Um cubo de 1cm3 de nióbioanodizado de alta pureza (99,95%) e cristais de nióbio de alta pureza (99,995%), feitoseletrolitamente, para efeito de comparação.
O nióbio têm propriedades físicas e químicas similares ao do elemento químicotântalo e, portanto, ambos são difíceis de distinguir.[3] Em 1801, o químico inglês Charles Hatchett relatou a descoberta de um material similar ao tântalo e o denominou colúmbio. Em 1809, o químico inglêsWilliam Hyde Wollaston, erroneamente, concluiu que o tântalo e o colúmbio eram idênticos. Em 1846, o químico alemãoHeinrich Rose estabeleceu que os minérios de tântalo continham um segundo elemento que foi batizado como nióbio. Entre 1864 e 1865, ficou esclarecido que "nióbio" e "colúmbio" eram dois nomes do mesmo elemento, sendo assim, por quase um século adotados esses termos de forma intercambiável. O nióbio foi oficialmente reconhecido como um elemento químico em 1949, mas o termo colúmbio ainda é utilizado na metalurgiaestadunidense.
As primeiras aplicações comerciais desse elemento datam do começo do século XX. Existem poucas minas de nióbio com viabilidade econômica. OBrasil é historicamente o primeiro produtor mundial de nióbio eferronióbio (uma liga de nióbio e ferro) e é responsável por 75% da produção mundial do elemento.[4][5]
É muito utilizado nasligas metálicas, em especial na produção deaços especiais utilizados em tubos degasodutos. Embora essas ligas contenham no máximo 0,1 % de nióbio, essa pequena porcentagem confere uma grande resistência mecânica ao aço.
A estabilidade térmica das superligas que contêm nióbio é importante para a produção de motores de aeroplanos, napropulsão de foguetes e em vários materiaissupercondutores. As ligas supercondutoras do tipo II, também contendotitânio eestanho, são geralmente usadas nosímãs supercondutores usados na obtenção dasimagens por ressonância magnética. Outras aplicações incluem a soldagem, a indústria nuclear, a eletrônica, a óptica, anumismática e a produção dejoias. Nestas duas últimas aplicações é utilizado pela sua baixa toxicidade e pela possibilidade de coloração poranodização.
O nióbio (mitologia grega:Níobe, filha deTântalo) foidescoberto pelo químico inglêsCharles Hatchett em 1801.[6] Ele encontrou um novo mineral extraído naInglaterra por volta de 1734 porJohn Winthrop (filho de John Winthrop, o jovem que foi o primeiro governador deConnecticut), que nomeou o mineral comocolumbita e o novo elemento comocolúmbio, homenageando a personagem poética estadunidenseColúmbia.[7][8][9] Ocolúmbio descoberto por Hatchett era provavelmente uma mistura de nióbio e tântalo.[7]
Ocorreram muitas discussões[10] sobre a diferenciação entre colúmbio (nióbio) e tântalo. Em 1809, o químico inglêsWilliam Hyde Wollaston comparou os óxidos derivados de ambos: o colúmbio-columbito (densidade acima de 5,918 g/cm3) e otântalo-tantalita (densidade acima de 8 g/cm3) e concluiu que os dois óxidos eram idênticos, apesar da significativa diferença de densidade. Por isso Wollaston manteve o nome tântalo.[10] Essa conclusão foi questionada em 1846 pelo químico alemãoHeinrich Rose, argumentando que havia dois elementos químicos diferentes natantalita, que nomeou em homenagem à criança deTantalus:nióbio (de Níobe), epelônio (dePelops).[11][12] Estas disputas ocorreram devido às mínimas diferenças existentes entre o tântalo e o nióbio. A afirmação dos elementospelônio,ilmênio ediânio[13] foi semelhante à do nióbio ou nas misturas de nióbio e tântalo.[14]
Charles Hatchett, primeiro a isolar o nióbio.
Fotografia de uma escultura helenística representandoNíobe porGiorgio Sommer.
