وانادیوم، نیوبیوم و تانتالیوم؛ آینده‌سازان صنایع

به گزارش می‌متالز، وانادیوم یک عنصر نادر استراتژیک است که دارای شکل‌پذیری و مقاومت ساختاری خوب و طبیعی در برابر خوردگی و مواد قلیایی، اسید‌ها و آب نمک است. وانادیوم به تنهایی فلز نرمی است، اما اگر با فلزات دیگر مانند آهن آلیاژ شود، می‌تواند بر سختی و استحکام آلیاژ‌ها بیفزاید. فقط افزودن ۰.۲ درصد وانادیوم به فولاد، باعث قوی‌تر شدن این فلز خواهد شد. این عنصر در طبیعت تنها به صورت ترکیب با عناصر دیگر یافت می‌شود و به صورت رادیکال وجود ندارد و به طور طبیعی در حدود ۶۵ ماده معدنی مختلف و در ذخایر سوخت فسیلی یافت خواهد شد. دو روش برای تولید وانادیوم وجود دارد. یکی استخراج مستقیم آن از سنگ معدن است و در برخی از موارد به عنوان محصول جانبی استخراج اورانیوم تولید می‌شود. در روش دیگر، این محصول از طریق جداسازی وانادیوم از سرباره‌های فولادی و از گرد و غبار دودکش روغن سنگین تولید می‌شود که در چین و روسیه رواج بالایی دارد و بخشی از تولید وانادیوم آن‌ها در فرایند فولادسازی صورت می‌پذیرد.

عنصر نیوبیوم به عنوان یک فلز واسطه، بلوری و شکل‌پذیر شناخته می‌شود که در مجاورت با هوا واکنش‌پذیری کمی از خود نشان می‌دهد. خواص شیمیایی عنصر نیوبیوم، شباهت زیادی به خصوصیات شیمیایی عنصر تانتالیوم دارد. نیوبیوم در ساخت مواد ابررسانای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. این آلیاژ‌های ابررسانا که حاوی تیتانیوم و قلع نیز هستند، به طور گسترده‌ای در آهنربا‌های ابررسانای اسکنر‌های «MRI» کاربرد دارند. از دیگر کاربرد‌های نیوبیوم می‌توان به استفاده از آن در جوشکاری، صنایع هسته‌ای، الکترونیک، اپتیک، سکه‌شناسی و جواهرات اشاره کرد. نیوبیوم به عنوان یک عنصر حیاتی در فناوری شناخته می‌شود. نیوبیوم به منظور تولید فولاد سبک‌تر و قوی‌تر برای لوله‌های صنعتی و قطعات هواپیما نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. نیوبیوم در دما‌های پایین و در سیستم‌های برودتی به عنوان یک ابررسانا عمل می‌کند و در فشار جو، بالاترین دمای بحرانی را در عناصر ابر هادی دارد. همچنین یکی از سه عنصر ابر هادی از نوع دوم است.

معادن این فلز تنها در سه منطقه از زمین وجود دارد. نیوبیوم به شکل اکسید نیوبیوم و در ترکیب با تانتالیوم استخراج می‌شود. معدن‌کاری سنگ نیوبیوم به صورت روباز صورت می‌گیرد. ذخایر جهانی نیوبیوم فراتر از نیاز‌های آتی است و این امر احتمال کسری عرضه در این بازار این محصول را حتی طی سال‌های آتی بسیار کاهش می‌دهد. بیشتر منابع نیوبیوم شناخته شده در دنیا به شکل ذخایر معدنی پیروکلر در کربوناتیت، سنگ‌های آذرین حاوی بیش از ۵۰ درصد حجمی کانسار کربنات هستند.

تانتالیوم خالص به ندرت در طبیعت یافت می‌شود، اما در سنگ معدن کلمبیت تانتالیت معمولا به عنوان کلتان وجود دارد. پس از استخراج، تانتالیوم خالص یک فلز براق آبی خاکستری سخت است. در قرن ۲۱، این عنصر به عنصری حیاتی در صنعت الکترونیک بدل شده است؛ به طوری که بیش از ۷۵ درصد از لوازم الکترونیکی حاوی تانتالیوم است. به طور خاص، مهندسان توانسته‌اند از برخی خواص تانتالیوم برای کوچک‌تر کردن و کارآمدتر کردن خازن‌ها و سایر اجزا در تجهیزات الکترونیک استفاده کنند. تانتالیوم در کاربرد‌هایی که نیاز به افزایش مقاومت در برابر حرارت، خوردگی و شیمیایی دارند، استفاده می‌شود.

