Ниобий, тантал и цирконий - металлы, на которых держатся высокие технологии

Эти элементы - незаметные, но незаменимые. Разбираемся, где они скрываются и зачем нужны.

Ниобий - металл, который делает сталь крепче. Добавление всего 0,1% ниобия в сталь увеличивает её прочность, ударную вязкость и устойчивость к коррозии, при этом сталь остаётся пластичной и свариваемой. Именно такую сталь используют для газопроводов, небоскрёбов и морских платформ. Это самое массовое применение ниобия - почти 75% всего добываемого ниобия уходит в сталелитейную промышленность.

Но есть у ниобия и более высокотехнологичное применение. Его сплавы с титаном и оловом - основа для сверхпроводниковых магнитов. Без них невозможны Большой адронный коллайдер, магнитно-резонансные томографы (МРТ) и спектрометры. Ниобий также используют в аэрокосмической промышленности для деталей реактивных двигателей и ракет, которые должны выдерживать экстремальные температуры.

Химическая промышленность ценит ниобий за исключительную устойчивость к коррозии. Он не растворяется даже в царской водке - смеси соляной и азотной кислот. Из него делают оборудование для работы с агрессивными средами. В медицине ниобий используют для имплантатов, так как он не отторгается организмом. А в ювелирке его ценят за способность менять цвет при анодировании.

Где добывают: Главные промышленные минералы ниобия - пирохлор и колумбит. Крупнейшие месторождения находятся в Бразилии, Канаде и Австралии. В России ниобий содержится в лопарите Ловозерского месторождения, располагающегося на Кольском полуострове.

Тантал - металл, без которого современная электроника была бы невозможна. Его главное применение — танталовые конденсаторы. Благодаря способности формировать тонкий диэлектрический слой, они обеспечивают высокую ёмкость в очень малом объёме. Именно поэтому тантал есть в каждом смартфоне, ноутбуке, планшете, видеокамере, слуховом аппарате…

Тантал также используется в микроэлектронике как барьерный слой в тонкоплёночных чипах. В химической промышленности из него делают теплообменники и реакторы для работы с агрессивными кислотами. Тантал не реагирует с большинством кислот, включая царскую водку, - растворяет его только плавиковая кислота.

В аэрокосмической отрасли тантал применяют в жаропрочных сплавах для лопаток турбин и сопел ракет. Его температура плавления - около 3000°C, что позволяет выдерживать экстремальные нагрузки. Тантал также используют в медицинских имплантатах, так как он биосовместим и не токсичен для тканей организма.

Где добывают: Тантал - близкий родственник ниобия, поэтому его основные промышленные минералы - от колумбита до танталита, от пирохлора до микролита. Крупнейшие месторождения находятся в Австралии, Бразилии, Канаде и африканских странах. В России тантал содержится как попутный компонент в лопарите на Кольском полуострове.

Цирконий - металл, который работает в самом сердце атомных реакторов. Его уникальное свойство - крайне малое сечение захвата тепловых нейтронов. Проще говоря, цирконий практически прозрачен для нейтронов, что позволяет использовать его в оболочках тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) и канальных трубах, не нарушая цепную реакцию. Это его главное и стратегически важное применение. Без циркония современная атомная энергетика невозможна.

В медицине диоксид циркония совершил революцию. Из него делают зубные коронки и мосты, которые не отличаются от натуральных зубов и служат до 15 лет. Цирконий используют для зубных имплантатов, особенно для пациентов с аллергией на титан, а также для пластин, спиц и головок тазобедренных суставов.

В металлургии добавление всего 0,1% циркония в сталь повышает её прочность в 1,7 раза. В алюминий цирконий добавляют для повышения термостойкости с 150 до 400°C — это критически важно для авиации и линий электропередач. В ювелирном деле кубический диоксид циркония известен как фианит - высококачественная имитация алмаза, полученная в ФИАН в 1970 году.

Где добывают: Основные минералы циркония - циркон и бадделеит. Крупнейшие месторождения находятся в Австралии, ЮАР, Индии и Китае. В России цирконий добывают главным образом на Ковдорском месторождении.

Ниобий, тантал и цирконий - металлы, которые обеспечивают работу критически важных отраслей: оборонной промышленности, атомной энергетики, электроники, медицины. Их добыча и переработка - вопрос технологического суверенитета. Именно поэтому они находятся под пристальным вниманием государств, а доступ к их месторождениям часто становится предметом геополитической конкуренции.