张 勇

（包钢集团矿山研究院有限责任公司）

铌（Nb）是一种银白色稀有过渡金属，具有高熔点、高沸点、高延展性和抗腐蚀性等特点，既是完美的结构材料，又是特殊的功能材料，在战略新兴产业有着广泛的应用。自2012 年我国工信部发布《战略性新兴产业关键技术推进重点》确立铌为战略资源后，日本、欧盟、美国、澳大利亚等国家或地区相继将铌作为战略新兴产业关键矿种列入“关键矿产目录［1］”。随着国家“十四五”规划的进一步落实，内蒙古自治区把新材料产业纳入战略性新兴产业重点培育方向，出台《自治区新材料产业高质量发展实施方案（2021—2025）》，计划到2025 年新材料产业产值达到2 300 亿元。作为超合金、超导体、电子级晶硅、新型陶瓷材料等高性能新材料领域的重要金属，铌资源的高效开发利用非常重要。

1 铌资源的工业应用

1.1 钢铁工业应用

随着《中国制造2025》基本方针的提出，国内经济市场结构升级，钢材品种逐步从普通钢向高强度钢升级。含铌高强度低合金钢（HLSA）是世界钢铁工业的主要发展方向之一。钢中只需加入0.03%～0.05%的铌，其屈服强度便可提升30%以上，单位强度成本比普通钢低15%～25%；铌还可以通过诱导析出和控制冷却速度，实现析出物弥散分布，在较宽的范围内调整钢的韧性水平［2］。凭借铌合金HLSA 的强度高、韧性好、焊接性能优良，被大量用于汽车、石油天然气输送管道、海上石油钻井平台、建筑结构等方面。

世界钢铁协会研究指出，仅9美元的铌就能使汽车的质量减轻100 kg，并使汽车的燃油效率提高5%。目前，全球约80%的汽车板材使用铌微化合金，轻量化汽车的发展趋势极大地增加了对含铌高强度低合金钢的需求［3］。随着汽车市场的新一轮繁荣，预期2025年我国汽车工业铌需求量将达到0.38万t。

1.2 航天航空工业应用

航天航空工业是高纯铌的主要应用领域。通过将铌添加到钨、钼、镍、钴、钒、铁基合金中，或以钽、铌为基底添加其他金属元素制造铌的超合金具有良好热强性能、抗热性能和加工性能，是航天航空发动机、陆基气流涡轮发动机、现代武器、恶劣工业环境设施的重要结构材料［4］。

美国几乎所有喷气式战斗机发动机的热部件都采用铌合金，每台F-15和F-16战斗机的发动机用铌78 kg［5］。铌铪钛合金（C-103）作为最具代表性的超合金，主要用于制造火箭推进器和火箭喷嘴。

1.3 电子工业应用

在电子陶瓷领域，用氧化铌、铌粉、铌丝制造的新型陶瓷电容器，代替价格昂贵的钽电容器取得了很大的成功。铌酸盐陶瓷电容器发展迅速，国内外生产量已达几十亿支［6］。在新型光电系统中，以铌酸锂等化合物单晶为原料生产的激光控制晶体具有良好的压电、热电和光学性能，广泛应用于红外线、激光技术和电子工业中。

铌酸锂系列高速调制器芯片及器件在通讯和传感领域有着前景的广阔，全球仅有美国EOSPACE、Oclaro 和法国Photline 公司3 家供应商。2021 年，光库科技铌酸锂高速调制器芯片项目封顶，该项目投产后预计达到年产8万只铌酸锂调制解调器的能力。

1.4 超导技术领域应用

超导是铌最具发展前途的应用领域之一，纯铌在-263.95 ℃时的电阻为0。在电磁工艺领域，铌基低温超导技术相对成熟，当前工业超导装置主要由铌钛（NbTi）和铌锡（Nb3Sn）复合而成，已经成功应用于国家科学工程。西部超导是国内生产铌超导材料的龙头企业，其产品铌钛合金、超导线材等低温超导材料主要供给国内磁控直拉单晶硅、加速器和磁共振成像仪市场。

