niob

Niob, metallisk grunnstoff som tilhører gruppe 5 i grunnstoffenes periodesystem.

Niob er et lysegrått metall som i ren tilstand er mykt og duktilt og lett kan valses og smis. Metallet er meget korrosjonsbestandig i vandige, sure løsninger fordi det dannes en tynn, beskyttende oksidfilm på overflaten. Det løses selv ikke i kongevann, men det løser seg raskt i flussyre og sterke alkalihydroksidløsninger. 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 meget rask. En del av oksygenet som reagerer løser seg i metallet. Dette gjør metallet meget sprøtt og lite anvendelig som konstruksjonsmateriale. På bakgrunn av metallets høye smeltepunkt håpet man lenge på at det kunne tjene som høytemperaturmateriale. Til tross for betydelig forskning har man ikke lykkes i å utvikle niob-baserte legeringer med god korrosjonsbestandighet ved høye temperaturer i oksygenholdige atmosfærer.

Mineralet columbitt var lenge det viktigste for fremstilling av niob. Det er et oksidisk mineral som inneholder jern, mangan, niob og tantal: (Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆. Når niobinnholdet dominerer i forhold til tantal, kalles mineralet columbitt, når tantalinnholdet dominerer kalles det tantalitt. Niobrike columbitter forekommer særlig i Nigeria og Kongo, tantalitt i Brasil og Australia. Senere har pyroklor, NaCaNb₂O₆F, overtatt som det viktigste niobråstoffet og er nå utgangspunkt for mer enn 90 % av niobmarkedet. Et annet niobholdig mineral er euxenitt, (Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)₂O₆.

Etter den annen verdenskrig hadde også Norge en ikke ubetydelig produksjon av niobkonsentrat i Søve gruver nær Ulefoss i Telemark. Driften var basert på bergarten søvitt, som bl.a. inneholder columbitt og pyroklormineralet koppitt. På sitt høyeste (1962–63) kom produksjonen opp i 300–350 tonn niobkonsentrat. Dette utgjorde ca. 8 % av den vestlige verdens produksjon. Gruvedriften ble innstilt i 1965 pga. manglende lønnsomhet. Reservene i Søve er anslått til mellom én og to millioner tonn malm med 0,3 % nioboksid.

Niob og tantal skilles fra finpulveriserte malmkonsentrater ved utluting med flussyre, som løser oksidene til niob og tantal under dannelse av fluorokomplekser. Disse ekstraheres 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): Nb₂O₅ + 5NbC = 7Nb + 5CO. En annen metode er å redusere niobpentaklorid med natrium metall. Ved disse metodene fås metallet som fint pulver eller små korn. Dette blir smeltet til kompakt metall ved lysbue- eller elektronstrålesmelting. Metallet kan alternativt kompakteres ved sintring i vakuum.

I sine uorganiske kjemiske forbindelser kan niob opptre i oksidasjontrinn fra +II til +V. Femverdige forbindelser er de mest stabile. Stabile oksider er NbO, NbO₂, Nb₂O₅, samt flere oksidfaser i området NbO₂–Nb₂O₅. Ved å smelte Nb₂O₅ alkalihydroksider eller karbonater dannes niobater.

Den viktigste anvendelse 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. Niob har også lavt innfangningstverrsnitt for nøytroner og brukes som tilsetning i legeringer for kapsling av brenselselementer i kjernereaktorer. Niobkarbid brukes i hardmetall sammen med wolfram-, titan- og molybdenkarbid. Visse intermetalliske forbindelser, f.eks. Nb₃Sn og Nb₃Zr, er superledere ved lav temperatur og beholder denne egenskapen selv i ekstremt høye magnetfelt. Niob blir også brukt som gettermateriale for å fjerne gassrester i vakuumrør, som bestanddel i sveiseelektroder m.m.

Grunnstoffet ble første gang fremstilt i form av oksid i 1801 av den engelske kjemikeren C. Hatchett 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 A. G. Ekeberg 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 H. Rose vise at columbium og tantal var to forskjellige grunnstoffer. Han kalte columbium for niobium (norsk: niob) etter Tantalos' datter Niobe. Metallisk niob ble første gang fremstilt i 1866 av den svenske kjemikeren C. W. Blomstrand ved å varme opp niobklorid i hydrogen. 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 benevnt som columbium i amerikansk metallurgisk litteratur.