鈮的基本知識

鈮的性質: 

鈮一種化學元素?；瘜W符號Nb，原子序數41，原子量92.90638，屬周期系ⅤB族。1801年英國C.哈切特從鈮鐵礦中分離出一種新元素的氧化物，并命名該元素為columbium（中譯名鈳）。1802年瑞典A.G.厄克貝里在鉭鐵礦中發現另一種新元素  tantalum。由于這兩種元素性質上非常相似，不少人認為它們是同一種元素。1844年德意志H.羅澤詳細研究了許多鈮鐵礦和鉭鐵礦，分離出兩種元素，才澄清了事實真相。鈮在地殼中的含量為0.002％，主要礦物有鈮鐵礦〔（Fe，Mn）（Nb，Ta）2Ob〕、燒綠石〔（Ca，Na）2（Nb，Ta，Ti）2O6（OH，F）〕和黑稀金礦、褐釔鈮礦、鉭鐵礦、鈦鈮鈣鈰礦。 

鈮是灰白色金屬，熔點2468℃，沸點4742℃，密度8.57克／厘米3  。室溫下鈮在空氣中穩定，在氧氣中紅熱時也不被完全氧化，高溫下與硫、氮 、碳直接化合 ，能與鈦 、鋯、鉿、鎢形成合金。不與無機酸或堿作用，也不溶于王水，但可溶于氫氟酸。鈮的氧化態為－1、＋ 2、＋3、＋4和＋5，其中以＋5價化合物最穩定。 

金屬鈮可用電解熔融的七氟鈮酸鉀制取，也可用金屬鈉還原七氟鈮酸鉀或金屬鋁還原五氧化二鈮制取。純鈮在電子管中用于除去殘留氣體，鋼中摻鈮能提高鋼在高溫時的抗氧化性，改善鋼的焊接性能。鈮還用于制造高溫金屬陶瓷。 

“烈火金剛”和“抗蝕冠軍”——鈮和鉭  

這次我們要結識的是鈮和鉭這一對“孿生兄弟”。 

把它們放到一起來介紹是有道理的，因為它們在元素周期表里是同族，物理、化學性質很相似，而且常?！靶斡安浑x”，在自然界伴生在一起，真稱得上是一對維妙維肖的“孿生兄弟”。事實上，當人們在十九世紀初首次發現鈮和鉭的時候，還以為它們是同一種元素呢。以后大約過了四十二年，人們用化學方法第一次把它們分開，這才弄清楚它們原來是兩種不同的金屬。 

鈮、鉭和鎢、鉬一樣都是稀有高熔點金屬，它們的性質和用途也有不少相似之處。既然被稱為稀有高熔點金屬，鈮、鉭最主要的特點當然是耐熱。它們的熔點分別高達攝氏二千四百多度和將近三千度，不要說一般的火勢燒不化它們，就是煉鋼爐里烈焰翻騰的火海也奈何它們不得。難怪在一些高溫高熱的郡門里，特別是制造一千六百度以上的真空加熱爐，鉭金屬是十分適合的材料。 

我們在前面介紹鎢鉬合金鋼的時候就已經看到，一種金屬的優良性能往往可以“移植”到另一種金屬里?，F在的情況也是這樣，用鈮作合金元素添加到鋼里，能使鋼的高溫強度增加，加工性能改善。鈮、鉭與鎢、鉬、釩、鎳、鈷等一系列金屬合作，得到的“熱強合金”，可以用作超音速噴氣式飛機和火箭、導彈等的結構材料。目前科學家們在研制新型的高溫結構材料時，已開始把注意力轉向鈮、鉭；許多高溫、高強度合金都有這一對孿生兄弟參加。 

鈮、鉭本身很頑強，它們的碳化物更有能耐，這個特點與鎢、鉬也毫無二致。用鈮和鉭的碳化物作基體制成的硬質合金，有很高的強度和抗壓、耐磨、耐蝕本領。在所有的硬質化合物中，碳化鉭的硬度是最高的。用碳化袒硬質合金制成的刀具，能抗得住三千八百度以下的高溫，硬度可以與金剛石匹敵，使用壽命比碳化鎢更長。 

外科醫療上的妙用：鉭在外科醫療上也占有重要地位，它不僅可以用來制造醫療器械，而且是很好的“生物適應性材料”。比如說吧，用鉭片可以彌補頭蓋骨的損傷，鉭絲可以用來縫合神經和肌腱，鉭條可以代替折斷了的骨頭和關節，鉭絲制成的鉭紗或鉭網，可以用來補償肌肉組織……在醫院里，還會有這樣的情況：用鉭條代替人體里折斷了的骨頭之后，經過一段時間，肌肉居然會在鉭條上生長起來，就像在真正的骨頭上生長一樣。怪不得人們把鉭叫作“親生物金屬”哩。 

為什么鉭在外科手術中能有這樣奇特的作用呢？關鍵還是因為它有極好的抗蝕性，不會與人體里的各種液體物質發生作用，并且幾乎完全不損傷生物的機體組織，對于任何殺菌方法都能適應，所以可以同有機組織長期結合而無害地留在人體里。除了在外科手術中有這樣好的用途外，利用鈮、鉭的仆學穩定性，還可以用它們來制造電解電容器、整流器等等。特別是鉭，目前約有一半以上用來生產大容量，小體積，高穩定性的固體電解電容器。全世界每年都要生產幾億只。鉭電解電容器沒有“辜負”人們的厚望，它具有很多其他材料比不上的優點。它比跟它一般大小的其他電容器“兄弟”的電容量大五倍，而且非?？煽?、耐震，工作溫度范圍大，使用壽命長，現在已經大量地用在電子計算機、雷達、導彈、超音速飛機、自動控制裝置以及彩色電視、立體電視等的電子線路中。 

