Precio del niobio, ocurrencia, extracción y uso

El niobio [ˈnioːp] (después de Niobe, la hija del tantalio) es un elemento químico con el símbolo del elemento Nb y el número atómico 41. Es uno de los metales de transición, en la tabla periódica está en el quinto período y el quinto subgrupo (grupo 5) o grupo de vanadio.

En el área de la lengua anglosajona todavía hay muchos metalúrgicos, proveedores de materiales y en uso privado la designación obsoleta desde hace mucho tiempo. columbio y la abreviatura Cb verwendet.

El metal pesado que se encuentra raramente es de color gris y fácilmente maleable. El niobio se puede extraer de los minerales columbita, coltán (columbita-tantalita) y loparita. Se utiliza principalmente en metalurgia para fabricar aceros especiales y mejorar la soldabilidad.

El niobio fue descubierto por Charles Hatchett en 1801. Lo encontró en el mineral de columbita (encontrado por primera vez en el lecho de un río en Colombia), que fue enviado a Inglaterra por John Winthrop alrededor de 1700. Hatchett nombró el elemento columbio. Hasta mediados del siglo XIX se suponía que el columbio y el tantalio, descubiertos en 19, eran el mismo elemento, ya que casi siempre se encuentran juntos en los minerales (paragénesis).

No fue hasta 1844 que el profesor de Berlín Heinrich Rose demostró que el niobio y el ácido tantalico son sustancias diferentes. Sin saber sobre el trabajo de Hatchett y su nombre, nombró al elemento redescubierto debido a su similitud con el tantalio en honor a Niobe, la hija de Tantalus.

Fue solo después de 100 años de debate que la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) presentó en 1950 niobio como el nombre oficial del artículo.

En 1864, Christian Wilhelm Blomstrand logró producir niobio metálico reduciendo el cloruro de niobio con hidrógeno en el calor. En 1866, Charles Marignac confirmó el tantalio como un elemento separado.

En 1907 Werner von Bolton produjo niobio muy puro reduciendo un heptafluoroniobato con sodio.

Ocurrencia 

El niobio es un elemento raro con una participación de 1,8 · 10 en la corteza terrestre^-3 %. No parece digno. Debido a los radios iónicos similares, el niobio y el tantalio son siempre hermanos. Los minerales más importantes son la columbita (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂O₆, que también se conoce como niobita o tantalita según el contenido de niobio o tantalio, así como pirocloro (NaCaNb₂O₆F).

Otros minerales en su mayoría raros son:

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

Los depósitos de niobio en carbonatitas, donde el pirocloro se ha acumulado en los suelos erosionados, son de interés económico. La producción anual en 2006 fue de casi 60.000 t, el 90% de las cuales se extrajo en Brasil. En los últimos años la producción ha aumentado significativamente. Brasil y Canadá son los principales productores de concentrados minerales que contienen niobio. También se encuentran grandes depósitos de mineral en Nigeria, la República Democrática del Congo y Rusia.

Extracción y presentación. 

Dado que el niobio y el tantalio siempre se encuentran juntos, los minerales de niobio y tántalo primero se digieren juntos y luego se separan mediante cristalización fraccionada o diferente solubilidad en disolventes orgánicos. El primer proceso de separación industrial de este tipo fue desarrollado por Galissard de Marignac en 1866.

Primero, los minerales se exponen a una mezcla de ácido sulfúrico y fluorhídrico concentrado a 50-80 ° C. Los fluoruros complejos [NbF₇]^2- y [TaF₇]^2-que son fácilmente solubles

Las sales dipotásicas de estos fluoruros se pueden formar convirtiéndolas en una fase acuosa y añadiendo fluoruro de potasio. Solo el fluoruro de tantalio es escasamente soluble en agua y se precipita. El fluoruro de niobio fácilmente soluble puede separarse así del tántalo. Hoy en día, sin embargo, es común la separación por extracción con metil isobutil cetona. Una tercera posibilidad de separación es por destilación fraccionada de los cloruros NbCl₅ y TaCl₅. Estos se pueden producir mediante la reacción de minerales, coque y cloro a altas temperaturas.

