钽原子序数为73,相对原子质量为180.95,质地较硬,延展性极佳。纯钽在冷状态下无需中间退火就可轧成很薄(小于0.01mm)的箔。钽的熔点高达2996℃,仅次于钨和铼,沸点达到5425℃,密度为16.68g/cm3,莫氏硬度高达6.5。钽的耐腐蚀能力可与玻璃媲美,在150℃左右只有氟、氢氟酸、三氧化硫(包括发烟硫酸)、强碱和某些熔盐可腐蚀钽。金属钽在常温的空气中较为稳定,加热到高于500℃则氧化为Ta2O5。
钽铌在地壳中的含量很低,分别为2×10-6和20×10-6。相对于多数其他矿产,钽铌资源在全球的绝对数量不多,但相对目前的用量而言,铌钽矿产资源储量充足。钽铌矿物主要赋存于火成岩中,目前探明的具有经济意义的铌钽资源分布相对集中。
钽铌是同族元素,性质相近,在自然界中常常以共伴生矿物存在,由于钽铌容易与铀、钍、稀土、钛、锆和钨等元素发生类质同象作用,致使含铌矿物多达182种,含钽矿物达到73种,同时含钽铌的矿物达到44种。这些矿物成分复杂,矿物分类很难统一。
巴西和加拿大的铌矿床为碱性岩—碳酸岩型特大型铌矿床,主要铌矿物为烧绿石,品位较高,其他国家的铌矿床多为碱性花岗岩或碱性正长岩型铌矿床,这类矿床也具有很大的规模,但铌的品位较低,这类铌矿床的地质情况和铌矿物赋存状态也远比碳酸岩型矿床复杂,开采成本高,铌的回收率低,经济性较差。
按近年全球钽矿资源每年消耗1200t计,全球的钽矿资源储量的静态保障年限达到80年以上,钽矿资源储量充足,完全可以满足全球经济长期发展所需。
从产量来看,2017年巴西铌矿产量占全球产量的89.3%,加拿大占9.4%,其他国家仅占1.3%。按2017年全球铌矿开采金属量6.4万t/a计,全球铌矿资源的静态保障年限达到67年,资源量估计可以保障全球使用300~400年,可以满足全球经济长期发展所需。
AMG公司(AdvancedMetallurgicalGroup)是一家由多家公司合作于2006年在荷兰成立的国际化公司,主要生产特种金属材料和矿物,主要产品包括铝合金和合金粉末、钛合金、涂层材料、铬金属、钒铁、锑产品、钽产品、铌产品、金属硅和天然石墨。AMG公司还为客户提供冶金真空炉系统、材料热处理系统的设计和制造服务。产品主要应用于服务以汽车为代表的运输行业、基础设施建设行业和能源行业。
公司计划2018年6月投产,第一阶段的目标是每年生产Li2O品位6%的锂辉石精矿31.4万t,生产钽精矿145t(Ta2O5);第二阶段的目标是通过加强地质勘查工作,扩大资源储量,锂辉石精矿产能增加到56.4万t/a,钽精矿产能增加到262t/a(Ta2O5),皮尔巴拉矿物公司与中国的赣锋锂业公司签订了合作协议,保障公司产品的销售。
2010年以前的十多年里,澳大利亚的钽矿产量占全球钽供应量的60%以上,2010以后澳大利亚的钽矿产量快速下降,2016年几乎降至零,原因是钽的价格走低,使当地的常规钽矿开采变得不经济,澳大利亚仅在锂辉石生产时附带回收了少量的共伴生钽矿。非洲中部大湖地区逐渐填补了钽的供应缺口,2017年非洲地区钽矿占到全球钽矿供应的80%,其中主要是卢旺达和刚果民主共和国。近年来,大湖地区钽矿产量已占全球产量的45%~55%。未来的钽消费者将很可能转向低成本、无冲突的钽矿供应商,避免违反“冲突矿产采购政策”,到2026年大湖地区的钽供应预计将出现明显下降。
2016年约19%的钽供应来自南美洲,主要来自巴西的两个大型矿山:巴西Mibra锂钽矿在2017年初火灾发生后已经重建,锂共伴生钽矿产量将增加;巴西的Pitinga锡钽铌矿也在扩大生产。到2026年,南美洲可能占全球钽供应的24%。
