Back أنت هنا: الرئيسية التقنية ولأسلحة الذكية التقنية المتقدمة

الكولتان.. خام طبيعي هام لصناعة الأجهزة الحديثة

المهندس أمجد قاسم


يعرف الخام المعدني الطبيعي لعنصري النيوبيوم (Niobium) والتانتالوم (Tantalum) في أفريقيا باسم الكولتان، وقد441999666 تسبب هذا الخام في تأجيج كثير من الصراعات في الكونغو الديمقراطية -التي يوجد فيها أكبر مخزون في العالم- ورواندا، وحصد كثير من الأرواح في حروب طاحنة للسيطرة على أماكن التنقيب عن هذا الخام المعدني الهام للغاية في عدد كبير من الصناعات التكنولوجية الحديثة.

ويعود اكتشاف خام كل من عنصري النيوبيوم والتانتالوم إلى القرن الـ17، حيث عثر في منطقة حوض نهر كولومبيا في أميركا الشمالية على حجر معدني ثقيل أسود اللون، ونظرا لغرابته، نقل إلى المتحف البريطاني وعرض كأحد خامات الحديد، وفي العام 1801 أعلن الكيميائي البريطاني شارلز هاتشيت أن هذا الحجر عبارة عن خام لفلز جديد أطلق عليه كولومبيوم نسبة إلى نهر كولومبيا، وفي العام 1802 أعلن العالم السويدي أنديرز إكبرغ عن اكتشاف فلز جديد أطلق عليه التانتالوم نسبة إلى "تنتالوس" أحد الشخصيات في الأساطير الإغريقية، وتلا ذلك في العام 1820 استخلاصه بشكل نقي.

إلا أن التشابه الكبير بين الكولومبيوم والتانتالوم قاد إلى جدل كبير في الأوساط العلمية حول طبيعة كل من العنصرين، وهل هما مسميان للعنصر نفسه؟ وقد حسم هذا الأمر في العام 1846 العالم الألماني هنرخ روز الذي بين أن الكولومبيوم والتانتالوم عنصران مختلفان وأنهما يتشابهان في كثير من خواصهما، واقترح إطلاق اسم نيوبيوم بدلا من كولومبيوم نسبة إلى "نيوب" ابنة "تنتالوس" في أساطير الإغريق.

صفات متميزة
"النيوبيوم" و"التانتالوم" عنصران فلزان توأمان يوجدان في الغالب في نفس الخامات الطبيعية، وهما ينتميان إلى مجموعة العناصر الانتقالية في المجموعة الخامسة من الجدول الدوري.

ويتميزان بكثافتهما العالية ودرجة انصهارهما الحرارية المرتفعة التي تبلغ 2468 درجة مئوية للنيوبيوم (Nb) ذي اللون الرمادي، و2996 درجة مئوية للتانتالوم (Ta) ذي اللون الأزرق الرمادي.

كما يتميزان بالقابلية للطرق والسحب والصلادة العالية والتي تشبه صلادة الألماس، ويقاومان الحوامض وعوامل التآكل.

هذه المميزات الهامة للعنصرين شجعت الكثير من الشركات العالمية والدول على البحث عن خاماتهما في القشرة الأرضية، حيث تبين وجودهما في الصخور النارية الناتجة من الصهير الغرانيتي، وهذه الخامات موجودة -في الواقع- في عدد قليل من الدول، من أهمها الكونغو ورواندا وأستراليا -المنتج الرئيس للتانتالوم حاليا- وكندا والبرازيل والصين وتايلند وماليزيا، كما اكتشفت بعض الخامات في إثيوبيا ونيجيريا وموزمبيق وجنوب أفريقيا ومصر.

يذكر أن عملية استخلاص كل من العنصرين من خاماتهما الطبيعية وفصلهما عن بعضهما، يتطلب استخدام طرق متعددة من المعالجات الكيميائية، تبدأ بصهر الخام المعدني مع "كبريتات البوتاسيوم" ثم إجراء معالجة للناتج بحامض "الهيدروفلوريك" و"فلوريد البوتاسيوم" ثم إجراء عملية الاستخلاص عن طريق استخدام بعض المذيبات أو التحليل الكهربائي.

