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Niob

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Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Niob, Nb, 41
Elementkategorie Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block 5, 5, d
Aussehen grau metallisch glänzend
CAS-Nummer

7440-03-1

EG-Nummer 231-113-5
ECHA-InfoCard 100.028.284
Massenanteil an der Erdhülle 19 ppm (34. Häufigkeit)[1]
Atomar[2]
Atommasse 92,90637(1)[3] u
Atomradius (berechnet) 145 (164) pm
Kovalenter Radius 137 pm
Elektronenkonfiguration [Kr] 4d4 5s1
1. Ionisierungsenergie 6.75885(4) eV[4] ≈ 652.13 kJ/mol[5]
2. Ionisierungsenergie 14.32 eV[4] ≈ 1382 kJ/mol[5]
3. Ionisierungsenergie 25.04 eV[4] ≈ 2416 kJ/mol[5]
4. Ionisierungsenergie 37.611(22) eV[4] ≈ 3629 kJ/mol[5]
5. Ionisierungsenergie 50.5728(25) eV[4] ≈ 4880 kJ/mol[5]
Physikalisch[6]
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur kubisch raumzentriert
Dichte 8,57 g/cm³ (20 °C)[7]
Mohshärte 6,0
Magnetismus paramagnetisch (χm = 2,3 · 10−4)[8]
Schmelzpunkt 2750 K (2477 °C)
Siedepunkt 5017 K[9] (4744 °C)
Molares Volumen 10,83 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie 694 kJ/mol[9]
Schmelzenthalpie 26,8 kJ·mol−1
Schallgeschwindigkeit 3480 m·s−1 bei 293,15 K
Elektrische Leitfähigkeit 6,58 · 106 S·m−1
Wärmeleitfähigkeit 54 W·m−1·K−1
Chemisch[10]
Oxidationszustände +2, +4, +5
Normalpotential −1,1 V (Nb2+ + 2 e− → Nb)
Elektronegativität 1,6 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
91Nb {syn.} 680 a ε 1,253 91Zr
92Nb {syn.} 3,47 · 107 a ε 2,006 92Zr
β− 0,356 92Mo
93Nb 100 % Stabil
93metaNb {syn.} 16,13 a IT 0,031 93Nb
94Nb {syn.} 20300 a β− 2,045 94Mo
95Nb {syn.} 34,975 d β− 0,926 95Mo
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
Kernspin γ in
rad·T−1·s−1		 Er (1H) fL bei
B = 4,7 T
in MHz
93Nb 9/2 6,567 · 107 0,488 24,47
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[11]

Pulver

Gefahrensymbol

Gefahr

H- und P-Sätze H: 228
P: 210[11]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Niob [ˈnioːp] (auch Niobium, nach Niobe, der Tochter des Tantalos) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Nb und der Ordnungszahl 41. Es zählt zu den Übergangsmetallen, im Periodensystem steht es in der 5. Periode sowie der 5. Nebengruppe (Gruppe 5) oder Vanadiumgruppe.

Im angelsächsischen Sprachraum wird noch vereinzelt von Metallurgen und Werkstoffanbietern die schon länger veraltete Bezeichnung Columbium und das Kurzzeichen Cb verwendet.

Das selten vorkommende Schwermetall ist von grauer Farbe und gut schmiedbar. Niob wird vor allem aus den niobreichen Vertretern der Pyrochlor-Obergruppe, den Mineralen der Columbit-Mischkristallreihe Columbit-(Mn) – Columbit-(Mn) und Loparit[12] gewonnen. Als Coltan (ein modernes, vorrangig in der Politik verwendetes Akronym aus Columbit – Tantalit) werden Niob-Tantal-Erze bezeichnet, die zu den vier Mischkristallreihen Columbit-(Fe) – Columbit-(Mn), Tantalit-(Mn) – Tantalit-(Fe), Columbit-(Mn) – Tantalit-(Mn) und Columbit-(Fe) – Tantalit-(Fe) zählen. Niob wird hauptsächlich in der Metallurgie verwendet, um Spezialstähle herzustellen und die Schweißbarkeit zu verbessern.