De Marignac foi pioneiro na redução de nióbio, com o aquecimento do cloreto de nióbio em atmosfera modificada dehidrogênio em 1864.[18] Embora fosse capaz de produzir o nióbio sem tântalo em larga escala em 1866, somente no início do século XX é que o nióbio passou a ser utilizado em escala comercial, nos filamentos daslâmpadas incandescentes.[15] Ele rapidamente tornou-se obsoleto com a substituição do nióbio pelotungstênio, que tem um elevado ponto de fusão, e, assim, tornou-se o preferido para a utilização em lâmpadas incandescentes. A descoberta que o nióbio melhora o micro aços-ligas foi realizada em 1920, onde predominou-se com a sua aplicação.[15] Em 1961, o físico americanoEugene Kunzler e seus colaboradores daBell Labs descobriram que afolha de flandres de nióbio apresentam supercondutividade na presença da corrente elétrica e dos campos magnéticos,[19] fazendo o primeiro material resistente à grandes correntes e os campos necessários para ímãs e maquinários de alta potência. Esta descoberta levariam, duas décadas depois, à produção de longos cabos multivertentes que poderiam ser utilizados nas bobinas, poderosos eletroímãs para máquinas rotativas, aceleradores de partículas ou detectores de partículas.[20][21]
OColúmbio (símboloCb[22]) foi o primeiro nome adotado pelo seu descobridor, Hatchett, utilizado pelas publicações norte-americanas, como aSociedade Americana de Química, até o ano de 1953,[23] enquanto a Europa já utilizava o termonióbio. Para evitar confusões, o termonióbio foi escolhido para ser o elemento 41 da 15° Conferência da União de Química emAmsterdã em 1949.[24] Um ano após este termo ser oficialmente instituído pelaUnião Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) após um século de controvérsia, muitas sociedades químicas, organizações governamentais, grande parte dos metalúrgicos e produtores comerciais do metal, em especial, às norte-americanas, referem-se ao elemento 41 comoColúmbio.[24][25] Não é exclusividade do nióbio ter mais um termo, por exemplo, a IUPAC aceita que otungstênio seja chamado volfrâmio, em deferência a utilização deste termo nos Estados Unidos e o nióbio como alternativa de colúmbio, em deferência a utilização deste termo na Europa.[24] Não sendo universal e que muitas lideranças das sociedades de química e organizações governamentais referem-se ao termo nióbio, adotado pela IUPAC, enquanto muitas lideranças do setor da metalurgia e o Serviço Geológico dos Estados Unidos ainda referem para o metal pelo nome original de "colúmbio".[26][27]
A partir de meados do século XX, o geólogoDjalma Guimarães descobriu a maior mina depirocloro na região do Barreiro, emAraxá, do qual se descobriu a maior mina de nióbio encontrada até a atualidade no Planeta Terra.[28] Simultaneamente, houve o desenvolvimento das corridas espaciais nosEstados Unidos e naRússia, que expandiu de forma exponencial no consumo de nióbio por parte da indústria aeroespacial.
Em 1955, aCBMM iniciou as suas operações industriais. Em 1965, o almirante norte-americanoArthur Radford convenceu o banqueiroWalther Moreira Salles a investir no mercado de nióbio, que atualmente é o maior produtor mundial. Entre 1959 até 1965, a companhia desenvolveu uma técnica de concentração de nióbio nas ligas entre 2,5% até 60% - utilizado em especial na indústria siderúrgica.[29]
Atualmente, oBrasil tem três empresas no setor da exploração do nióbio, sendo elas: aCompanhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM),[31] o Anglo American Brasil Ltda. (Mineração Catalão Goiás), e a Mineração Taboca (Grupo Paranapanema).
OBrasil concentra 98% das reservas conhecidas de nióbio no mundo,[32] 4,0 milhões de toneladas economicamente exploráveis.[33][34][32]
A discussão sobre a subfaturamento sob osroyalties e o valor de mercado, além da ausência do controle do preço do nióbio, já é comentado nas instâncias políticas desde 2005, quandoMarcos Valério afirmou naCPI dos Correios, onde oBanco Rural conversou comJosé Dirceu a respeito de uma mina do Amazonas. O políticoEneas Carneiro (1938-2007) afirmou que só a riqueza produzida pelo nióbio noBrasil correspondia aoPIB, que na época era R$ 2,6 trilhões em 2007.[44]
Em 2010, vazou um documento pelaWikileaks que, incluía as minas ejazidas de nióbio noBrasil como recursos e infraestrutura estratégicos e imprescindíveis aosEstados Unidos.[45] A CPRM (Serviço Geológico do Brasil), defendeu a política dos preços utilizados na venda do nióbio, indicando como exemplo aChina, que perdeu mercado destacommodity quando reduziu a oferta de terras-raras e elevou os preços, o mercado da mineração iniciou a investir em novos cinquenta projetos, do qual oBrasil tomasse a mesma atitude, também teriam as mesmas consequências.
