五氧化鈮（應用于合金等領(lǐng)域的無機化合物）

五氧化鈮理化性質(zhì)

五氧化二鈮（NbO）是一種很細的白色結(jié)晶粉末，加熱到380~435℃，便由無定型轉(zhuǎn)變?yōu)榫w。400~500℃時，因晶格中出現(xiàn)氧缺陷變?yōu)槟埸S色（和氧化鋅顏色相近）。因制備方法和熱處理方式不同，其密度可為4.3～5.2 g/cm 。有關(guān)NbO的結(jié)晶學數(shù)據(jù)和熱力學數(shù)據(jù)、鈮的各種氧化物之間的轉(zhuǎn)變關(guān)系參見右表。

NbO在170℃下水中摩爾濃度為6.8×10 mol/L。NbO中的Nb-O鍵的鍵能較大（385kJ/mol），低溫時參與化學反應的能力較弱，隨溫度升高反應能力增強，NbO在1350℃時仍十分穩(wěn)定，但在真空加熱到1150℃是開始分解。

五氧化鈮的反應

NbO受到HF的侵蝕，溶解于堿熔液中。

NbO的轉(zhuǎn)化是工業(yè)生產(chǎn)鈮金屬的主要途徑。在20世紀80年代，約15000000公斤的NbO被還原到金屬每年消費。制法主要是還原該氧化物與鋁：

3NbO+10Al→6Nb+5AlO

一種可以替代的反應但實踐不行的路線涉及碳熱還原：

NbO+7C→2NbC + 5CO（1800℃真空下加熱）

5NbC+NbO→7Nb+5CO

已知許多將NbO轉(zhuǎn)化成鹵化物的方法。主要的問題是不完全的反應產(chǎn)生鹵氧化物。在實驗室中，轉(zhuǎn)化可以用亞硫酰氯進行：

NbO+ 5SOCl→2NbCl+5SO

處理過的的NbO與含水的NaOH在200℃下可以得到結(jié)晶鈮酸鈉，NaNbO與KOH反應可產(chǎn)生NbO 。

用H高溫還原得到NbO：

NbO+H→2NbO+HO

一氧化鈮由使用電弧爐的反應產(chǎn)生

NbO+3Nb→5NbO

五氧化鈮晶體

NbO有多種變體，其晶體結(jié)構(gòu)與制備方法有關(guān)。在各種溫度下NbO存在三種同素異晶體：低溫T（γ）-型（低于900℃時）、中溫M（β）-型（900～1100℃）和高溫H（α）-型（高于1100℃時）。下圖1所示了各種變體以及它們之間的關(guān)系。下圖2所示為NbO的各種異晶的相對穩(wěn)定性。從中可以看出，在300~700℃間最為穩(wěn)定的是β晶型，在730~1000℃間為H晶型，其他的晶型均為熱力學不穩(wěn)定體。實際上，NbO的系列同素異晶并非“真正的”異晶，而是屬于同一化學式NbO。（n=1，2，3）的氧化物家族。

五氧化鈮晶體

五氧化鈮的制取

鈮是親氧元素，很容易得到它們的氧化物，因此制取氧化鈮的方法很多，如可以用在空氣中加熱使金屬氧化、碳化物氧化、氮化物氧化、使各種化合物水解等。但能工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的方法主要有兩種：以氫氟酸萃取工藝的反萃取液為原料制取和氯化冶金產(chǎn)出的五氯化物為原料制取。此外，鈮還可以草酸鈮為原料制取氧化鈮和醇鹽法制取氧化鈮。

用液一液萃取分離鉭、鈮過程中的鈮液來制取五氧化二鈮的方法為：在鈮液中，鈮以HNbF和HNbOF的形式存在，并含有一定量的HF和HSO，當用氨中和至pH值為8~9時，即形成難溶于水的白色氫氧化鈮，后經(jīng)洗滌、烘干、煅燒，獲得氧化鈮。影響氧化鈮質(zhì)量的主要因素有：沉淀劑用量、鈮液溫度、洗滌條件和煅燒條件。

原料五氯化鈮來自精礦氯化工藝的精餾產(chǎn)物。制取方法有：水溶液水解法、水蒸氣水解法、與氧或含氧氣體反應法、氨水中和法和醇鹽法。

水溶液水解法是將氯化物按固液比為1：13溶解后在90~100℃下進行水解，采用熱水水解可以避免形成氧化物膠體，有利于過濾，同時水溶液水解具有一定分離雜質(zhì)的純化作用。濾餅再用2%HCl+NHCl混合液洗滌，最后得到高純度的產(chǎn)品。水溶液水解法的缺點在于氫氧化物過濾困難，勞動強度大，水解、過濾、干燥、煅燒等占用大量設(shè)備。

水蒸氣水解法有氣-固相反應水解和氣-氣相反應水解兩種方法。前者為低溫氣-固相反應，后者為高溫氣-氣相反應。方法多用于制備特純級氧化物產(chǎn)品。

氨水中和法用1mol/L以上的氨水中和五氯化鈮，可以得到含水量較少的水合氧化鈮，但沉淀物容易生成難過濾的膠體。

先將五氯化鈮磨細，在帶攪拌和流水套的反應器中邊攪拌邊將氯化物連續(xù)地加入無水乙醇的反應器中，反應器通水冷卻保持反應溫度40~50℃，反應固液比為1：（0.9~1.1），所得含有乙醇鈮的乙醇溶液經(jīng)過陳化、沉降分離后，在160~300℃下蒸發(fā)濃縮，蒸發(fā)時產(chǎn)生的含有過量乙醇的尾氣通過洗滌系統(tǒng)回收，蒸發(fā)濃縮產(chǎn)物（含五氧化物90%~95%）在溫度850~900℃下通入空氣或氧氣時進行熱分解，最后得到粒度分布均勻、化學活性大的納米級高純氧化鈮產(chǎn)品。另外，也可以用水解法制取高純氧化物。為防止氧化物凝聚，可在室溫下邊攪拌邊進行水解，該法可獲得活性好的超細氧化鈮產(chǎn)品。