Preço de nióbio, ocorrência, extração e uso

Nióbio [ˈniop] (depois de Niobe, filha do tântalo) é um elemento químico com símbolo de elemento Nb e número atômico 41. É um dos metais de transição, na tabela periódica está no 5º período e no 5º subgrupo (grupo 5) ou grupo vanádio.

Na área de idioma anglo-saxão ainda é hoje muitos metalúrgicos, fornecedores de material e em uso privado a designação desatualizada columbium e a abreviatura Cb verwendet.

O metal pesado raramente ocorre na cor cinza e facilmente maleável. O nióbio pode ser extraído dos minerais columbita, coltan (columbita-tantalita) e loparita. É usado principalmente na metalurgia para fazer aços especiais e melhorar a soldabilidade.

Nióbio foi descoberto por Charles Hatchett em 1801. Ele o encontrou no minério de columbita (encontrado pela primeira vez no leito de um rio na Colômbia), que foi enviado à Inglaterra por John Winthrop por volta de 1700. Hatchett chamou o elemento columbium. Até meados do século XIX, presumia-se que o columbium e o tântalo, descobertos em 19, eram o mesmo elemento, pois quase sempre ocorrem juntos nos minerais (paragênese).

Foi só em 1844 que o professor de Berlim Heinrich Rose mostrou que o nióbio e o ácido tântálico são substâncias diferentes. Sem saber sobre o trabalho de Hatchett e sua denominação, ele nomeou o elemento redescoberto por causa de sua semelhança com o tântalo em homenagem a Niobe, filha de Tântalo.

Foi somente após 100 anos de debate que a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) apresentou em 1950 nióbio como o nome oficial do item.

Em 1864, Christian Wilhelm Blomstrand teve sucesso na produção de nióbio metálico reduzindo o cloreto de nióbio com hidrogênio no calor. Em 1866, Charles Marignac confirmou o tântalo como um elemento separado.

Em 1907, Werner von Bolton produziu nióbio muito puro reduzindo um heptafluoroniobato com sódio.

ocorrência 

Nióbio é um elemento raro com uma participação de 1,8 · 10 na crosta terrestre^-3 %. Não parece digno. Devido aos raios iônicos semelhantes, o nióbio e o tântalo são sempre irmãos. Os minerais mais importantes são a columbita (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂O₆, que também é conhecido como niobita ou tantalita dependendo do conteúdo de nióbio ou tântalo, bem como pirocloro (NaCaNb₂O₆F).

Outros minerais principalmente raros são:

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

Os depósitos de nióbio em carbonatitos, onde o pirocloro se acumulou nos solos intemperizados, são de interesse econômico. A produção anual em 2006 foi de quase 60.000 t, 90% das quais foram extraídas no Brasil. Nos últimos anos, a produção aumentou significativamente. O Brasil e o Canadá são os principais produtores de concentrados minerais contendo nióbio. Grandes depósitos de minério também estão localizados na Nigéria, na República Democrática do Congo e na Rússia.

Extração e apresentação 

Como o nióbio e o tântalo sempre ocorrem juntos, os minérios de nióbio e tântalo são primeiro digeridos juntos e depois separados por cristalização fracionada ou solubilidade diferente em solventes orgânicos. O primeiro processo de separação industrial foi desenvolvido por Galissard de Marignac em 1866.

Primeiro, os minérios são expostos a uma mistura de ácido sulfúrico e fluorídrico concentrado a 50-80 ° C. Os fluoretos complexos [NbF₇]^2- e [TaF₇]^2-que são facilmente solúveis.

Os sais dipotássicos desses fluoretos podem ser formados convertendo-os em uma fase aquosa e adicionando fluoreto de potássio. Apenas o fluoreto de tântalo é moderadamente solúvel em água e precipita. O fluoreto de nióbio facilmente solúvel pode então ser separado do tântalo. Hoje em dia, no entanto, a separação por extração com metil isobutil cetona é comum. Uma terceira possibilidade de separação é por destilação fracionada dos cloretos NbCl₅ e TaCl₅. Estes podem ser produzidos pela reação de minérios, coque e cloro em altas temperaturas.