استخدامات هامة
نظرا للخصائص المتميزة لعنصري النيوبيوم والتانتالوم، صنفا من المعادن الإستراتيجية عالية الأهمية، حيث يستخدمان في كثير من الصناعات المدنية والعسكرية.

فعند خلط 0.05% من النيوبيوم مع الفولاذ، تنتج سبائك معدنية مقاومة للتآكل وتتحمل درجات حرارة عالية، وهذه السبائك تستخدم في صناعة عوادم الطائرات ومراوح المحركات النفاثة وبعض أجزاء الصواريخ والأسلحة الحديثة، كما تستعمل سبائك النيوبيوم والتانتالوم في صناعة المركبات الفضائية والأقمار الصناعية ومحركات الدفع النفاثة ومحركات الاحتراق عالية الأداء.

أما "كربيد النيوبيوم" و"كربيد التانتالوم" فهما من أكثر المواد صلادة، وهما يشبهان الألماس في ذلك، ويستخدمان في معدات قطع المعادن وآلات الحفر في أعماق الأرض للتنقيب عن النفط والغاز الطبيعي والمياه الجوفية، كما يستعملان في صناعة بعض أجزاء المفاعلات النووية والمسارعات الذرية.

ومن الاستعمالات الهامة للنيوبيوم والتانتالوم أيضا استخدامهما في صناعة المكثفات الكهربائية وأجهزة التكنولوجيا المتقدمة، كالهواتف المحمولة والذكية وألعاب البلايستيشن والأجهزة اللوحية والحواسيب المحمولة ومشغلات الأقراص المدمجة وأجهزة الاتصال بواسطة الأقمار الصناعية وأجهزة تحديد المواقع وغيرها الكثير من الأجهزة الحديثة التي غزت أسواق العالم، مما أدى إلى زيادة الطلب على "التانتالوم" وبالتالي ارتفاع سعره بشكل كبير، كما يستخدم "النيوبيوم" في صناعة المواد والمغانط فائقة التوصيل والمستخدمة في أجهزة الرنين المغناطيسي والماسحات الضوئية.

كذلك تستخدم مركبات هذين العنصرين في المجالات الطبية، وذلك نظرا لعدم تأثرها بالأوساط الحيوية في الجسم والسوائل المختلفة ومقاومتهما للتآكل، إذ تستخدم في صناعة أجزاء الجسم التعويضية، كالركبة والمفاصل وصمامات القلب، كما تستعمل في صناعة مسامير وقضبان تجبير العظام والمعدات الطبية الجراحية وأجهزة تنظيم دقات القلب والأنسولين وغيرها.

طلب متزايد
منذ العام 2000 وحتى الآن، تزايد الطلب العالمي على عنصري النيوبيوم والتانتالوم، مما أدى إلى ازدهار التجارة غير الشرعية لهما، وقد طالب مركز دراسات التانتالوم والنيوبيوم الدولي في بلجيكا بضرورة أن تتحرى الدول المستوردة لخامات هذين العنصرين عن مصادرهما وشرعية الاتجار بهما وتجنب خام الكولتان الذي يتم الحصول عليه من مناطق الصراعات، حيث تهرب كميات هائلة بشكل غير مشروع.
_______________
* كاتب علمي متخصص في هندسة تكنولوجيا الصناعات الكيميائية.

ناسا تبدأ أول خطوة نحو مهمة مأهولة إلى المريخ

تستعد المركبة الفضائية "أوريون" التابعة لوكالة الطيران والفضاء الأميركية (ناسا) للإقلاع في الرابع من هذا الشهر إلى الفضاء، في أول خطوة لها نحو مهمة مأهولة إلى كوكب المريخ.4418522

وستكون هذه المهمة عبارة عن تجربة غير مأهولة لاختبار المركبة أوريون المصممة لحمل طاقم يصل إلى أربعة رواد فضاء في مهمات استكشافية إلى القمر والكويكبات وحتى المريخ، وستستغرق التجربة 4.5 ساعات فقط.

