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Poseyendo una sola y única variedad isotópica natural estable, el niobio es un elemento químico monoisotópico. Se caracteriza por una electronegatividad cercana a 1,6 y posee una configuración electrónica de [Kr] 5s1 4d4 en orden creciente de nivel de energía. Con un punto de fusión elevado y una densidad moderada, es comparable al molibdeno. De hecho, ambos componen el grupo de los metales refractarios junto a otros tres elementos químicos: el tantalio o Ta, el tungsteno o W y el renio o Re. Estos cinco cuerpos simples tienen un punto de fusión que supera al del platino. En la mayoría de los casos, el niobio y el tantalio se encuentran juntos en la naturaleza. Es complejo aislarlos y separarlos cuando están en estado puro.
El niobio Nb41 también forma parte del grupo V B al igual que el tantalio Ta73 y el vanadio V23. Estos tres cuerpos simples comparten un importante punto de fusión y una elevada entalpía de vaporización. Sin embargo, el vanadio se distingue de los otros dos en cuanto al radio atómico, es decir 0,122 nm frente a 0,134 nm. Esta diferencia se explica por la contracción lantánida. Esto confiere a los compuestos pentavalentes de niobio Nb(V) y de tantalio Ta(V) mayor estabilidad. Así, los cuerpos ácido-básicos y las “tierras ácidas” como los Nb2O5 y Ta2O5 son más estables. En cambio, los compuestos pentavalentes de vanadio V(V) son más oxidantes. De igual manera, los metales niobio N0 y tantalio Ta0 son más bien inertes cuando el vanadio V0 es más reactivo.
El descubrimiento y la primera publicación del esbozo de química del niobio datan de principios del siglo XIX, más precisamente en 1801. Son obra de Charles Hatchett, mineralogista y químico inglés. Realizó sus trabajos sobre el pentóxido de niobio u ortorrómbica columbita. De fórmula Nb2O5, este lote de minerales es originario de los Estados Unidos como lo ilustra la mención “Columbia” en homenaje a Cristóbal Colón, el navegante que descubrió las Américas.
Las muestras a base de ferro-columbita, de bello brillo negruzco, fueron extraídas de la colección mineralógica personal de John Winthrop, gobernador de Connecticut. Procedían del “Nautneague”, hoy llamado Haddam. Fueron confiadas al naturalista escocés Hans Sloane, también mecenas del Museo Británico de Londres. Charles Hatchett trabajaba en esta ilustre institución museográfica con medios precarios. Después de haber caracterizado la singularidad del óxido, dio el nombre de “columbium” o “colombium” al elemento asociado.
En aquella época, la competencia era feroz para descubrir nuevos elementos químicos. En 1802, Anders Gustaf Ekeberg examinó la tantalita y produjo óxido de tantalio. Estaba convencido de que había descubierto un nuevo elemento que denominó “tantalio”.
Los trabajos de Charles Hatchett y Anders Gustaf Ekeberg dieron lugar a polémicas. Hatchett evidenció la diferencia entre el óxido de colombio y el óxido de tantalio. Como investigador aislado y a pesar de la perspicacia de su demostración, fue juzgado precipitadamente por sus detractores. Otro estudio más prudente avanzó una aparente confusión entre los dos trabajos. El debate continuó hasta que la calidad de ambos óxidos fue verificada y confirmada en 1809 por Wollaston, un antiguo médico reconvertido con éxito en investigador desde 1800.
Wollaston rechazó los resultados de los trabajos de Charles Hatchett. En efecto, identificó los elementos subyacentes basándose de manera engañosa en las propiedades similares del óxido de colombio y del óxido de tantalio.
Es importante subrayar que el niobio y el tantalio presentan propiedades químicas similares, lo que causó confusión. Además, el propio Charles Hatchett confesó honestamente sus dificultades para purificar sus preparaciones iniciales, difíciles de separar. La buena reputación de Wollaston y de la química sueca se impusieron y dieron a Europa una victoria engañosa.
Cansado por las polémicas en torno a su descubrimiento y sus condiciones de trabajo, Charles Hatchett finalmente cambió de sector de actividad para trabajar en la industria mecánica de transportes, más lucrativa y gratificante. Se unió a la empresa de su hermano John Hatchett.
