niob

Den viktigste anvendelsen av niob er som legeringsgrunnstoff i lavlegerte og rustfrie stål samt høytemperaturlegeringer. I stål blir niob vanligvis tilsatt som ferroniob. Niobtilsetningene tjener som kornforfiner og øker slitasjebestandighet og varmefasthet. Varmebestandige nioblegeringer brukes blant annet i romskip.

Det er også mulig å bruke nioblegeringer i mynter. For eksempel har Østerrike produsert en serie med euromynter hvor den sentrale delen er farget av oksidert niob.

Som biomateriale er niob inert, det reagerer ikke med kroppsvæskene og irriterer heller ikke kroppen. Niob kan derfor brukes i implantater, og i smykker hvor andre metaller, som nikkel, fort gir allergier.

Visse intermetalliske forbindelser av niob, som Nb₃Ge, Nb₃Sn, NbTi og Nb₃Zr, er superledere ved lav temperatur og beholder denne egenskapen selv i ekstremt høye magnetfelt. Disse superlederne er viktige i store internasjonale forskningsanlegg som partikkelakseleratoren i CERN. Niob inngår også i superledende magneter som brukes i MR-maskiner.

Niob har lavt innfangningstverrsnitt for nøytroner og brukes som tilsetning i legeringer for kapsling av brenselselementer i kjernereaktorer. Niob blir også brukt som gettermateriale for å fjerne gassrester i vakuumrør, som bestanddel i sveiseelektroder med mer.

Niobkarbid, NbC, brukes i hardmetall sammen med wolfram-, titan- og molybdenkarbid.

I jordskorpen er det omtrent 20 ppm niob. Det er mye mindre enn hva det finnes av vanadium (150 ppm) men mer enn hva det finnes av tantal (2 ppm).

Mineralet columbitt var lenge det viktigste for fremstilling av niob. Det er et mineraloksid som inneholder jern, mangan, niob og tantal: (Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆. Når niobinnholdet dominerer i forhold til tantal, kalles mineralet columbitt, og når tantalinnholdet dominerer, kalles det tantalitt. Niobrike columbitter forekommer særlig i Nigeria og Kongo, tantalitt i Brasil og Australia. Ofte brukes coltan som handelsnavn på columbittmineraler.

Senere har mineralet pyroklor, med kjemisk formel, overtatt som det viktigste niobråstoffet. Dette er nå utgangspunkt for mer enn 90 prosent av niobmarkedet. Et annet niobholdig mineral er euxenitt.

I dag er det Brasil som er den største produsenten av niob fra pyroklor. Verdensproduksjonen er 25 000 tonn per år og 85 prosent kommer fra Brasil.

Grunnstoffet ble første gang fremstilt i form av oksid i 1801 av den engelske kjemikeren Charles Hatchett (1765–1847) fra et mineral fra Connecticut, USA. Han kalte det nye grunnstoffet columbium etter Columbia, et tidligere brukt navn på Amerika, og mineralet ble kalt columbitt. Året etter fant den svenske kjemikeren Anders Gustav Ekeberg (1767–1813) et nytt grunnstoff i svenske og finske mineraler. Han kalte dette for tantalum (norsk: tantal) etter den greske sagnkongen Tantalos.

Det ble lenge antatt at columbium og tantal var ett og samme grunnstoff, men i 1844 kunne den tyske kjemikeren Heinrich Rose (1795– 1864) vise at columbium og tantal var to forskjellige grunnstoffer. Han kalte columbium for niobium (norsk: niob) etter Tantalos' datter Niobe.

Niobmetall ble første gang fremstilt i 1866 av den svenske kjemikeren Christian Wilhelm Blomstrand ved å varme opp niobklorid i hydrogengass. Grunnstoffet ble i engelsktalende land kalt columbium. I 1949 bestemte imidlertid IUPAC at navnet på grunnstoffet skulle være niob. Man kan likevel fremdeles finne grunnstoffet kalt columbium i amerikansk metallurgisk litteratur.

Niob og tantal skilles fra finpulveriserte malmkonsentrater ved utluting med flussyre, som løser oksidene til niob og tantal under dannelse av fluorokomplekser. Disse hentes ut fra vandige løsninger med metylisobutylketon. Niobkompleksene opptas fortrinnsvis fra løsninger med høy surhet og tantalkompleksene fra løsninger med lav surhet. Niob- og tantaloksidene felles ut fra ketonløsningene ved tilsetning av vann.

Niobmetall fremstilles for det meste ved å reagere en støkiometrisk blanding av niobpentoksid, Nb₂O₅, og niobkarbid, NbC, i vakuum ved høy temperatur (1600–1800 °C), som vist i følgende reaksjonsligning:

\[\ce{Nb2O5 + 5NnC <=> 7Nb + 5CO}\]

En annen metode er å redusere niobpentaklorid, NbCl₅, med natrium-metall. Ved disse metodene fås niob som fint pulver eller små korn. Dette blir smeltet til kompakt metall ved lysbue- eller elektronstrålesmelting. Metallet kan alternativt kompakteres ved sintring i vakuum.

Metallisk niob er svært korrosjonsbestandig i syre. Det løses selv ikke i kongevann, men det løser seg raskt i flussyre og sterke basiske løsninger.

Niob danner en passiverende oksidfilm i luft ved vanlige temperaturer. Ved 300–400 °C begynner imidlertid oksidasjonshastigheten å øke betraktelig, og ved høye temperaturer er oksidasjonen svært rask. En del av oksygenet som reagerer, løser seg i metallet. Dette gjør metallet svært sprøtt og lite anvendelig som konstruksjonsmateriale.

Oksidlaget er gjennomsiktig, men når oksidlaget øker i tykkelse ved eloksering får det farge. Fargene opptrer ved interferens mellom lys reflektert fra metalloverflaten og oksidoverflaten. Det er samme grunn som en tynn oljefilm på vann også skinner i regnbuens farger.

På grunn av niob sitt høye smeltepunkt håpet man lenge at metallet kunne tjene som høytemperaturmateriale. Så lenge oksygen unngås er ikke høye temperaturer et problem, men til tross for betydelig forskning har man ikke lyktes i å utvikle niobbaserte legeringer med god korrosjonsbestandighet ved høye temperaturer i oksygenholdige atmosfærer.

• grunnstoff
• periodesystemet
• høytemperaturlegeringer
• stål
• legering
• IUPAC

• Periodesystemet.no: niob