Além disso, Elmer Salomão, Presidente da Associação Brasileira das Empresas de Pesquisa Mineral - ASPM comentou a respeito das denúncias:
Nosso nióbio tem um preço “praticamente imbatível" e se ele for elevado outras jazidas no mundo todo entrarão em produção. (Lembrando da China quando ela decidiu reduzir a oferta e aumentou o preço das terras-raras, acarretando no surgimento de 50 novos projetos de produção desses bens minerais.)
E, advertiu:
O setor mineral tem contribuído para os investimentos no país e para o superávit da balança comercial, e não deve ser utilizado como combustível ideológico para políticas intervencionistas.[46]
E, defendeu:
Se o Brasil não está aproveitando hoje suas riquezas minerais como deveria é porque não tem uma política industrial nesse sentido. O que não podemos fazer é guardar toneladas de minério sem saber se no futuro isso será tecnologicamente utilizado ou não. Somos obrigados a aproveitar os nossos recursos minerais justamente devido à revolução tecnológica. A idade da pedra não acabou por causa da pedra, mas porque a pedra foi substituída por outra coisa.[47]
Algumas universidades brasileiras, como aUSP,UNESP e daUFRJ, pesquisam sobre as características do nióbio, a fim de desenvolver tecnologias no setor de supercondutores, na geração e transmissão de energia elétrica, no sistema de transporte e na mineração, sendo amplamente empregados na construção de equipamentos químicos, mecânicos, aeronáuticos, biomédicos e nucleares.[48]
Para aumentar o valor agregado e o consumo do nióbio, vieram às pesquisas no Brasil, vieram as primeiras pesquisas com a fundação do Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiais noCoppe (Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia) em 1967.[49]
OProjeto Nióbio no Departamento de Engenharia de Materiais - DEMAR da Escola de Engenharia de Lorena - EEL da Universidade de São Paulo - USP Lorena em 1975-1976 sob comando do Dr. José Walter Bautista Vidal, secretário de tecnologia industrial do então Ministério da Indústria e do Comércio do Brasil. Atualmente, os institutos de física e de materiais pesquisam sobre o nióbio.[50]
Em 2009, o trabalho de pesquisa daCOPPE, naUFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro), obteve uma patente internacional para uma tinta anticorrosiva a base de nióbio num processo denominadoniobização[51] e em 2013 o Projeto Nióbio, desenvolveu os diagramas de fases para os elementos nióbio (Nb), cromo (Cr) e boro (B).[52]
O nióbio é um material lustroso, com coloração cinza brilhante,dúctil, um metal paramagnético no Grupo 5 da Tabela Periódica, embora tenha uma configuração eletrônica anômala se comparado com os outros membros Isso pode ser observado nos vizinhos como orutênio (44), oródio (45) e opaládio (46).[54]
Torna-se um materialsupercondutor sob temperaturascriogênicas. Sob pressão atmosférica, possui atemperatura crítica mais elevada dos elementos supercondutores: 9,2 K,[55] tendo a melhor supercondutividade.[55] Além disso, ele é um dos três elementos supercondutores Tipo 2, junto com ovanádio e otecnécio. As propriedades supercondutoras são fortemente dependentes de sua pureza.[56] Quanto mais puro, mais mole e dúctil, porém, as impurezas do nióbio o tornam mais duro.[54]
O metal tem uma baixa captação de nêutrons térmicos[57] e, consequentemente, utiliza-se nas indústrias nucleares.[58]