En 1844, el mineralogista y químico alemán Heinrich Rose retomó los trabajos sobre el columbio y el tantalio. Juzgó las conclusiones de Wollaston apresuradas y demasiado categóricas, y efectuó un nuevo análisis de la tantalita en Baviera. Logró extraer un metal desconocido que denominó “das Pelopium”. Aunque este resultado fue bastante rápidamente reconocido en la Europa científica, también fue objeto de contestaciones, pero Henrich Rose demostró que se trataba de una mezcla. En 1846, aisló el tantalio o “das tantalum” y el famoso columbio descubierto por Charles Hatchett a partir de la tantalita. Para evitar un nuevo debate sobre el tema, eligió el nombre “das niobium” para los dos elementos, ya que a menudo están mezclados en la naturaleza.
Esta segunda fase de los trabajos de Heinrich Rose es desconocida para el gran público. En efecto, numerosos químicos europeos estaban convencidos de la pertinencia de los análisis efectuados por Wollaston. Además, deseaban preservar el prestigio del investigador inglés. También consideraban el antagonismo tantalio-columbio como una cuestión zanjada. Henri Victor Regnault formaba parte de estas personas. En su obra “Elementos de Química”, el químico francés continúa distinguiendo el pelopium del tantalio que Wollaston había asimilado al columbio.
Entre 1844 y 1846, el columbio fue redescubierto y renombrado niobio. A pesar de ello, el primer descubrimiento pasó al olvido y la nomenclatura anterior a menudo se olvida.
La respuesta de la química sueca a los trabajos de Henrich Rose no llegó hasta 20 años después. En 1866, Christian Wilhelm Blomstrand efectuó una preparación que recuerda las dificultades de separación. Aunque el óxido de niobio obtenido no era realmente puro, confirmaba sin embargo los resultados de los trabajos de Heinrich Rose. En efecto, reconoció que la operación de separación realizada por el mineralogista y químico alemán era suficientemente significativa, desautorizando al mismo tiempo las conclusiones de Wollaston.
Christian Wilhelm Blomstrand continuó sus investigaciones y desarrolló un procedimiento de reducción para aislar el metal niobio. El cloruro de niobio se reduce en un medio barrido por el gas hidrógeno, luego se calienta. El Larousse de 1868 menciona los trabajos de Heinrich Rose y aprueba el nombre “niobio” en francés.
Fueron necesarios 40 años para obtener niobio de alta pureza con más facilidad, gracias al químico alemán Werner von Bolton en 1907. Este metal se utilizó por primera vez en la fabricación de filamentos de bombillas eléctricas desde 1905. El niobio también se empleó como elemento reforzador en aceros especiales. Este uso fue ampliamente practicado durante el período de entreguerras, reemplazando al tungsteno en la fabricación de aceros para herramientas. Luego, se introdujo en la producción de aceros inoxidables como aditivo anti-desgarro y anticorrosión. No fue hasta 1946, después del fin de la Segunda Guerra Mundial, que la metalurgia industrial de este metal fue finalmente efectiva.
Algunos compuestos del niobio son calificados de “niobicos”. Tal es el caso del óxido anhidro o pentóxido de niobio. Ligeramente ácida, esta sustancia se obtiene haciendo actuar el gas oxígeno sobre el metal niobio. Los niobatos son los iones correspondientes.
El término “niobita” se utiliza para designar la columbita. Generalmente, se trata del niobotantalato de hierro y manganeso.
Debido a su interés técnico e industrial, el niobio es considerado como una materia prima estratégica. Figura especialmente entre los ocho “indispensables” tanto en tiempo de paz como en tiempo de guerra.
El niobio cuenta con 33 isótopos con un número de masa comprendido entre 81 y 113, y 24 isómeros nucleares. Solo el 93Nb es estable y constituye la totalidad de este elemento químico presente en estado natural. Esto lo convierte en un elemento a la vez monoisotópico y mononucleídico. La masa atómica estándar del niobio es de 92,906 38(2) u y corresponde a la masa isotópica del 93Nb.
El contenido medio del niobio en la corteza terrestre se estima entre 18 y 24 g por tonelada, lo que lo convierte en un elemento químico raro. En los yacimientos, su concentración es baja y generalmente está asociado al tantalio en la tantalita, la itrio-tantalita, la fergusonita y la samarskita.