Geschichte

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Heinrich Rose

1801 untersuchte Charles Hatchett ein unbekanntes dunkles Erz, das ursprünglich aus Massachusetts stammte und über Hans Sloane in das British Museum gelangt war. Bei verschiedenen chemischen Untersuchungen stellte er fest, dass in dem Erz ein bislang unbekanntes Element enthalten sein muss. Dieses nannte er Columbium, da das Erz ursprünglich aus Amerika stammte.[13] Columbia war eine zu dieser Zeit häufig verwendete Bezeichnung für Amerika.[14]

Anders Gustav Ekeberg fand 1802 in Yttererde ein Oxid, das sich in keiner Säure löste. Darum nannte er das enthaltene Metall nach der mythologischen Figur des Tantalos, der mitten in einem Teich stehend nicht trinken konnte, Tantal.[15] Die aus den beiden Erzen gewonnenen Oxide wurden 1809 von William Hyde Wollaston verglichen und für Oxide eines einzigen Elementes gehalten. Die gemessenen Unterschiede im spezifischen Gewicht der Oxide erklärte er durch unterschiedliche Oxidationszustände des Elementes.[16] Heinrich Rose untersuchte Tantalit-Erze genauer und vermutete, dass darin zwei weitere Elemente enthalten sind, die er nach den Kindern des Tantalos, Niobe und Pelops Niob und Pelopium nannte.[17][18] Auch weitere Forscher verkündeten, weitere ähnliche Elemente gefunden zu haben, so Hans Rudolph Hermann das Ilmenium (benannt nach dem Ilmengebirge)[19] und Neptunium[20], Franz von Kobell das Dianium (benannt nach Diana)[21] Schließlich konnten 1864 Christian Wilhelm Blomstrand und 1866 Jean Charles Galissard de Marignac zeigen, dass es lediglich zwei Elemente, Niob und Tantal real gibt und dass alle weiteren postulierten Elemente Mischungen dieser beiden Elemente sind.[22][23]

In der folgenden Zeit wurden sowohl Niob als auch Columbium als Name für das Element verwendet, wobei in amerikanischen Veröffentlichungen Columbium vorherrschte, in europäischen Niob. Um die Verwirrungen, die durch die unterschiedlichen Namen entstanden, zu beenden, legte die IUPAC 1949 Niob als offiziellen Namen des Elementes fest.[24][25]

Marignac entwickelte 1866 ein Verfahren zur Trennung von Tantal und Niob, das auf der unterschiedlichen Löslichkeit der Salze K2NbOF5 und K2TaF7 in verdünnter Flusssäure beruht.[26] Damit gelang zwar die Herstellung reiner Tantalverbindungen, die Gewinnung von reinem Niob und insbesondere die Trennung des Niobs von Titan und Zinn blieb jedoch schwierig.[27] Dazu wurden verschiedene Verfahren entwickelt, etwa über die Siedepunkte der Tetrachloride oder deren Löslichkeit in Tetrachlorkohlenstoff.[28]

Auch die Herstellung reinen Niobmetalls erwies sich als schwierig, da das Metall leicht Carbide bildet. Als erster erhielt Christian Wilhelm Blomstrand Niob in Form eines spiegelnden Überzugs durch Reduktion von Niob(V)-chlorid mit Wasserstoff in der Hitze.[29] 1901 konnte Henri Moissan im von ihm erfundenen elektrischen Ofen durch Reduktion von Niob(V)-oxid mit Kohle größere Mengen Niob gewinnen, das aber 2,3 bis 3,4 % Kohlenstoff enthielt und darum sehr spröde war.[30] Ein so reines Niob, dass er die Duktilität des Metalls nachweisen konnte, stellte 1907 Werner von Bolton her. Er fand zwei Darstellungsmethoden: zum einen die elektrolytische Reduktion von Niob(IV)-oxid mit Wechselstrom im Vakuum, zum anderen effektiver eine aluminothermische Reduktion von Niob(V)-oxid, bei der eine Niob-Aluminium-Legierung entstand, die dann im Vakuum mit einem elektrischen Flammenbogen erhitzt wurde, so dass das Aluminium verdampfte.[31]