O nióbio na natureza existente é composto de umisótopo estável, o93Nb.[59] Em 2003, pelo menos 32 radioisótopos também foram sintetizados, onde a massa atômica variam entre 81 até 113. O mais estável entre eles é o92Nb com uma meia-vida estimada de 34,7 milhões de anos, enquanto, o menos estável tem a meia-vida de 30 milisegundos. Quanto à tendência a decaimento, os isótopos com massa atômica com até93Nb têm decaimentobeta positivo (β+), enquanto os mais pesados têm decaimentobeta negativo (β-), com algumas exceções. Os isótopos81Nb,82Nb, e84Nb têm β+ decaem pelaemissão de prótons, enquanto o91Nb decai pela emissão protônica e acaptura eletrônica e o92Nb decai tanto porβ+ eβ-.[59]
Pelo menos 25isômeros nucleares tenham sido descritos, baldeando-se a massa atômica entre 84 até 104. Com esta ordem, somente os isótopos96Nb,101Nb e103Nb não são classificados como isômeros. Entre eles, o isômero mais estável é o84mNb com meia-vida de 16 anos e 47 dias, enquanto, a menos estável tem meia-vida de 103 ns. Todos os isômeros de nióbio decaem pela transição isomérica ou pelas partículas beta, exceto92m1Nb, que tem um elétron menor capturado pela cadeia de desintegração.[59]
Estima-se que o nióbio seja o 33° elemento mais abundante da Terra, com concentração de 20 ppm.[60] Alguns pensam que aabundância do nióbio no planeta é muito maior, porém não é possível encontrar mais fontes dos elementos porque estes estão no núcleo terrestre por causa da sua elevada densidade.[26] O elemento nunca foi encontradolivre na natureza.[54] Os minérios que contêm nióbio também contém tântalo, como aniobite (columbita) (Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6 e ocoltan [(Fe, Mn)(Ta, Nb)2O6].[61] Os minerais de columbita-tantalita são geralmente os minerais mais encontrados nas intrusões alcalinas e depegmatito. Nos niobatos também se encontram elementos como ocálcio,urânio, otório emetais de terras raras. Os exemplos de niobatos são: os minerais depirocloro (NaCaNb2O6F), eeuxenita [(Y, Ca,Ce, U, Th) (Nb, Ta,Ti)2O6]. Grandes depósitos de nióbio foram encontrados associados à rochas decarbono –silicatos, e, como constituinte do pirocloro.[62]
Os dois maiores depósitos de pirocloro foram descobertos em 1950,no Brasil e no Canadá, e ambos são até hoje os maiores produtores de minério de nióbio.[15] O maior depósito de intrusão de carbonatita está localizada emAraxá,Minas Gerais, no Brasil, que está sendo extraída pela CBMM (Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração) e o outro depósito está localizado emGoiás que está sendo extraída pelaAnglo American (por meio da subsidiária Mineração Catalão), onde se extraí uma intrusão subterrânea de carbonatita.[63] Estas duas minas brasileiras produzem cerca de 75% da demanda mundial de nióbio. A terceira maior produtora de nióbio é a mina subterrânea de carbonatita de Niobec, emSaint-Honoré próximo deChicoutimi,Quebec, sendo extraída pelaIamgold Corporation Ltd, que produz cerca de 7% da demanda mundial.[63][64] Os depósitos doQuênia, emKwale, estão na sexta colocação entre os maiores produtores do mundo.[65]
Novas minas de nióbio podem ser extraídas nos próximos anos. Segundo estudos geológicos, foram descobertos potenciais depósitos de extração viável nas regiões deElk Creek, Nebraska e deRondônia.[66][67]
O metal tem uma coloração azulada quando exposto ao ar em temperatura ambiente por um longo tempo.[68] Apesar de ter um alto ponto de fusão (2 468 °C), ele tem uma densidade menor se comparado com outros metais refratários. Além disso, tem resistência à corrosão, apresentam propriedades supercondutoras, e nas camadas de óxidos - propriedades dielétricas.
