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铌的介绍及制取

发布时间:2019-04-26人气:5762 次

(niobium)是一种化学元素。化学符号Nb,原子序数41,原子量92.90638,属周期系ⅤB族。1801年英国C.哈切特从铌铁矿中分离出一种新元素的氧化物,并命名该元素为columbium(中译名钶)。铌是灰白色金属,熔点2468℃,沸点4742℃,密度8.57克/立方厘米。铌是一种带光泽的灰色金属,具有顺磁性,属于元素周期表上的5族。高纯度铌金属的延展性较高,但会随杂质含量的增加而变硬。铌对于热中子的捕获截面很低,因此在核工业上有相当的用处。

  一.制取

金属铌可用电解熔融的七氟铌酸钾制取,也可用金属钠还原七氟铌酸钾或金属铝还原五氧化二铌制取。纯铌在电子管中用于除去残留气体,钢中掺铌能提高钢在高温时的抗氧化性,改善钢的焊接性能。铌还用于制造高温金属陶瓷。

开采所得的矿石要经过分离过程,使五氧化二钽(Ta2O5)和五氧化二铌(Nb2O5)从其他矿物中脱离出来。

让-夏尔·加利萨·德马里尼亚发明了产业规模的分离方法,利用了铌和钽的氟化物配合物所拥有的水溶性差异。新的方法则使用类似环己酮的有机溶剂把氟化物从水溶液中萃取出来,再用水将铌和钽的配合物从有机溶剂中分别提取。加入氟化钾能使铌沉淀成氟化钾配合物,而加入氨则可沉淀出五氧化二铌。

从化合物到金属态的还原方法有几种。一是对K2[NbOF5]和氯化钠的熔融混合物进行电解,二是用钠对氟化铌进行还原。这种方法所得出的铌金属具有较高的纯度。

截至2013年,巴西冶金及矿业有限公司控制了世界85%的铌生产。美国地质调查局估计,铌产量从2005年的38,700吨升至2006年的44,500吨。全球铌资源存量估计有440万吨。在1995至2005年间,产量从17,800吨上升至双倍以上。2009年至2011年,产量维持在每年63,000吨的稳定状态。

  二.化合

铌在很多方面都与钽及锆十分相似。它会在室温下与氟反应,在200°C下与氯和氢反应,以及在400°C下与氮反应,产物一般都是间隙非整比化合物。铌金属在200°C下会在空气中氧化,且能抵御熔融碱和各种酸的侵蚀,包括王水、氢氯酸、硫酸、硝酸和磷酸等。不过氢氟酸以及氢氟酸和硝酸的混合物则可以侵蚀铌。

1.氧化物及硫化物

铌的氧化物可以有以下的氧化态:+5(Nb2O5)、+4(NbO2)和+3(Nb2O3),另外较罕见的有+2态(NbO)。五氧化二铌是最常见的铌氧化物,铌金属及所有铌化合物的制备都需从其开始。要制成铌酸盐,可将五氧化二铌溶于碱性氢氧化物溶液中,或熔化于碱金属氧化物中。

2.卤化物

铌可以形成拥有+5和+4氧化态的卤化物,以及各种亚化学计量化合物。

铌的卤化物负离子也存在,这是因为铌的五卤化物都是路易斯酸。最重要的一种为[NbF7],它是铌和钽的矿物分离过程中的一个中间化合物。它比对应的钽化合物更易转换为氧五氟化物。

3.氮化物及碳化物

氮化铌(NbN)在低温下会变成超导体,被用在红外线探测器中。最主要的碳化铌是NbC,其硬度极高,是一种耐火的陶瓷材料,可用作切割工具刀头材料。

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