Niob

Eigenschaften
[Kr] 4d4 5s1 41Nb Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Niob, Nb, 41
Elementkategorie	Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block	5, 5, d
Aussehen	grau metallisch glänzend
CAS-Nummer
EG-Nummer	231-113-5
ECHA-InfoCard	100.028.284
Massenanteil an der Erdhülle	19 ppm (34. Häufigkeit)<ref name="Harry H. Binder">Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag 1999, ISBN 3-7776-0736-3.</ref>
Atomar<ref>Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind aus webelements.com (Niob) entnommen.</ref>
Atommasse	92,90637(1)<ref name="CIAAW">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.</ref> u
Atomradius (berechnet)	145 (164) pm
Kovalenter Radius	137 pm
Elektronenkonfiguration	[Kr] 4d4 5s1
1. Ionisierungsenergie	Vorlage:ZahlExp ≈ Vorlage:ZahlExp
2. Ionisierungsenergie	Vorlage:ZahlExp ≈ Vorlage:ZahlExp
3. Ionisierungsenergie	Vorlage:ZahlExp ≈ Vorlage:ZahlExp
4. Ionisierungsenergie	Vorlage:ZahlExp ≈ Vorlage:ZahlExp
5. Ionisierungsenergie	Vorlage:ZahlExp ≈ Vorlage:ZahlExp
Physikalisch<ref>Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind aus webelements.com (Niob) entnommen.</ref>
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	kubisch raumzentriert
Dichte	8,57 g/cm³ (20 °C)<ref name="Greenwood">N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1260.</ref>
Mohshärte	6,0
Magnetismus	paramagnetisch (χm = 2,3 · 10−4)<ref>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.</ref>
Schmelzpunkt	2750 K (2477 °C)
Siedepunkt	5017 K<ref name="Zhang">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.</ref> (4744 °C)
Molares Volumen	10,83 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie	694 kJ/mol<ref name="Zhang" />
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<ref>Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind aus webelements.com (Niob) entnommen.</ref>
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 Vorlage:Infobox Chemisches Element/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<ref name="GESTIS">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFAVorlage:Abrufdatum (JavaScript erforderlich)</ref> Pulver Gefahrensymbol Gefahr H- und P-Sätze H: 228 P: 210<ref name="GESTIS" />
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<ref>Mineralienatlas:Loparit.</ref> 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

Datei:Heinrich Rose.jpg

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.<ref>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 .</ref> Columbia war eine zu dieser Zeit häufig verwendete Bezeichnung für Amerika.<ref>Thomas J. Schlereth: Columbia, Columbus, and Columbianism. In: Journal of American History. 1992, Band 79, Nummer 3, S. 937-968, .</ref>

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.<ref>Anders Gustav Ekeberg: Ueber ein neues Metall, Tantalum, welches zugleich mit der Yttererde in einigen schwedischen Fossilien entdeckt worden ist; nebst einigen Anmerkungen über die Eigenschaften der Yttererde, in Vergleichung mit der Beryllerde. In: Crells Annalen der Chemie. 1, 1803, S. 1–21 (#v=onepage eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).</ref> 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.<ref>W. H. Wollaston: On the Identity of Columbium and Tantalum. In: Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 99, 1809, S. 246–252, doi:10.1098/rstl.1809.0017.</ref> 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.<ref>Heinrich Rose: Ueber die Zusammensetzung der Tantalite und ein im Tantalite von Baiern enthaltenes neues Metall. In: Annalen der Physik. 139, 10, 1844, S. 317–341 (Digitalisat).</ref><ref>Heinrich Rose: Ueber ein zweites im Tantalit (Columbit) von Baiern enthaltenes neues Metall. In: Annalen der Physik. 69, 1846, S. 115–141 (Digitalisat).</ref> Auch weitere Forscher verkündeten, weitere ähnliche Elemente gefunden zu haben, so Hans Rudolph Hermann das Ilmenium (benannt nach dem Ilmengebirge)<ref>R. Hermann: Untersuchungen russischer Mineralien. In: Journal für praktische Chemie. 1846, Band 38, Nummer 1, S. 91–123, .</ref> und Neptunium<ref>R. Hermann: Fortgesetzte Untersuchungen über die Verbindungen der Metalle der Tantalgruppe, so wie über Neptunium, ein neues Metall. In: Journal für praktische Chemie. 1877, Band 15, S. 105–150 (online).</ref>, Franz von Kobell das Dianium (benannt nach Diana)<ref>Fr. v. Kobell: Ueber eine eigenthümliche Säure, Diansäure, in der Gruppe der Tantal‐ und Niob‐ verbindungen. In: Journal für praktische Chemie. 1860, Band 79, Nummer 1, S. 291–303 .</ref> 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.<ref>Marignac, Blomstrand, H. St. Claire Deville, Linda Troost, R. Hermann: Tantalsäure, Niobsäure, (Ilmensäure) und Titansäure. In: Analytical and Bioanalytical Chemistry. 1866, Band 5, Nummer 1, S. 384–389, .</ref><ref>Marco Fontani, Mariagrazia Costa, Mary Virginia Orna: The Lost Elements. Oxford University Press, 2015, ISBN 978-0-19-938334-4, S. 46–49.</ref>