O nióbio é ligeiramente menos eletropositivo e mais denso do que o seu predecessor da tabela periódica,zircônio, sendo-o virtualmente idêntico com os átomos de tântalo, devido àcontração dos lantanídeos.[54] Como resultado, as propriedades químicas do nióbio são similares ao do tântalo, que aparece diretamente abaixo do nióbio na tabela periódica.[15] Embora a sua resistência à corrosão não seja tão proeminente como no tântalo, seu preço baixo e a sua abundância, o faz um produto atrativo para reduzir a demanda de revestimentos nas indústrias químicas.[54]
O nióbio têm diversas características similares aotântalo e aozircônio. Ele reage com muitos elementos químicos da classe dos não metais em altas temperaturas: o nióbio reage com o fluoreto numa caldeira com gás cloro e hidrogênio sob temperatura de 200 °C e com nitrogênio com temperatura de 400 °C, produzindo os produtos intersticiais e não estequiométricos.[54] O metal começa a oxidar na atmosfera sob temperatura de 200 °C,[69] e é resistente à corrosão e ao contato de elementos alcalinos e por ácidos, incluindoágua regia, oácido clorídrico, oácido sulfúrico, oácido nítrico e oácido fosfórico.[54] O nióbio é atacado pelo ácido fluorídrico, e, por misturas deácido fluorídrico com o ácido nítrico.[70]
Embora o nióbio apresente todos os estados de oxidação formal de +5 à −1, na maioria dos compostos de nióbio, encontra-se geralmente no estado de oxidação +5.[54] Os compostos que têm estados de oxidação menor de +5 geralmente têm ligações Nb–Nb.[54]
Outros compostos binários de nióbio incluem onitreto de nióbio (NbN), que estão umsupercondutor sob baixas temperaturas e é utilizado nos detectores de radiação eletromagnética.[71] O carboneto de nióbio é o NbC que é um material extremamenteduro, refratário,cerâmico, comercialmente utilizado em bits no setor de ferramentaria.[54]
O nióbio forma haletos com os estados de oxidação +5 e +4, assim como várioscompostos não estequiométricos.[69][72] Os pentahaletos (NbX5) se caracterizam pelos centros octaédricos. O pentafluoreto de nióbio (NbF5) é um sólido branco com temperatura de fusão de 79,0 °C e opentacloreto de nióbio (NbCl5) é um sólido amarelo (como na imagem à esquerda) com um ponto de fusão de 203,4 °C. Ambos são hidrolisados para produzir óxidos e oxihaletos, como o NbOCl3. O pentacloreto é um reagente versátil sendo utilizado nos compostos organometálicos, como o dicloreto niobioceno ((C5H5)2NbCl2).[73] Os tetrahaletos (NbX4) são polímeros de coloração preta com ligações entre as partículas de nióbio, como, por exemplo, o tetrafluoreto de nióbio (NbF4) e o tetracloreto de nióbio (NbCl4).[69]
Os haletos aniônicos de nióbio são muito conhecidos, devido em parte daacidez de Lewis dos pentahaletos. O mais importante é o [NbF7]2-, que é um produto intermediário na separação do nióbio e do tântalo em seus minerais.[61] Este heptafluoreto tende a formar o oxopentafluoreto mais agilmente do que os compostos de tântalo. Outros haletos incluem o octaedro de [NbCl6]−:
Nb2Cl10 + 2 Cl− → 2 [NbCl6]−
Como para os outros metais, uma variedade de haletos fechados que sofrem a redução são conhecidos, sendo o primeiro exemplo: [Nb6Cl18]4−.[74]
O nióbio formaóxidos com osestados de oxidação +5 (Nb2O5), +4 (NbO2), e +3 (Nb2O3),[69] como também mais raramente o estado de oxidação +2 (NbO).[75] O composto mais encontrado é o pentóxido, precursor de quase todas as ligas e compostos de nióbio.[69][76] Os niobatos são geralmente dissolvidos o pentóxido numa solução básica dehidróxido ou pela fusão de seus óxidos metálicos alcalinos. Os exemplos são: os niobatos de lítio (LiNbO3) e os niobatos de lantânio (LaNbO4). Nos niobatos de lítio é uma estrutura trigonalmente distorcida,onde o niobato de lantânio contém íons deNbO3− 4.[69] As camadas de sulfeto de nióbio (NbS2) também são conhecidos.[54]
Os materiais com um filme fino dos óxidos de nióbio (V) podem ser produzidos pelos processos dadeposição química em fase vapor ou por deposição atômica, onde passa por uma decomposição térmica de etóxido de nióbio (V) sob temperatura de 350 °C.[77][78]
Somente atantalita e aniobite são utilizados em escala industrial na produção do nióbio. Depois da separação inicial de outros compostos, é obtida uma mistura de pentóxido de tântalo e pentóxido de nióbio. A primeira etapa no processamento é a reação dos óxidos com ofluoreto de hidrogênio[61] :