Niob wurde lange Zeit nur in geringem Maß verwendet, erst ab den 1930ern wurde Ferroniob als Zusatz für Stähle und Niobcarbid für Hochgeschwindigkeits-Schneidwerkzeuge genutzt.[32]

Vorkommen

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Pyrochlor

Niob ist auf der Erde ein seltenes Element, seine Häufigkeit in der kontinentalen Erdkruste beträgt etwa 8 ppm.[33] Niob wird zu den refraktären, lithophilen, sowie den inkompatiblen Elementen (HFSE) gezählt. Dies bedeutet, dass Niob überwiegend oxidische Minerale bildet, sich vorwiegend in der oberen kontinentalen Erdkruste, weniger im Erdmantel befindet und in Magmaschmelzen sich stark in der Schmelze anreichert. Zudem ist das Element schlecht löslich und immobil und wird daher bei Verwitterung kaum aus dem Gestein gelöst. Der Niobgehalt von Meerwasser ist deshalb auch sehr gering.[34]

Um die Häufigkeit eines Elementes in der gesamten Erde (Kern und Hülle) zu betrachten, wird auf die Konzentration von Elementen in Chondriten zurückgegriffen. Beim Vergleich der Verhältnisse der sehr ähnlichen Niob und Tantal ist auffällig, dass dieses Verhältnis in Chondriten deutlich höher (etwa 19,9) ist als in der äußeren Silikathülle der Erde (etwa 14). Dies bedeutet, dass auf der Erde deutlich geringere Mengen Niob bekannt sind, als sie eigentlich haben sollte.[35] Eine Möglichkeit ist, dass sich dieses Niob im Erdkern befindet, was dadurch verursacht sein könnte, dass Niob unter den Bedingungen, wie sie bei der Entstehung der Erde herrschten, deutlich siderophiler (eisenliebend) gewesen sein könnte als Tantal und ein Teil des Niobs in den Kern abgesunken ist.[36][37] Andererseits wird diskutiert, dass es niobreiche Bereiche im oberen Erdmantel geben könnte, in denen das „fehlende“ Niob gespeichert ist.[38]

Nioberze finden sich als primäre Vorkommen in verschiedenen magmatischen Gesteinen, zum einen in Carbonatiten wie Ijolith, zum anderen in alkalischen bis peralkalischen Granitoiden und Syeniten. Durch Verwitterung anderer Elemente kann es in sekundären Lagerstätten wie Laterit zu einer deutlichen Anreicherung an Niob mit einem Faktor von 10 oder mehr bezogen auf die Ausgangsgesteine kommen. Wichtigstes Nioberz ist Pyrochlor Ca2Nb2O7, aus dem über 90 % allen Niobs gewonnen wird. Andere Erze wie Columbit (Coltan) spielen demgegenüber nur eine untergeordnete Rolle. Nioberze enthalten in der Regel das chemisch sehr ähnliche Tantal, jedoch ist die Mineralisation der beiden Elemente sehr unterschiedlich, so dass wirtschaftlich nutzbare Nioberze nicht unbedingt auch ausreichende Tantalmengen enthalten und umgekehrt.[39]

Es ist eine Vielzahl von Niob-Mineralen bekannt. Hierzu zählen etwa die Mitglieder der Columbit-Mischkristallreihe, der Pyrochlor-Gruppe, aber auch die Seltenerdmetall-Niobate Euxenit-(Y), Samarskit-(Y) und Fergusonit-(Y). Gediegen kommt es dagegen nicht vor. Insgesamt sind 2025 125 verschiedene Niobminerale bekannt.[40]