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.<ref>Paweł Miśkowiec: Name game: the naming history of the chemical elements: part 2—turbulent nineteenth century. In: Foundations of Chemistry. 2022, Band 25, Nummer 2, S. 215–234 .</ref><ref>IUPAC: Comptes rendus de la 15eme Conference International de la Chimie, Amsterdam. 1949, S. 58 (online).</ref>

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.<ref>Jean Charles Galissard de Marignac: Recherches sur les combinaisons du niobium. In: Annales de chimie et de physique. 1866, 4, S. 5–75 (Digitalisat).</ref> 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.<ref>Richard Kieffer, Horst Braun: Vanadin · Niob · Tantal: Die Metallurgie der reinen Metalle und ihrer Legierungen. Springer, 1963, ISBN 978-3-642-51098-4, S. 28–32.</ref> Dazu wurden verschiedene Verfahren entwickelt, etwa über die Siedepunkte der Tetrachloride oder deren Löslichkeit in Tetrachlorkohlenstoff.<ref>Harald Schäfer, Lisel Bayer, Christel Pietruck: Beiträge zur Chemie der Elemente Niob und Tantal. V. Über die Darstellung titan‐ und zinnfreier Niob‐ und Tantal‐Präparate. In: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1951, Band 266, Nummer 1-3, S. 140–150 .</ref>

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.<ref>Christian Wilhelm Blomstrand: Ueber die Säuren der Tantalgruppe‐Mineralien. In: Journal für praktische Chemie. 1866, Band 97, Nummer 1, S. 37–50 .</ref> 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.<ref>Henri Moissan: Nouveau traitement de la niobite; préparation et propriétes de la fonte de niobium. In: Comptes Rendus. Band 133, 1901, S. 20-25 Digitalisat).</ref> 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.<ref>Werner Von Bolton: Das Niob, Seine Darstellung und seine Eigenschaften. In: Zeitschrift für Elektrochemie und angewandte physikalische Chemie. 1907, Band 13, Nummer 15, S. 145–149 .</ref>

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.<ref>John F. Papp: Niobium (Columbium) (Nb). In: United States Geological Survey: Metal Prices in the United States Through 2010. Scientific Investigations Report 2012–5188. Reston, Virginia, 2013 (online).</ref>

Vorkommen

Datei:Pyrochlore-63964.jpg

Pyrochlor

Niob ist auf der Erde ein seltenes Element, seine Häufigkeit in der kontinentalen Erdkruste beträgt etwa 8 ppm.<ref>Matthias G. Barth, William F. McDonough, Roberta L. Rudnick: Tracking the budget of Nb and Ta in the continental crust. In: Chemical Geology. Band 165, Nr. 3–4, 2000, S. 197-213, .</ref> 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.<ref>Carsten Münker: Niobium. In: William White (Hrsg.): Encyclopedia of Geochemistry. Springer, 2018, ISBN 978-3-319-39311-7, S. 983–985.</ref>

