發(fā)現(xiàn)金屬中的“孿生兄弟”

曲建翹

科大人尋找鈮鉭礦喜獲成功

2018年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)建校60周年。值此校慶之際，由陳江峰、陳業(yè)材、曾恒興三位老師撰寫的《我們?yōu)榈谝活w人造衛(wèi)星做貢獻(xiàn)》一文，為我們講述了科大人發(fā)現(xiàn)鈮鉭礦的歷史。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)孺子牛雕塑

1965年春，時(shí)任近代化學(xué)系第一副主任的黎彤老師來到廣西南寧，聽取科大58級留校生陳江峰和在廣西有色金屬研究所工作的郭旦奇（5809級地球化學(xué)校友）的工作匯報(bào)—他們近期在栗木錫礦發(fā)現(xiàn)了一處含有鉭和鈮的細(xì)粒花崗巖，并正在做選礦試驗(yàn)。栗木錫礦原是個(gè)中小型的鎢錫礦，當(dāng)時(shí)資源瀕臨枯竭，急需擴(kuò)大資源，挽救礦山免于關(guān)門。

黎彤副主任非常敏銳地聯(lián)想到鉭是稀缺資源，又是制造人造衛(wèi)星的必備材料，在國際上正遭遇封鎖，乃是國家的急需資源。于是，他以極大的決心，向校領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，建議組織栗木錫礦鉭鈮資源開發(fā)利用綜合研究會(huì)戰(zhàn)。在校領(lǐng)導(dǎo)，特別是錢志道副校長的支持下，由黎彤、柴璋兩位副主任和趙貴文老師帶隊(duì)，組織相關(guān)專業(yè)師生前往廣西參加“一條龍”攻關(guān)：地球化學(xué)專業(yè)做地質(zhì)工作，分析化學(xué)專業(yè)專攻分析方法，無機(jī)化學(xué)專業(yè)負(fù)責(zé)研究鉭的提取工藝。

金屬鈮和鉭共存于鈮鉭鐵礦

從那年暑假一直到12月份，趙貴文、李新云等老師帶領(lǐng)著分析化學(xué)專業(yè)61級的學(xué)生到南寧參與鉭的分析方法研究。其中，老虎頭礦床的含鎢錫花崗巖中微量鉭鈮的測定是一項(xiàng)比較困難的工作，他們采取針對性的方法，成功解決了技術(shù)問題，又快又好地完成了分析任務(wù)。通過對近千個(gè)老虎頭和水溪廟（栗木礦區(qū)的另一個(gè)礦床）樣品中鉭鈮含量的分析，他們發(fā)現(xiàn)老虎頭礦體的鉭含量超過了“工業(yè)品位”，在當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)條件下即可供開采利用。

鈮金屬特寫

功夫不負(fù)有心人，在栗木錫礦發(fā)現(xiàn)的鈮和鉭資源滿足了國家的急需，為1970年中國第一顆人造衛(wèi)星上天做出了直接貢獻(xiàn)。在衛(wèi)星上天、舉國歡慶之際，栗木錫礦和各合作單位受到中央軍委的電話嘉獎(jiǎng)，隨后收到國家國防科工委的獎(jiǎng)狀?？拼笕耍ㄔ谛熒蛥⒓酉嚓P(guān)工作的師生們以及協(xié)作單位的科研人員，為國家尖端事業(yè)做出了貢獻(xiàn)，他們的科研成果已載入科大校志中，讓我們向他們致敬！

鈮和鉭的真面目

在元素周期表中，鈮和鉭屬于同一族，物理、化學(xué)性質(zhì)很相似，它們“形影不離”，在自然界中更是伴生在一起，故稱得上是一對“孿生兄弟”。事實(shí)上，當(dāng)人們在19世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)鈮和鉭的時(shí)候，還認(rèn)為它們是一種元素，此后大約過了42年，人們才用化學(xué)分析方法第一次把它們分開，這才看清楚它們是兩種不同的金屬元素。

元素周期表上的鉭金屬

鈮的理化性質(zhì)

鈮（niobium）的化學(xué)符號是Nb，原子序數(shù)為41，原子量是92.90638，屬周期系第Ⅴ類副族（釩族）元素。這是一種帶光澤的灰色金屬，具有順磁性。高純度鈮金屬的延展性較高，但會(huì)隨雜質(zhì)含量的增加而變硬。鈮對于熱中子的捕獲截面很低，因此在核工業(yè)上有相當(dāng)大的用處。

鈮金屬在常溫下穩(wěn)定，在200℃時(shí)開始氧化生成致密的氧化物薄膜，且能抵御熔融堿和各種酸的腐蝕，包括王水、氫氯酸、硫酸、硝酸和磷酸等。

鉭的理化性質(zhì)

鉭（Tantalum）的化學(xué)符號是Ta，原子序數(shù)為73，原子量是180.9479，同屬周期系第V類副族（釩族）元素。它是銀白色金屬，主要化合價(jià)為+5，耐腐蝕性很好。在200℃以下，只與氟、氫氟酸、強(qiáng)堿溶液、發(fā)煙硫酸作用。在室溫下，不受鹽酸、硝酸和硫酸的影響，不與王水作用，對酸有很大的穩(wěn)定性。

鉭富有延展性，可以拉成細(xì)絲式制薄箔。其熱膨脹系數(shù)很小，每升高1℃只膨脹0.00066%。除此之外，它的韌性很強(qiáng)，比銅還要優(yōu)異。