Die größten Niobvorkommen befinden sich in Brasilien. Das kommerziell wichtigste Erzvorkommen liegt in Araxá in Minas Gerais. Es handelt sich um ein Sekundärvorkommen mit Niobgehalten von bis zu 2,5 %. Die dort noch vorhandenen Reserven wurden 2021 auf 896 Millionen Tonnen mit einem durchschnittlichen Niobgehalt von 1,49 % geschätzt.[41] Weitere große brasilianische Lagerstätten liegen in Tapira, ebenfalls in Minas Gerais, Catalão in Goiás und Seis Lagos in Amazonas. Über 90 % des weltweit produzierten Niobs stammen aus Araxá und Catalão.[39] Das weltweit größte bekannte Niobvorkommen in Seis Lagos[42] wird aktuell nicht ausgebeutet, da es in einem Gebiet liegt, das als Biologisches Reservat (Morro Dos Seis Lagos) im Pico-da-Neblina-Nationalpark geschützt ist.[43] Weitere, ähnliche Vorkommen außerhalb Brasiliens liegen in Lueshe und Bingo in der Demokratischen Republik Kongo, Mabounié in Gabun, Sukulu in Uganda und Mount Weld in Australien.[39]

Daneben gibt es auch eine Reihe von primären Niobvorkommen. Die zweitgrößten bekannten Reserven an Niob befinden sich in der Bayan-Obo-Mine in der Volksrepublik China.[44] Da die Erze in Bayan Obo nur geringe Niobgehalte aufweisen, kann dieses Element dort nicht wirtschaftlich abgebaut werden und es werden überwiegend Seltenerdmetalle gefördert.[45] Die einzige primäre Lagerstätte, die größeren Mengen ausgebeutet wird, befindet sich in Saint-Honoré in Québec, Kanada. Weitere Vorkommen gibt es in Oka, ebenfalls in Québec, Elk Creek in Nebraska (Vereinigte Staaten), Fen in Norwegen, Bonga in der Provinz Huíla, Angola und Mbeya in Tansania.[39]

Gewinnung und Darstellung

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Die Prozesse für die Gewinnung von Niob sind abhängig davon, ob Pyrochlor oder Coltan das Ausgangserz ist. Das mengenmäßig überwiegende Pyrochlor wird im Tagebau abgebaut und das Erz zerkleinert. Durch verschiedene Techniken wie Magnettrennung, Schwerkrafttrennung und Flotation wird es aufbereitet und zu einem etwa 50 % Niob(V)-oxid enthaltenden Konzentrat weiterverarbeitet. Im nächsten Schritt werden die Elemente Schwefel, Blei, Zinn und Phosphor entfernt, die für den weiteren Prozess nicht mehr enthalten sein dürfen. Dies erfolgt entweder pyrometallurgisch oder chemisch. Pyrometallurgisch wird zunächst durch Erhitzen der Schwefel zu Schwefeldioxid oxidiert und entfernt und im zweiten Schritt die anderen drei Elemente mit Kohlenstoff zum Metall reduziert, während das Nioboxid unverändert in der Schlacke verbleibt und abgetrennt wird. Chemisch erfolgt zunächst eine Kalzinierung mit Kalk und Calciumchlorid, gefolgt von Auslaugen mit Salzsäure, Schmelzen mit Natriumhydroxid, Auslaugen mit Wasser und einer weiteren Kalzinierung.[46]

85–90 % des Nioboxid-Konzentrates wird direkt zu Ferroniob, einer Niob-Eisne-Legierung verarbeitet. Dies erfolgt aluminothermisch, also durch Reduktion mit Aluminium. Dazu wird das Nioboxid mit Eisenoxid und Aluminiumpulver gemischt und erhitzt oder die Reaktion wird mit einer sauerstoff-freisetzenden Verbindung wie Bariumperoxid gestartet. Es entsteht eine Legierung, die zu etwa 66 % aus Niob, 30,5 % aus Eisen und 1,5 % aus Silicium besteht und direkt in der Stahl- und Gusseisen-Produktion eingesetzt werden kann. Die Legierung kann auch geringe Mengen Tantal enthalten.[47.1]

