【正文】 鈮在空氣中穩(wěn)定，在氧氣中紅熱時也不被完全氧化，高溫下與硫、氮 、碳直接化合 ，能與鈦 、 鋯 、鉿、鎢形成合金。不與無機酸作用，也不溶于王水，但可溶于氫氟酸。鈮的氧化態(tài)為－ ＋ ＋ ＋ 4 和＋ 5，其中以＋ 5 價化合物最穩(wěn)定。鈮在地殼中的含量為 ％，主要 含鈮 礦物有鈮鐵礦〔（ Fe， Mn）（ Nb， Ta） 2O6〕、 燒綠石 〔（ Ca， Na） 2（ Nb， Ta， Ti） 2O6（ OH， F）〕 和 黑稀金礦 、 褐釔鈮礦 、鉭鐵礦、鈦鈮鈣鈰礦 等 。 鈮具有高熔點、耐腐蝕性強、吸氣性好、超導(dǎo)性等獨特性能。 因此， 鈮 產(chǎn)品的應(yīng)用已涉及到諸多工業(yè)領(lǐng)域。下面簡要介紹一下鈮在不同工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。 （ 1） 鋼鐵工業(yè) 中的應(yīng)用 [9] 鈮在鋼鐵工業(yè)中，可以作為鋼鐵的添 加劑，其消耗量占全部鈮消耗量的 80%— 90%。目前，含鈮的合金鋼有高強度低合金鋼（ HSLA） ,不銹鋼和耐熱鋼等，其中以高強度低合金鋼的用鈮量占得比重為最大。此種鋼廣泛用于汽車工業(yè)、石油和天然氣工業(yè)等。 （ 2） 光學和電子學方面的應(yīng)用 含 Nb2O510%— 30%的光學玻璃具有很高的折射率，而且保持著和普通光學玻璃相同的密度。這種玻璃用于制作高質(zhì)量的透鏡，如照相機、影印裝置和眼科用的透鏡，還可用來作眼鏡。據(jù)估計，光學玻璃每年消耗 Nb2O5約 50 噸，最大的市場是日本?！熬w”級 Nb2O5是制作鈮酸鋰單晶的原料。鈮 酸鋰具有一些非常有用的壓電和電子 光學性能。如可作各種濾波器、延時線路和其他裝置，在軍事上被用來作激光探測器和通信系統(tǒng)。 （ 3） 作為 超導(dǎo) 體的 應(yīng)用 近些年來，鈮的超導(dǎo)性引起了人們的重視，先后研制出了 NbTi、 Nb3Sn 等超導(dǎo)合金。在高能物理和聚變研究中和磁共振成像中 NbTi 作為超導(dǎo)的一個組份得到廣泛的應(yīng)用。在磁聚變發(fā)電和磁流體發(fā)電設(shè)備中也有鈮的應(yīng)用。 （ 4） 作超耐熱合金 超耐熱合金是指含鈮的鎳基、鈷基和鐵 — 鎳基合金。很多年來，這種合金的含鈮量內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)論文 4 最多達 5%。摻鈮能強化合金，因它在合金中形成穩(wěn)定的碳化物，但它幾乎不 能形成在很高溫度下強化合金所需的固溶體，所以它只適合于做中溫合金。這種合金主要用來做噴氣發(fā)動機、船舶和電站燃氣渦輪機的部件 ，而且這種合金已擴展到高溫應(yīng)用。 我國鈮資源非常豐富 ,儲量居世界第二位 ,僅次于巴西 ,主要分布在包頭的白云鄂博、廣西的泰美、栗木、江西的宜春和新疆的可可托海等地 ， 其中白云鄂博鈮資源儲量最大 ， 占我國鈮資源儲量的 95%， 其遠景儲量達 660 萬 t， 工業(yè)儲量為 157 萬 t。 白云鄂博礦床的鈮資源具有下面一些基本特征 [4]： (1)儲量大。五氧化二鈮 的遠景儲量 660 萬 t， 工 業(yè)儲量 157 萬 t， 其中主礦鐵礦體內(nèi) 萬 t， 東礦鐵礦體 萬 t。 (2)分布廣。 主、東礦鐵礦體中含有鈮 ， 待開采的西礦鐵礦體中也含有鈮 ， 主、東礦上盤、東部接觸帶、西礦白云巖中也含有鈮 ， 而且這部分圍巖中鈮含量較高 。 (3)含鈮品位低。主、東礦鐵礦體礦石中含 %— %,東部接觸帶 2礦體礦石中含 %— %。 (4)各礦段鈮礦物嵌布粒度普遍小于 20μm， 部分小于 3μm。 2礦體的鈮礦物嵌布粒度相對較粗 ， 一般均在 2μm以上 。 (5)鈮的分散程度較高 。 約有 15%的鈮呈 類質(zhì)同象或極小的包裹體賦存于鐵礦物、稀土礦物和含鈮硅酸鹽礦物中。 (6)鈮礦物種類多 ， 且主要含鈮礦物的物理化學性質(zhì)不盡相同 ， 可選性差異大 ， 而鈮礦物與其他礦物之間共生關(guān)系密切 ， 可選性差異小 ， 從而增加了選礦難度 。 白云鄂博礦床中鈮礦物共有 18種 ［ 6］ ，分別是鈮鐵金紅石、鈮鐵礦、鈮錳礦、黃綠石、易解石、釹易解石、鈮易解石、鈮釹易解石、富鈦釹易解石、鈮鈣礦、褐鈰鈮礦、β褐鈰鈮礦、褐釹鈮礦、 β褐釹鈮礦、釹褐釔鈮礦、褐釔鈮礦、 β褐釹鈦礦、包頭礦等 。其中主礦、東礦礦體中鈮礦物主要是鈮鐵礦、鈮鐵金紅石、易解石。西礦礦 體以及西礦圍巖、板巖中鈮礦物主要是鈮鐵礦。波羅頭山鈮礦物主要是易解石、鈮鐵礦。東部接觸帶 1礦體、 3礦體鈮礦物主要是黃綠石和鈮鈣礦，東部接觸帶 2礦體鈮礦物主要是黃綠石和鈮鈣礦 [7]。經(jīng)研究分析，白云鄂博礦中含鈮礦物主要為鈮鐵礦、黃綠石、鈦鐵金紅石和易解石四種。經(jīng)過多年的工藝礦物學研究表明 ： 不同種類的鈮礦物產(chǎn)于不同的礦體內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)論文 5 和部位，其嵌布粒度相差很大，易解石嵌布粒度較粗，但它屬低鈮礦物，在鈮礦物中占的比例較小；鈮鐵礦、黃綠石、鈦鐵金紅石等嵌布粒度較細，其中鈦鐵金紅石屬低含鈮礦物，但在鈮礦物中所占比例較大；鈮鐵 礦和黃綠石雖屬高含鈮礦物，但在鈮礦物中所占比例較小，且這四種含鈮礦物的物理化學性質(zhì)差異較大 [8]。 包鋼選礦廠一、三系列是采用長沙礦冶研究院研究 開發(fā) 的弱磁 — 強磁 — 浮選工藝改造而成的，是包鋼選礦廠處理中貧氧化礦的主要生產(chǎn)系列， 產(chǎn)品為鐵精礦和稀土精礦。鈮在其中的強磁中礦選稀土尾礦中得到 一定 富集。 因此，稀土浮選尾礦是目前回收白 云鄂博主東礦鈮資源的主要目標礦物。 通過對稀選尾礦進行粒度分級及 Nb2O5分析， Nb2O5在不同粒級中的分布狀況見表 [19]。從表可知， w（ Nb2O5） 隨粒級的變化不像鐵、稀土那樣出現(xiàn)明 顯的貧化、富集現(xiàn)象，但總的趨勢為隨著粒度的變細 w（ Nb2O5）有所增高。在 ＜ 30μm粒級中 w（ Nb2O5）的占有率為 %。鈮的這種隨粒級的質(zhì)量分數(shù)及分布特征為鈮的選別回收帶來了較大困難 [18] 表 稀土區(qū)尾礦不同粒級中 w（ Nb2O5）及分布特征 ， % 粒徑 /μ m +74 74— +50 50— +40 40— +30 30— +20 20— +10 10 合計 產(chǎn)率 質(zhì)量分數(shù) 分布量 分布率 一種資源是否可以有效回收利用，除取決于它所在給礦的性質(zhì)，即給礦礦物組成、礦物粒度、元素賦存狀態(tài)、元素及元素所形成礦物含量、以及礦物的解離、嵌布特征等外，還取決于這種元素所形成礦物的自身的工藝性質(zhì)。表 為稀選尾礦中四種主要鈮礦物的各種工藝礦物學參數(shù)。