鈮的基本知識(shí)

鈮的性質(zhì): 

鈮一種化學(xué)元素。化學(xué)符號(hào)Nb，原子序數(shù)41，原子量92.90638，屬周期系ⅤB族。1801年英國(guó)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(fā)現(xiàn)另一種新元素  tantalum。由于這兩種元素性質(zhì)上非常相似，不少人認(rèn)為它們是同一種元素。1844年德意志H.羅澤詳細(xì)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(shí)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(xiàn)）〕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(diǎn)2468℃，沸點(diǎn)4742℃，密度8.57克／厘米3  。室溫下鈮在空氣中穩(wěn)定，在氧氣中紅熱時(shí)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(wú)機(jī)酸或堿作用，也不溶于王水，但可溶于氫氟酸。鈮的氧化態(tài)為－1、＋ 2、＋3、＋4和＋5，其中以＋5價(jià)化合物最穩(wěn)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(shí)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(jié)識(shí)的是鈮和鉭這一對(duì)“孿生兄弟”。 

把它們放到一起來介紹是有道理的，因?yàn)樗鼈冊(cè)谠刂芷诒砝锸峭?，物理、化學(xué)性質(zhì)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(duì)維妙維肖的“孿生兄弟”。事實(shí)上，當(dāng)人們?cè)谑攀兰o(jì)初首次發(fā)現(xiàn)鈮和鉭的時(shí)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(xué)方法第一次把它們分開，這才弄清楚它們?cè)瓉硎莾煞N不同的金屬。 

鈮、鉭和鎢、鉬一樣都是稀有高熔點(diǎn)金屬，它們的性質(zhì)和用途也有不少相似之處。既然被稱為稀有高熔點(diǎn)金屬，鈮、鉭最主要的特點(diǎn)當(dāng)然是耐熱。它們的熔點(diǎn)分別高達(dá)攝氏二千四百多度和將近三千度，不要說一般的火勢(shì)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?cè)谇懊娼榻B鎢鉬合金鋼的時(shí)候就已經(jīng)看到，一種金屬的優(yōu)良性能往往可以“移植”到另一種金屬里。現(xiàn)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(qiáng)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(qiáng)合金”，可以用作超音速噴氣式飛機(jī)和火箭、導(dǎo)彈等的結(jié)構(gòu)材料。目前科學(xué)家們?cè)谘兄菩滦偷母邷亟Y(jié)構(gòu)材料時(shí)，已開始把注意力轉(zhuǎn)向鈮、鉭；許多高溫、高強(qiáng)度合金都有這一對(duì)孿生兄弟參加。 

鈮、鉭本身很頑強(qiáng)，它們的碳化物更有能耐，這個(gè)特點(diǎn)與鎢、鉬也毫無(wú)二致。用鈮和鉭的碳化物作基體制成的硬質(zhì)合金，有很高的強(qiáng)度和抗壓、耐磨、耐蝕本領(lǐng)。在所有的硬質(zhì)化合物中，碳化鉭的硬度是最高的。用碳化袒硬質(zhì)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(zhǎng)。 

外科醫(yī)療上的妙用：鉭在外科醫(yī)療上也占有重要地位，它不僅可以用來制造醫(yī)療器械，而且是很好的“生物適應(yīng)性材料”。比如說吧，用鉭片可以彌補(bǔ)頭蓋骨的損傷，鉭絲可以用來縫合神經(jīng)和肌腱，鉭條可以代替折斷了的骨頭和關(guān)節(jié)，鉭絲制成的鉭紗或鉭網(wǎng)，可以用來補(bǔ)償肌肉組織……在醫(yī)院里，還會(huì)有這樣的情況：用鉭條代替人體里折斷了的骨頭之后，經(jīng)過一段時(shí)間，肌肉居然會(huì)在鉭條上生長(zhǎng)起來，就像在真正的骨頭上生長(zhǎng)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(shù)中能有這樣奇特的作用呢？關(guān)鍵還是因?yàn)樗袠O好的抗蝕性，不會(huì)與人體里的各種液體物質(zhì)發(fā)生作用，并且?guī)缀跬耆粨p傷生物的機(jī)體組織，對(duì)于任何殺菌方法都能適應(yīng)，所以可以同有機(jī)組織長(zhǎng)期結(jié)合而無(wú)害地留在人體里。除了在外科手術(shù)中有這樣好的用途外，利用鈮、鉭的仆學(xué)穩(wěn)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(chǎn)大容量，小體積，高穩(wěn)定性的固體電解電容器。全世界每年都要生產(chǎn)幾億只。鉭電解電容器沒有“辜負(fù)”人們的厚望，它具有很多其他材料比不上的優(yōu)點(diǎn)。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?？煽俊⒛驼?，工作溫度范圍大，使用壽命長(zhǎng)，現(xiàn)在已經(jīng)大量地用在電子計(jì)算機(jī)、雷達(dá)、導(dǎo)彈、超音速飛機(jī)、自動(dòng)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(chuàng)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(huán)境里頑強(qiáng)地工作，而且還能在超低溫的條件下出色地為我們服務(wù)，它們可真是了不起。小朋友，你們中也許有一些人會(huì)知道有這么個(gè)溫度，叫“絕對(duì)零度”，它的零度相當(dāng)于攝氏零下二百七十三度。絕對(duì)零度被認(rèn)為是不能再低的低溫了。 