فأوريون لن تقلع إلى المريخ بعد، لكن هذه المهمة ستكون أبعد ما يمكن لكبسولة فضاء مصممة لحمل بشر أن تبلغه في الفضاء منذ مهمات المكوك أبولو إلى القمر في سبعينيات القرن الماضي، وسيكون على رواد الفضاء الانتظار سبع سنوات على الأقل قبل الصعود على متن أوريون.

وستبحر المركبة نحو 5794 كلم في الفضاء حتى تكتسب الزخم الكافي كي تدخل مرة أخرى إلى الغلاف الجوي بسرعة تبلغ 32 ألف كلم/ساعة.

وإذا تمت التجربة بنجاح، فإنها ستنتهي بسقوط المركبة -التي بنتها شركة لوكهيد مارتن بقيمة 370 مليون دولار- في المحيط الهادي قبالة سواحل ولاية باجا كاليفورنيا المكسيكية حيث ستنتشلها سفن البحرية الأميركية للاستخدام مستقبلا.

وتضم مركبة أوريون الأولية 1200 مستشعر لقياس تحملها من أجل اليوم الذي سيصعد به رواد الفضاء على متنها، وتشمل الوجهات التي أُعلن لمهمات الاستكشاف المأهولة كويكب في مدار القمر بالعشرينيات من هذا القرن، يتبعه مهمة إلى المريخ في الثلاثينيات من هذا القرن.

"إتش بي" تستغني عن الفأرة ولوحة المفاتيح في حاسب خاص

أعلنت شركة "إتش بي HP"، اليوم الخميس، عن إطلاق الحاسب المكتبي الجديد، من نوع الكل في واحد، "إتش بي سبوراوت" HP Sporout المزوّد بعارض ضوئي ولوحة لمسية كبيرة، عوضاً عن لوحة المفاتيح والفأرة.234178

ويعمل الجهاز بنظام "ويندوز 8 Windows"، ويقوم العارض الضوئي الموجود أعلى الشاشة بإسقاط الصور على اللوحة اللمسية، كبيرة الحجم، التي تتيح مزيداً من التحكم عبر لمس العناصر والأيقونات الظاهرة عليها.

وتتوجه "إتش بي" بحاسبها الجديد للمصممين، حيث تدعم لوحته اللمسية الإدخال عبر القلم، وتتيح التفاعل مع العناصر الظاهرة عليها بشكل مباشر.

كذلك يتضمن الجهاز كاميرا بدقة14.6 ميغابيكسل، وعارضاً ضوئياً بتقنية DLP، وماسحاً ضوئياً ثلاثي الأبعاد بتقنية RealSense، ومصباحاً من نوع LED.

كما يعمل الحاسب بمعالج "كور آي 7" من "إنتل" و8 غيغابايت من الذاكرة العشوائية، مع 1 تيرابايت من المساحة التخزينية، في حين يبلغ قياس شاشته اللمسية 23 إنش بدقة p 1080.

وتعتزم الشركة طرح الجهاز للبيع بدءاً من اليوم بسعر 1899 دولاراً أميركياً.

روبوت مائي لقياس سمك جليد القطب الجنوبي

يعتبر قياس سمك طبقة الجليد في بحار القارة القطبية الجنوبية مؤشرا مهما للظروف البيئية في تلك المنطقة النائية في وقت يحدث فيه تغير مناخي، لكن مثل هذه المهمة كانت دائمة مضللة إلى أن ابتكر العلماء فكرة وضع إنسان آلي تحت الماء ليتولى هذه المهمة.44111222

ويعود السبب في كون تلك المهمة مضللة إلى أن بإمكان الجليد المتكون على سطح البحار إفساد جودة صور الأقمار الاصطناعية، عدا عن أن بعض الجليد الطافي على سطح الماء يصعب الوصول إليه بالاستعانة بالسفن أو حتى كسارات الجليد، الأمر الذي يجعل من إحداث ثقوب في الجليد لتقدير سمكه مباشرة مسألة شاقة.