Los principales minerales de niobio son las columbitas, que son minerales óxidos típicos de las pegmatitas graníticas (Fe,Mn)O.Nb2O5. En realidad, son variedades de niobatos de hierro y manganeso (Fe,Mn).[NbO3]2, de columbo-tantalitas (Fe,Mn).(Nb,Ta)2O6 o de niobatos de calcio con estructura compleja como los pirocloros (Na,Ca)O.(Nb,Ta)2O5(F,OH) o las euxenitas de fórmula general (Y,Ca,Ce,U,Th).[(Nb, Ta, Ti)O3]2.
Cuando las pegmatitas se descomponen, estos compuestos se liberan y se concentran a nivel de los aluviones, las lateritas y las bauxitas.
Actualmente, la principal fuente de niobio proviene de los minerales a base de pirocloro o (Ca,Na)Nb2O6(OH,F). En cambio, el niobio procedente de la explotación del coltán, un mineral a base de columbita-tantalita, constituye solo un subproducto. Sirve principalmente para la extracción del tantalio. Sin embargo, en los años 1990, la filial tantalita y columbita era la principal fuente de niobio con una producción anual de 3,5 millones de toneladas.
Brasil es el primer productor de niobio con el 80 % de la producción mundial. Le sigue Canadá con el 15 % de producción en la única explotación minera de Saint-Honoré en Quebec. Otros países productores incluyen el Congo, Sudáfrica, Nigeria, Gabón, Malawi, Rusia, China y Malasia. Desde 2008, Madagascar también se ha unido al rango de los países productores de niobio. El metal está presente en gran cantidad en Afganistán, pero la inestabilidad política en el país y la debilidad de sus infraestructuras no permiten su explotación.
Metal brillante, el niobio es de color gris acero a gris blanco. Sin embargo, su exposición al aire y a temperatura ambiente durante un largo período genera un cambio de color a azul, verde o amarillo. A veces, adquiere un bello brillo azulado. Esto se debe a la formación de una delgada capa de óxido de niobio tenaz y refractaria que lo protege de la corrosión y de los productos químicos. Este metal es también paramagnético. Sumergido en un campo magnético uniforme, adquiere una magnetización en el mismo sentido que la del campo aplicado. La pierde en cuanto sale de este medio.
Es posible forjar el niobio. Con una dureza de 6 en la escala de Mohs, es relativamente maleable. La dureza Vickers de este metal es cercana a los 870–1 320 MPa. Además, aunque es blando y dúctil, no se deforma fácilmente bajo el efecto del calor. Su fluencia en frío bajo esta restricción es baja. A temperatura ambiente, la elongación a la ruptura es superior al 20 %. El niobio debe esta propiedad a la naturaleza de las juntas de grano. Esto hace del niobio un excelente metal para realizar aleaciones. Su calor específico es aproximadamente 0,265 J g−1 K−1.
Comparado con el cobre puro, el niobio es débilmente conductor con una conductividad eléctrica del 10 % IACS. Es un metal paramagnético que se vuelve superconductor a temperaturas inferiores a -253,15 °C y con dopantes. En estado puro, también se convierte en superconductor a temperaturas por debajo de -263,95 °C. En cuanto a su conductividad térmica, es del orden de 52 W m−1 K−1. Este valor es más bajo en comparación con la del tungsteno, pero es comparable a la del tantalio.
En masa, el niobio es pasivo. En cambio, se vuelve muy reactivo cuando está finamente dividido. En efecto, en forma de polvo fino y fresco se inflama espontáneamente al contacto con el aire y produce anhídrido niobico de fórmula Nb2O5. A temperaturas superiores a 200 °C, el niobio en masa reacciona oxidándose al contacto con el aire, ya que la capa de óxido que lo protege pierde su eficacia. En un entorno no inerte, el metal trabajado con máquinas-herramientas puede inflamarse. La metalurgia del Nb es tan compleja como la del tantalio.
La presión de vapor del niobio es baja. Corresponde a la presión que el vapor ejerce por encima del metal cuando se encuentra en equilibrio dinámico dentro de un sistema cerrado a temperaturas y presión constantes.
El módulo de elasticidad del metal respecto al calor es elevado. Varía entre 104 GPa a 20 °C y 50 GPa a 1 800 °C. En cambio, su bajo coeficiente de dilatación térmica de 7,1 × 10−6 K−1 a 20 °C le confiere una importante estabilidad térmica. Tales propiedades son específicas de los cuerpos refractarios, y su temperatura de fusión a 2 477 °C en medio protegido lo confirma. Por otra parte, el termopar W-Nb permite mediciones de temperaturas que alcanzan los 2 000 °C.
