铌:铌

铌(niobium，columbium)

元素符号Nb，原子序数41，体心立方晶格，钢灰色，熔点2468℃，是一种难熔金属材料，也是制造铌合金的主要原料。

简史　1801年，英国化学家哈切特(C．C．Hatch—ett)在分析矿石时发现了一种新元素，命名为钶(columbium)。1844年，德国化学家罗瑟(H．Rose)发现了一种和钽性质相似的元素，定名为铌(niobium)。1866年，确定钶和铌是同一个元素。1951年，国际纯粹化学与应用化学联合会(IUPAC)决定将其名称统一为铌(niobium)，但有些国家仍沿用钶(columbium)。1866年，布洛姆斯特兰德(C．W．Blomstrand)首次用氢还原氯化铌得到金属铌。1929年，巴尔克(C．W．Balke)首次发展了工业制备铌的方法(熔盐电解法)。中国于50年代末建立了铌冶金工业，60年代建立了铌材料加工工业。

性质  包括物理性质、化学性质和力学性能。

(1)物理性质。如表1所示。

(2)化学性质。铌是非常稳定的化学元素。致密金属铌在200℃以上空气和氧中发生氧化。铌同氯和水于200℃、同氮和氨于300℃、同氢于250℃才发生反应。在常温下，铌在许多酸和盐的溶液中都是稳定的，但溶于氢氟酸、氢氟酸加硝酸的}昆合溶液和碱溶液。铌有许多种氧化物，最稳定的为五氧化二铌(Nb₂O₅)。铌同氢生成固溶体或铌的氢化物(NbH，NbH₂)。铌对氢的吸收是可逆的，在真空中加热，铌的氢化物分解析出氢。铌同一些原子半径小的元素如硼、碳、硅等生成的化合物具有很高的熔点和硬度。铌同Al₂O₃、BeO、MgO、ZrO₂、ThO₂等的相容温度分别为1700℃、1500℃、1600℃和1500℃。铌同钽、钨、钼、钛、铪、锆等过渡族金属形成一系列重要合金。铌还抗熔融金属钠、钾、锂、镁的腐蚀。

(3)力学性能。如表2所示。

表2 铌的力学性能

制备方法   金属铌主要采用碳热还原法生产。将五氧化二铌(Nb₂O₅)和炭黑粉混合压制成条或饼，置于≈1800℃的氢气氛中，首先得到碳化铌：

Nb₂O₅+7C---->2NbC+5CO

再将碳化铌同五氧化二铌混合，在真空下还原成金属铌：

5NbC+Nb₂O_{5___1800-1900}℃_{____>}7Nb+5CO

也可用五氧化二铌和炭黑粉混合，然后在真空中直接还原成金属铌：

Nb₂O₅+5C_{___1600-1700}℃_{____>} 2Nb+5CO

将所得到的铌条或铌饼，经真空垂熔烧结或电子束熔炼和真空电弧熔炼获得金属铌。这是制备各种铌加工材的主要原料。

用途   铌主要以铌铁中间合金的形式用作钢铁工业原料，约占铌消费量的85％。铌在钢中的主要作用是通过控制脱溶碳化物粒子的大小、数量和分布，达到提高钢的耐磨性、耐蚀性和热强性，从而改善钢的性质。铌还用作有色金属合金的添加剂。铌和铌合金可用作航天飞机、导弹、发动机和核反应堆的结构材料。铌可用来制造石油和化学工业中的耐酸设备、换热器、蒸发器等。铌同钛、锆、锡、铝形成的合金或金属间化合物构成的超导体具有重要的应用价值。铌钛合金和铌三锡(Nb₃Sn)化合物是已实际应用的主要低温超导材料。铌在酸性电解液中形成的阳极氧化物膜介电性能优良，是代替钽制造小型民用电解电容器的原料。1990年，全世界金属铌及其合金的产量约300t。