El pentóxido de niobio se produce primero a partir del fluoruro de niobio separado al reaccionar con oxígeno. Este se convierte primero en carburo de niobio con carbono y luego se reduce al metal con más pentóxido de niobio a 2000 ° C en vacío, o se obtiene directamente por aluminotermia. La mayor parte del niobio para la industria del acero se produce de esta manera, añadiéndose óxido de hierro para obtener una aleación de hierro-niobio (60% de niobio). Si se utilizan haluros como material de partida para la reducción, esto se hace con sodio como agente reductor.

Propiedades

El niobio es un metal pesado dúctil con un brillo gris. Se conocen los estados de oxidación −3, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5. Al igual que con el vanadio, que está por encima del niobio en la tabla periódica, el nivel +5 es el más consistente. El comportamiento químico del niobio es casi idéntico al del tantalio, que está directamente debajo del niobio en la tabla periódica.

Como resultado de la formación de una capa pasiva (capa protectora), el niobio es muy resistente al aire. Por tanto, la mayoría de los ácidos no lo atacan a temperatura ambiente. Solo el ácido fluorhídrico, especialmente cuando se mezcla con ácido nítrico y ácido sulfúrico concentrado caliente, corroe el niobio metálico rápidamente. El niobio también es inestable en álcalis calientes, ya que disuelven la capa pasiva. A temperaturas superiores a 200 ° C comienza a oxidarse en presencia de oxígeno. El procesamiento de soldadura de niobio debe tener lugar en una atmósfera de gas protector debido a su inestabilidad en el aire.

La adición de tungsteno y molibdeno al niobio aumenta su resistencia al calor y el aluminio aumenta su resistencia.

La alta temperatura de transición del niobio de 9,25 K, por debajo de la cual es superconductor, y su capacidad para absorber gases con facilidad son notables. Un gramo de niobio puede absorber 100 cm³ de hidrógeno a temperatura ambiente, que se utilizaba anteriormente en la tecnología de tubos de vacío.

Utilizar 

El niobio se utiliza como aditivo de aleación para aceros inoxidables, aceros inoxidables especiales (por ejemplo, tuberías para la producción de ácido clorhídrico) y aleaciones no ferrosas, ya que los materiales aleados con niobio se caracterizan por una mayor resistencia mecánica. Incluso en concentraciones de 0,01 a 0,1 por ciento en masa, el niobio en combinación con el laminado termomecánico puede aumentar significativamente la resistencia y tenacidad del acero. Los primeros intentos de usar niobio como elemento de aleación (reemplazo del tungsteno) tuvieron lugar en los EE. UU. En 1925. Los aceros refinados de esta manera se utilizan a menudo en la construcción de tuberías. Como formador de carburo fuerte, el niobio también se agrega a los consumibles de soldadura para unir el carbono.

Otros usos incluyen:

• Aplicación en tecnología nuclear debido a la baja sección de captura de neutrones térmicos.
• Fabricación de electrodos de soldadura estabilizados con niobio como masilla de soldadura para aceros inoxidables, aceros inoxidables especiales y aleaciones a base de níquel.
• Debido a su color azulado, se utiliza para realizar perforaciones y joyería.
• En el caso de monedas con niobio (monedas bimetálicas), el color del núcleo de niobio puede variar mucho debido a procesos físicos (por ejemplo, monedas de 25 euros de Austria).