Im Gegensatz zum Pyrochlor, der meist kaum Tantal enthält, ist in Coltan sowohl das Nioberz Columbit als auch das analoge Tantalerz Tantalit in unterschiedlicher Zusammensetzung enthalten. Daher spielt für die Gewinnung der reinen Elemente aus dem Erz hier die Trennung von Niob und Tantal eine wichtige Rolle. Auch das abgebaute Coltan wird zunächst zerkleinert und durch Magnet- und Schwerkrafttrennung zu einem Konzentrat verarbeitet. Columbit-Tantalit muss aufgeschlossen werden, um die Metalle zu lösen. Hierzu wird vorwiegend Flusssäure, eine Mischung aus Fluss- und Schwefelsäure oder Ammoniumhydrogendifluorid genutzt. Durch die Reaktion mit diesen fluorhaltigen Stoffen entstehen abhängig vom pH-Wert die gut löslichen Fluorkomplexe [NbOF5]2−/[NbF6]− bzw. [TaF7]2−/[TaF6]−.[48]

Auch ein Aufschluss mit Kalilauge zum wasserlöslichen Kaliumorthoniobat K3NbO4 ist möglich.[48]

Die Trennung von Niob und Tantal erfolgt durch Flüssig-Flüssig-Extraktion. Als Extraktionsmittel wird vor allem Methylisobutylketon (MIBK), aber auch Tributhylphosphat, Cyclohexanon oder 2-Octanol eingesetzt, Amine wie Aliquat 336 erforscht. Das Verfahren ist eine Rückextraktion, bei der die Ausgangslösung zunächst mit dem Extraktionsmittel versetzt wird, so dass die Fluorkomplexe beider Elemente in dieses übergehen. Die Trennung erfolgt durch Strippung, wobei sich die Tantal- und Niobkomplexe unterschiedlich verhalten. Wird das MIBK mit Wasser versetzt, geht nur Tantal in die wässrige Phase über, mit verdünnter Schwefelsäure dagegen der Niob-Komplex.[48]

Nach der Trennung muss das Fluorid entfernt werden, hierzu wird die Lösung mit Ammoniak versetzt und das Niob(V)-oxid gefällt. Da zum Teil auch das Hydroxid entsteht, muss das Produkt kalziniert werden, um reines Niob(V)-oxid zu erhalten.[48]

Eine Alternative zum Extraktionsverfahren ist die Chlorierung. Dazu wird tantalhaltiges Ferroniob in einer Natriumchlorid-Eisen(III)-chlorid-Schmelze erhitzt, wodurch das entstandene Natriumtetrachloroferrat (NaFeCl4) mit dem Ferroniob zu den Pentachloriden reagiert. Zur Regeneration des NaFeCl4 wird Chlor durchgeleitet. Auch Wolfram reagiert zu Wolfram(VI)-oxidtetrachlorid WOCl4.[47.2]

Diese Chloride sind mit Siedepunkten zwischen 228 und 248 °C leicht flüchtig, entweichen aus der Schmelze und können durch fraktionierte Destillation voneinander getrennt werden.[47.2]

Niob-Kristalle, elektrolytisch hergestellt neben einem anodisierten Niob-Würfel (1 cm³)

Um metallisches Niob zu erhalten, können verschiedene Verfahren eingesetzt werden. Das wichtigste ist dabei die Reduktion mit Aluminium, durch die über 90 % des Niobmetalls produziert wird.[47.3]

Auch Niob(V)-chlorid kann als Ausgangsstoff verwendet werden, entweder im Kroll-Prozess durch die Reduktion mit Magnesium oder in einem Beschichtungsverfahren. Hierzu wird das Niobchlorid verdampft und mit Wasserstoff vermischt. Das bei der Reaktion entstehende Niob schlägt sich auf der zu beschichtenden Metallplatte nieder. Die Reduktion von Kaliumheptafluoroniobat mit Natrium ist zwar eine mögliche Darstellungsmöglichkeit von Niob, spielt im Gegensatz zum Tantal-Analoga industriell keine Rolle. Ebenso ist die elektrolytische Gewinnung des Metalls aus einer Salzschmelze zwar möglich, aber wenig effizient und darum kommerziell nicht relevant.[47.3][46]