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.<ref>Carsten Münker, Raúl, O. C. Fonseca, Toni Schulz: Silicate Earth’s missing niobium may have been sequestered into asteroidal cores. In: Nature Geoscience. Band 10, 2017, S. 822–826, .</ref> 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.<ref>J. Wade, B. J. Wood: The Earth's ‘missing’ niobium may be in the core. In: Nature. Band 409, 2001, S. 75–78, .</ref><ref>Dongyang Huang, James Badro, Julien Siebert: The niobium and tantalum concentration in the mantle constrains the composition of Earth’s primordial magma ocean. In: PNAS. Band 117, Nr. 45, 2020, S. 27893-27898, .</ref> Andererseits wird diskutiert, dass es niobreiche Bereiche im oberen Erdmantel geben könnte, in denen das „fehlende“ Niob gespeichert ist.<ref>Yan Yang, Franz Neubauer, Zheng Liu, Guo-Chang Wang, Shu-Cheng Tan, Xiao-Hu He, Chen-Yue Liang: Enriched lithospheric mantle storage of the Earth's missing niobium: New insights from alkaline rocks with superchondritic Nb/Ta ratios. In: Geosystems and Geoenvironment. Band 3, Nr. 3, 2024, Artikel 100289, .</ref>

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.<ref name="Mitchell">Roger H. Mitchell: Primary and secondary niobium mineral deposits associated with carbonatites. In: Ore Geology Reviews. Band 64, 2015, S. 626-641, .</ref>

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.<ref>The mineralogy of Niobium. mindat.org, Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 16. Oktober 2025.</ref>

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.<ref>Jõao Carlos Biondi, José Marques Braga Junior: Geology and mineralization of Nb, P, Fe and light rare earth elements of the Araxá alkaline-carbonatite complex, Minas Gerais state, Brazil. In: Journal of South American Earth Sciences. Band 131, 2023, Artikel 104623, .</ref> 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.<ref name="Mitchell"/> Das weltweit größte bekannte Niobvorkommen in Seis Lagos<ref>Arthur L. Giovannini, Roger H. Mitchell, Artur C. Bastos Neto, Candido A.V. Moura, Vitor P. Pereira, Claudio G. Porto: Mineralogy and geochemistry of the Morro dos Seis Lagos siderite carbonatite, Amazonas, Brazil. In: Lithos. Band 360-361, 2020, Artikel 105433, .</ref> 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.<ref>Juliana Siqueira-Gay, Luis E. Sánchez: Keep the Amazon niobium in the ground. In: Environmental Science and Policy. Band 111, 2020, S. 1-6, .</ref> 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.<ref name="Mitchell"/>

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.<ref>Hong-Rui Fan, Kui-Feng Yang, Fang-Fang Hu, Shang Liu, Kai-Yi Wang: The giant Bayan Obo REE-Nb-Fe deposit, China: Controversy and ore genesis. In: Geoscience Frontiers. Band 7, Nr. 3, 2016, S. 335-344, .</ref> Da die Erze in Bayan Obo nur geringe Niobgehalte aufweisen, kann dieses Element dort nicht wirtschaftlich abgebaut werden und es werden überwiegend Seltenerdmetalle gefördert.<ref>Xingli Jia, Bo Zhang, Zhongshuai Jia, Chengjun Liu, Maofa Jiang: Recovery of niobium, titanium and rare earths from Bayan Obo tailings via silicothermic reduction and targeted crystallization. In: Minerals Engineering. Band 234, 2025, Artikel 109718, .</ref> 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.<ref name="Mitchell"/>

Gewinnung und Darstellung

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.<ref name="Pereira">P. Henrique do Nascimento Pereira, C. Marques Cury, A. Anastacio de Campos, G. Roger Pointer Malpass, E. Roberto Alves: Production of niobium: Overview of processes from the mine to products. In: Journal of Mining and Metallurgy A: Mining. Band 58, Nr. 1, 2022, S. 1–20, .</ref>

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.<ref name="ullmann" details="S. 143-144">Joachim Eckert: Niobium and Niobium Compounds. In: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, 2012, .</ref>