• Cantidades importantes se utilizan como ferroniobios y niobios de níquel en la industria metalúrgica para la producción de superaleaciones (aleaciones a base de níquel, cobalto y hierro). A partir de esto se fabrican piezas estáticas para turbinas de gas estacionarias y voladoras, piezas de cohetes y componentes resistentes al calor para la construcción de hornos.
• El niobio se utiliza como material de ánodo en los condensadores electrolíticos de niobio. Un óxido de niobio, óxido de niobio (V), tiene una alta rigidez dieléctrica. Se aplica a la superficie del ánodo de niobio en un llamado proceso de formación y sirve como dieléctrico en este condensador. Los condensadores electrolíticos de niobio compiten con los condensadores electrolíticos de tantalio más populares.
• Son las bombillas de cristal de las bombillas halógenas de exterior con z. B. niobio, parte de la radiación térmica del filamento de tungsteno se refleja hacia el interior. Como resultado, se puede lograr una temperatura de funcionamiento más alta y, por lo tanto, una mayor eficiencia luminosa con un menor consumo de energía.
• Como catalizador (por ejemplo, en la producción de ácido clorhídrico y en la producción de alcoholes a partir de butadieno),
• Como niobato de potasio (compuesto químico de potasio, niobio y oxígeno), que se utiliza como monocristal en tecnología láser y para sistemas ópticos no lineales.
• Utilizar como material de electrodo para lámparas de vapor de sodio de alta presión
• Superconductividad: a temperaturas inferiores a 9,5 K, el niobio puro es un superconductor de tipo II. Las aleaciones de niobio (con N, O, Sn, AlGe, Ge) pertenecen a los tres elementos puros niobio, vanadio y tecnecio, así como a las sustancias de tipo II. -Los superconductores son: Las temperaturas de transición de estas aleaciones están entre 18,05 K (niobio estaño, Nb₃Sn) y 23,2 K (niobio germanio, Nb₃Ge). Los resonadores de cavidad superconductora fabricados con niobio se utilizan en aceleradores de partículas (incluidos XFEL y FLASH en DESY en Hamburgo). Para generar campos magnéticos altos de hasta aproximadamente 20 Tesla, se utilizan imanes superconductores con cables hechos de niobio-estaño y niobio-titanio. Por ejemplo, se utilizan 600 t de niobio-estaño y 250 t de niobio-titanio para el reactor de fusión experimental ITER. Los imanes superconductores del LHC también están hechos de aleaciones de niobio.

seguridad

Aunque se considera que el niobio no es tóxico, el polvo de niobio metálico irrita los ojos y la piel. El polvo de niobio es altamente inflamable.

Se desconoce un modo de acción fisiológico del niobio.

General
Nombre, símbolo, número atómico	Niobio, Nb, 41
serie	Los metales de transición
Grupo, período, bloque	5, 5, d
Apariencia	gris metalizado
CAS	7440-03-1
Fracción de masa de la capa de tierra	19 ppm
nuclear
masa atómica	92,90638 u
Radio atómico (calculado)	145 (164) pm
Radio covalente	.
configuración electrónica	[Kr] 4d4 5s1
1. ionización	652,1 kJ / mol
2. ionización	1380 kJ / mol
3. ionización	2416 kJ / mol
4. ionización	3700 kJ / mol
5. ionización	4877 kJ / mol
físicamente
estado físico	fest
estructura cristalina	centrado en el cuerpo cúbico
densidad	8,57 g / cm3 (20 ° C)
dureza de Mohs	6,0
magnetismo	paramagnético = 2,3 10-4)
punto de fusión	2750 K (2477 ° C)
punto de ebullición	5017 K (4744 ° C)
Volumen molar	10,83 · 10-6 m3/ mol
El calor de vaporización	690 kJ / mol
calor de fusión	26,8 kJ / mol
velocidad del sonido	3480 m / s en 293,15 K
Conductividad electrica	6,58 · 106 A / (V · m)
conductividad térmica	54 W / (m K)
Químico
estados de oxidación	2, 5
potencial normales	−1,1 V (Nb2+ + 2 e- → Nb)
electronegatividad	1,6 (escala Pauling)
isótopo
isótopo 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 % estable 93metaNb {Syn.} 16,13 a IT 0,031 93Nb 94Nb {Syn.} 20300 a β- 2,045 94Mo 95Nb {Syn.} 34,975 días β- 0,926 95Mo
propiedades de RMN
Girar γ en rad * T-1· s-1 Er(1H) fL en W = 4,7 T en MHz 93Nb 9/2 6,567 · 107 0,488 24,47
seguridad
GHS etiquetado de sustancias peligrosas Peligro Frases H y P H: 250 EUH: sin tarifas EUH Teléfono: 222-231-422 Información peligrososPolvo ligero inflamable (F) Frases R y S R: 11 S: 43

Precios del niobio

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