發現金屬中的“孿生兄弟”

曲建翹

科大人尋找鈮鉭礦喜獲成功

2018年，中國科學技術大學建校60周年。值此校慶之際，由陳江峰、陳業材、曾恒興三位老師撰寫的《我們為第一顆人造衛星做貢獻》一文，為我們講述了科大人發現鈮鉭礦的歷史。

中國科學技術大學孺子牛雕塑

1965年春，時任近代化學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級地球化學校友）的工作匯報—他們近期在栗木錫礦發現了一處含有鉭和鈮的細粒花崗巖，并正在做選礦試驗。栗木錫礦原是個中小型的鎢錫礦，當時資源瀕臨枯竭，急需擴大資源，挽救礦山免于關門。

黎彤副主任非常敏銳地聯想到鉭是稀缺資源，又是制造人造衛星的必備材料，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，向校領導匯報，建議組織栗木錫礦鉭鈮資源開發利用綜合研究會戰。在校領導，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，組織相關專業師生前往廣西參加“一條龍”攻關：地球化學專業做地質工作，分析化學專業專攻分析方法，無機化學專業負責研究鉭的提取工藝。

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、李新云等老師帶領著分析化學專業61級的學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比較困難的工作，他們采取針對性的方法，成功解決了技術問題，又快又好地完成了分析任務。通過對近千個老虎頭和水溪廟（栗木礦區的另一個礦床）樣品中鉭鈮含量的分析，他們發現老虎頭礦體的鉭含量超過了“工業品位”，在當時的科學技術及經濟條件下即可供開采利用。

鈮金屬特寫

功夫不負有心人，在栗木錫礦發現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星上天做出了直接貢獻。在衛星上天、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，隨后收到國家國防科工委的獎狀。科大人，包括在校師生和參加相關工作的師生們以及協作單位的科研人員，為國家尖端事業做出了貢獻，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、化學性質很相似，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”。事實上，當人們在19世紀初發現鈮和鉭的時候，還認為它們是一種元素，此后大約過了42年，人們才用化學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

鈮（niobium）的化學符號是Nb，原子序數為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，但會隨雜質含量的增加而變硬。鈮對于熱中子的捕獲截面很低，因此在核工業上有相當大的用處。

鈮金屬在常溫下穩定，在200℃時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

鉭（Tantalum）的化學符號是Ta，原子序數為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，主要化合價為+5，耐腐蝕性很好。在200℃以下，只與氟、氫氟酸、強堿溶液、發煙硫酸作用。在室溫下，不受鹽酸、硝酸和硫酸的影響，不與王水作用，對酸有很大的穩定性。

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