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从铌元素的诞生说起

2021-4-27 8:04:51 来源:中国矿业报 作者:常学勇

铌的性质

铌原子序数41,相对原子质量为92.1,质地较硬,具有延展性。铌的熔点高达2468℃,仅次于钨、铼、钽和钼,沸点为4930℃,密度8.58g/cm3,莫氏硬度达到6。铌具有很好的耐高温、耐腐蚀、耐磨损性能,可以和钢铁等金属形成机械性能优良的合金,铌的氧化物具有很好的介电常数和稳定性,铌锡合金和铌钛合金具有超导性能。在自然状态中,铌元素一般存在于铌矿、铌钽矿、烧绿石和黑稀金矿中。

与大宗矿产相比,铌元素矿床品位低,消费量、产量和贸易量较少,属于小金属的范围。国务院印发《中国制造2025》提出“制造强国”战略,涉及的高端装备、新材料、节能与新能源汽车、生物医药及高性能医疗器材等十大重点领域的核心装备和技术均离不开相关小金属做支撑,可谓小金属有大用途。

铌的历史

1801年,Charles Hatchett在考察大英博物馆的矿石时,被一个标签为columbite(钶铁矿)的样本激起了兴趣,他推测其包含一种新的金属。于是,他加热了一块样本与碳酸钾,并溶解到水中,添加酸后获得了沉淀物。然而,进一步的处理也没能生产出元素本身,他命名其为columbium(钶——铌元素的旧译)。

1844年,德国化学家Heinrich Rose证明了钶铁矿包含了columbium(钶),他把columbium(钶)命名为niobium(铌)。1949年,在荷兰阿姆斯特丹举办的第15届化学联合会上,最终决定正式命名“铌”作为第41号元素。翌年,国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)也采纳了这一命名,结束了一个世纪来的命名分歧,尽管“钶”的使用时间更早。

铌 棒

铌的主要应用领域

目前,铌广泛应用在冶金工业、原子能工业、航空航天工业、军事工业、电子工业、超导材料及医疗仪器等方面。冶金工业是铌最大的消费市场,世界90%的铌以铌铁形式用于钢铁生产,0.03~0.05%的铌就使钢强度提高30%,并可改善韧性、耐蚀性等多方面性能,铌合金钢强度比普通碳钢高1~2倍,可节约钢材30%以上。航空、航天和军事工业中,高纯铌和铌合金主要用于火箭、飞船的发动机和耐热部件、燃气轮机的叶片。在美国几乎所有喷气式战斗机的发动机的热部件都采用铌合金。核工业中,铌的热导率好,熔点高,耐腐蚀性好,中子俘获截面低,常被用于核燃料的包套材料、核反应堆中热交换器的结构材料等。

铌钽铁矿

全球铌资源概况

全球铌矿资源分布较为广泛,目前已经发现的铌矿床主要分布在巴西、澳大利亚、中国、加拿大、马拉维、俄罗斯、南非和美国等国,探明储量分布相对集中。美国地调局2017年统计的全球铌矿资源探明储量为430万吨,仅巴西就占了全球储量95.35%,其余的4.65% 在加拿大。世界已探明的铌矿床主要分布在北美、南美和非洲,并且绝大部分铌资源集中在世界上十几个大型矿床之中。

(作者单位:中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所)

网站编辑:宫莉

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