Hochreines Niob wird durch mehrmaliges Umschmelzen, etwa mit Elektronenstrahlschmelzen im Vakuum dargestellt. Durch den sehr hohen Schmelzpunkt des Niobs sind die meisten Verunreinigungen flüchtiger und entweichen.[47.4]

Niobhaltiger Schrott kann gut recycelt werden, wobei dieser überwiegend zu neuem Stahl verarbeitet wird, ohne dass das Niob vom Eisen getrennt wird. Die Recyclingquote für niobhaltigen Schrott liegt bei über 50 %. Dagegen werden nur sehr geringe Mengen reines Niob aus dem Schrott gewonnen, 2019 wurden 0,3 % geschätzt.[49.1]

Das weitaus bedeutendste Produktionsland von Niob ist Brasilien, das etwa 93 % des globalen Bedarfs an diesem Element produziert. Ein zweiter, wichtiger Produzent ist Kanada mit etwa 5 % Anteil. Geringe Mengen werden auch in der Demokratischen Republik Kongo, Russland, Ruanda, China und einigen weiteren Ländern produziert. Die Gesamtmenge an produziertem Niob betrug 2025 etwa 112.000 Tonnen, wovon 104.000 Tonnen auf Brasilien und 6000 Tonnen auf Kanada entfielen.[50] Die Europäische Union importiert etwa 85 % des Niobs aus Brasilien und 13 % aus Kanada (Stand 2019), eine Produktion in Europa findet nicht statt. Auf Grund der hohen Konzentration der Förderung in einem Land listet die Deutsche Rohstoffagentur (DERA) Niob als kritischen Rohstoff in der höchsten Risikogruppe 3.[51] Auch auf der Liste der kritischen Rohstoffe der Europäischen Union ist das Element verzeichnet.[52] Coltan wurde darüber hinaus 2012 von der US-amerikanischen Börsenaufsicht SEC als so genanntes Konfliktmineral eingestuft,[53] dessen Verwendung für Unternehmen gegenüber der SEC berichtspflichtig ist. Als Grund hierfür werden die Produktionsorte im Osten des Kongo angeführt, die von Rebellen kontrolliert werden und so im Verdacht stehen, bewaffnete Konflikte mitzufinanzieren.[54]

Minenproduktion
Land2025[50]2020[55]2015[56]2010[57]2005[58]2000[59]1995[60]1990[61]1985[62]1980[63]
 Brasilien104.00058.81958.85244.27039.16221.80013.14012.86612.42013.002
 Kanada6000640056004298371022912357238422251731
 Demokratische Republik Kongo9705604542102811013654626
 Ruanda20015624418087176--33819
 Nigeria------204520026181243
Russland300432439--------------
 Volksrepublik China40443022------------
 Australien----------160109692341
gesamt (gerundet)112.00067.50065.70049.00043.10024.80015.60015.30014.80015.154
Menge in Tonnen, Werte von 2025 geschätzt

Eigenschaften

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Niob-Streifen

Niob ist ein grau glänzendes, duktiles Schwermetall. Bekannt sind die Oxidationsstufen −3, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5. Wie beim Vanadium, das im Periodensystem über dem Niob steht, ist die Stufe +5 am beständigsten. Das chemische Verhalten des Niobs ist fast identisch mit dem des Tantals, das im Periodensystem direkt unter Niob steht.

Infolge der Ausbildung einer Passivschicht (Schutzschicht) ist Niob an der Luft sehr beständig. Die meisten Säuren greifen es bei Raumtemperatur daher nicht an. Nur Flusssäure, vor allem im Gemisch mit Salpetersäure, sowie heiße konzentrierte Schwefelsäure korrodieren metallisches Niob rasch. In heißen Alkalien ist Niob ebenfalls unbeständig, da sie die Passivschicht auflösen. Bei Temperaturen oberhalb von 200 °C beginnt es in Gegenwart von Sauerstoff zu oxidieren. Eine schweißtechnische Bearbeitung von Niob muss wegen seiner Unbeständigkeit an der Luft unter Schutzgasatmosphäre ablaufen.[1]

Der Zusatz von Wolfram und Molybdän zu Niob erhöht seine Hitzebeständigkeit, Aluminium seine Festigkeit.