2017年,澳大利亚锂矿的副产品—钽供应开始增加,到2026年,澳大利亚锂辉石和锡矿等矿产中回收钽矿资源,将供应全世界钽需求量的20%。随着澳大利亚锂辉石矿开采的大规模增长,共伴生的钽副产品产量将会增加,这将是该行业在未来几年可能会发生的重大变化。
2017—2026年,钽资源的新增供应量可能会增加37%。随着大量矿产地明确的钽资源进入市场,预计中部非洲的重要性将减弱,到2020年以后,非洲大陆在世界钽产量中所占的份额可能会降至40%以下。刚果民主共和国政府将特许权使用费提高到10%的决定也可能影响非洲的钽市场份额。
1965年全球铌产量仅为3120t,到2017年全球铌产量达到64000t,50多年增加了20倍,铌的价格也从1965年的2680美元/t上涨到2017年的42000美元/t,价格上涨了16倍。在2004年到2014年的10年里,铌的产量以每年9.5%的复合增长率增长,2014年全球铌产量达到创纪录的6.86万t,此后2015年和2016年铌产量开始小幅下降,2017年趋于稳定。
全球铌矿生产被巴西CBMM公司、中国洛阳钼业(2016年收购了AngloAmerican公司巴西Catalao铌矿的资产)和加拿大MagrisResources公司三家公司垄断,铌市场占有率分别为75%~85%、8%~12%和8%~10%。这三家公司分别开采全球最大的三个高品位铌矿:巴西的Araxá铌矿,巴西的Catalao铌矿和加拿大的Niobec铌矿,这三个矿床不仅储量大,而且品位高,具有很大的资源优势。
几十年来,世界没有发现新的大型高品位铌矿资源,也没有规模化的新的铌矿企业投入生产,目前全球的铌铁生产能力已经过剩,未来还有两家铌矿企业可能在近期投入生产:一家是澳大利亚上市的CradleResources公司,该公司位于坦桑尼亚的PandaHill项目有可能在2020年前投产,计划每年生产含铌66%的铌铁8.2万t,计划占全球份额的5%左右;另一家公司是加拿大上市的美国公司NioCorp,该公司正在建设开发位于美国内布拉斯加州的ElkCreek铌钽钪矿,该矿山采用湿法冶金工艺,计划每年生产铌4500t左右,占全球铌产量份额的6%左右。这些新的供应市场份额较小,不会对铌的市场垄断形势产生大的影响。
铌具有很多优异性能,在低合金高强度钢方面体现的最为突出。铌被美国视为一种“战略金属”,因为它对国家安全和工业至关重要。世界上90%的铌被制备成为铌铁产品用于钢铁工业,仅有约10%铌用于高性能合金(包括高温合金)、超硬碳化物、超导体、电子元器件和功能陶瓷等高附加值产品。
铌铁在钢铁工业中主要用于生产高强度低合金钢,而广泛应用于建筑业和大型钢铁工程建造、汽车工业和油气管道制造业等行业。铌铁也适用于某些类型的不锈钢和耐热钢。在钢铁中添加0.05%质量的铌,就可以显著提高钢材的强度,因此减少钢材用量和质量,这可以大大降低成本。世界钢铁协会的报告表明仅需要9美元约0.22kg的铌,一辆中型汽车的质量就可以减少100kg,汽车的燃油效率可以增加5%。在法国引以为傲的MillauViaduc钢索高架桥工程中低合金钢材加入0.025%的铌,使钢和混凝土的重量在整个工程中减少了60%。铌是一种对未来经济社会向节能、环保可持续方面发展至关重要的元素。
随着中国和印度等国工业的持续发展,以及全球人口的增长对汽车、手机和电脑等高科技产品的需求增加,预计未来几年铌和钽的消费将持续增加。虽然铌和钽现有的资源和产量可满足目前全球的需求,但我国优质钽铌资源都较为匮乏,缺乏自给自足的能力,因此须长期依赖进口,资源安全保障形势不容乐观。因此国内企业应借助“一带一路”倡议,积极开拓国外市场,参与国外资源勘查与开发,以保证国内的长期稳定供应。