Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Содержание ниобия в земной коре — 3,2*10в-5% (вес), тантала — 2,4*10в-5% (вес). В природе ниобий и тантал встречаются почти всегда совместно. Они входят в состав большого числа (около 100) разнообразных минералов, представляющих собой большей частью весьма сложные комплексные соли ниобиевой и танталовой кислот. В состав минералов входят в различных сочетаниях железо, марганец, щелочные и щелочноземельные металлы, а также ряд редких элементов; редкие земли, титан, цирконий, торий, уран, олово, сурьма, висмут, вольфрам и некоторые другие.
Наиболее важные минералы ниобия и тантала могут быть подразделены на две группы:
а) тантало-ниобаты, представляющие собой соли ниобиевой и танталовой кислот. Основными минералами этой группы являются танталит и колумбит;
б) титано-(тантало-) ниобаты — сложные соли титановой, ниобиевой (танталовой) кислот. Почти все минералы этой группы содержат редкоземельные металлы. Соотношение между ниобием и танталом изменяется в широких пределах, но большей частью преобладает ниобий В некоторых минералах преобладает титан.
Среди минералов этой группы наиболее важными являются лопарит, пирохлор, эвксенит, коппит и бетафит.
Ниже описаны состав и свойства важнейших минералов тантала и ниобия.
Tанталит-колумбит. Состав минералов может быть выражен общей формулой (Fe, Mn) [(Ta, Nb)O2]2. Минерал представляет собой изоморфную смесь четырех солей: Fe(TaO3)3, Mn(TaO3)2, Fe(NbO3)2 и Mn(NbO2)2.
Соотношение между ниобием и танталом, железом и марганцем изменяется в широких пределах. Если в составе преобладает ниобий, минерал называют колумбитом, при преобладании тантала — танталитом. Общее содержание ниобия и тантала в минерале, выраженное в виде суммы окислов (Nb2O3 + Ta2O3), составляет 82—86%.
Танталит и колумбит почти всегда содержат примеси титана, олова, вольфрама и ряда других элементов. Минералы окрашены в коричнево черный цвет. Удельный вес сильно зависит от соотношения между ниобием и танталом в минерале.
Колумбит, не содержащий тантала, имеет удельный вес 5, танталит, почти не содержащий ниобия, имеет удельный вес 8,2. По мере увеличения содержания тантала в минерале удельный вес закономерно изменяется в пределах этих величин. Это позволяет по удельному весу минерала ориентировочно определить в нем содержание ниобия и тантала (рис. 66).
Для расчета состава минерала по удельному весу Ф.И. Абрамов предложил формулу:
RTa = 33,3 — 171.
где PTa — содержание Ta2O5, %;
d — удельный вес минерала.
Более редкие минералы этой группы: фергюсонит — танталониобат иттрия, эрбия и церия, самарскит — танталониобат железа, кальция, иттрия и церия, стибиотанталит — танталониобат сурьмы, висмутотанталит — танталониобат висмута.
Пирохлор. Минерал по химическому составу весьма сложен. Он представляет собой соль ниобиевой и титановой кислот (титанониобат), в которой катионами являются натрий, кальций, редкоземельные элементы и ряд других редких элементов. Кроме того, минерал содержит фтор. Общая формула минерала (Na, Ca, Ce...)2 (Nb, Ti...)2О6 [F, ОН]. Аналогичного состава минерал, в котором ниобий замешен танталом, называется микролитом.
В природе обычно встречаются минералы, содержащие одновременно ниобий и тантал, так как пирохлор и микролит образуют изоморфный ряд.
Состав пирохлора-микролита очень непостоянен. Сложность состава этих минералов характеризуется данными табл. 34.
Цвет пирохлера — темнобурый, красно-бурый или желтовато-зеленый. Удельный вес — 4,03—4,36.
К минералам типа пирохлора относится также минерал коппит — ниобат кальция, натрия и церия — и ряд других минералов.
Лопарит по химической природе — титано-ниобат натрия, кальция и редкоземельных элементов. Общая формула минерала (Na, Ca, Ce...)2 (Ti, Nb)оО6. Колебания в составе сравнительно небольшие. Минерал содержит 39,2—40% TiO2; 32—34% TR2O3; 8—10% (Nb, Та)205; 4,2-5,2% CaO; 7,8—9% Na2O; 2,0—3,4% SrO; 0,2—0,7% K2O; 0,2—0,7% SiO,.
В лопарите отношение Nb2O3:Ta2O5 = 20:1. Цвет минерала черный или серовато-черный, удельный вес 4,75—4,89.
Месторождения тантала и ниобия связаны главным образом с гранитными пегматитами и щелочными нефелин-сиенитовыми пегматитами. В первых концентрируются преимущественно минералы танталит и колумбит, во вторых — минералы титано-ниобиевой группы (пирохлор, лопарит и др.). Кроме коренных (жильных) месторождений известны россыпи, в которых концентрируются танталит и колумбит. Из россыпей в зарубежных странах добывается около 80% тантало-ниобиевых концентратов.
Руды обычно бедны ниобием и танталом [содержание суммы (Ta, Nb)2O5 составляет 0,003—0,1%].
Ввиду комплексного характера большинства месторождений минералы ниобия и тантала извлекаются попутно с другими ценными минералами (касситеритом, вольфрамитом, литиевыми минералами, бериллом, цирконом и др.).
Основным способом обогащения руд, содержащих колумбит и танталит, служит гравитационное обогащение (мокрая отсадка, обогащение на столах). В результате получают обычно коллективный концентрат, содержащий, кроме танталита и колумбита, касситерит, вольфрамит и некоторые другие минералы. Дальнейшее обогащение ведут, применяя флотацию и электромагнитное разделение.
Примерный состав концентратов приведен в табл. 35.
Главными производителями сырья в зарубежных странах являются Бразилия (танталитовые концентраты); Бельгийское Конго (танталитовые и колумбитовые концентраты из россыпей, содержащих также и касситерит); Западная Австралия (район Пильбарра, танталит); Нигерия (колумбит из россыпей, содержащих касситерит). Танталитовые и колумбитовые концентраты являются в настоящее время основным видом сырья, из которого извлекают тантал и ниобий.