Niob wird unterhalb von 9,26 K supraleitend und ist damit das supraleitende Element mit der höchsten Sprungtemperatur.[64]

Niob nimmt leicht Gase auf, so kann ein Gramm Niob bei Raumtemperatur 100 cm³ Wasserstoff aufnehmen, was früher in der Vakuumröhrentechnik ausgenutzt wurde.

Verwendung

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Supraleitende Kavität aus hochreinem Niob für den Freie-Elektronen-Laser FLASH am DESY.

Niob wird als Legierungszusatz für rostfreie Stähle, Sonderedelstähle (z. B. Rohre für die Salzsäureproduktion) und Nichteisenlegierungen verwendet, da sich niob-legierte Werkstoffe durch eine erhöhte mechanische Festigkeit auszeichnen. Bereits in Konzentrationen von 0,01 bis 0,1 Massenprozent kann Niob in Kombination mit thermomechanischem Walzen die Festigkeit und Zähigkeit von Stahl wesentlich steigern. Erste Versuche zur Verwendung von Niob als Legierungselement (Ersatz von Wolfram) fanden 1925 in den USA statt. Solcherart veredelte Stähle werden häufig im Rohrleitungsbau (Pipeline construction) eingesetzt. Als starker Karbidbildner wird Niob auch in Schweißzusatzwerkstoffen zum Abbinden von Kohlenstoff zulegiert.

Die Münze Österreich prägt 25 Euro Bimetallmünzen mit einem Niobkern.

Als weitere Verwendungen sind anzuführen:

