新发现的战略性关键金属矿物铌包头矿,化学符号Nb,到底有多牛?

2023-10-10 12:47:1904:50 73
所属专辑:科普有意
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近日,中核集团发布了一则消息,我国科学家发现战略性关键金属新矿物铌包头矿,并获得国际矿物协会新矿物、命名及分类委员会的正式批准。

能带有“战略性”“关键”这种词的矿物质,其重要性对国家发展来说不言而喻,但大伙看到这则消息的时候反而一头雾水,这个铌包头矿到底在哪体现出其“战略性”地位,到底“关键”在哪呢?下面我们就来探索一下铌包头矿到底特殊在哪里。

看名字我们很容易得知,这个矿产出的物质是一种叫做“铌”的金属元素,发现于包头市,提起包头市,其丰富的矿产资源可是家喻户晓,特别是最为著名的白云鄂博矿床,该矿床面积约48平方公里,截至2023年10月,已发现150余种矿物,其中新矿物已达16种,而此次发现的铌包头矿正是第17种新矿物,所含的重要资源就是金属铌。

铌,化学符号Nb,原子序数41,原子量92.90638,属周期系ⅤB族。铌是一种带光泽的灰色金属,熔点2468℃,沸点4742℃,密度8.57g/cm3,在低温状态下会呈现超导体性质,在标准大气压力下,铌的超导临界转变温度为9.25K,是所有具有超电导性质的金属中最高的而用铌制造的合金,临界温度高达绝对温度18.5-21K,是目前最重要的超导材料。

科学家曾经做过这样一个实验:铌金属环冷冻至超导温度,通上电流然后再断开电流,之后将整套仪器维持超导温度封闭起来,过了两年半后,再度把仪器打开时发现铌环里的电流仍在流动,而且电流强弱跟刚通电时几乎完全相同。

其次,铌对于热中子的俘获截面很低,也就是热中子击中靶后被原子核俘获的几率很低,通常来说这个几率越低越好,所以铌在核工业上也有相当大的用处。

铌金属室温下在空气中是极其稳定的,不与空气作用,不与无机酸或碱作用,连大名鼎鼎的王水也拿它没办法,只有氢氟酸能将其溶解,氢氟酸虽然是弱酸,但腐蚀性可是非常厉害的,有“化尸水”的外号。

由于铌金属超强的稳定性,可以用于生产镍、铬和铁基的高温合金,这些高温合金可用于喷射引擎、燃气涡轮发动机、火箭组件、涡轮增压器和耐热燃烧器材,例如由89%的铌、10%的铪和1%的钛构成的C-103合金,可用于液态火箭推进器喷管,阿波罗登月舱的主引擎就是使用的这种金属。

除此之外,普通的钢材中加入微量的铌金属后,在不改变铁的结构前提下,钢的力学性能会得到明显的提升,只需加入0.03%-0.05%铌金属,钢的屈服强度便可提高30%以上,例如普通中碳钢的屈服强度一般为250MPa,加入微量铌金属可使强度提高到350-800MPa,铌金属对钢材的好处不仅仅局限在屈服强度上,还可以提高钢的韧性、抗高温氧化性和耐蚀性,降低钢脆性转变温度,获得好的焊接性能和成型性能。

铌也是很好的“生物适应性材料”,在医疗领域占有重要地位,由于铌金属极好的抗腐蚀性,不会与人体的各种物质发生反应,也不会在人体中生成残留物,能在不损伤机体组织的前提下满足医疗器械要求,所以是理想的长期存在人体中的友好金属。

铌在地球地壳中的含量为0.002%,全球已探明的铌资源储备量已经超过1700万吨,不过目前铌矿的分布比较集中,巴西和加拿大在1950年代发现铌矿藏,至今仍是铌精矿的最大产国,巴西的两个铌矿产量占世界总产量的75%,加拿大的一处铌矿产量占7%,我国以前没有独立的铌矿,均为伴生矿,产量不高而且品质和巴西的铌精矿比起来差距很大,一直以来都是依赖进口。

巴西索罗卡巴,99%纯铌样品

这次发现的铌包头矿增加了白云鄂博矿床铌矿石矿物的种类,同时也为铌的富集成矿机理提供了新的研究视角,为铌等战略性关键金属的开发提供了新的方向,可以说是意义非常重大。

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