اگرچه مطابق با گزارش سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده آمریکا، منابع وانادیوم در جهان بیش از ۶۳ میلیون تن برآورد شده، اما در سال ۲۰۲۱، ذخایر قطعی وانادیوم برابر با ۲۴ میلیون تن اعلام شده است. معادن وانادیوم در آمریکا و در ایالت‌های کلورادو، نیومکزیکو و آریزونای آمریکا و همچنین در مکزیک و پرو قرار دارند. ذخایر نیوبیوم در جهان نیز در سال ۲۰۲۱، بالغ بر ۱۷ میلیون تن برآورد شده است. اطلاعات دقیقی از میزان ذخایر تانتالیوم در جهان در دست نیست.

میزان تولید معدنی وانادیوم، نیوبیوم و تانتالیوم در دوره زمانی ۲۰۱۲ تا ۲۰۲۱ در نمودار یک مورد بررسی قرار گرفت و نتایج حاکی از آن است که روند تولید معدنی وانادیوم و تانتالیوم در جهان طی بازه زمانی مورد بررسی صعودی و میزان تولید معدنی نیوبیوم ثابت بوده است. رشد سالیانه تولید معدنی وانادیوم و تانتالیوم در بازه زمانی ۲۰۱۲ تا ۲۰۲۱، سالیانه به طور متوسط ۳.۶ و ۱.۳ درصد بوده است.

همواره بیشترین سهم از تولید معدنی وانادیوم یعنی حدود ۶۶ درصد آن، مربوط به کشور چین بوده است و پس از چین، بیشترین سهم از تولید معدنی وانادیوم در جهان در سال ۲۰۲۱، به کشور‌های روسیه، آفریقای جنوبی و برزیل اختصاص دارد که هر یک به ترتیب ۱۷، ۸ و ۶ درصد از کل تولید جهانی را به خود اختصاص داده‌اند. نکته‌ای که در بررسی تولید معدنی وانادیوم در بازه زمانی سال‌های ۲۰۱۱ تا ۲۰۲۱ قابل توجه است، ظهور برزیل به عنوان یک از تولیدکنندگان اصلی وانادیوم معدنی از سال ۲۰۱۳ است. در حالی که در سال‌های پیش از ۲۰۱۳، استرالیا و کانادا عمده تولید وانادیوم معدنی را به خود اختصاص داده بودند و سهم برزیل بسیار ناچیز بود.

بازار نیوبیوم یک بازار انحصاری و دو قطبی است. در حال حاضر ۹۰ درصد از نیوبیوم معدنی جهان در برزیل و ۹ درصد از آن در کانادا تولید شده است و تنها یک درصد از این فلز در سایر کشور‌های جهان تولید می‌شود. بنا بر داده‌های مرکز زمین‌شناسی آمریکا، سهم ذخایر برزیل از این رقم بالاتر بوده و ۹۸ درصد از ذخایر جهان در این کشور و در آمریکای جنوبی قرار گرفته است.

برزیل علاوه بر آنکه انحصار نیوبیوم را در دست دارد، با تمرکز بر کارخانه‌های فرآوری خود، از فروش خام این ماده معدنی خودداری می‌کند. به همین دلیل سلطه آن بر بازار نیوبیوم بسیار بالا است. کشور‌های دیگری مانند روسیه و کنگو، در حال انجام پروژه‌هایی برای بهره‌برداری از ذخایر کوچک نیوبیوم خود هستند. ذخایر نیوبیوم در کشور‌های دیگری مانند آمریکا نیز وجود دارد، اما به دلیل نیاز به فرایند پیچیده فرآوری در ذخایر این کشورها، در حال حاضر امکان تولید اقتصادی آن وجود ندارد.