Como recordatorio, el termopar no sirve para medir directamente la temperatura, sino una diferencia de temperatura. Esta se basa en la diferencia de potencial de dos metales de naturaleza diferente.
Finalmente, a muy alta temperatura, el niobio presenta una fuerte resistencia a la corrosión por los metales alcalinos. En cuanto a su rango líquido, es importante. En estado puro, el punto de ebullición del niobio es de 4 744 °C.
El niobio es capaz de fijar el gas hidrógeno, a razón de 100 ml/g a temperatura ambiente y de 4ml/g a 900 °C. De ello resultan hidruros de niobio no estequiométricos similares a aleaciones frágiles del tipo NbH0,86. Los parámetros de temperatura y presión influyen en la cantidad de gas retenida en la red metálica dilatada. Para eliminar las trazas de hidrógeno, se requiere un calentamiento al vacío del metal a más de 800 °C.
A diferentes temperaturas, el niobio reacciona con el carbono, el oxígeno y el nitrógeno a diversas temperaturas para formar soluciones sólidas. A temperaturas elevadas, la reacción permite obtener nitruros intersticiales NbN y compuestos carbonados de tipo NbC. Estos últimos tienen la particularidad de ser duros y refractarios y se utilizan en la fabricación de herramientas de corte. Los compuestos de tipo NbC2 tienen un carácter iónico y reaccionan con el agua para liberar acetileno C2H2.
Según la temperatura, el niobio puede reaccionar con diversos componentes. Responde fácilmente al gas flúor a temperatura ambiente. Por encima de 150 °C, reacciona con los cuerpos simples halógenos (cloro, bromo, yodo, azufre, fósforo) y los cuerpos compuestos (vapor de agua). El Nb es un metal refractario pero sigue siendo sensible a la oxidación y al oxígeno. A temperaturas de funcionamiento elevadas, puede reducir la resistencia de los óxidos y grafitos refractarios de los hornos, a pesar de la presencia de gas protector o enrarecido.
El niobio es insoluble en agua caliente, las soluciones de amoníaco y las bases débiles. En cambio, es sensible a los cuerpos alcalinos fundidos en caliente como la sosa cáustica y la potasa cáustica, incluso diluidas, produciendo iones niobatos.
A temperatura ambiente, el metal no es atacado por los ácidos fuertes como el ácido nítrico y el ácido clorhídrico y el agua regia en frío. Sin embargo, es soluble en ácido oxálico, ácido sulfúrico de alta concentración, ácido fluorhídrico HF y diflúor F2. Reacciona con los iones fluoruros para formar complejos. Los ácidos fuertes concentrados también lo atacan en caliente o en ebullición. Cuanto más oxidante son, más rápida es la reacción.
Finalmente, el niobio es resistente a los metales en fusión por citar solo los cuerpos simples plata o Ag, mercurio o Hg y plomo o Pb. No obstante, debido a su estructura cristalina, es alterado por ciertos líquidos metálicos a base de cobalto, aluminio, níquel y zinc.
Es posible obtener niobio utilizando el hidruro de calcio como reductor:
NbO2 óxido de Nb(IV) + 2 CaH2 Hidruro de calcio → Nbpolvo metálico + 2 CaOcal viva + 2 H2 gas hidrógeno
Es posible obtener niobio utilizando el hidruro de calcio como reductor:
NbO2 óxido de Nb(IV) + 2 CaH2 Hidruro de calcio → Nbpolvo metálico + 2 CaOcal viva + 2 H2 gas hidrógeno
En la industria de la filial columbita, la concentración de pentaóxidos de niobio y de tantalio sube hasta el 70 %. Para separar los fluoruros de niobio y de tantalio, se disuelven los minerales en solventes como el ácido fluorhídrico o el ácido sulfúrico. La oxidación del fluoruro de niobio da pentóxido de niobio.
