Cuối thế kỷ XIX, nhà hóa học Pháp là Hăngri Muatxan (Henri Moissan) đã điều chế được niobi nguyên chất bằng phương pháp nhiệt điện: dùng cacbon để khử niobi oxit trong lò điện.
Hiện nay, việc sản xuất niobi kim loại là một quá trình phức tạp gồm nhiều giai đoạn. Đầu tiên phải tuyển quặng niobi, rồi nấu chảy tinh quặng cùng với các chất trợ dung (natri hiđroxit, natri hiđrosunfit hoặc natri caconat), sau đấy thì ngâm chiết kiềm. Kết quả là niobi hiđroxit và tantali hiđroxit không tan sẽ lắng xuống. Tách hai hợp chất “sinh đôi” này ra khỏi nhau, lúc đó niobi sẽ ở dưới dạng oxit hoặc clorua. Bằng cách khử các hợp chất này ở nhiệt độ cao sẽ thu được niobi ở dạng bột, rồi biến bột này thành kim loại đặc để tiện gia công.
Để niobi bột trở thành niobi đặc, phải làm như sau. Ép thứ bột ấy dưới áp suất lớn để tạo thành những thỏi phôi có tiết diện hình chữ nhật hoặc hình vuông. Sau đó, thiêu kết các thỏi phôi này trong chân không qua vài giai đoạn, và ở giai đoạn cuối cùng thì nhiệt độ phải đạt tới 2.350 độ C. Tiếp theo, niobi được đưa vào lò hồ quang chân không: toàn bộ quá trình biến quặng niobi thành kim loại kết thúc ở đây.
Cách đây mấy năm, nền công nghiệp đã làm quen với phương pháp nấu chảy niobi bằng tia điện tử. Phương pháp này loại bỏ được nhiều công đoạn trung gian tiêu tốn nhiều công sức như nén ép và thiêu kết. Theo phương pháp này, người ta cho một dòng điện tử mạnh bắn vào niobi bột. Bột này sẽ nóng chảy và những giọt kim loại lỏng rơi xuống tạo thành thỏi niobi; thỏi này lớn dần lên tùy theo lượng bột nóng chảy, rồi từ từ được đưa ra khỏi xưởng.
Như các bạn đã thấy, niobi phải trải qua một chặng đường dài trước khi được biến từ quặng thành kim loại. Vậy mà “một tiền gà ba tiền thóc” cũng xứng đáng: ngày nay, niobi rất cần cho công nghiệp. Ấy thế mà nó đã bắt đầu cuộc đời lao động của mình trong các bãi thải.
Mặc dầu điều này quả là một nghịch lý, nhưng trước đây người ta chỉ coi niobi là một tạp chất có hại đối với thiếc, nên khi khai thác thiếc, những khối lượng niobi rất lớn đã bị xếp đống để đấy. Tình trạng này vẫn diễn ra ngay cả khi giới công nghiệp đã chú ý đến tantali nhưng vẫn còn thờ ơ với niobi: khi chế biến quặng tantali, thứ đá không quặng chứa niobi đã bị đổ vào bãi thải. Tuy vậy, “trong cái rủi có cái may”: về sau, khi mà giá trị của niobi đã được con người đánh giá đúng thì những đống phế thải ấy đã trở thành những “mỏ quặng” niobi giàu có.
Sau khi nhà hóa học người Đức là Vecnơ Fon Bonton (Werner Von Bolton) điều chế được kim loại này ở dạng chắc đặc vào năm 1907, thì cũng giống như nhiều bè bạn khó chảy của mình, niobi đã thử sức mình trong việc sản xuất bóng đèn điện với tư cách là vật liệu để làm dây tóc. Nhưng, như chúng ta đều biết, chỉ có mình vonfram sống được ở đây thôi, còn tất cả các kim loại khác đành phải tìm kiếm sự thành đạt trong môi trường hoạt động khác.
Những ý định đầu tiên sử dụng niobi làm nguyên tố điều chất đã nảy sinh vào năm 1925: ở Mỹ đã tiến hành các cuộc thí nghiệm dùng niobi thay thế vonfram trong thép gió. Mặc dù những thí nghiệm này không thành công, nhưng đã nổi lên một vấn đề quan trọng: niobi đã lọt vào tầm mắt của các nhà luyện kim.