Ta2O5 + 14 HF → 2 H2[TaF7] + 5 H2O
Nb2O5 + 10 HF → 2 H2[NbOF5] + 3 H2O
Este processo em escala industrial denominado método Mariagnac foi desenvolvido porJean Charles Galissard de Marignac e explora as diferentes solubilidades dos complexos fluoretos de nióbio e de tântalo, o monoidrato de oxipentafluorniobato dipotássico (K2[NbOF5]·H2O) e o heptafluortantalato dipotássico (K2[TaF7]) em água. Novos processos usam a extração dos líquidos das soluções de fluoretos com solventes orgânicos como ocicloexanona.[61] Os complexos de fluoreto de nióbio e de tântalo são extraídos separadamente para os solventes orgânicos com água e ambos precipitam pela adição defluoreto de potássio para produzir um complexo fluoreto de potássio, ou precipitado comamônia como o pentóxido:[69]
H2[NbOF5] + 2 KF → K2[NbOF5]↓ + 2 HF
Resultando em:/
2 H2[NbOF5] + 10 NH4OH → Nb2O5↓ + 10 NH4F + 7 H2
Para a produção de nióbio metálico são empregadas as reações de redução eletroquímica, sendo os principais métodos para a produção: aeletrólise de uma mistura fundida de K2[NbOF5] ecloreto de sódio ou a redução de fluoreto comsódio. Com este segundo método de produção é possível conseguir um alto grau de pureza. A produção em larga escala é utilizada a redução do Nb2O5 comhidrogênio oucarbono.[69] No processo que envolvem asreações aluminotérmicas utiliza-se uma mistura deóxido de ferro e óxido de nióbio que reagirá com alumínio:
3 Nb2O5 + Fe2O3 + 12 Al → 6 Nb + 2 Fe + 6 Al2O3
Para melhorar a reação, pequenas quantidades de oxidante, como o nitrato de sódio são adicionados, sendo produzidos: oóxido de alumínio e o ferronióbio, uma liga de ferro e nióbio utilizado na metalurgia.[79][80] O ferronióbio contém cerca de 60 a 70% de nióbio.[63] Sem a adição do óxido de ferro, a aluminotermia é utilizada para a produção de nióbio. Outros processos de purificação são necessários para as ligas supercondutoras. A função pelos elétrons à vácuo são utilizados pelos dois maiores produtores de nióbio.[72][81]
ACompanhia Brasileira de Metalurgia e Mineração é a maior produtora de níobio do mundo e é responsável pela comercialização 90 mil toneladas por ano.[82] A jazida operadaCMOC International Molybdenum no município de Catalão, em Goiás, produz 9 mil toneladas por ano.[82][83] Anualmente são comercializadas 120 mil toneladas de nióbio por ano.[82][84] As estimativas doServiço Geológico dos Estados Unidos a produção cresceu de 38.700 toneladas em 2005 para 44.500 toneladas em 2006.[85][86] Estima-se que os recursos mundiais sejam de 4 400 000 toneladas de nióbio.[86] Durante a década entre 1995 e 2005, a produção mais que dobrou, que no ano de 1995 produziu 17 800 toneladas.[87] Desde 2009 a produção se estabilizou na marca de 63 000 toneladas por ano.[88]
Produção de nióbio (toneladas)[89] (Estimativa da USGS)
O nióbio e suas ligas são fisiologicamente inertes e com características hipoalergênicas. Por estes motivos, o nióbio é encontrado em muitos dispositivos médicos como o marca-passo.[90] Ele é tratado com hidróxido de sódio, formando-se um camada porosa utilizadas nos tratamentos de osseointegração.[91]
Junto com o titânio, o tântalo e o alumínio, o nióbio pode também ser aquecido eletricamente e anodizado, resultando na produção de diversas colorações utilizando um processo conhecido como anodização de um metal reativo onde é aplicado na produção de joias.[92][93] É um material com propriedades hipoalergênicas (que não causaalergias), por isso é utilizado na produção de joias.[94]
O niobato de lítio é um material com propriedadesferromagnéticas, que são aproveitados na produção de telefones celulares, nos moduladores ópticos e na fabricação de aparelhos de superfície de ondas acústicas. Originado da estrutura ferroelétrica daperovskita, como do tantalato de lítio e do tantalato de bário,[95] São considerados uma alternativa mais econômica para o desenvolvimento de capacitores,[96] apesar da predominância dos capacitores de tântalo. O nióbio é adicionado com o vidro para aumentar o índice de refração, uma propriedade utilizada na indústria óptica na fabricação de óculos de grau.
O pentóxido de nióbio (Nb2O5) também é uma cerâmica conveniente para a obtenção de sensores depH, de lentes óticas e nos filtros especiais para receptores de TV, entre outros.[28]
O scanner da máquina de ressonância magnética utiliza uma indução magnética de 3teslas utilizando uma liga de nióbio supercondutora.
