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第54个世界地球日科普文章|揭秘“钢中之钢”走进稀有金属铌钽

来源:地调局成都综合利用所作者:郭姚发布时间:2023-04-21

　　铌钽矿是一种重要的金属矿产，它是含有钽(Ta)和铌(Nb)矿物的总称，共有百余种，其中可作矿石开采的，主要由钽铁矿、铌铁矿和烧绿石。这些矿物中主要含有铌、钽、锂、铍等金属元素，具有重要的工业价值和战略意义。

　　铌钽为什么被称为“钢中之钢”？

　　铌钽在合金材料中应用广泛，常作为 “关键微量元素”添加到合金材料中，提高材料的性能，具有高熔点、良好的耐腐蚀性、良好的力学性能、良好的超导性能和低热膨胀系数等优良性能。

　　钽和铌都属于高熔点（钽 2996℃、铌2468℃）、高沸点（钽5427℃、铌5127℃）稀有金属，能够承受高温环境下的应力，可用于耐高温部件的制作。铌钽对于大多数酸、碱、盐等介质有很好的抗腐蚀能力，在化学工业、医疗器械等领域广泛应用。在高温下铌钽合金仍具有较好的强度、韧性和塑性，在航空、航天、核工业等领域有着举足轻重的地位。同样的，在低温下铌钽合金具有良好的超导性能，可用于超导电器件、电子学、磁共振成像等领域。另外，铌钽的热膨胀系数很小，因此具有很好的热稳定性，在精密仪器及卫星制造领域不可或缺。

　　基于铌钽合金的特殊性能和广泛应用，铌钽被人们称为“钢中之钢”，意为在材料中拥有最优秀的性能之一。

　　铌钽矿主要分布在哪里？

　　关于铌钽矿的储量分布，据统计，目前全球主要铌钽矿产国家包括澳大利亚、巴西、加拿大、刚果金、南非等，而中国也是铌钽矿储量较大的国家之一。

　　澳大利亚是世界最大的铌钽矿产国之一，主要产地位于西澳克拉通区。巴西也是全球较大的铌钽矿产国之一，主要产地位于米纳斯吉拉斯州南部，部分分布在戈亚斯州。加拿大的铌钽矿主要储量分布在魁北克、安大略、新不伦瑞克等地。刚果金是非洲铌钽矿产最为丰富的国家之一，主要产地位于东部地区，特别是北基伍省、南基伍省和南凯维省等地。南非铌钽矿产主要分布在北开普省和林波波省的一些地区。中国的铌钽矿主要产地有江西、湖南、广东、云南、福建等地，其中江西铌钽矿的储量占全国的70%以上。

　　值得注意的是，铌钽矿的储量分布并不均衡，有些地区储量极其丰富，但也有些地区储量相对较少。同时，铌钽矿的储量和产量也受到政治、经济、环境等多方面因素的影响。

　　铌钽如何“上天入地”服务于人类？

　　铌钽矿在经济发展和社会基础建设中起着至关重要的作用。由于其珍贵性和广泛的用途，铌钽矿在国际市场上价格较高。作为工业材料之一的铌钽主要应用在金属夹杂物、电子元器件、航空航天、核工业和化工产业。

　　在钢铁冶金中，铌钽作为钢铁冶金中金属夹杂物的去除剂，可以有效地减少冶炼废品率。由于铌钽材料具有高温稳定性、超导性能、耐腐蚀性等特点，广泛应用于电子元器件、陶瓷电容器和半导体器件等领域。在航空航天领域铌钽合金被用于制作高温合金、发动机推进器、燃烧室、燃气轮机中的叶片、导流管、喷气管等部件。在核工业领域，铌钽合金用于制作核反应堆、核反应堆燃料组件、核废物处理、辐射检测器等。铌钽材料还是催化剂的重要成分，在化工产业中可以用于柴油脱硫、燃料电池和有机化学催化反应等。在医疗领域，铌钽合金用于生产人造关节、牙科种植植入物。在建筑领域，铌钽合金可用于制作高层建筑中的高风压、大气荷载等要求高度抗风、抗震性能的构件。

　　因此，铌钽合金作为一种重要的材料，广泛应用于每一个行业和领域中，“上天入地”服务于人类，对于现代工业和人类社会的发展起到了非常重要的作用。

　　铌钽的发展前景

　　铌钽矿的开采对于现代工业和科技领域的发展有着重要的意义。中国的铌钽矿资源储量虽然大，但由于国内资源分布不均、开采难度大、资源品位低、加工能力不足等原因，导致中国铌钽矿矿石的自给率较低。此外，全球铌钽矿市场竞争激烈，国外资源价格相对较低，吸引了中国的铌钽矿进口，目前国内约有90%的铌钽矿矿石需要进口。

　　未来，随着新能源、航空航天、核能等领域的发展，对铌钽的需求将会不断增加。预计未来几年，铌钽的市场需求将保持稳定增长的态势。特别是在新能源领域，铌钽作为稀有金属的重要组成部分，将随着新能源产业的高速发展而得到进一步的应用。除此之外，由于铌钽在航空航天、核能等领域拥有独特的物理和化学性质，因此在这些领域中的应用也将继续保持较高的需求。同时，随着科技的不断发展，铌钽在新兴技术领域的应用也将不断增加，例如在半导体材料、超导电池等领域的应用。

　　（作者系中国地质调查局成都综合利用所三稀矿产开发利用室郭姚）

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