El tratamiento de los concentrados en niobio se desarrolla en dos etapas. En la segunda etapa, se utiliza la afinidad del metal por el oxígeno, por lo que requiere un gran dominio de las técnicas de vacío:
Nb2O5 óxido de Nb(V) + 7 Ccarbón activo, calentamiento por encima de 800 °C→ 2 NbCmaterial muy duro + 5 COgas monóxido de carbono
5 NbCcarburo de niobio + 2 Nb2O5 óxido de Nb(IV), calentamiento a 2 000 °C bajo vacío→ 7 Nb0polvo metálico + 5 COgas monóxido de carbono
Solo o conjuntamente con el carbono, el hidrógeno también puede servir como agente reductor. Una vez que el polvo metálico de niobio está sinterizado, se transforma en barra o lingote que pesa cientos de kilogramos. Para eliminar los elementos intersticiales o de superficie, sufre un tratamiento térmico (recocido a 1700 °C) en vacío avanzado, sin ningún rastro de oxígeno, hidrógeno, nitrógeno o carbono. Su eventual presencia compromete las propiedades mecánicas y técnicas del metal.
Existen otros métodos para preparar el niobio. Por ejemplo, el tratamiento del concentrado de pirocloro por arco eléctrico o por aluminotermia permite obtener ferroniobio en gran cantidad. Luego, este último es clorurado y nitrurado, luego hidrurado y nitrurado antes de ser oxidado para obtener pentóxido de niobio relativamente puro. Este último puede ser fácilmente transformado recurriendo a la reducción por metales específicos como el aluminio, el magnesio o el calcio. El niobio metálico resultante puede presentarse bajo diferentes formas: polvo, aguja o esponja.
La purificación del nobio implica trabajar bajo vacío utilizando un horno de bombardeo electrónico. Requiere varias etapas de fusión de zona para eliminar las impurezas como los metales alcalinotérreos y los elementos intersticiales en forma de gas.
También es posible refinar el niobio por electrólisis del pentacloruro (raramente) o por fusión de zona por haz de electrones para obtener metal ultra-puro. La síntesis por sodiotermia proporciona nanopartículas de niobio metal de alta pureza, por reducción del pentóxido de niobio o Nb2O5 por el metal sodio. Este procedimiento es complejo y requiere el uso, a 650 °C, de sales fundidas o de cloruros diluyentes como Na Cl, KCl, Ca CL2 y LiCl. Otros procedimientos requieren seis horas y utilizan un quinto de sodio adicional para garantizar una alta pureza al niobio nanométrico así obtenido.
Aunque los procedimientos de preparación del niobio son complejos, su conformación es simple y se realiza mediante técnica de plegado, estampado, prensado o embutición. Está disponible en el mercado en forma de hoja, alambre, cinta o barra. En cambio, la soldadura en frío y los procedimientos de corte no son recomendados, ya que pueden ser delicados de implementar.
Aleado con otros metales, el niobio, incluso en pequeña cantidad, incrementa sensiblemente la cohesión intergranular que refuerza las juntas de grano. Por ejemplo, mejora la resistencia de los aceros níquel y cromo a la corrosión y su resistencia mecánica a alta temperatura. Con un mayor contenido, permite obtener aceros ligeros y muy resistentes. La oxidación es su punto débil.
La cantidad de niobio utilizada depende del tipo de aleación. En los aceros microaleados como el acero inoxidable y el wootz, su proporción es baja. En cambio, se utiliza en dosis elevadas para realizar superaleaciones de cromo y níquel, de niobio y titanio, etc. Para obtener una superaleación de niobio y titanio de calidad (Nb0,515 a 0,54Ti0,46 a 0,485), los polvos milimétricos de Ti y Nb se mezclan, luego se compactan antes de ser fundidos varias veces en un horno de bombardeo electrónico bajo vacío
Aleado con el aluminio, el estaño, el circonio o el titanio, el niobio conserva sus propiedades de superconductividad a bajas temperaturas. Por ello, es el material ideal para la fabricación de potentes imanes y bobinas eléctricas.
El niobio tiene varios grados de oxidación, el más común es el V seguido por el III. Los otros grados IV, I y –I, -III son más raros. Los compuestos de niobio que tienen un alto grado de oxidación son incoloros y aquellos con un grado de oxidación más bajo son muy coloridos.
Como ciertos metales del grupo V B (familia del vanadio), el niobio está protegido por capas de óxidos. Las reacciones de oxidación en frío son entonces lentas, incluso muy difíciles. Es indispensable calentarlo para verlo reaccionar con gases halógenos (cloro, azufre). Se necesitan temperaturas aún más elevadas para que el niobio reaccione con el carbono y el nitrógeno. Conviene señalar que la reducción convencional del niobio por el carbono a alta temperatura generalmente solo da carburos.
