[拼音]：ni

[外文]：niobium， columbium

元素符号Nb，钢灰色金属，在元素周期表中属VB族，原子序数41，原子量92.9064，体心立方晶体，常见化合价为+5、+4。

1801年英国化学家哈奇特（C.Hatchett）在分析矿石时发现了一种新元素，命名为columbium（钶）。1844年德国化学家罗瑟（H.Rose）宣称他发现了一种“新”元素，因其性质和钽（tantalum）相似，在自然界和钽共生，钽是按希腊神话人物Tantalus(坦塔罗斯)命名的，于是就按Tantalus女儿Niobe(尼俄柏)的名字，给新元素定名 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niobium(铌)，但有些国家仍沿用columbium。

1866年布洛姆施特兰德（C.W.Blomstrand）首次用氢还原氯化铌得到金属铌。20世纪30年代开始，铌以铁合金（铌铁）形式用于炼钢和用碳化铌制造高速切削工具。第二次世界大战中，含铌的高温合金用于制作燃气轮机，此后还研究了铌合金的各种性能和用途。中国于60年代初建立铌冶金工业。

资源

铌和钽的物理化学性质相似，在自然界矿物中多为共生。划分铌矿或钽矿主要是根据矿物中钽和铌的含量。一般将含Nb₂O₅：Ta₂O₅大于20的矿物称为铌矿，含Nb₂O₅:Ta₂O₅为3～20的矿物称为铌钽矿，其他为钽矿。含铌矿物已发现有 130种左右，其中最主要的是烧绿石[(Ca，Na)₂(Nb，Ta，Ti)₂O₆(OH，F)]和铌铁矿[(Fe，Mn)(Nb，Ta，)₂O₆]。其他还有褐钇铌矿[(Y，Er，Ce，Fe)(Nb，Ta，Ti)O₄]，钽铁矿[(Fe，Mn)(Ta，Nb)₂O₆]，黑稀金矿[(Y，Ca，Ce，U，Th) (Nb，Ta，Ti)₂O₆]和钛铌钙铈矿[(Na，Ce，Ca，Sr)(Ti，Nb）O₃]等。铌、钽酸盐的砂矿也有工业开采价值。世界上多数铌矿石的品位为0.2～0.6％，选矿后得到的标准铌精矿品位为50～65％(Nb，Ta)₂O₅。世界铌矿储量(以铌计)已查明的为760万短吨(1短吨=907.2公斤)。铌矿主要分布在巴西、加拿大、苏联和非洲一些国家。泰国和马来西亚的锡渣也是铌的一个来源。1979年世界铌矿的产量(以铌计)为 2.3万短吨。中国具有工业价值的含铌矿物已发现有：铌铁矿、铌钽铁矿、褐钇铌矿、含铌钛铁金红石、易解石、烧绿石等以及一些含钽铌酸盐的砂矿，储量丰富。中国某些炼钢炉渣和熔炼锡渣也是提取铌的重要资源。

性质和用途

铌的超导转变临界温度9.25K，原子的热中子吸收截面1.1靶恩，标准电极电势Nb/Nb⁵⁺0.96伏。

铌和钽的化学性质很相似，都是非常稳定的化学元素。铌对于很多腐蚀性介质在冷态或稍热的条件下不起反应。致密的铌在空气中只在温度高于 200℃时才明显氧化。铌同氯于200℃、同氮于400℃、同氢于 250℃才发生反应。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酸以及浓碱溶液。铌有多种氧化物，最稳定的为五氧化二铌 (Nb₂O₅)。铌同氢生成固溶体和金属氢化物（NbH，NbH₂）。铌对氢的吸收是可逆的，在加热和真空下又能将氢析出。氮化铌(NbN)为浅灰略带黄色的化合物，其超导转变临界温度为15.6K。

铌同一些原子半径小的元素如硼、碳、硅、氮等生成的化合物都具有很高的熔点和很大的硬度。铌同卤素生成卤化物、卤氧化物和络酸盐，其中重要的有：五氟化铌(NbF₅)、五氯化铌（NbCl₅）、三氯氧铌(NbOCl₃)、氟铌酸钾(K₂NbF₇)和氟氧铌酸钾(K₂NbOF₅·H₂O)。

铌以铌铁形式用于钢铁工业，消费量占世界铌消费量的85％以上，多用于碳素钢和高强度低合金钢。铌在钢中的主要作用是通过控制脱溶碳化铌的大小和分布，而达到提高钢的抗磨损性、抗腐蚀性、晶粒细化和脱溶强化，从而改善钢的性能。铸铁中添加铌能析出坚硬耐磨的碳氮化铌相，从而提高强度和延长使用寿命。铌在高温合金中的消费量占总消费量的10％左右。铌和铌合金可用作宇宙飞船及其重返大气层时的耐高温结构材料、原子反应堆的结构材料，并且用于制造石油和化学工业中的耐酸设备、热交换器和加热器等。含铌、镍、钴的超级合金（superalloy）可用于制作喷气发动机的部件。铌同钛、锡、锆、铝、锗的合金或金属化合物所形成的超导体具有重要意义，铌钛合金和铌锡化合物(Nb₃Sn)是目前已经应用的主要超导材料。铌在酸性电解液中也能形成阳极氧化膜，这种阳极氧化膜的性能虽不如钽的阳极氧化膜稳定，但由于钽的资源较少，所以，以一部分铌代替钽，用铌钽合金制造小型电解电容器，这种电容器已在民用电子产品中逐步得到应用，并有广阔前景。氧化铌可作高折射率的光学玻璃的添加剂。铌酸锂是一种优良的压电晶体，用于彩色电视滤波器和雷达延迟线等。铌酸锶钡单晶可制造激光通信装置的调制器。碳化铌可制造超硬工具和模具。二硒化铌粉可作电动机械和仪表装置的自润滑填充剂。1981年铌在美国各部门的消费比例为：交通运输32％，建筑工业31％，石油及天然气16％，机械工业11％，其他10％（见钽）。

铌的冶炼

包括分解精矿、分离钽铌、制取化合物和金属、精炼等过程。铌的生产工艺流程与钽大致相同。金属铌的工业生产方法有碳热还原法、钠热还原法和铝热还原法。（见金属热还原）。

制取金属铌工艺流程见图。

将五氧化二铌和炭黑混合，在氢气氛中制得碳化铌：Nb₂O₅＋7C2NbC＋5CO↑

再将碳化铌同五氧化二铌混合，在真空下还原成金属铌：Nb₂O₅＋5NbC7Nb＋5CO↑

五氧化二铌还可用炭黑在真空下直接还原成金属铌：Nb₂O₅＋5C2Nb＋5CO↑

铌条经氢化破碎得铌粉，或经垂熔、电子束熔炼得铌锭。

用钠在 950～1000℃下将氟铌酸钾还原成铌粉：K₂NbF₇＋5Na─→Nb＋5NaF＋2KF

将五氧化二铌用铝还原成金属铌：3Nb₂O₅＋10Al─→6Nb＋5Al₂O₃

致密金属铌一般用铌粉压制的坯块在2100～2300℃下烧结，然后再用真空电弧、电子束或等离子束进行熔炼。高纯单晶铌可用无坩埚电子束区域熔炼法制备。

参考文章

• 铌铁矿（钶铁矿）Columbite地球科学