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)論文 6 表 稀選尾礦中主要鈮礦物的工藝 礦物學 參數(shù) 礦物名稱 比 重 （ g/cm3） 莫氏硬度 磁性 （ *106cm3/g） 介電常數(shù) 可浮性 鈮鐵礦 — ＞ 中等 鈮鐵金紅石 — ＞ 中等偏難 黃綠石 — 中等偏難 易解石 — — 中等 從表 可以看出，四種鈮礦物的 比重均大于 ，屬于重礦物， 鐵礦物的比重在 左右、稀土礦物的比重在 — 、重晶石的比重在 — ， 這樣它們很難用重選法與同在稀選尾礦中的鐵礦物、稀土礦物及重晶石等礦物分離；從四種鈮礦物的比磁化系數(shù)看，鈮鐵礦、鈮鐵金紅石屬于弱磁性礦物，而黃綠石屬于非磁性礦物，故用磁選法不易將其與同樣具有弱磁性稀土礦物及硅酸鹽礦物分離開；從介電常數(shù)看，四種鈮礦物中鈮鐵礦和鈮鐵金紅石與鐵礦物相近，而黃綠石、易解石又與稀土礦物及其脈石礦物相近的，所以電選也不是理想的分離方法；再從礦物的可浮性看，四種鈮礦物均屬中 等或中等偏難浮礦物，與鐵礦物、硅酸鹽礦物類似，采用常規(guī)的浮選方法也很難得到理想的選別效果。由此可見，稀選尾礦中鈮礦物的工藝礦物學性質(zhì)與脈石礦物差異不大。此外，四種鈮礦物的工藝性質(zhì)互相也存在差異，而且鈮礦物在稀選尾礦中含量低、粒度細、與其他礦的嵌布關(guān)系復(fù)雜緊密。所有這些內(nèi)外因給鈮的回收利用帶來了很大困難。由于上述原因，白云鄂博鈮資源的利用至今尚未實現(xiàn)工業(yè)化。 為改變我國鈮資源大部分需要進口的局面 , 研究開發(fā)新技術(shù)、新方法，從而 合理、 有效、 充分地開發(fā) 白云鄂博 鈮資源具有重要意義。 自從 上 世紀 60 年代以來，國內(nèi)許多高等院校和科研院所都對白云鄂博礦床鈮資源的開發(fā)利用做了大量的研究工作，取得了一定的進展。 （ 1） 重選 — 反浮選 — 磁選 — 化學選礦 [10] 白云鄂博礦東部接觸帶 2礦體鈮礦石中鈮鈣礦占鈮礦物總量的 75%， 黃綠石和鈮鐵礦分別占 15%和 10%， 根據(jù)鈮礦物、鐵礦物和脈石礦物的密度、可浮性的不同 ， 最終確定的選別工藝為重選 — 反浮選 — 磁選 — 化學選礦 。首先將含鈮 %的原礦經(jīng)球內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)論文 7 磨機磨至 200 目占 75%— 80%， 利用鈮礦物和脈石間密度的差異采用重選法，經(jīng)過一次搖床粗選和一次搖床掃選，獲 得含鈮 %、回收率 %的鈮粗精礦；再將鈮粗精礦磨至 200 目 93%，經(jīng)反浮選將易浮 礦物脫除， 反浮沉砂再經(jīng)弱磁選別 ，獲得 含鈮%、回收率 %的鈮精礦和含鐵 %、回收率 %、含鈮 %的富鈮鐵精礦。將鈮精礦采用鹽酸將其中的鐵浸出，最終可獲得含鈮 %、回收率 %的鈮精礦。 （ 2） 反浮選 — 浮鐵 — 浮鈮 — 磁選工藝 [10 11] 稀選尾礦經(jīng)脫泥斗脫除 10%的細泥后，其沉砂作為選別鈮礦物的原料。 其中 200 目占 82%， 全鐵含量 27%， 鈮含量 %， 稀土 %， 鉀、鈉含量分別為 %、 %，二氧化硅占 %， 氟占 %試樣中有用礦物赤、褐鐵礦占 %， 稀土礦物占 %；鈮礦物占 1%； 脈石礦物以鈉輝石、鈉閃石、云母為主 , 占礦物總量的 %， 螢石占%， 白云石 、 方解石占 %。 根據(jù)可浮性差異，宜先浮螢石等易浮礦物，再浮鐵礦物，最后浮選鈮礦物，浮選得到的鈮精礦視冶煉需要采用強磁選進行鈮鐵分離。 反浮選作業(yè)中采用水玻璃作鐵礦物、鈮礦物的抑制劑，捕收劑采用氧化石蠟皂，水玻璃用量 1kg/t，氧化石蠟皂用量 80g/t，浮選濃度 45%，浮選溫度 30℃ 。 