铌
铌是灰白色金属,密度8.57,熔点2468℃,沸点4742℃。具有比重大、熔点高、沸点高、强度高、抗疲劳、抗变形、抗腐蚀、导热、超导、单极导电及吸收气体等优良特性。铌的化学性质非常稳定,常温下表面形成致密氧化膜,阻止进一步氧化,高温下与硫、氮、碳直接化合,能与钛、锆、铪、钨形成合金。不与无机酸或碱作用,也不溶于王水,但可溶于氢氟酸。
铌、钽共生密切,它们的物理性质、化学性质、地球化学性质以及矿物学性质等都有许多类似之处,因而常在同一矿物中出现。所有的铌矿物中都含有钽,钽的矿物中都含有铌,只是有主次之分。有的形成完全的类质同象系列矿物,如铌铁矿-钽铁矿系列矿物:Ta2O5<15%称铌铁矿,Nb2O5<10%称钽铁矿,Nb2O5>Ta2O5称钽铌铁矿,Ta2O5>Nb2O5称铌钽铁矿,Fe/Mn<1时则称为铌锰矿-钽锰矿系列。
铌在地壳中平均含量为20×10-6,钽为2×10-6,Nb/Ta值为10。铌、钽在主要岩浆岩和主要沉积岩都有不同程度的分布,其中在花岗岩中含量较高。目前,已发现的铌钽矿物和含铌钽矿物有130多种,其中较常见的有30多种。但作为铌钽工业矿物原料的只有10种,即铌铁矿-钽铁矿系列矿物(铌铁矿含Ta2O5<14.55%,Nb2O5>63.77%;钽铁矿含Ta2O5>72.18%,Nb2O5<10.33%)、褐钇铌矿(含Ta2O5为2.5%~11.09%,Nb2O5为33.64%~42.9%)、易解石(含Ta2O5为0.26%~3.3%,Nb2O5为21%~35%)、铌易解石(含Ta2O5为0.51%,Nb2O5为41.13%)、铌铁金红石(含Ta2O5为0.31%,Nb2O5为6.71~23.67%)、烧绿石(含Ta2O5为1.44%~6.65%,Nb2O5为56.01%~67.77%)、锰钽矿(含Ta2O5为70%~86%,Nb2O5为1.91%~10.33%)、重钽铁矿(含Ta2O5为73.98%~86.01%,Nb2O5为1.17%~1.37%)、黄钇钽矿(含Ta2O5为49.4%~55.5%,Nb2O5为9.15%)、细晶石(含Ta2O5为55%~77%,Nb2O5为0.4%~10.13%)。
铌矿物原料主要是铌铁(锰)矿等,提取铌主要包括分解精矿、分离钽铌、制取化合物和金属、精炼等过程。矿石分解可采用氢氟酸分解法、氢氧化钠熔融法和氯化法等。钽铌分离可采用溶剂萃取法(常用的萃取剂为甲基异丁酮、磷酸三丁酯、仲辛醇和乙酰胺等)、分步结晶法和离子交换法。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。
铌具有耐腐蚀、冷加工性能好和氧化膜电性能好等优点,有许多重要用途。铌以铌铁形式用作钢铁添加剂生产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,铌钛合金和铌锡化合物是目前已经应用的主要超导材料。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。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