近年来，我国成为全球增长速度最快单晶硅生产和消费国，直拉单晶硅设备总数已超过2 400 台。铌基超导的应用发展将促进单晶硅产能转向300 mm以上大尺寸生产。同时中国国际核聚变能源计划执行中心（ITER 中心）、北京正负电子对撞机升级改造工程、中国散裂中子源工程、ADS 先导专项高功率质子加速器、基于能量回收型直线加速器的自由电子激光等项目的建设对超导材料供需提出了巨大挑战。

1.5 其他领域应用

在原子能工业中，铌元素由于中子俘获截面低的特性，被用作原子能反应堆材料；在有机化学工业中，铌酸作为催化剂可加剧苯胺的烷化；在超硬材料行业中，将碳化铌硬质合金制成铌拓，用于加工复合刀具和钻具［7］；在生物医疗领域中，用铌替代钛制作人体骨骼，可大大延长医用植入物的使用寿命；在锂离子储能领域中，日本东芝公司使用钛铌氧化物为负极材料，开发出容量50 A的快充锂电池等。

2 我国铌资源的开发利用现状

据统计，2019 年全球铌资源约3 000 万t，其中98%集中在巴西和加拿大［8］。我国每年仅产出百吨级钽铌精矿，远远不能满足我国国民经济建设及国防安全需要（对外依存度高达90%），一直处于紧缺状态，这主要是因为我国没有独立的铌矿山，大都伴生在其他多金属矿床中，由于资源成分复杂，禀赋差，经济开发利用难度很大。

白云鄂博铌资源储量约占我国总储量的90%，矿床中铌矿物种类多、嵌布粒度细、铌矿相稳定且物性复杂，总体上呈多、贫、细、杂的特点［9］。近年来，陆续发现新疆阿图什苏洪东碱性花岗岩型铌钽富矿脉［10］、云南滇西漕涧地区流纹岩型铌矿化带、四川沐川河口铌及稀土矿床［11］等资源，但我国铌矿平均品位在0.10%左右［12］，与巴西2.5%和加拿大0.43%～0.72%不可相提并论。

3 我国铌资源贸易

我国铌需求量的快速增长对我国铌资源的供应造成巨大压力。2020 年全球铌消费约7 万t，我国约占比1/3，主要依赖进口。从生产国看，巴西首屈一指，约占世界总产量的90%。从生产公司看，巴西矿冶公司（CBMM）、英美资源集团（AngloAmerican）和加拿大尼奥贝克公司（Niobec）是世界铌矿石和铌产品的主要供应商，3 家公司铌产量约占全球产量的95%［13］。从我国进口的铌产品看，巴西和加拿大的铌铁、铌产品占我国90%的铌铁市场。

3.1 铌铁贸易

铌铁是国际市场上最主要的铌资源交易品种，约占全球铌消费总量的90%［14］。大多数铌铁通过生产者和消费者之间的长期合同进行销售，通常根据一年期合同的固定价格直接出售给钢铁制造商，二级市场很小，只有约5%的铌铁流通在现货市场。

巴西铌铁占市场的主导地位，其中市场份额最大的巴西CBMM 公司对产品价格有着绝对的话语权，而不是纯粹由市场决定。2011 年中国铌业投资控股有限公司收购了巴西矿冶公司15%的股权；2016 年洛阳钼业公司收购了英美资源集团的铌业务，全球市场产量占比为8%～10%。由于市场占有率的巨大差异，我国仍然是价格的接受者，对国际铌资源的市场控制力不够。在疫情的影响下，2020 年我国铌铁进口量30 799 t，较2019年减少了15 888 t。

3.2 铌精矿及其他铌产品贸易

可售铌精矿Nb2O5含量必须≥50%，通常被冶炼加工成铌铁，极少部分转化成铌金属、铌合金和高纯氧化铌用于出口。铌精矿及其他铌产品直接进入国际贸易的数量很少。国内有些钽铌企业利用自身的技术优势，在非洲直接开采或者进口廉价钽铌精矿，再进行加工销售。联合国贸易数据库显示，2020 年我国铌精矿进口量约700 t。

