultato della formazione di uno strato passivo (strato protettivo), il niobio è molto resistente all'aria. La maggior parte degli acidi quindi non lo attaccano a temperatura ambiente. Solo l'acido fluoridrico, specialmente se miscelato con acido nitrico e acido solforico caldo e concentrato, corrode rapidamente il niobio metallico. Il niobio è anche instabile negli alcali caldi, poiché dissolvono lo strato passivo. A temperature superiori a 200 ° C inizia ad ossidarsi in presenza di ossigeno. Il processo di saldatura del niobio deve avvenire in un'atmosfera di gas protettivo a causa della sua instabilità nell'aria.

L'aggiunta di tungsteno e molibdeno al niobio ne aumenta la resistenza al calore, mentre l'alluminio ne aumenta la resistenza.

L'elevata temperatura di transizione del niobio di 9,25 K, al di sotto della quale è superconduttore, e la sua capacità di assorbire facilmente i gas sono notevoli. Un grammo di niobio può assorbire 100 cm³ di idrogeno a temperatura ambiente, precedentemente utilizzato nella tecnologia dei tubi a vuoto.

Utilizzare 

Il niobio è utilizzato come additivo di lega per acciai inossidabili, acciai inossidabili speciali (ad es. Tubi per la produzione di acido cloridrico) e leghe non ferrose, poiché i materiali legati al niobio sono caratterizzati da una maggiore resistenza meccanica. Anche in concentrazioni comprese tra 0,01 e 0,1 percento in massa, il niobio in combinazione con la laminazione termomeccanica può aumentare significativamente la resistenza e la tenacità dell'acciaio. I primi tentativi di utilizzare il niobio come elemento di lega (sostituzione del tungsteno) ebbero luogo negli Stati Uniti nel 1925. Gli acciai raffinati in questo modo sono spesso utilizzati nella costruzione di condutture. Essendo un forte formatore di carburo, il niobio viene anche aggiunto ai materiali di consumo per saldatura per legare il carbonio.

Altri usi includono:

• Applicazione nella tecnologia nucleare a causa della bassa sezione d'urto di cattura per i neutroni termici.
• Produzione di elettrodi di saldatura stabilizzati al niobio come cariche di saldatura per acciai inossidabili, acciai inossidabili speciali e leghe a base di nichel.
• A causa del suo colore bluastro, viene utilizzato per gioielli da piercing e creazione di gioielli.
• Nel caso di monete con niobio (monete bimetalliche), il colore del nucleo di niobio può variare notevolmente a causa di processi fisici (ad esempio, monete da 25 euro dall'Austria).

• Quantità significative vengono utilizzate come ferroniobi e niobi di nichel nell'industria metallurgica per la produzione di superleghe (leghe a base di nichel, cobalto e ferro). Parti statiche per turbine a gas fisse e volanti, parti di razzi e componenti resistenti al calore per la costruzione di forni sono prodotte da questo.
• Il niobio viene utilizzato come materiale anodico nei condensatori elettrolitici al niobio. Un ossido di niobio, ossido di niobio (V), ha un'elevata rigidità dielettrica. Viene applicato alla superficie dell'anodo di niobio in un cosiddetto processo di formatura e funge da dielettrico in questo condensatore. I condensatori elettrolitici al niobio competono con i più popolari condensatori elettrolitici al tantalio.
• Le lampadine di vetro delle lampadine alogene all'esterno con z. B. niobio, parte della radiazione termica del filamento di tungsteno viene riflessa verso l'interno. Di conseguenza, è possibile ottenere una temperatura di esercizio più elevata e quindi una maggiore efficienza luminosa con un minor consumo di energia.
• Come catalizzatore (ad esempio nella produzione di acido cloridrico e nella produzione di alcoli dal butadiene),
• Come niobato di potassio (composto chimico di potassio, niobio e ossigeno), utilizzato come cristallo singolo nella tecnologia laser e per sistemi ottici non lineari
• Utilizzare come materiale per elettrodi per lampade al sodio ad alta pressione
• Superconduttività: A temperature inferiori a 9,5 K, il niobio puro è un superconduttore di tipo II. Le leghe di niobio (con N, O, Sn, AlGe, Ge) appartengono ai tre elementi puri niobio, vanadio e tecnezio tra le sostanze che sono di tipo II -I superconduttori sono: Le temperature di transizione di queste leghe sono comprese tra 18,05 K (niobio stagno, Nb₃Sn) e 23,2 K (germanio di niobio, Nb₃Ge). I risuonatori a cavità superconduttrice a base di niobio vengono utilizzati negli acceleratori di particelle (inclusi XFEL e FLASH al DESY di Amburgo). Per generare campi magnetici elevati fino a circa 20 Tesla, vengono utilizzati magneti superconduttori con fili di niobio-stagno e niobio-titanio. Ad esempio, 600 tonnellate di niobio-stagno e 250 tonnellate di niobio-titanio vengono utilizzate per il reattore a fusione ITER sperimentale. Anche i magneti superconduttori dell'LHC sono realizzati in leghe di niobio.

sicurezza

Sebbene il niobio sia considerato non tossico, la polvere di niobio metallico irrita gli occhi e la pelle. La polvere di niobio è altamente infiammabile.

Una modalità d'azione fisiologica del niobio non è nota.

Generale
Nome, simbolo, numero atomico	Niobio, Nb, 41
Serie	I metalli di transizione
Gruppo, periodo, blocco	5, 5, d
Aspetto	grigio metallizzato
numero CAS	7440-03-1
Frazione di massa del guscio di terra	19 ppm
nucleare
massa atomica	92,90638 u
Raggio atomico (calcolato)	145 (164) pm
Raggio covalente	137 pm
configurazione elettronica	[Kr] 4d4 5s1
1. ionizzazione	652,1 kJ / mol
2. ionizzazione	1380 kJ / mol
3. ionizzazione	2416 kJ / mol
4. ionizzazione	3700 kJ / mol
5. ionizzazione	4877 kJ / mol
fisicamente
stato fisico	fisso
struttura cristallina	cubico centrato sul corpo
densità	8,57 g / cm3 (20 ° C)
durezza Mohs	6,0
magnetismo	paramagnetico ( = 2,3 10-4)
punto di fusione	2750 K (2477 ° C)
punto di ebollizione	5017 K (4744 ° C)
Volume molare	10,83 · 10-6 m3/ mol
Calore di vaporizzazione	690 kJ / mol
calore di fusione	26,8 kJ / mol
velocità del suono	3480 m / s su 293,15 K
Conducibilità elettrica	6,58 · 106 A / (V · m)
conducibilità termica	54 W / (m · K)
Chimico
stati di ossidazione	2, 5
potenziale normale	−1,1 V (Nb2+ + 2 e- → Nb)
elettronegatività	1,6 (scala Pauling)
isotopo
isotopo 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 % stabile 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
proprietà NMR
Spin γ in rad * T-1· s-1 Er(1H) fL a W = 4,7 T in MHz 93Nb 9/2 6,567 · 107 0,488 24,47
sicurezza
GHS l'etichettatura delle sostanze pericolose Pericolo Frasi H e P. H: 250 EUH: nessuna tariffa EUH P: 222-231-422 Informazioni pericolosiPolvere leggero infiammabile (F) Frasi R e S. R: 11 S: 43

Prezzi del niobio

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