超低溫下創奇跡：然而，最使我們驚詫不已的，是它們不僅能在極高溫度的環境里頑強地工作，而且還能在超低溫的條件下出色地為我們服務，它們可真是了不起。小朋友，你們中也許有一些人會知道有這么個溫度，叫“絕對零度”，它的零度相當于攝氏零下二百七十三度。絕對零度被認為是不能再低的低溫了。 

人們很早以前就發現，當溫度降低到接近絕對零度的時俟，有些物質的化學性質會發生突然的改變，變成一種幾乎沒有電阻的“超導體”。物質開始具有這種奇異的“超導”性能的溫度叫臨界溫度。不用說，各種物質的臨界溫度是不一樣的。要知道，超低溫度是很不容易得到的，人們為此而付出了巨大的代價；越向絕對零度接近，需要付出的代價越大。所以我們對超導物質的要求，當然是臨界溫度越高越好。具有超導性能的元素不少，鈮是其中臨界溫度最高的一種。而用鈮制造的合金，臨界溫度高達絕對溫度十八點五到二十一度，是目前最重要的超導材料。人們曾經做過這樣一個實驗：把一個冷到超導狀態的金屬鈮環，通上電流然后再斷開電流，然后，把整套儀器封閉起來，保持低溫。過了兩年半后，人們把儀器打開，發現鈮環里的電流仍在流動，而且電流強弱跟剛通電時幾乎完全相同！ 

從這個實驗可以看出，超導材料幾乎不會損失電流。如果使用超導電纜輸電，因為它沒有電阻，電流通過時不會有能量損耗，所以輸電效率將大大提高。有人設計了一種高速磁懸浮列車，它的車輪部位安裝有超導磁體，使整個列車可以浮起在軌道上約十厘米。這樣一來，列車和軌道之間就不會再有摩擦，減少了前進的阻力。一列乘載百人的磁懸浮列車，只消一百馬力的推動力，就能使速度達到每小時五百公里以上。 

用一條長達二十公里的鈮錫帶，纏繞在直徑為一點五米的輪緣上，繞組能夠產生強烈而穩定的磁場，足以舉起一百二十二公斤的重物，并使它懸浮在磁場空間里。如果把這種磁場用到熱核聚變反應中，把強大的熱核聚變反應控制起來，那就有可能給我們提供大量的幾乎是無窮無盡的廉價電力。 

不久前，人們曾用鈮鈦超導材料制成了一臺直流發電機。它的優點很多，比如說體積小，重量輕，成本低，與同樣大小的普通發電機相比，它發的電量要大一百倍。 

鈮的多種用途 

鈮的用途: 

鈮作為鐵基、鎳基和鋯基超級合金的添加劑，可提高其強度性能。  

鈮在原子能工業中適于作反應堆的結構材料和核燃料的包套材料以及航空、宇航工業中熱防護和結構材料。 

鈮電容和鉭電容相似，但由于鈮的密度小，單位體積電容量則較大。 

鈮鈦、鈮鋯合金及鈮錫、鈮鋁鍺等化合物超導材料，除用作輸電、發電、制造超導磁體、控制核聚變外，還用于宇宙飛行器中的導航裝置、高速潛水船只的電磁推進設備以及超導超階級高速列車等。 

鈮耐酸腐蝕性能比鋯好，不如鉭，可作熱交換器、冷凝器、過濾器、攪拌器等。碳化鈮可以單獨使用或與碳化鎢、碳化鉬配合使用，作熱鍛模、切削工具、噴氣發動機渦輪葉片，閥門、尾裙及火箭噴嘴涂層。 

含鈮的合金鋼強度高、韌性好、抗冷淬，廣泛用在輸油管道。鈮酸鋰單晶用于彩色電視機。 鈮的性質 鈮是一個種顯鋼灰色光澤的難熔稀有金屬，其熔點為2467。C，密度為8.6克/厘米3。鈮具有良好的低溫塑性，可冷壓力加工成各種半成品。 

耐高溫、強度大，在1000。C以上仍具有足夠的強度、塑性和導熱性。在極低的溫度下超導性最好，如在零下260。 

C左右其電阻接近于零。在150。C以下抗化學腐蝕和大氣腐蝕。在常溫下對許多酸和鹽的溶液都是穩定的，但溶于氫脆。陽極化時生成穩定的氧化膜。在自然界礦物中鈮。陽極化時生成穩定的氧化膜。在自然界礦物中鈮、鉭共生，含鈮、鉭的礦物有：燒綠石、鈮鉭鐵礦、褐釔鈮礦、含鈮鈦鐵金紅石、紅晶石以及含鈮鉭酸鹽的砂礦。某些煉鋼爐渣和煉錫爐渣也是是、提練鈮的重要資源。劃分鈮礦或鉭礦，主要是根據礦物中含鈮或鉭的多少而定。  

鈮三錫超導磁性能達到國際水平 寶雞稀有色金屬加工研究院用自產線材試制成功內徑為23.5毫米的插入型多芯鈮三錫超導磁體。這種磁體與常規磁體比體積小、重量輕，磁場強度高；若通電閉合運行后，則長期運行不需供電。經中法兩國科技人員在法國國家科研中心高場實驗室一起測試，在-286.96℃下，磁體中心場強達15.4萬高斯，性能達到國際水平。 

鈮礦的分布

鈮的分布:    

內蒙古、湖北；鉭礦：江西，內蒙古、廣東；鋰礦：青海、湖北、四川；鈹礦：新疆、內蒙、四川、云南；江西宜春鈮鉭礦、內蒙古白云鄂博鈮鉭礦、新疆阿勒泰鈹、鋰-稀有礦、青海鋰礦