鈮和鉭
銅臭 / 2022-08-08
一、鈮和鉭的存在和提煉
1801年英人哈切特(Hatchett)由妮鐵礦中發(fā)現(xiàn)銀;1802年瑞典愛(ài)開(kāi)堡(Ekeburg)發(fā)現(xiàn)鉭。1903 年鮑爾登(Bolton) 制得金屬鉭。金屬鈮于1929年才制得。
鈮和鉭由于五價(jià)離子牢征極為近似，在自然界中總是共生的。 主要的礦物是共生的鈮鐵礦和鉭鐵礦Fe[(Nb,Ta)O?]?;根據(jù)含量較多的元素，稱(chēng)為鈮鐵礦或鉭鐵礦。前者比重為5.2,后者比重為8.3,因此，由礦石的比重可以估計(jì)妮，鉭含量的比率。這兩礦物常存在于像晶花崗巖中。鈮、鉭的其他礦源是和稀土元案，或和鈾礦，也和鎢錳鐵礦共生。
由鈮鉭鐵礦提煉鈮和鉭，可用堿法或酸法。在堿法中合粉細(xì)的礦石和苛性堿共熔，用水涯取，除去二氧化硅。用鹽酸處理溶液，使鐵、錳進(jìn)入溶液，而沉出鈮酸Nb?O?·xH?O和鉬酸Ta?O?·xH?O。將沉淀溶于氫氟酸，在熱溶液中加鉀離子。治卻時(shí)，析出七氟鉭酸鉀K?TaF?,而五氟氧合鈮酸鉀K?NbOF?存留于溶液中。這個(gè)含鈮的溶液尚含2%Ta以及其他雜質(zhì)如鈦和鐵。煮沸溶液，加碳酸鉀，可沉出鉀的氟氧鉭酸鹽2K?TaF?·Ta?O?鈮的進(jìn)一步提純，可利用鈮酸鈉7Na?O·6Nb?O?·3H?O的沉淀，它不溶于過(guò)量 氫氧化納的溶液中，或利用鈮酸鉀4K?O·3Nb?O?·16H?O的分級(jí)結(jié)晶。鈮酸鹽加鹽酸以酸化，可得五氧化二鈮。
第二個(gè)方法是酸法。將粉網(wǎng)的礦和碗酸氫鉀共熔，用水洗滌熔體，然后用鹽酸處理，除去鐵等。將熔體用浪硫酸煮沸，鈮酸進(jìn)入溶液中，而鉭酸仍留在熔體中。
欲得金屬鈮或鉭，可用鈉還原七氟鈮酸鉀或相應(yīng)的組化合物：
K?NbF?+5Na=Nb+2KF+5NaF
K?TaF?+5Na=Ta+2KF+5NaF
所得金屬粉末用水洗后再用稀鹽酸洗滌。
制取金屬鈮的另一方法， 是由配好的Nb?O?∶5C克分子比率量的混合物，在1600°以上在其空中進(jìn)行還原:
Nb?O?+5C=2Nb+5CO
制取金局鉭的另方法是電解， 即用熔融的K?TaF?為電解質(zhì)，以鐵罐作陰極，石墨棒為陽(yáng)極。所得樹(shù)狀金屬晶簇經(jīng)壓碎磨細(xì)后，用酸洗凈。
以上所得鈮或組的金屬粉末，可用在其空中的熔結(jié)法制成塊狀，再加最壓。
若要制得鋼鐵工業(yè)中所需的“鐵妮組”合金，只需將礦石在電爐中用碳還原就能得到。
二、鈮和鉭的性質(zhì)和用途
鈮和鉭外形似鉑，都是高熔點(diǎn)金屬，秸成體心立方晶體。它們都是硬的金局，同時(shí)具有塑性，特別是鉭。鉭有很好的展延性能，并且可以冶加工。
鈮和鉭的化學(xué)穩(wěn)定性特別高，尤其是鉭。它們不但和空氣及水無(wú)作用，并且能抵抗除氨紙酸以外的一切無(wú)機(jī)酸，包括王水。氬氟酸對(duì)鉭的使觸也是緩慢的。但是，濃硫酸在150°時(shí)能和它們作用。它們也容易溶解在硝酸和氨氟酸的混合物中。與稀的強(qiáng)堿溶液不起作用。但是熱浪的強(qiáng)堿液就能使觸它們。它何也和館融的苛性堿作用。
在室溫下，紙能和能，鉭化合，但是氣要在200°時(shí)才起作用。在紅熱時(shí)，它們被空氣所氧化面成五氧化物。硫在低于200°時(shí)就和鉬起作用，生成二硫化組，但是鈮和硫的作用要在200°以上才發(fā)生。在高溫下，鈮、銀和氮及碳都能化合，相應(yīng)地生成氨化物和碳化物。妮和鉭在室溫時(shí)都吸收氬，生成固溶體;溶解度隨普溫度的升高而下降。
金屬鈮的用途，雖然遠(yuǎn)不及但來(lái)得廣，但它也有獨(dú)特的應(yīng)用，主要是在合金鍋的制造中。鈮在鋼中能提高鑭在高溫時(shí)抵抗氧化的性能，改善焊接性能以及增加綢的抗蠕變的性能。鈮由于和鉭的性能接近，因此鈮鉭合金常用來(lái)替代翅。省卻了相當(dāng)麻煩的鈮鉭分離的操作，從而鈮鉭合金的制備要便宜得多。金屬鈮用作電子管的陽(yáng)極。
鉭的最重要用途是化學(xué)工業(yè)中的耐酸設(shè)備。半毫米厚的鉭片內(nèi)襯，用于耐酸熱交換裝置和冷凝管等。在鹽酸的吸收和硫酸的蒸發(fā)車(chē)間中普逼使用到塑制的裝置。含7.5%W的鉭合金能在紅熱時(shí)保持彈性。鉭還用于制造外科刀具、人造續(xù)維的拉線(xiàn)模、鉑代用品;鉭條(在硫酸中和鉛條一起)用作整流器，以及用在電子管制造業(yè)中。在鎢蒜電燈泡沒(méi)有通行以前，臺(tái)度用過(guò)鉭絲電燈泡。
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