浮鐵時采用氟硅酸銨 作鈮礦物的抑制劑和鐵礦物的活化劑 （清除鐵礦物表面污染的親水薄膜，調(diào)整礦漿 PH介質(zhì)） 、 捕收劑為 氧化石蠟皂 ，浮選濃度 45%，浮選溫度 30℃ ，氧化石蠟皂用量250g/t，氟硅酸銨用量定為 — 4kg/t； 浮鈮時采用 C5～ 9羥肟酸 為捕收劑 ，鈮礦物浮游順序為：鈮鐵礦 ＞ 易解石 ＞ 黃綠石 ＞ 鈮鐵金紅石 ， C5～ 9羥肟酸 浮選鈮礦物最佳 PH為 采用硫酸作 PH調(diào)整劑（ 330g/t），硅酸鹽脈石礦物的抑制劑粗選采用 CMC（ 350g/t），精選采用草酸（ 750g/t），選擇性較好，浮選濃度 40%，浮選溫度 30℃，浮選流程為一次粗選、三次精選， C5～ 9羥肟酸 用量 400g/t?？蓮脑V含鈮 %、全鐵 % 的稀選尾礦中 , 獲得含鈮 %、鐵含量 %、鈮回收率 %的鈮精礦和鐵品位 %、回收率 %的鐵精礦。獲得的鈮精礦采用強磁選進一步分離鐵、鈮 , 可得到最終含鈮%、鐵含量 %、鈮回收率 %的鈮精礦。 （ 3） 以浮選為主的聯(lián)合流程從包鋼強磁尾礦中回收鈮 [1213] 采用以浮選為主的聯(lián)合流程，從強磁尾礦中綜合回收稀土和鈮是比 較有效地工藝。先用浮選方法，以 S1和 H2O5為組合捕收劑，選出稀土精礦。再采用浮 — 磁 — 重聯(lián) 合流程，從浮稀土的尾礦中選出鈮。 強磁尾礦 含 %,%的情況下，采用該工藝獲得稀土精礦含 %，回收率 %；鈮精礦 1含 %，鈮精礦 2含%，鈮的總回收率為 %。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)論文 8 （ 4） 弱磁 — 強磁 — 浮選工藝 [14 17] 中貧氧化礦原礦直接選鈮顯然是經(jīng)濟上不允許的，必須在選鐵、 稀土的同時實現(xiàn)鈮的預(yù)先富集，并力求減少鈮富集物中脈石礦物的種類。 鈮礦物 的比磁化系數(shù)一般為 （ — ） *106cm3/g，屬弱磁性礦物，磁鐵礦比磁化系數(shù)高于 46000*106cm3/g，赤鐵礦比磁化系數(shù) 203*106cm3/g，稀土礦物比磁化系數(shù) （ 11— 13） *106cm3/g，脈石礦物除含鐵硅酸鹽礦物、白云石外基本無磁性 。 根據(jù)上述磁性差異 ， 在原礦磨至選別鐵 、 稀土所需粒度（ 200目占 90— 95%）時采用弱磁選回收磁鐵礦；弱磁選尾礦進行強磁粗選，將赤鐵礦、稀土礦物及鈮礦物選人磁性產(chǎn)品， 遺棄部分脈石礦物，完成有用礦物與脈石礦物的初步分離，并使原生 和次生礦泥得到基 本脫除 。強磁粗選得 到的磁性產(chǎn)品精選實現(xiàn)鐵礦物與鈮礦物、稀土礦物的分離，前者為強磁精礦，后者為強磁中礦。強磁中礦中五氧化二鈮收率達到 %，較原礦富集了一倍。 產(chǎn)品檢測發(fā)現(xiàn)，強磁中礦中 Nb2O5的分布律和原礦中 Nb2O5分布基本一致，說明弱磁 — 強磁選能有效地富集四種主要鈮礦物。 強磁中礦礦物組成較原礦相對簡單，細泥得到基本脫除，表面未受到任何藥劑污染，是浮選回收鈮、稀土的好原料。試驗采用了強磁中礦直接浮鈮和強磁中礦先浮選稀土再從其尾礦中浮鈮兩種方案，均取得較好指標，得到的鈮精礦能滿足高爐 — 轉(zhuǎn)爐 — 電爐 —電爐 提鈮工藝對原料的要求。 其中，包鋼采用了弱磁 — 強磁 — 浮選稀土進行了工業(yè)分流試驗，首次在工業(yè)生產(chǎn)條件下，從中貧氧化礦中得到含 %、 %的富鈮鐵， Nb2O5回收率為 %。 （ 5） 選擇性還原 — 熔分 — 鈮鐵冶煉 [20 21] 根據(jù)包頭礦的特點選定了“選擇性還原 — 熔分 — 鈮鐵冶煉”的方案來進行鈮、鐵、錳的綜合回收研究。選擇性還原的目標是將鐵從氧化物中還原出來，鈮則仍保持氧化狀態(tài)，使鐵和