新发现的铌包头矿有哪些大用途

◎本报记者 张景阳

日前，由中核地质科技有限公司（核工业北京地质研究院）（以下简称中核地质科技）团队研究发现的新矿物铌包头矿，获得国际矿物学协会新矿物、命名及分类委员会的正式批准。铌包头矿发现于内蒙古包头市白云鄂博矿床，也是在该矿床发现的第17个新矿物。

截至目前，中国已发现嫦娥石、冕宁铀矿、栾锂云母等180多种新矿物。业内人士介绍，铌包头矿的发现解决了国际矿物学界争论已久的包头矿电价平衡问题。同时，具有富铌特征的铌包头矿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方向。此外，铌包头矿中五氧化二铌（Nb2O5）含量约为26%，其有望用来提取铌元素。

铌是金属材料中的“贵族”

“铌是重要的钢铁合金添加剂，钢材中只需加入0.03%到0.05%的铌，便可使钢的屈服强度提高30%以上。这是铌应用最广泛的领域。”中核地质科技正高级工程师葛祥坤向科技日报记者介绍说。

铌元素发现于19世纪初，研究表明，铌在地壳中的含量为0.002%，在地壳中的自然储量为520万吨，可开采储量440万吨，主要矿物有铌铁矿、烧绿石和黑稀金矿、褐钇铌矿、钽铁矿、钛铌钙铈矿。金属铌呈灰色，化学性质稳定，在空气中不发生氧化，还具有难溶解、耐高温、强度大等特点，用途广泛。

铌在自然界中不以纯态出现，而是和其他元素结合形成矿物。葛祥坤告诉记者：“不论从储量、提取难度，还是从性能、用途上看，铌都是金属材料中贵族般的存在。凭借强大的功能，铌和稀土元素一样，在国际社会上都被归为关键金属。”

资料显示，目前，全球的铌矿资源高度集中，主要集中在巴西和加拿大，其中巴西的储量占据了全世界总储量的约80%。当前，我国铌矿石主要从巴西进口。因此，这次我国在白云鄂博矿床发现新的铌矿物，对于该矿床铌资源的开发具有重要的意义。

在诸多领域地位不可替代

葛祥坤说：“铌是一种应用领域极为广泛的元素，它在钢铁、超导、医疗、电子、化学、特种合金以及尖端技术等方面都具有不可替代的地位。”

铌的耐酸性能好，可用于热交换器、冷凝器、过滤器、搅拌器等。铌还具有良好的抗生理腐蚀性和生物相容性，不会与人体体液发生作用，并且几乎不会损伤机体组织，因而常被用于制造接骨板、颅骨板骨螺钉、种植牙根、外科手术用具等。

由于具备卓越的延展性，铌的某些化合物和合金被广泛应用于制造各种工业超导体，在铌合金导线中可以形成几乎毫无阻力的强大电流，从而产生超强磁场；航空航天工业也是高纯度铌的应用领域之一，火箭飞船的发动机以及耐热部件等都会用到铌合金，这主要是利用了其良好的热强性能，抗热性能和加工性能。

葛祥坤介绍，铌作为铁基、镍基和锆基超级合金的添加剂，可提高合金的强度性能。铌在核工业中适于用作反应堆的结构材料和核燃料的包套材料。铌钛、铌锆合金及铌锡、铌铝锗等化合物超导材料，除用作输电、发电、制造超导磁体、控制核聚变外，还可用于宇宙飞行器中的导航装置、高速潜水船只的电磁推进设备以及超导高速列车等。

碳化铌可以单独使用或与碳化钨、碳化钼配合使用，用于热锻模、切削工具、喷气发动机涡轮叶片、阀门、尾裙及火箭喷嘴涂层。铌合金钢强度高、韧性好、抗冷淬，广泛用于输油管道。

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发现铌矿是“从0到1”的突破

如果说每个人是人类社会的“细胞”， 那么，矿物就是组成地球的“细胞”。矿物学是地球科学领域中最古老的学科之一，矿物的分类命名更是矿物学研究的基础性工作，新矿物的发现与研究是矿物学研究中不可或缺的一个重要基础领域。新矿物的发现是“从0到1”的原创性研究成果，是小到一个区域、大到一个国家矿物学研究水平软实力与硬实力的重要体现。

铌包头矿的发现历程较为曲折。研究团队早在2012年通过到白云鄂博矿床的一次参观考察中采取了样品，当时没有发现异常现象。直到2022年，研究团队又对该样品重新进行了测试，发现一种矿物类似于20世纪60年代在白云鄂博发现的矿物，都含有钡、钛、铌、铁、硅以及氯等元素，但是这个矿物里铌的含量比传统的包头矿高得多。

根据国际矿物学协会新矿物、命名及分类委员会的规定，确定了化学成分，另一个重要的工作就是要测定并解析晶体结构。常规的晶体结构测定需要挑选一颗纯净的100微米左右的单晶体。“我们利用聚焦离子束扫描电镜的微区原位样品加工技术，提取了一个比较理想的单晶体，进而采集了晶体结构数据并完成了晶体结构解析。所有技术难点均被攻克后，我们于今年提交了新的申报书，并顺利通过审查，进入国际专家投票环节，最终收到了新矿物批准证书。至此，这个新矿物终于尘埃落定。”中核地质科技正高级工程师范光告诉记者。