Trong năm 1930, tổng khối lượng các sản phẩm là từ niobi (lá, dây v. v ... ) trên toàn thế giới chỉ vẻn vẹn ... có 10 kilôgam. Nhưng chúng đã được thừa nhận ngay, và việc sản xuất kim loại này cùng với các dạng sản phẩm của nó đã tăng vọt lên. Niobi đã chứng minh được rằng, nó hoàn toàn có quyền được gọi là “vitamin” của thép. Pha thêm nó vào thép crom, thép sẽ dẻo hơn, độ bền ăn mòn cũng tăng lên. Người ta đã xác định được rằng, pha thêm một ít niobi (dưới 1 %) vào thép không gỉ thì ngăn chặn được sự khử crom cacbua dọc theo ranh giới các hạt, vì vậy mà loại trừ được sự ăn mòn sâu vào các tinh thể. Thêm niobi vào thép kết cấu thì sẽ nâng cao rõ rệt sức bền va ở nhiệt độ thấp; thép sẽ dễ dàng chịu đựng các tải trọng biến đổi, mà điều này có ý nghĩa to lớn, chẳng hạn, trong ngành chế tao máy bay.
Niobi đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật hàn. Trước đây, khi mà người ta mới chỉ hàn những loại thép thông thường thì quá trình này không gặp khó khăn gì. Còn khi những người thợ hàn bắt đầu phải hàn các loại thép điều chất chuyên dùng có thành phần hóa học phức tạp, như thép không gỉ chẳng hạn, thì có một vấn đề xảy ra: đó là mối hàn mất đi nhiều tính chất quý báu mà kim loại được hàn vốn có. Vậy làm thế nào để nâng cao chất lượng mối hàn? Người ta đã thử thay đổi kết cấu của khí cụ hàn, song chẳng ích gì. Rồi lại thay đổi thành phần của các que hàn, nhưng vẫn vô hiệu. Lại thử hàn trong môi trường khí trơ mà vẫn không đạt kết quả gì. Thế rồi niobi đã đền giúp sức. Có thể hàn được các loại thép chứa nguyên tố này mà không phải lo lắng về chất lượng của mối hàn: mối hàn không hề thua kém các lớp kim loại xung quanh không bị hàn.
Thời gian gần đây người ta đã gặp những khó khăn lớn khi cần phải tạo nên mối nối vững chắc giữa các kim loại khó chảy, chẳng hạn, giữa niobi và molipđen. Trong trường hợp này, người cứu giúp là ... chân không. Thì ra trong chân không, nhiệt độ nóng chảy của nhiều chất thấp hơn hẳn so với trong những điều kiện bình thường. Các nhà bác học đã lợi dụng ngay đặc điểm này để vượt qua hàng rào “không dung hợp”: hàn các kim loại khó nóng chảy trong chân không đã thu được kết quả mỹ mãn.
Niobi nổi tiếng rộng khắp trong ngành luyện kim với tư cách là một nguyên tố điều chất. Chẳng hạn, nhôm vốn dễ hòa tan trong các chất kiềm, nhưng nếu chỉ pha thêm 0,05 % niobi vào thì nhôm sẽ không phản ứng với các chất kiềm nữa. Nếu pha thêm niobi vào thì độ cứng của đồng và các hợp kim của đồng sẽ tăng lên. Còn nếu pha thêm niobi vào titan, molipđen và ziriconi thì chúng sẽ trở nên bền hơn và chịu nóng tốt hơn. Ở nhiệt độ thấp, nhiều loại thép và hợp kim sẽ giòn như thủy tinh. Thế mà niobi lại có thể cứu chúng khỏi chứng bệnh này. Pha thêm một lượng nhỏ niobi vào sẽ làm cho kim loại giữ được độ bền của mình ngay cả ở 80 độ C. Phẩm chất này hết sức quan trọng đối với các bộ phận của máy bay phản lực hoạt động ở độ cao lớn.
Bản thân niobi rất sẵn sàng tham gia liên minh với các nguyên tố khác. Khi một hãng ở Mỹ sản xuất được một mẻ niobi tưởng như là cực tinh khiết, thì những người mua hàng hết sức ngạc nhiên vì thấy nó không nóng chảy ở 2.500 độ C mặc dầu nhiệt độ nóng chảy của niobi tinh khiết còn thấp hơn một ít. Phép phân tích trong phòng thí nghiệm đã xác định được rằng, trong niobi “cực tinh khiết” này có chứa một lượng nhỏ ziriconi. Hợp kim niobi - ziriconi có sức chịu nóng rất cao đã được tìm ra một cách bất ngờ như thế đấy.
Pha thêm các kim loại khác cũng làm cho niobi có thêm nhiều tính chất quý giá. Vonfram và molipđen làm tăng tính chịu nhiệt của niobi, nhôm làm cho nó trở nên bền vững hơn, còn đồng thì nâng cao độ dẫn điện của nó. Niobi nguyên chất có độ dẫn điện kém hơn đồng khoảng 10 lần. Nhưng hợp kim của niobi với 20 % đồng thì lại có độ dẫn điện cao, đồng thời lại bền và cứng gấp đôi so với đồng nguyên chất. Liên kết với tantali, niobi có khả năng chịu được axit sunfuric và axut clohiđric ngay cả ở 100 độ C.
(còn nữa)