1801年,英国化学家C.哈切特(Hatchett)从哥伦比亚的一种矿石中发现铌元素,命名为Columbium(钶)。1844年德国化学家H.罗泽(Rose)发现一种性质与钽相似的元素,在自然界和钽共生,定名为niobium。1866年发现钶和铌是同一种元素,1901年制得金属铌。1950年国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)决定统一称为niobium(铌)。
化学元素,元素符号Nb,原子序数41,原子量92.9064,属周期系VB族。
1801年,英国化学家C.哈切特(Hatchett)从哥伦比亚的一种矿石中发现铌元素,命名为Columbium(钶)。1844年德国化学家H.罗泽(Rose)发现一种性质与钽相似的元素,在自然界和钽共生,定名为niobium。1866年发现钶和铌是同一种元素,1901年制得金属铌。1950年国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)决定统一称为niobium(铌)。
铌在地壳中的含量为2×10-3%。具有工业价值的铌矿物主要有铌铁矿、烧绿石、褐钇铌矿、黑稀金矿、易解石、钛铁矿等。世界铌资源较丰富,主要集中在巴西、苏联、中国、加拿大等。
铌为银白色金属(见图),质软且有延展性。室温下长时间放置于空气中会呈现一种浅蓝色。熔点2477℃,沸点4744℃,密度8.57克/厘米3(20℃)。纯金属铌具有立方体心结构,从室温到熔点没有相转变。具有顺磁性,在9.25开处于超导状态。
铌原子的电子组态为(Kr)4d45s1,氧化态有-1、+2、+3、+4、+5。常温下铌对许多种酸和盐的溶液都是稳定的,但溶于氢氟酸、氢氟酸和硝酸的混合液以及浓碱溶液。在较低温度下,铌与氧反应形成保护性氧化膜,氧化速度减慢,其反应呈抛物线规律,在400℃附近,保护性氧化膜向非保护性氧化膜转变,高于500℃氧化速度迅速提高,氧化呈直线关系。铌可与硼、碳、硅、氮等生成高熔点、高硬度的化合物。铌中溶解氢时,开始形成固溶体,而后生成氢化物。铌的氢化物是灰色硬脆的物质,因此铌在氢中加热可使其变脆。铌可与多种金属(钨、钼、钽、锆、钒等)形成合金,具有耐高温、耐腐蚀以及良好的机械性能。纯铌金属对于液态金属锂、钠、钾、铅、汞、钾钠合金等具有良好的抗腐蚀性能。铌具有良好的抗生理腐蚀性和生物相容性。
铌的冶金过程包括铌矿分解,铌的分离和提纯,铌化合物的制取,金属铌的制取。工业上使用的铌矿分解法有酸分解法、氯化法和还原熔炼综合处理法。铌、钽的分离和提纯方法主要有液-液萃取法、氯化物分馏法、分步结晶法和氯化物选择氢还原法等。铌化合物的制取包括碳化铌、氧化铌、硫化铌的制取和铌酸锂等单晶的生长。金属铌的制取有间接碳还原法生产铌条、直接碳还原-氢化法生产铌粉、铝热还原法生产粗铌等。铌及铌合金经电子束熔炼后,再经真空自耗电弧炉熔炼,可以获得纯度高、化学成分均匀的铸锭,采用区域熔炼法可获得铌单晶。
铌的塑性很好,可采用挤压、锻造、轧制、拉拔和冲压、旋压等方法制取棒、丝材,板、带、箔材、管材和异型件。为避免铌氧化,在400℃以上热加工时需采用包套、涂层或惰性气体保护措施。
铌作为微合金元素应用在微合金钢中,还是航天用高温合金(如航空燃气涡轮机用高温合金)的重要添加元素。可用于制造热核聚变堆线性对撞机的谐振腔、化学纤维设备中的铌喷丝头、镀铬设备用蒸发器、硝酸设备和冷凝器、热交换器等,铌电容器可部分替代价格贵的钽电容器,也可用于要求强耐蚀性的制药业。铌可进行大量合金元素固溶,铌合金广泛用于航空航天、核工业、照明工业、超导技术、生物医学、化工等领域,如高温环境下广泛应用的C103、Nb521、FS-85等合金,低温高科技中的铌钛超导合金等。