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]⁻.<ref name="Shikika">A. Shikika, M. Sethurajan, F. Muvundja, M.C. Mugumaoderha, St. Gaydardzhiev: A review on extractive metallurgy of tantalum and niobium. In: Hydrometallurgy. Band 198, 2020, Artikel 105496, .</ref>

<chem>Nb2O5 + 12 HF -> 2 NbF6- + 5 H2O + 2 H+</chem>

Auch ein Aufschluss mit Kalilauge zum wasserlöslichen Kaliumorthoniobat K₃NbO₄ ist möglich.<ref name="Shikika"/>

<chem>Nb2O5 + 6 KOH -> 2 K3NbO4 + 3 H2O</chem>

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.<ref name="Shikika"/>

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.<ref name="Shikika"/>

<chem>2 H2NbOF5 + 10 NH3 + 3 H2O -> Nb2O5 + 10 NH4F</chem>

<chem>2 Nb(OH)5 -> Nb2O5 + 5 H2O</chem>

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.<ref name="ullmann" details="S. 136-137"/>

<chem>FeNb + NaCl + 7 NaFeCl4 -> NbCl5 + 8 NaFeCl3</chem>

<chem>8 NaFeCl3 + 4 Cl2 -> 7 NaFeCl4</chem>

Diese Chloride sind mit Siedepunkten zwischen 228 und 248 °C leicht flüchtig, entweichen aus der Schmelze und können durch fraktionierte Destillation voneinander getrennt werden.<ref name="ullmann" details="S. 136-137"/>

Datei:Niobium crystals and 1cm3 cube.jpg

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.<ref name="ullmann" details="S. 141"/>

<chem>3 Nb2O5 + 10 Al -> 6 Nb + 5 Al2O3</chem>

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.<ref name="ullmann" details="S. 141"/><ref name="Pereira"/>

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.<ref name="ullmann" details="S. 142"/>

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.<ref name="EU-Kommission" details="S. 393">Europäische Kommission: Study on the EU's list of Critical Raw Materials. Publications Office of the European Union, 2020, .</ref>

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.<ref name="USGS2026">Chad A. Friedline: Niobium. In: U.S. Geological Survey: Mineral Commodity Summaries. Februar 2026, abgerufen am 2. September 2026.</ref> 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.<ref>Dennis Bastian, Britta Bookhagen, Alexander Fritz, Maren Liedtke, Paul Mählitz, Michael Schmidt: DERA-Rohstoffliste 2025. In: Deutsche Rohstoffagentur (Hrsg.): DERA Rohstoffinformationen. Nr. 62, 2026, S. 11–15, .</ref> Auch auf der Liste der kritischen Rohstoffe der Europäischen Union ist das Element verzeichnet.<ref name="Consilium">Europäischer Rat: Eine EU-Verordnung zu kritischen Rohstoffen für die Zukunft der EU-Lieferketten. In: consilium.europa.eu, abgerufen am 2. September 2026.</ref> Coltan wurde darüber hinaus 2012 von der US-amerikanischen Börsenaufsicht SEC als so genanntes Konfliktmineral eingestuft,<ref>Conflict Minerals - Final Rule. (PDF; 2SEC: ) SEC, 2012, S. 34 f. (englisch)</ref> 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.<ref>SEC Adopts Rule for Disclosing Use of Conflict Minerals. (engl.), Zugriff am 2. September 2026.</ref>

