新發(fā)現的鈮包頭礦有哪些大用途

　　日前，由中核地質科技有限公司（核工業(yè)北京地質研究院）（以下簡稱中核地質科技）團隊研究發(fā)現的新礦物鈮包頭礦，獲得國際礦物學協(xié)會新礦物、命名及分類委員會的正式批準。鈮包頭礦發(fā)現于內蒙古包頭市白云鄂博礦床，也是在該礦床發(fā)現的第17個新礦物。

　　截至目前，中國已發(fā)現嫦娥石、冕寧鈾礦、欒鋰云母等180多種新礦物。業(yè)內人士介紹，鈮包頭礦的發(fā)現解決了國際礦物學界爭論已久的包頭礦電價平衡問題。同時，具有富鈮特征的鈮包頭礦為鈮的富集成礦機理提供了新的研究視角，為鈮等戰(zhàn)略性關鍵金屬的開發(fā)提供了新方向。此外，鈮包頭礦中五氧化二鈮（Nb2O5）含量約為26%，其有望用來提取鈮元素。

　　鈮是金屬材料中的“貴族”

　　“鈮是重要的鋼鐵合金添加劑，鋼材中只需加入0.03%到0.05%的鈮，便可使鋼的屈服強度提高30%以上。這是鈮應用最廣泛的領域?！敝泻说刭|科技正高級工程師葛祥坤向科技日報記者介紹說。

　　鈮元素發(fā)現于19世紀初，研究表明，鈮在地殼中的含量為0.002%，在地殼中的自然儲量為520萬噸，可開采儲量440萬噸，主要礦物有鈮鐵礦、燒綠石和黑稀金礦、褐釔鈮礦、鉭鐵礦、鈦鈮鈣鈰礦。金屬鈮呈灰色，化學性質穩(wěn)定，在空氣中不發(fā)生氧化，還具有難溶解、耐高溫、強度大等特點，用途廣泛。

　　鈮在自然界中不以純態(tài)出現，而是和其他元素結合形成礦物。葛祥坤告訴記者：“不論從儲量、提取難度，還是從性能、用途上看，鈮都是金屬材料中貴族般的存在。憑借強大的功能，鈮和稀土元素一樣，在國際社會上都被歸為關鍵金屬。”

　　資料顯示，目前，全球的鈮礦資源高度集中，主要集中在巴西和加拿大，其中巴西的儲量占據了全世界總儲量的約80%。當前，我國鈮礦石主要從巴西進口。因此，這次我國在白云鄂博礦床發(fā)現新的鈮礦物，對于該礦床鈮資源的開發(fā)具有重要的意義。

　　在諸多領域地位不可替代

　　葛祥坤說：“鈮是一種應用領域極為廣泛的元素，它在鋼鐵、超導、醫(yī)療、電子、化學、特種合金以及尖端技術等方面都具有不可替代的地位?！?/p>

　　鈮的耐酸性能好，可用于熱交換器、冷凝器、過濾器、攪拌器等。鈮還具有良好的抗生理腐蝕性和生物相容性，不會與人體體液發(fā)生作用，并且?guī)缀醪粫p傷機體組織，因而常被用于制造接骨板、顱骨板骨螺釘、種植牙根、外科手術用具等。

　　由于具備卓越的延展性，鈮的某些化合物和合金被廣泛應用于制造各種工業(yè)超導體，在鈮合金導線中可以形成幾乎毫無阻力的強大電流，從而產生超強磁場；航空航天工業(yè)也是高純度鈮的應用領域之一，火箭飛船的發(fā)動機以及耐熱部件等都會用到鈮合金，這主要是利用了其良好的熱強性能，抗熱性能和加工性能。

　　葛祥坤介紹，鈮作為鐵基、鎳基和鋯基超級合金的添加劑，可提高合金的強度性能。鈮在核工業(yè)中適于用作反應堆的結構材料和核燃料的包套材料。鈮鈦、鈮鋯合金及鈮錫、鈮鋁鍺等化合物超導材料，除用作輸電、發(fā)電、制造超導磁體、控制核聚變外，還可用于宇宙飛行器中的導航裝置、高速潛水船只的電磁推進設備以及超導高速列車等。

　　碳化鈮可以單獨使用或與碳化鎢、碳化鉬配合使用，用于熱鍛模、切削工具、噴氣發(fā)動機渦輪葉片、閥門、尾裙及火箭噴嘴涂層。鈮合金鋼強度高、韌性好、抗冷淬，廣泛用于輸油管道。

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　　發(fā)現鈮礦是“從0到1”的突破

　　如果說每個人是人類社會的“細胞”， 那么，礦物就是組成地球的“細胞”。礦物學是地球科學領域中最古老的學科之一，礦物的分類命名更是礦物學研究的基礎性工作，新礦物的發(fā)現與研究是礦物學研究中不可或缺的一個重要基礎領域。新礦物的發(fā)現是“從0到1”的原創(chuàng)性研究成果，是小到一個區(qū)域、大到一個國家礦物學研究水平軟實力與硬實力的重要體現。

　　鈮包頭礦的發(fā)現歷程較為曲折。研究團隊早在2012年通過到白云鄂博礦床的一次參觀考察中采取了樣品，當時沒有發(fā)現異?，F象。直到2022年，研究團隊又對該樣品重新進行了測試，發(fā)現一種礦物類似于20世紀60年代在白云鄂博發(fā)現的礦物，都含有鋇、鈦、鈮、鐵、硅以及氯等元素，但是這個礦物里鈮的含量比傳統(tǒng)的包頭礦高得多。

　　根據國際礦物學協(xié)會新礦物、命名及分類委員會的規(guī)定，確定了化學成分，另一個重要的工作就是要測定并解析晶體結構。常規(guī)的晶體結構測定需要挑選一顆純凈的100微米左右的單晶體。“我們利用聚焦離子束掃描電鏡的微區(qū)原位樣品加工技術，提取了一個比較理想的單晶體，進而采集了晶體結構數據并完成了晶體結構解析。所有技術難點均被攻克后，我們于今年提交了新的申報書，并順利通過審查，進入國際專家投票環(huán)節(jié)，最終收到了新礦物批準證書。至此，這個新礦物終于塵埃落定?！敝泻说刭|科技正高級工程師范光告訴記者。（記者 張景陽）

　　轉自：科技日報

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