新發(fā)現(xiàn)的鈮包頭礦有哪些大用途

　　日前，由中核地質(zhì)科技有限公司（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院）（以下簡(jiǎn)稱中核地質(zhì)科技）團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)的新礦物鈮包頭礦，獲得國(guó)際礦物學(xué)協(xié)會(huì)新礦物、命名及分類委員會(huì)的正式批準(zhǔn)。鈮包頭礦發(fā)現(xiàn)于內(nèi)蒙古包頭市白云鄂博礦床，也是在該礦床發(fā)現(xiàn)的第17個(gè)新礦物。

　　截至目前，中國(guó)已發(fā)現(xiàn)嫦娥石、冕寧鈾礦、欒鋰云母等180多種新礦物。業(yè)內(nèi)人士介紹，鈮包頭礦的發(fā)現(xiàn)解決了國(guó)際礦物學(xué)界爭(zhēng)論已久的包頭礦電價(jià)平衡問題。同時(shí)，具有富鈮特征的鈮包頭礦為鈮的富集成礦機(jī)理提供了新的研究視角，為鈮等戰(zhàn)略性關(guān)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(qiáng)度提高30%以上。這是鈮應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域?！敝泻说刭|(zhì)科技正高級(jí)工程師葛祥坤向科技日?qǐng)?bào)記者介紹說。

　　鈮元素發(fā)現(xiàn)于19世紀(jì)初，研究表明，鈮在地殼中的含量為0.002%，在地殼中的自然儲(chǔ)量為520萬噸，可開采儲(chǔ)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在空氣中不發(fā)生氧化，還具有難溶解、耐高溫、強(qiáng)度大等特點(diǎn)，用途廣泛。

　　鈮在自然界中不以純態(tài)出現(xiàn)，而是和其他元素結(jié)合形成礦物。葛祥坤告訴記者：“不論從儲(chǔ)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(qiáng)大的功能，鈮和稀土元素一樣，在國(guó)際社會(huì)上都被歸為關(guān)鍵金屬?！?/p>

　　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(chǔ)量占據(jù)了全世界總儲(chǔ)量的約80%。當(dāng)前，我國(guó)鈮礦石主要從巴西進(jìn)口。因此，這次我國(guó)在白云鄂博礦床發(fā)現(xiàn)新的鈮礦物，對(duì)于該礦床鈮資源的開發(fā)具有重要的意義。

　　在諸多領(lǐng)域地位不可替代

　　葛祥坤說：“鈮是一種應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛的元素，它在鋼鐵、超導(dǎo)、醫(yī)療、電子、化學(xué)、特種合金以及尖端技術(shù)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(huì)與人體體液發(fā)生作用，并且?guī)缀醪粫?huì)損傷機(jī)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(shù)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(yīng)用于制造各種工業(yè)超導(dǎo)體，在鈮合金導(dǎo)線中可以形成幾乎毫無阻力的強(qiáng)大電流，從而產(chǎn)生超強(qiáng)磁場(chǎng)；航空航天工業(yè)也是高純度鈮的應(yīng)用領(lǐng)域之一，火箭飛船的發(fā)動(dòng)機(jī)以及耐熱部件等都會(huì)用到鈮合金，這主要是利用了其良好的熱強(qiáng)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(jí)合金的添加劑，可提高合金的強(qiáng)度性能。鈮在核工業(yè)中適于用作反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)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(dǎo)材料，除用作輸電、發(fā)電、制造超導(dǎo)磁體、控制核聚變外，還可用于宇宙飛行器中的導(dǎo)航裝置、高速潛水船只的電磁推進(jìn)設(shè)備以及超導(dǎo)高速列車等。

　　碳化鈮可以單獨(dú)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(dòng)機(jī)渦輪葉片、閥門、尾裙及火箭噴嘴涂層。鈮合金鋼強(qiáng)度高、韌性好、抗冷淬，廣泛用于輸油管道。

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　　發(fā)現(xiàn)鈮礦是“從0到1”的突破

　　如果說每個(gè)人是人類社會(huì)的“細(xì)胞”， 那么，礦物就是組成地球的“細(xì)胞”。礦物學(xué)是地球科學(xué)領(lǐng)域中最古老的學(xué)科之一，礦物的分類命名更是礦物學(xué)研究的基礎(chǔ)性工作，新礦物的發(fā)現(xiàn)與研究是礦物學(xué)研究中不可或缺的一個(gè)重要基礎(chǔ)領(lǐng)域。新礦物的發(fā)現(xiàn)是“從0到1”的原創(chuàng)性研究成果，是小到一個(gè)區(qū)域、大到一個(gè)國(guó)家礦物學(xué)研究水平軟實(shí)力與硬實(shí)力的重要體現(xiàn)。

　　鈮包頭礦的發(fā)現(xiàn)歷程較為曲折。研究團(tuán)隊(duì)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(dāng)時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。直到2022年，研究團(tuán)隊(duì)又對(duì)該樣品重新進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)一種礦物類似于20世紀(jì)60年代在白云鄂博發(fā)現(xiàn)的礦物，都含有鋇、鈦、鈮、鐵、硅以及氯等元素，但是這個(gè)礦物里鈮的含量比傳統(tǒng)的包頭礦高得多。

　　根據(jù)國(guó)際礦物學(xué)協(xié)會(huì)新礦物、命名及分類委員會(huì)的規(guī)定，確定了化學(xué)成分，另一個(gè)重要的工作就是要測(cè)定并解析晶體結(jié)構(gòu)。常規(guī)的晶體結(jié)構(gòu)測(cè)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(shù)，提取了一個(gè)比較理想的單晶體，進(jìn)而采集了晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)并完成了晶體結(jié)構(gòu)解析。所有技術(shù)難點(diǎn)均被攻克后，我們于今年提交了新的申報(bào)書，并順利通過審查，進(jìn)入國(guó)際專家投票環(huán)節(jié)，最終收到了新礦物批準(zhǔn)證書。至此，這個(gè)新礦物終于塵埃落定?！敝泻说刭|(zhì)科技正高級(jí)工程師范光告訴記者。（記者 張景陽(yáng)）

　　轉(zhuǎn)自：科技日?qǐng)?bào)

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