El niobio es un metal oxófilo es decir que tiene afinidad con el oxígeno. El óxido pentavalente Nb2O5 es el más común y se utiliza para la producción industrial del Nb cuerpo simple metal y del carburo de niobio o NbC. El niobio oxófilo reacciona también con el agua oxigenada, la acetil-cetona y el ácido oxálico para formar complejos. Lo mismo ocurre con los iones fluoruros según la reacción siguiente:
NbF5 aq fluoruro de Nb(V) + 2 KF aq fluoruro de potasio → K2NbF7 complejo potásico de ion heptafluoruro de niobio
Los óxidos de niobio figuran entre los principales compuestos de Nb. Esta categoría agrupa entre otros el óxido de niobio(II) o NbO cúbico negro, el dióxido de niobio o NbO2 negro, el pentóxido de niobio(V) o Nb2O5 anfótero blanco, la ferrocolumbita, la manganocolumbita y el qitianlingita o óxido de tungsteno, niobio y hierro.
El ferroniobio o FeNb es otro compuesto muy extendido en la industria metalúrgica. Durante los años 1990, representó el 90 % de la producción de Nb a nivel mundial. Su contenido en niobio se sitúa entre 50 y 70 %. Se utiliza habitualmente en la fabricación de aleaciones con el cromo, el cobalto o incluso el níquel.
También forman parte de los compuestos de Nb :
Es fácil detectar el niobio en una mezcla, es posible a dosis del orden de 0,01 % gracias a la espectroscopía de emisión X.
Inerte, el niobio elemental o puro no presenta ningún peligro particular. Hasta la fecha, no se le atribuye ningún rol biológico. Se utiliza frecuentemente en joyería para prevenir ciertas alergias. En cambio, aunque los compuestos de niobio son raros en estado natural, la mayoría son altamente tóxicos para el Hombre.
Los niobatos y el cloruro de niobio, que son compuestos niobiados con estructuras iónicas, tienen una toxicidad elevada. Su manipulación requiere muchas precauciones, sobre todo cuando están presentes en desechos. El contacto del polvo metálico de niobio con la piel y los ojos provoca irritaciones cutáneas y oculares.
En los mamíferos de laboratorio, el niobio inhalado queda atrapado en los pulmones y secundariamente en los huesos. Además, puede interferir con la función de activadores de enzimas que dependen del calcio. Por encima de 40 mg/m3, la inhalación de polvos de nitruro de niobio y de pentóxido de niobio afecta los pulmones de manera irreversible.
Cuando el niobio está en estado finamente dividido, es altamente inflamable. Así aumenta el riesgo de incendio. En cambio, su ecotoxicidad aún no está claramente establecida hasta hoy. Porque hay muy pocos datos radioecológicos disponibles al respecto. Sin embargo, se admite que este elemento químico no está presente naturalmente ni es útil en los organismos vivos. Las plantas situadas cerca de una instalación industrial pueden acumularlo a un contenido de 1 ppm.
Los efectos del isótopo radiactivo 95Nb del niobio sobre los organismos vivos y la red trófica también son poco conocidos. Generalmente, coexiste con el isótopo 95Zr del circonio para constituir el equilibrio radiactivo 95Zr/95Nb. Químicamente diferentes, los dos tienen comportamientos similares en el suelo y los vegetales. Aunque hay pocas investigaciones sobre su comportamiento, el IRSN considera que son “particularmente poco reactivos y probablemente poco móviles en el medio ambiente”. En efecto, el Nb tiene una fuerte afinidad por las partículas del suelo y probablemente ninguna transferencia radicular (es absorbido por las raíces pero no se desplaza en la planta).
El niobio se utiliza principalmente en la fabricación de acero, con una tasa del 89 % del consumo mundial en 2008. El 9 % se destina a la realización de superaleaciones, mientras que el 2 % está reservado a las aplicaciones médicas y de superconductividad. Las aleaciones que contienen este metal son reconocidas por ser altamente resistentes a la corrosión y a las presiones elevadas como las turbinas de gas, los reactores de avión y las cápsulas espaciales.