Os compostos de nióbio-germânio (Nb3Ge), nióbio-escândio e as ligas de nióbio-titânio são utilizados como tipos de semicondutores II como fios de ímãs supercondutores.[97][98] Estes ímãs supercondutores são utilizados nos instrumentos das máquinas deimagens por ressonância magnética e nas máquinas de ressonância magnética nuclear, como também, nos aceleradores de partículas.[99] Por exemplo, oGrande Colisor de Hádrons utiliza 600 toneladas de cordões supercondutores de Nb3Sn e cerca de 250 toneladas de cordões supercondutores de NbTi.[100]
Também os semicondutores com nióbio em estado nativo são utilizados nas cavidades dos aparelhos de radiofrequência noslasers de elétrons livres nas pesquisas do FLASH (Free Electron Laser in Hamburg) e da European XFEL.[101]
Pela alta sensibilidade do semicondutor na escala de frequência THz, o nitrito de nióbio é utilizado na produção demicrobolomêtros, sendo um detector ideal deradiação eletromagnética. Eles foram testados no Telescópio Submilimétrico Heinrich Hertz, no telescópio do Pólo Sul, no Receiver Lab Telescope, na APEX (Atacama Pathfinder Experiment) e atualmente está sendo testado nos instrumentos deHIFI nas placas doObservatório Espacial Herschel.[102]
A ligaC-103 foi desenvolvida no início dos anos de 1960 pelaWah Chang Corporation e aBoeing. ADuPont,Union Carbide,General Electric e outras companhias deste setor industrial, simultaneamente, desenvolveram também as ligas metálicas baseadas em nióbio, incentivadas pelaGuerra Fria e aCorrida Espacial. A sensibilidade do nióbio em contato com o oxigênio requisitava dos fabricantes a construção de um sistema a vácuo ou de atmosfera inerte, o que aumentava significativamente os custos e tornavam a produção mais complicada. Os processos de fabricação solda por difusão a vácuo e a fusão por feixe de elétrons, que eram as inovações na época, permitiram a aplicação de metais reativos como o nióbio. O projeto que produziu o C-103 começou em 1959 com 256 ligas metálicas de Nb experimentais da "Série-C" (possivelmentec de colúmbio) que podiam ser fundidas em formato de gemas e dentro de bobinas de chapas metálicas. Wah Chang tinha o inventário do Hf, refinado em grau nuclear das ligas de zircônio, que foi disponibilizado para o comércio. A composição do centésimo e terceiro das ligas da Série-C, o Nb-10Hf-1Ti, tinha a melhorformabilidade e resistência sob altas temperaturas. Wah Chang fabricou o primeiro 500-lb quente da série C-103 em 1961, em lingotes para chapas, utilizando os processos de fabricação EBM e VAR. As aplicações que se destinam incluem a produção de componentes dasturbinas a gás e nos metais líquidos dospermutadores de calor.[103]
O nióbio é utilizado como um metal precioso nas moedas comemorativas, apenas com prata ou ouro. Por exemplo, aÁustria produziu uma série de moedas deeuro de prata e nióbio a partir de 2003, a sua coloração é dada pelo fenômeno dedifração da luz, graças a uma fina camada de óxido produzido viaanodização.[104] Em 2012, dez moedas estão disponíveis apresentando uma variedade de cores no centro da moeda, sendo elas : azul, verde, marrom, violeta, roxo ou amarelo. Além destes, dois exemplos são das moedas austríacas: a de €25 de ouro e prata em comemoração aos 150 anos de inauguração daVia Férrea de Semmering,[105] e em 2006 as moedas de €25 em comemoração a inauguração doGalileo.[106]A casa da moeda da Áustria produziu para aLetônia uma série de moedas similares a partir de 2004,[107]seguindo até 2007.[108] Em 2011, a casa da moeda canadense régia começou a produção de $ 5 das moedas de prata e nióbio batizado deHunter's Moon.[109] Em 2019 a casa da moeda do Brasil, no âmbito das comemorações dos 25 anos do Plano Real, lançou uma série de moedas comemorativas, tendo sido uma destas feita em nióbio.[1]
O nióbio é um elemento microligante eficiente para o aço. A adição deste elemento químico ocasiona a formação de carboneto de nióbio e do nitreto de nióbio dentro da estrutura do aço. Estes compostos melhoram o refinamento do grão, retardam a recristalização e o endurecimento por precipitação do aço. Estes efeitos por sua vez aumentam à resistência, força, conformabilidade e soldabilidade das microligas de aço.[26][110] As microligações deaços inoxidáveis têm um teor de nióbio inferior a 0,1%.[111] Esta é uma liga importante noaço de alta resistência e baixa liga que é muito utilizada na indústria automobilística devido a sua grande resistência.[26] Estas ligas de nióbio têm elevada resistência, e quando conveniente, são empregadas para a fabricação de oleodutos.[112][113] Ambientalmente é positivo, pois menos aço utilizado resulta em menos emissão de CO2. A adição de nióbio reduz a porcentagem de carbono no aço, melhorando sua capacidade de soldabilidade; Também atende às exigências legais quanto a terremotos e incêndios. Exemplo dessas estruturas são as torres eólicas e de transmissão, os trilhos e rodas ferroviários, construção de navios e plataformas marítimas de petróleo, pontes, edifícios e aeroportos.[114]
O bocal de escapamento da naveApollo 15 CSM, visto aqui em órbita lunar, utiliza liga de nióbio-titânio.