  • Anwendung in der Nukleartechnik wegen des niedrigen Einfangquerschnitts für thermische Neutronen.
  • Herstellung niobstabilisierter Schweißelektroden als Schweißzusatz für Edelstähle, Sonderedelstähle und Nickelbasislegierungen.
  • Wegen seiner bläulichen Farbe wird es für Piercingschmuck und zur Herstellung von Schmuckwaren genutzt.
  • In Aluminiumlegierungen dient es der Herstellung von leichten aber steifen Bauteilen und Fahrzeugen, beispielsweise Felgen bei Fahrrädern.
  • Bei Münzen mit Niob (Bimetall-Münzen) kann die Farbe des Niob-Kerns durch physikalische Verfahren stark variieren (z. B. bei 25-Euro-Münzen aus Österreich).
Der schwarze Teil der Raketendüse besteht aus einer Niob-Titan-Legierung
  • Nennenswerte Mengen werden als Ferroniob und Nickelniob in der metallurgischen Industrie zur Herstellung von Superlegierungen (Nickel-, Cobalt- und Eisenbasislegierungen) eingesetzt. Hieraus werden statische Teile für stationäre und fliegende Gasturbinen, Raketenteile und hitzebeständige Komponenten für den Ofenbau hergestellt.
  • Niob wird als Anodenmaterial in Niob-Elektrolytkondensatoren eingesetzt. Ein Oxid des Niobs, Niob(V)-oxid, besitzt eine hohe Spannungsfestigkeit. Es wird in einem sog. Formierverfahren auf der Oberfläche der Niobanode aufgebracht und dient in diesem Kondensator als Dielektrikum. Niob-Elektrolytkondensatoren stehen im Wettbewerb mit den bekannteren Tantal-Elektrolytkondensatoren.
  • Werden die Glaskolben von Halogenglühlampen außen mit z. B. Niob bedampft, wird dadurch ein Teil der Wärmestrahlung der Wolframglühwendel zurück nach innen reflektiert. Dadurch kann bei niedrigerem Energieverbrauch eine höhere Betriebstemperatur und somit größere Lichtausbeute erzielt werden.
  • Als Katalysator (z. B. bei der Salzsäureproduktion, bei der Biodiesel-Synthese[65] und bei der Produktion von Alkoholen aus Butadien).
  • Als Kaliumniobat (chemische Verbindung aus Kalium, Niob und Sauerstoff), das als Einkristall in der Lasertechnik und für nichtlineare optische Systeme Verwendung findet und
  • Verwendung als Elektrodenmaterial für Natriumdampf-Hochdrucklampen
  • Supraleitung: Bei Temperaturen unterhalb von 9,5 K ist reines Niob ein Supraleiter des Typs II. Nioblegierungen (mit N, O, Sn, AlGe, Ge) gehören neben den reinen Elementen Niob, Vanadium und Technetium zu den Stoffen, die Typ-II-Supraleiter sind: Die Sprungtemperaturen dieser Legierungen liegen zwischen 18,05 K (Niobzinn Nb3Sn) und 23,2 K (Niobgermanium Nb3Ge). Aus Niob gefertigte supraleitende Hohlraumresonatoren werden in Teilchenbeschleunigern (u. a. XFEL und FLASH am DESY in Hamburg) eingesetzt. – Zur Erzeugung hoher Magnetfelder bis etwa 20 Tesla werden supraleitende Magnetspulen mit Drähten aus Niob-Zinn oder Niob-Titan eingesetzt, z. B. im Fusions-Versuchsreaktor ITER 600 t Niob-Zinn und 250 t Niob-Titan. Auch die supraleitenden Magnetspulen des LHC bestehen aus Nioblegierungen.
  • Niob wird aufgrund seiner Biokompatibilität zur Oberflächenbeschichtung von Implantaten verwendet.
  • Um der interkristallinen Korrosion entgegenzuwirken, wird Niob als Legierungselement in Cr-Stählen verwendet. Dazu sollte es mindestens in zwölffacher Konzentration gegenüber Kohlenstoff vorliegen. Niob bildet schneller Karbide als Chrom. Daher kommt es nicht zur Entstehung chromreicher Karbide, welche bedeuten würden, dass woanders im Gefüge chromverarmte Bereiche entstehen.

Sicherheitshinweise

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Niob gilt zwar als nicht toxisch, jedoch irritiert metallischer Niobstaub Augen und Haut. Niobstaub ist leicht entzündlich.

Eine physiologische Wirkungsweise des Niobs ist unbekannt.[66][67]

Literatur

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Commons: Niob – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Niob – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

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  1. 1 2 Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. ↑ Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind aus webelements.com (Niob) entnommen.
  3. ↑ IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights: Standard Atomic Weights of 14 Chemical Elements Revised. In: Chemistry International. 40, 2018, S. 23, doi:10.1515/ci-2018-0409.
  4. 1 2 3 4 5 Eintrag zu niobium in Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1). Hrsg.: National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. doi:10.18434/T4W30F (physics.nist.gov/asd). Abgerufen am 11. Juni 2020.
  5. 1 2 3 4 5 Eintrag zu niobium bei WebElements, www.webelements.com, abgerufen am 11. Juni 2020.
  6. ↑ Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind aus webelements.com (Niob) entnommen.
  7. ↑ N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1260.
  8. ↑ Robert C. Weast (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
  9. 1 2 Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
  10. ↑ Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind aus webelements.com (Niob) entnommen.
  11. 1 2 Eintrag zu Niob (Pulver) in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 9. November 2021. (JavaScript erforderlich)
  12. ↑ Mineralienatlas:Loparit.
  13. ↑ Charles Hatchett: An analysis of a mineral substance from North America, containing a metal hitherto unknown. In: Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1802, Band 92, S. 49–66 doi:10.1098/rstl.1802.0005.
  14. ↑ Thomas J. Schlereth: Columbia, Columbus, and Columbianism. In: Journal of American History. 1992, Band 79, Nummer 3, S. 937-968, doi:10.2307/2080794.
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