El metal Nb entra en la fabricación de aceros con altas características. La mezcla de niobio, titanio y aluminio en proporciones muy precisas les confiere una calidad esencial llamada “dispersoide”. Un acero calificado de dispersoide se distingue por la mejora de su resistencia en varios puntos: la estricción, el alargamiento, el límite de elasticidad, el límite de ruptura y las resiliencias. La combinación Nb-Ti-Al permite el afinamiento de los granos y una baja adición de elementos dispersoides. En cambio, su dosificación debe ser de una precisión sin falla.
El metal Nb entra en la fabricación de aceros con altas características. La adición precisa de niobio, titanio y aluminio confiere a los aceros microaleados una calidad dispersoide. Un acero con dispersoide se caracteriza por una clara mejora de su resistencia, su elasticidad, su resiliencia y su alargamiento. En efecto, la combinación Nb-Ti-Al permite el afinamiento de los granos y una baja adición de elementos dispersoides, pero con una dosificación de gran precisión.
Los aceros al niobio son resistentes y son ampliamente utilizados en diversos campos. Por ejemplo, en la construcción del viaducto de Millau, el acero utilizado contenía 0,0025 % (precisado por el pliego de condiciones). El espesor de las estructuras se redujo de 4,6 m a 4,2 m (sobre 2500 m de largo). Los volúmenes y las masas implicadas fueron disminuidos y en consecuencia, la captación del viento también lo fue. Estos aceros también se utilizan en otros sectores:
El nitruro de niobio y el carburo de niobio se utilizan para modelar herramientas de corte en cerámica de alta dureza. También entran en la composición de diferentes objetos refractarios moldeados. En cuanto al metal Nb, está presente en la confección de bobinas eléctricas y termopares.
Las aleaciones de niobio también se utilizan en la confección de varillas de metal de aporte. Son esenciales en soldadura por arco para la soldadura de aceros inoxidables.
El niobio aleado con el circonio sirve de “desgasificador” para las vainas de combustible en los reactores nucleares. Tiene una baja sección eficaz de captura de neutrones térmicos. Por ejemplo, la aleación Zr-Nb 2,5 % ha servido en la fabricación de los tubos de presión de los reactores CANDU 600.
En estado puro, el niobio se utiliza para modelar cavidades resonantes de radiofrecuencia superconductoras como los aceleradores de partículas.
Aleado con el circonio, el estaño y el titanio, el niobio entra en la fabricación de los electroimanes superconductores, utilizados en la fusión nuclear, la IRM o los aceleradores.
El uso de la aleación de niobio y titanio es común para realizar prótesis de hueso, que son bien toleradas por el cuerpo humano: implantes, varillas, placas de reducción de fracturas, etc. En óptica, el óxido de niobio pentavalente entra en la fabricación de vidrios muy refringentes. El niobato de litio figura entre los compuestos de los filtros de onda de superficie.
El niobio presenta una propiedad de coloración por anodización similar a las de otros metales refractarios como el titanio. La anodización sobre un núcleo de niobio da óxidos en capa de un espesor más o menos fino, transparente y muy refringente. Por efecto de interferencia con una luz de iluminación, es posible obtener la totalidad de los colores del espectro luminoso visible a simple vista, según el espesor de la capa.
Así, el niobio se utiliza en la fabricación de crisoles refractarios para producir diamantes sintéticos policristalinos. Igualmente, entra en la fabricación de monedas y medallas conmemorativas. Como ejemplo, la medalla Charles Hatchett que se concede a los científicos que contribuyen al desarrollo de la metalurgia del niobio.
El niobio es un elemento clave en los catalizadores, especialmente en la producción de ácido acrílico. En forma de óxido de niobio pentavalente, participa en la síntesis del caucho. Las nanopartículas de niobio con grandes superficies sirven también como catalizadores y electro-catalizadores para la producción de materiales superconductores de alta calidad, así como en las pilas de combustible.
A finales de los años 1990, el kilogramo de niobio costaba 6,6 dólares para alcanzar 40 dólares en 2010. Cinco años más tarde, el precio del niobio purificado y destinado a la joyería se estima en 180 US dólares el kilo. Debido a su importancia en la industria del acero, el niobio suscita el interés de los grandes estados productores.
En 1990, el 90 % de las 20 000 toneladas de niobio producidas en el mundo provenían de Brasil. En 2015, más del 80 % de la producción mundial seguía siendo controlada por la Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração. Los otros dos países productores principales de niobio son Canadá y Nigeria. En 2018, un yacimiento comenzó a ser explotado en Tanzania.
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