O pentóxido de nióbio é produzido primeiro a partir do fluoreto de nióbio separado por reação com o oxigênio. Este é primeiro convertido em carboneto de nióbio com carbono e então reduzido ao metal com mais pentóxido de nióbio a 2000 ° C no vácuo, ou obtido diretamente por aluminotermicamente. A maior parte do nióbio para a indústria siderúrgica é produzida dessa forma, sendo o óxido de ferro adicionado para se obter uma liga ferro-nióbio (60% nióbio). Se haletos forem usados ​​como o material de partida para a redução, isso é feito com sódio como agente redutor.

Propriedades

Nióbio é um metal pesado dúctil com um brilho cinza. Os estados de oxidação −3, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 são conhecidos. Assim como com o vanádio, que está acima do nióbio na tabela periódica, o nível +5 é o mais consistente. O comportamento químico do nióbio é quase idêntico ao do tântalo, que está diretamente abaixo do nióbio na tabela periódica.

Como resultado da formação de uma camada passiva (camada protetora), o nióbio é muito resistente ao ar. A maioria dos ácidos, portanto, não o ataca à temperatura ambiente. Somente o ácido fluorídrico, especialmente quando misturado com ácido nítrico e ácido sulfúrico concentrado quente, corroem o nióbio metálico rapidamente. O nióbio também é instável em álcalis quentes, pois dissolvem a camada passiva. Em temperaturas acima de 200 ° C, ele começa a oxidar na presença de oxigênio. O processamento de soldagem de nióbio deve ocorrer em uma atmosfera de gás protetora devido à sua instabilidade no ar.

A adição de tungstênio e molibdênio ao nióbio aumenta sua resistência ao calor e o alumínio aumenta sua resistência.

A alta temperatura de transição do nióbio de 9,25 K, abaixo da qual é supercondutor, e sua capacidade de absorver gases facilmente são notáveis. Um grama de nióbio pode absorver 100 cm³ de hidrogênio em temperatura ambiente, o que antes era usado na tecnologia de tubo a vácuo.

Usar 

Nióbio é usado como um aditivo de liga para aços inoxidáveis, aços inoxidáveis ​​especiais (por exemplo, tubos para a produção de ácido clorídrico) e ligas não ferrosas, pois os materiais com liga de nióbio são caracterizados por maior resistência mecânica. Mesmo em concentrações de 0,01 a 0,1 por cento em massa, o nióbio em combinação com a laminação termomecânica pode aumentar significativamente a resistência e a tenacidade do aço. As primeiras tentativas de usar o nióbio como elemento de liga (substituição do tungstênio) ocorreram nos EUA em 1925. Os aços refinados dessa maneira são frequentemente usados ​​na construção de dutos. Como um forte formador de carboneto, o nióbio também é adicionado aos consumíveis de soldagem para ligar o carbono.

Outros usos incluem:

• Aplicação em tecnologia nuclear devido à baixa seção transversal de captura para nêutrons térmicos.
• Fabricação de eletrodos de soldagem estabilizados com nióbio como massa de soldagem para aços inoxidáveis, aços inoxidáveis ​​especiais e ligas à base de níquel.
• Devido à sua cor azulada, é usada para perfurar joias e fazer joias.
• No caso de moedas com nióbio (moedas bimetálicas), a cor do núcleo de nióbio pode variar muito devido a processos físicos (por exemplo, moedas de 25 euros da Áustria).