人們很早以前就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度降低到接近絕對(duì)零度的時(shí)俟，有些物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生突然的改變，變成一種幾乎沒有電阻的“超導(dǎo)體”。物質(zhì)開始具有這種奇異的“超導(dǎo)”性能的溫度叫臨界溫度。不用說，各種物質(zhì)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?yōu)榇硕冻隽司薮蟮拇鷥r(jià)；越向絕對(duì)零度接近，需要付出的代價(jià)越大。所以我們對(duì)超導(dǎo)物質(zhì)的要求，當(dāng)然是臨界溫度越高越好。具有超導(dǎo)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(dá)絕對(duì)溫度十八點(diǎn)五到二十一度，是目前最重要的超導(dǎo)材料。人們?cè)?jīng)做過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：把一個(gè)冷到超導(dǎo)狀態(tài)的金屬鈮環(huán)，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(fā)現(xiàn)鈮環(huán)里的電流仍在流動(dòng)，而且電流強(qiáng)弱跟剛通電時(shí)幾乎完全相同！ 

從這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以看出，超導(dǎo)材料幾乎不會(huì)損失電流。如果使用超導(dǎo)電纜輸電，因?yàn)樗鼪]有電阻，電流通過時(shí)不會(huì)有能量損耗，所以輸電效率將大大提高。有人設(shè)計(jì)了一種高速磁懸浮列車，它的車輪部位安裝有超導(dǎo)磁體，使整個(gè)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(huì)再有摩擦，減少了前進(jìn)的阻力。一列乘載百人的磁懸浮列車，只消一百馬力的推動(dòng)力，就能使速度達(dá)到每小時(shí)五百公里以上。 

用一條長(zhǎng)達(dá)二十公里的鈮錫帶，纏繞在直徑為一點(diǎn)五米的輪緣上，繞組能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈而穩(wěn)定的磁場(chǎng)，足以舉起一百二十二公斤的重物，并使它懸浮在磁場(chǎng)空間里。如果把這種磁場(chǎng)用到熱核聚變反應(yīng)中，把強(qiáng)大的熱核聚變反應(yīng)控制起來，那就有可能給我們提供大量的幾乎是無(wú)窮無(wú)盡的廉價(jià)電力。 

不久前，人們?cè)免夆伋瑢?dǎo)材料制成了一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)。它的優(yōu)點(diǎn)很多，比如說體積小，重量輕，成本低，與同樣大小的普通發(fā)電機(jī)相比，它發(fā)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(jí)合金的添加劑，可提高其強(qiáng)度性能。  

鈮在原子能工業(yè)中適于作反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料和核燃料的包套材料以及航空、宇航工業(yè)中熱防護(hù)和結(jié)構(gòu)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(dǎo)材料，除用作輸電、發(fā)電、制造超導(dǎo)磁體、控制核聚變外，還用于宇宙飛行器中的導(dǎo)航裝置、高速潛水船只的電磁推進(jìn)設(shè)備以及超導(dǎo)超階級(jí)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(dú)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(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片，閥門、尾裙及火箭噴嘴涂層。 

含鈮的合金鋼強(qiáng)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(jī)。 鈮的性質(zhì) 鈮是一個(gè)種顯鋼灰色光澤的難熔稀有金屬，其熔點(diǎn)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(qiáng)度大，在1000。C以上仍具有足夠的強(qiáng)度、塑性和導(dǎo)熱性。在極低的溫度下超導(dǎo)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(xué)腐蝕和大氣腐蝕。在常溫下對(duì)許多酸和鹽的溶液都是穩(wěn)定的，但溶于氫脆。陽(yáng)極化時(shí)生成穩(wěn)定的氧化膜。在自然界礦物中鈮。陽(yáng)極化時(shí)生成穩(wěn)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(jù)礦物中含鈮或鉭的多少而定。  

鈮三錫超導(dǎo)磁性能達(dá)到國(guó)際水平 寶雞稀有色金屬加工研究院用自產(chǎn)線材試制成功內(nèi)徑為23.5毫米的插入型多芯鈮三錫超導(dǎo)磁體。這種磁體與常規(guī)磁體比體積小、重量輕，磁場(chǎng)強(qiáng)度高；若通電閉合運(yùn)行后，則長(zhǎng)期運(yùn)行不需供電。經(jīng)中法兩國(guó)科技人員在法國(guó)國(guó)家科研中心高場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室一起測(cè)試，在-286.96℃下，磁體中心場(chǎng)強(qiáng)達(dá)15.4萬(wàn)高斯，性能達(dá)到國(guó)際水平。 

鈮礦的分布

鈮的分布:    

內(nèi)蒙古、湖北；鉭礦：江西，內(nèi)蒙古、廣東；鋰礦：青海、湖北、四川；鈹?shù)V：新疆、內(nèi)蒙、四川、云南；江西宜春鈮鉭礦、內(nèi)蒙古白云鄂博鈮鉭礦、新疆阿勒泰鈹、鋰-稀有礦、青海鋰礦