برای بررسی تجارت این گروه محصولات کد تعرفه ۲۶۱۵۹۰ بررسی شده است که این گروه شامل سنگ و کنسانتره عناصر وانادیوم، نیوبیوم و تانتالیوم است؛ بنابراین صادرات این سه عنصر با هم در نمودار یک در بازه زمانی سال‌های ۲۰۱۲ تا ۲۰۲۱ مورد بررسی قرار گرفته است. همان طور که در نمودار دو نیز مشخص است، تجارت کنسانتره و سنگ این سه ماده در سال ۲۰۲۱ جهش قابل توجهی را تجربه کرده است. در بازه زمانی سال‌های ۲۰۱۲ تا ۲۰۲۱، صادرات جهانی کنسانتره و سنگ این گروه از محصولات، سالیانه به طور متوسط حدود ۵.۵ درصد رشد کرده است. شایان ذکر است تجارت این عناصر در سال ۲۰۲۰ به دلیل رکود ناشی از همه‌گیری ویروس کرونا، به شدت افت پیدا کرده بود، اما پس از گذر از این بحران، تجارت این عناصر دوباره رونق گرفت و در عرض یک سال، حدود ۶ برابر شد.

در حال حاضر بزرگ‌ترین کاربرد وانادیوم در تولید فولاد‌های زنگ‌نزن است. با توجه به رشد تکنولوژی در حوزه ذخیره انرژی و استفاده از وانادیوم در این حوزه، می‌توان گفت که تقاضای کوتاه‌مدت وانادیوم به فولاد بستگی دارد. یکی از دلایل کاهش تجارت این محصول در سال ۲۰۲۰ را می‌توان ناشی از قرنطینه‌های ناشی از ویروس کرونا در این سال و کاهش تولید فولاد و تعطیلات کارخانه‌های فولاد در این برهه زمانی دانست، اما تقاضای بلندمدت به کاربرد‌های آن در عرصه انرژی نیز وابسته است. از دیدگاه بلندمدت، توسعه صنعت در حوزه تولید باتری و انرژی، برای وانادیوم دارای رشد بسیار زیاد است و تاثیر قابل توجهی بر تقاضای وانادیوم خواهد داشت.

وانادیوم برای تولید فولاد‌های مستحکم و کاتالیزور‌های شیمیایی نیز استفاده می‌شود، اما پیش‌بینی تقاضای بالای این فلز در آینده‌ای نزدیک از نقش آن در تولید باطری‌های «VRFBs» حاصل می‌شود و بازاری است که نوید رونق فراوان مصرف این فلز را در آینده می‌دهد.

با توجه به آنچه مطرح شد و اوضاع بازار جهانی وانادیوم و با توجه به افزایش تقاضا برای وانادیوم در صنعت باتری‌ها، پیش‌بینی می‌شود در آینده تقاضای بسیار بالایی برای این فلز ایجاد شود. در حالی که با توجه به اینکه انحصار وانادیوم مانند برخی دیگر از فلزات استراتژیک در اختیار چین است، این موضوع بر دغدغه قدرت‌های بزرگ جهانی می‌افزاید، زیرا اثرگذاری چین بر بازار این فلز آنچنان مهم است که می‌تواند سایر صنایع را در کشور‌های پیشرفته تحت تاثیر قرار دهد.

یکی از ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد در تجارت نیوبیوم این است که این عنصر در برابر بحران‌های بازار ایمن است. در روزگاری که بیشتر محصولات معدنی و فلزات جهان که البته بیشتر آن‌ها فلزات پایه هستند، در رکود به سر می‌برند، نیوبیوم روند تجارت و قیمت باثباتی دارد و این تداوم روند، ریشه در کاربرد‌های خاص و منحصر‌به‌فرد این فلز خلاصه می‌شود.

در سال‌های آینده، به دلیل افزایش جهانی تولید فولاد، مصرف نیوبیوم نیز رشد خواهد کرد. ضمن اینکه با رونق و توسعه صنایع هوافضا، صنایع هسته‌ای و صنایع متکی به فناوری‌های پیشرفته، نیاز به نیوبیوم افزایش خواهد یافت. بیشترین تقاضا نیز از جانب اقتصاد‌های نوظهور به ویژه هند مشاهده خواهد شد. همچنان چین، بزرگ‌ترین مصرف‌کننده نیوبیوم خواهد بود. با این حال، با توجه به رشد سریع مصرف نیوبیوم در هند و کاهش نسبت مصرف این کشور نسبت به چین، برآورد می‌شود که تا ۱۰ سال آینده، هند تبدیل به بزرگ‌ترین مصرف‌کننده جهانی نیوبیوم شود.

منبع: فلزات آنلاین