• Quantidades significativas são utilizadas como ferroniobes e niobes de níquel na indústria metalúrgica para a produção de superligas (níquel, cobalto e ligas à base de ferro). As peças estáticas para turbinas a gás estacionárias e voadoras, peças de foguetes e componentes resistentes ao calor para construção de fornos são fabricados a partir deles.
• Nióbio é usado como um material de ânodo em capacitores eletrolíticos de nióbio. Um óxido de nióbio, óxido de nióbio (V), tem uma alta rigidez dielétrica. É aplicado à superfície do ânodo de nióbio em um processo denominado de formação e serve como um dielétrico neste capacitor. Os capacitores eletrolíticos de nióbio competem com os capacitores eletrolíticos de tântalo mais populares.
• São as lâmpadas de vidro das lâmpadas halógenas do lado de fora com z. B. nióbio, parte da radiação térmica do filamento de tungstênio é refletida de volta para o interior. Como resultado, uma temperatura de operação mais alta e, portanto, uma maior eficiência luminosa pode ser alcançada com menor consumo de energia.
• Como um catalisador (por exemplo, na produção de ácido clorídrico e na produção de álcoois de butadieno),
• Como niobato de potássio (composto químico de potássio, nióbio e oxigênio), que é usado como um único cristal na tecnologia de laser e para sistemas ópticos não lineares
• Use como material de eletrodo para lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão
• Supercondutividade: Em temperaturas abaixo de 9,5 K, o nióbio puro é um supercondutor do tipo II. Ligas de nióbio (com N, O, Sn, AlGe, Ge) pertencem aos três elementos puros nióbio, vanádio e tecnécio, bem como substâncias do tipo II -Supercondutores são: As temperaturas de transição dessas ligas estão entre 18,05 K (nióbio estanho, Nb₃Sn) e 23,2 K (nióbio germânio, Nb₃Ge). Ressonadores de cavidade supercondutores feitos de nióbio são usados ​​em aceleradores de partículas (incluindo XFEL e FLASH no DESY em Hamburgo). Para gerar altos campos magnéticos de até cerca de 20 Tesla, são usados ​​ímãs supercondutores com fios feitos de nióbio-estanho e nióbio-titânio. Por exemplo, 600 t de nióbio-estanho e 250 t de nióbio-titânio são usados ​​para o reator de fusão experimental ITER. Os ímãs supercondutores do LHC também são feitos de ligas de nióbio.

segurança

Embora o nióbio seja considerado não-tóxico, o pó metálico de nióbio irrita os olhos e a pele. O pó de nióbio é altamente inflamável.

Um modo fisiológico de ação do nióbio é desconhecido.

Geral
Nome, símbolo, número atômico	Nióbio, Nb, 41
série	metais de transição
Grupo, período, bloco	5, 5, d
Aparência	cinza metálico
número CAS	7440-03-1
Fração de massa da concha de terra	19 ppm
nuclear
massa atômica	92,90638 u
Raio atômico (calculado)	145 (164) pm
Raio covalente	137 pm
configuração electrónica	[Kr] 4d4 5s1
1. ionização	652,1 kJ / mol
2. ionização	1380 kJ / mol
3. ionização	2416 kJ / mol
4. ionização	3700 kJ / mol
5. ionização	4877 kJ / mol
fisicamente
estado físico	fest
estrutura de cristal	centrado no corpo cúbico
densidade	8,57 g / cm3 (20 ° C)
dureza de Mohs	6,0
magnetismo	paramagnético ( = 2,3 10-4)
ponto de fusão	2750 K (2477 ° C)
ponto de ebulição	5017 K (4744 ° C)
Volume molar	10,83 · 10-6 m3/ mol
Calor de vaporização	690 kJ / mol
calor de fusão	26,8 kJ / mol
velocidade do som	3480 m / s em 293,15 K
Condutividade elétrica	6,58 · 106 A / (v · m)
condutividade térmica	54 W / (m K)
Químico
estados de oxidação	2, 5
potencial normais	-1,1 V (Nb2+ + 2 e- → Nb)
eletronegatividade	1,6 (escala de 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 % estável 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
propriedades de RMN
Spin γ em rad * T-1· s-1 Er(1H) fL em W = 4,7 T em MHz 93Nb 9/2 6,567 · 107 0,488 24,47
segurança
GHS substâncias perigosas rotulagem Perigo Frases H e P H: 250 EUH: nenhuma taxa de EUH P: 222-231-422 Informações perigososPó leve inflamável (F) Frases R e S R: 11 S: 43

Preços de nióbio

Preço do nióbio -> preços para metais estratégicos