وقد كشف العلماء يوم الاثنين في دراسة نشرت نتائجها في دورية "نيتشر جيوساينس" النقاب عن أول خرائط تفصيلية بالغة الدقة ثلاثية الأبعاد لجليد القارة القطبية الجنوبية استنادا إلى قياسات للسطح السفلي لطوافات الجليد باستخدام موجات صوتية تنطلق من غواصات تحت طبقات الجليد يتم التحكم فيها عن بعد.

وأجريت هذه القياسات -التي تغطي مساحة نحو خمسمائة ألف كيلومتر مربع- في الفترة بين عامي 2010 و2012 باستخدام ما يعرف باسم المركبة الذاتية تحت الماء التي انطلقت من سفينة بريطانية وأخرى أسترالية من ثلاثة مواقع حول القارة القطبية الجنوبية، ويبلغ طولها نحو مترين وتعمل على عمق يتراوح بين عشرين وثلاثين مترا.

ووجد العلماء أن سمك طبقات الجليد في بعض المواقع يصل إلى نحو 17 مترا، فيما يبلغ المتوسط أقل من ذلك. وتوضح هذه النتائج أن سمك الجليد قد يكون أكبر في بعض الأماكن على خلاف ما كان يعتقد من قبل.

وقال خبير جليد البحار بمعهد "وودز هول" للمحيطات في ماساتشوسيتس، تيد مكسيم إن سمك جليد البحار وتباينه في القارة القطبية الجنوبية ظلا من الألغاز الكبيرة في منظومة المناخ، وعجز العلماء عن استخدام آلية ملائمة لقياسه على خلاف المنطقة القطبية الشمالية التي تم قياس تراجع كبير في سمك الجليد فيها خلال العقود الأخيرة.

وأضاف أن وضع خرائط تفصيلية لسمك الجليد في مساحات كبيرة بات ممكنا في عمق الكتل الجليدية، مما يعتبر خطوة مهمة نحو فهم أفضل للعمليات التي تتحكم في حجم الجليد خاصة في المناطق التي يصعب الوصول إليها.

كما اعتبر خبير المحيطات القطبية بمعهد دراسات البحار والمناطق القطبية في أستراليا جاي وليامز أن هذه الدراسة "تمثل خطوة ضخمة" نحو نوع من القياسات الموسعة والمنتظمة الضرورية لمعرفة سمك الجليد في جميع مناطق القارة القطبية الجنوبية ومعرفة ما إذا كان سمك الجليد يتزايد هناك أم لا.

إيطاليا ستسوق دراجة كهربائية خارقة خلال 2015

أعلنت المجموعة التكنولوجية "سي أر بي" إطلاق دراجة نارية كهربائية 441خارقة خلال 2015.

وأضافت المجموعة -التي تتخذ من مدينة مودينا الإيطالية مقرا لها- أن محرك الدراجة النارية الخارقة "إنيرجيكا إيغو" يولد قوة تبلغ مائة كيلووات/136 حصان، ويدور بعزم أقصى يبلغ 195 نيوتن متر.

وبفضل هذه القوة الحصانية الكبيرة تنطلق الدراجة الكهربائية من الثبات حتى سرعة مائة كلم/ساعة في أقل من ثلاث ثوان، وتقف حدود سرعتها القصوى عند حاجز 240 كلم/ساعة.
 
وترتبط فترة تشغيل بطارية الدراجة بسرعة القيادة، فإذا كان متوسط السرعة ستين كلم/ساعة، فإن شحنة البطارية تكفي لقطع مسافة مائتي كيلومتر تقريباً، أما في حال قيادة الدراجة بطريقة رياضية بسرعة تبلغ مائة كلم/ساعة، فإن مدى المسافة المقطوعة يبلغ خمسين كيلومترا فقط.
 
ويختلف الوقت اللازم لشحن البطارية تبعاً لمصدر الإمداد بالتيار الكهربائي، ويتراوح ما بين ثلاث ساعات ونصف الساعة وثلاثين دقيقة لإعادة شحن البطارية بشكل كامل أو بنسبة 85%.

وبالرغم من أن مجموعة "سي أر بي" الإيطالية لم تحدد أسعاراً لدراجتها الكهربائية، فإن التكلفة المتوقعة ستكون في حدود ما بين 30 و34 ألف دولار أميركي.