综上所述，我国铌资源的进口依赖性过大、地区生产集中度过高、对国际铌资源的市场控制力不够等不利因素，可能会对我国新材料、战略性新兴产业的发展产生不利影响。

4 我国铌资源科研成果

随着我国国民经济发展和钢铁工业的升级，未来铌资源需求将持续增长，针对铌资源开发应用的科学研究也将全面升级。因此，攻克一批关键核心技术和“卡脖子”技术，促进科技成果转化为现实生产力，有利于保障铌资源的战略供应。

西北有色金属研究院开展铌及其合金材料关键技术研究，研发成果众多：第一个C103铌合金辐射冷却喷管用于卫星发射运载火箭发动机，第一根Nb 合金天线用于我国自制回收卫星，第一根长370 m、质量500 kg 的NbTi 超导体为热核聚变装置建造奠定了材料基础，大直径钨、钼、钽、铌单晶等产品，以及超导电性四创世界纪录的超导材料。

包钢集团矿山研究院致力于内蒙古白云鄂博矿产资源综合利用研究，承担“十一五”国家科技支撑计划课题“包头稀土铌资源综合利用关键技术研究”，经过十余年铌资源选矿工艺的技术攻关，完成稀土尾矿回收铌、稀土、铁工业试验，并依托“稀土铁铌资源高效利用关键技术开发”课题顺利产出了Nb2O5品位5.1%的铌精矿。近年来，铌钛合金冶炼中试试验室建设不断提速，采用隧道窑选择性还原—电炉熔分—电炉冶炼工艺，通过碳质还原Nb2O5品位≥4%的铌精矿，成功获得铌钛合金（Nb 含量15%、Ti 含量20%），既推动了铌精矿产业的继续延伸，更使得白云鄂博铌资源回收进入实际意义上的产业化阶段。

5 结论与建议

（1）铌资源的工业应用领域广阔，应用在钢铁业，可通过改善钢材性能来降低材料生产成本和后续产品性能；应用在航天航空业，产品具有良好热强性能、抗热性能和加工性能；应用在电子工业，可降低电容器价格，提高激光控制晶体的性能等；应用在超导领域，将促进单晶硅大型化等；此外铌在原子能工业、有机化学工业、超硬材料行业、生物医疗领域、锂离子储能领域都有成功的应用。

（2）我国每年仅产出百吨级钽铌精矿，对外依存度高达90%，这主要是因为我国没有独立的铌矿山，大都伴生在其他多金属矿床中，资源成分复杂，禀赋差，经济开发利用难度很大。

（3）2020 年全球铌消费量约7 万t，我国约占比1/3；巴西产量约占世界总产量的90%；CBMM、AngloAmerican 和Niobec 供应全球95%的铌产品；我国进口的铌产品90%来自巴西和加拿大市场；铌铁是国际市场上最主要的铌资源交易品种，约占全球铌消费总量的90%，一般根据长期合同进行销售，现货交易量只有约5%；CBMM 公司由于市场份额非常大，所以对产品价格有着绝对的话语权；我国虽然收购了有些铌生产公司，但规模均较小。这样的资源状况显然不利于我国新材料、战略性新兴产业的发展。

（4）在铌资源开发与应用研究方面，我国开展了卓有成效的工作，西北有色金属研究院开发出第一个C103铌合金辐射冷却喷管用于卫星发射运载火箭发动机，第一根Nb合金天线用于我国自制回收卫星，第一根长370 m、质量500 kg的NbTi超导体为热核聚变装置建造奠定了材料基础，大直径钨、钼、钽、铌单晶等产品，以及超导电性四创世界纪录的超导材料；包钢集团矿山研究院完成了稀土尾矿回收铌工业试验，产出了Nb2O5品位5.1%的铌精矿，其通过隧道窑选择性还原—电炉熔分—电炉冶炼工艺，成功获得了铌钛合金（Nb 含量15%、Ti 含量20%），既推动了铌精矿产业的继续延伸，更使得白云鄂博铌资源回收进入实际意义上的产业化阶段。

（5）建议加大铌资源的重视和投入，加强国内铌资源勘查，提高开采效率；提高铌采选冶技术，加大铌资源回收利用；加强铌资源战略储备，积极开发铌替代品；加强海外布局，提升我国铌资源市场对国际市场的控制力，保障战略供应。