Minenproduktion

Land	2025<ref name="USGS2026"/>	2020<ref>Chad A. Friedline: Niobium. In: U.S. Geological Survey: 2019 Minerals Yearbook. März 2026, abgerufen am 2. September 2026.</ref>	2015<ref>Amy C. Tolcin: Niobium. In: U.S. Geological Survey: 2022 Minerals Yearbook. Mai 2024, abgerufen am 2. September 2026.</ref>	2010<ref>John F. Papp: Niobium (Columbium) and Tantalum. In: U.S. Geological Survey: 2014 Minerals Yearbook. April 2016, abgerufen am 2. September 2026.</ref>	2005<ref>John F. Papp: Niobium (Columbium) and Tantalum. In: U.S. Geological Survey: 2009 Minerals Yearbook. August 2011, abgerufen am 2. September 2026.</ref>	2000<ref>Michael J. Magyar: Niobium (Columbium) and Tantalum. In: U.S. Geological Survey: 2004 Minerals Yearbook. Abgerufen am 2. September 2026.</ref>	1995<ref>Larry D. Cunningham: Niobium (Columbium) and Tantalum. In: U.S. Geological Survey: 1999 Minerals Yearbook. Abgerufen am 2. September 2026.</ref>	1990<ref>Larry D. Cunningham: Columbium (Niobium) and Tantalum. In: U.S. Geological Survey: 1999 Minerals Yearbook. Abgerufen am 2. September 2026.</ref>	1985<ref>Larry D. Cunningham: Columbium and Tantalum. In: U.S. Geological Survey: 1989 Minerals Yearbook. S. 326, abgerufen am 21. April 2026.</ref>	1980<ref>Larry D. Cunningham: Columbium and Tantalum. In: U.S. Geological Survey: 1984 Minerals Yearbook. S. 289, abgerufen am 2. September 2026.</ref>
BrasilienDatei:Flag of Brazil.svg Brasilien	104.000	58.819	58.852	44.270	39.162	21.800	13.140	12.866	12.420	13.002
Kanada Kanada	6000	6400	5600	4298	3710	2291	2357	2384	2225	1731
Vorlage:DRC	970	560	454	210	28	110	1	365	46	26
RuandaDatei:Flag of Rwanda.svg Ruanda	200	156	244	180	87	176	--	33	8	19
NigeriaDatei:Flag of Nigeria.svg Nigeria	--	--	--	20	45	200	26	18	1	243
Russland Russland	300	432	439	--	--	--	--	--	--	--
China Volksrepublik Volksrepublik China	40	44	30	22	--	--	--	--	--	--
Australien Australien	--	--	--	--	--	160	109	69	23	41
gesamt (gerundet)	112.000	67.500	65.700	49.000	43.100	24.800	15.600	15.300	14.800	15.154
Menge in Tonnen, Werte von 2025 geschätzt

Eigenschaften

Datei:Niobium metal.jpg

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.<ref name="Harry H. Binder" />

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.<ref name="AshcroftMermin"></ref>

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

Verwendung

Datei:Desy tesla cavity01.jpg

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.

Datei:25 Euro Österreich 2012 Bionik a.jpg

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).

Datei:Apollo CSM lunar orbit.jpg

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<ref>C. A. Deshmane, J. B. Jasinski, P. Ratnasamy, M. A. Carreon: Synthesis and catalytic properties of mesoporous, bifunctional, gallium-niobium mixed oxides. In: Chem Commun (Camb). 46(34), 14. Sep 2010, S. 6347–6349. PMID 20714564.</ref> 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

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

Eine physiologische Wirkungsweise des Niobs ist unbekannt.<ref></ref><ref></ref>

Literatur

• Hans Breuer: dtv-Atlas Chemie. 9. Auflage. Band 1, dtv-Verlag, 2000, ISBN 3-423-03217-0.
• M. Binnewies: Allgemeine und Anorganische Chemie. 1. Auflage. Spektrum Verlag, 2004, ISBN 3-8274-0208-5.
• Sergeij Venetzkij: Erzählungen über Metalle. 3., durchges. Auflage. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1988, ISBN 3-342-00324-3.
• Rudolf Riedelbauch: Untersuchungen über metallisches Vanadin, Niob und Tantal. Dissertation. München 1907.
• Charles Kittel: Einführung in die Festkörperphysik. 9. Auflage. Oldenbourg Verlag, 1991, ISBN 3-486-22018-7.
• Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente – das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten. Hirzel, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
• Heinrich Rose: Ueber die Zusammensetzung der Tantalite und ein im Tantalite von Baiern enthaltenes neues Metall. In: Annalen der Physik und Chemie, Band 145, Joh. Ambr. Barth, Leipzig 1846, S. 115; Volltext (Wikisource)

Weblinks

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Einzelnachweise

<references />

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Alkali­metalle

Erdalkali­metalle

Lanthanoide

Actinoide

Übergangs­metalle

Metalle

Halb­metalle

Nicht­metalle

Halogene

Edelgase

Chemie unbekannt