Quantidades consideráveis do nióbio, seja ela em forma alotrópica ou na produção de ferronióbio e níquel-nióbio, são utilizadas em superligas de ferro, níquel e cobalto para a produção de componentes demotores a reação, nasturbinas a gás, subligações de foguetes,turbocompressores, resistências à calor e equipamentos de combustão. O nióbio precipita uma fase de γ'' na granulação da superliga.[115] As ligas contém cerca de 6,5% de nióbio.[111] Um exemplo de liga que contém nióbio é a liga niquelada doInconel 718, que consiste de cerca de 50% deníquel, 18,6% decromo, 18,5%ferro, 5% de nióbio, 3,1%molibdênio, 0,9% detitânio, e 0,4% dealumínio.[116][117] Estas superligas são utilizadas, por exemplo, nos sistemas de purificação de ar utilizados noprograma Gemini.
Uma liga utilizada para os bocais de propulsão dosfoguetes de combustível líquido, em especial nos motores doMódulo Lunar Apollo, é a liga de nióbio C-103 que é composta de 89% de nióbio, 10% deháfnio e 1% de titânio.[103] Outra liga de nióbio foi utilizada nos bocais doMódulo de Comando e Serviço Apollo. Como o nióbio é oxidado sob temperaturas de 400 °C, um revestimento de proteção é necessário para evitar a possibilidade de tornar a liga quebradiça.[103]
Utilizado em indústrias nucleares devido a sua baixa captura denêutrons termais;
Os selos arcos voltaicos delâmpadas de vapor de sódio de alta pressão são feitos de nióbio, ou nióbio com 1% de zircônio, pela similaridade do coeficiente térmico das cerâmicas sinterizadas de alumínio, um material translúcido que resiste às reações de redução ou ataques químicos pelo aquecimento do sódio líquido ou de seus vapores dentro da lâmpada;[118][119][120]
O nióbio se converte numsupercondutor quando reduzido à temperaturas criogênicas.[121] Na pressão atmosférica (e quando puro) tem a mais alta temperatura crítica entre os elementos supercondutores de tipo I, 9,3K. Além disso, é um elemento presente em ligas de supercondutores que são do tipo II (como ovanádio e otecnécio), significando que atinge a temperatura crítica a temperaturas bem mais altas que os supercondutores de tipo I.[28]
O nióbio metálico é também utilizado na solda por arco elétrico pela capacidade de quimicamente estável deaço inoxidável;[122]
Ele é conveniente como um material anódico nos sistemas de proteção catódica nos tanques de água, que são geralmente galvanizados de platina.[123][124]
O nióbio é um componente importante dos catalisadores heterogêneos de alto desempenho para a oxidação seletiva de propano em ácido acrílico.[125][126][127][128]
Desconhece um papel biológico relacionado ao nióbio. A poeira do elemento pode irritar os olhos e a pele e pode apresentar riscos de entrar emcombustão. Porém em larga escala o elemento nióbio é fisiologicamente inerte (e, portanto hipoalergênico) e inofensivo. Ele é frequentemente utilizado em joias e tem sido testado em implantes médicos.[129][130]
Os compostos que contém nióbio são raramente encontrados, porém muitos deles são tóxicos e devem ser tratados com cuidado. Há teste sobre a exposição de curto e longo prazo dos niobatos e os cloretos de nióbio em ratos. Tratados com uma injeção de pentacloreto de nióbio ou os niobatos eles apresentam uma dose letal mediana (LD50) entre 10 e 100 mg/kg.[131][132][133] A toxicidade por via oral é baixa, apresentando após sete dias uma dose letal LD50 de 940 mg/kg LD50.[131]
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