Odkrycie tantalu datuje się na rok 1802. Po raz pierwszy został wprowadzony na świat przez naukowca A.G. Ekeberga. Odkrył dwa minerały w Finlandii i Szwecji. To właśnie w ich składzie była obecna ta substancja. Nie można było jednak wówczas wyodrębnić go osobno. Właśnie ze względu na tak dużą złożoność ekstrakcji w czystej postaci otrzymał nazwę na cześć jednego z bohaterów mitów starożytnej Grecji. Dziś pierwiastek ten znalazł szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu.
Tantal należy do kategorii metali. Ma srebrno-biały odcień. Wyglądem przypomina nieco ołów, ponieważ ma na sobie mocną warstwę tlenku.
Metal ten należy do kategorii najrzadziej spotykanych w przyrodzie. Do chwili obecnej znanych jest tylko dwadzieścia minerałów tantalu. Istnieje jednak sześćdziesiąt innych minerałów zawierających ten metal. Wraz z nim niob jest koniecznie obecny w takich minerałach. Ma podobne właściwości chemiczne.
Złoża tantalu
Rudy tantalu są bardzo rzadkie.
Jednak największe z nich zlokalizowane są w takich krajach jak:
- Egipt,
- Francja,
- Tajlandia,
- Australia,
- Mozambik.
Największa na świecie ruda tantalu znajduje się w Greenbush w Australii.
Tantal ma wysoką temperaturę topnienia. Temperatura przekracza trzy tysiące stopni Celsjusza. Temperatura wrzenia tego metalu przekracza pięć tysięcy stopni Celsjusza. Właściwości tantalu są również reprezentowane przez inne cechy. Substancja ta ma dość solidną strukturę. Jednak metal ma wysoki poziom plastyczności. Pod tym parametrem porównywalny do złota. Doskonale nadaje się do obróbki produktów. Dzięki niemu można stworzyć najdoskonalsze rodzaje drutu lub blachy do wyrobów wykończeniowych.
Tantal należy do kategorii metali niskoaktywnych. Szybkość utleniania pod wpływem powietrza jest dość niska. W powietrzu utlenia się dopiero wtedy, gdy jego temperatura osiągnie 250 stopni Celsjusza.
Tabela. Charakterystyka kondensatorów mikowych na bazie poliwęglanu, polistyrenu i tantalu.
Początkowo w przemyśle metal ten służył jedynie do wytwarzania cienkiego drutu do produkcji znanych żarówek. Obecnie tantal jest stosowany dość szeroko. Wykorzystuje się go do produkcji artykułów przemysłowych i gospodarstwa domowego oraz do tworzenia nowych rodzajów broni w przemyśle wojskowym.
Metal taki jak tantal jest niezbędny do produkcji przedmiotów i sprzętu odpornego na korozję. Ponadto wiele z tych produktów ma wysoki poziom odporności na ciepło.
W branży medycznej stosowanie tantalu od dawna uważane jest za normę. Folia i drut wykonane z tego wyjątkowego materiału służą do przywracania sprawności tkanek i nerwów pacjentów. Są również aktywnie wykorzystywane do zszywania ofiary.
Ze względu na wytrzymałość tantalu zaczęto go wykorzystywać do produkcji statków kosmicznych. Beryldek tantalu ma doskonałą odporność na utlenianie w powietrzu.
Metal ten znalazł zastosowanie w przemyśle metalurgicznym. Służy do produkcji twardych stopów do obróbki metali. Mieszanka tantalu i węglików wolframu służy do tworzenia twardych stopów, które można wykorzystać do wiercenia otworów w najtrwalszych materiałach, takich jak kamienie i kompozyty.
Materiał ten zyskał dużą popularność w przemyśle wojskowym. Za jego pomocą powstaje amunicja o wysokim poziomie trwałości. Prawie nie da się ich przebić. Metal jest wykorzystywany w laboratoriach Ministerstwa Spraw Wewnętrznych do tworzenia broni nuklearnej.
Największe rezerwy tantalu posiada Australia. To ten stan jest słusznie uważany za lidera w produkcji tej substancji.
Ważny: Nasz kraj ma również możliwość wydobywania tantalu. Istnieje jednak szereg trudności, które tłumaczy się niedostępnością złóż.
Produkcja tantalu w Rosji
W naszym kraju znaczna część produkcji tantalu spoczywa już na barkach fabryki magnezu w Solikamsku. Tutaj metal ten otrzymywany jest z koncentratów loparytu. Do zakładu trafiają ze złoża Lovozero. W niektórych przypadkach wykorzystuje się do tego celu importowane surowce, które są reprezentowane przez substancje takie jak rutyl, kolumbit, tantalit, struweryt.
Liderami w produkcji tantalu są Stany Zjednoczone, Chiny i Japonia. Na świecie istnieje około czterdziestu firm produkujących materiały takie jak tantal. Największą firmą produkującą ten metal jest amerykańska firma Cabot Corporation. Jej oddziały są otwarte w różnych krajach świata.
Cena tantalu za gram nie jest dość wysoka. Producenci sprzedają średnio jeden gram tantalu za pół dolara. Kilogram kosztuje dziś ponad tysiąc dolarów.
Artykuły na ten temat
Ochrona przeciwpożarowa konstrukcji metalowych
Nie jest tajemnicą, że metal nie jest łatwopalny. Jednak mimo to narażenie na działanie wysokich temperatur prowadzi do zmiany jego twardości, w wyniku czego metal staje się miękki, elastyczny, a co za tym idzie – podatny na odkształcenia. Wszystko to powoduje utratę nośności metalu, co w czasie pożaru może spowodować zawalenie się całego budynku lub jego poszczególnych części. Nie ulega wątpliwości, że jest to bardzo niebezpieczne dla życia ludzkiego. Aby temu zapobiec, podczas budowy stosuje się różne związki, które mogą uodpornić konstrukcje metalowe na wysokie temperatury.
Tantal to mądry wybór do wszystkich zastosowań, w których wymagana jest wysoka odporność na korozję. Chociaż tantal nie jest metalem szlachetnym, jest porównywalny pod względem stabilności chemicznej. Ponadto tantal można łatwo formować nawet w temperaturach poniżej temperatury pokojowej ze względu na jego sześcienną strukturę kryształu skupioną na ciele. Wysoka odporność na korozję tantalu czyni go cennym materiałem do stosowania w różnorodnych środowiskach chemicznych. Nasz „nieustępliwy” materiał wykorzystujemy na przykład do wymienników ciepła dla sektora oprzyrządowania, tac wsadowych do budowy pieców, implantów dla technologii medycznej i komponentów kondensatorów dla przemysłu elektronicznego.
Gwarantowana czystość
Możesz być pewien jakości naszych produktów. Nasze produkty z tantalu wykonujemy sami - od proszku metalicznego po gotowy produkt. Jako materiału wyjściowego używamy wyłącznie najczystszego proszku tantalu. W ten sposób gwarantujemy Państwu wyjątkowo wysoką czystość materiału.
Gwarantujemy jakość czystość spiekanego tantalu - 99,95 % (czystość metalu bez niobu). Według analiz chemicznych na zawartość pozostałości składają się następujące elementy:
| Element | Standardowe maks. wartość [µg/g] | Gwarantowane maks. oznaczający [µg/g] |
|---|---|---|
| Fe | 17 | 50 |
| Pon | 10 | 50 |
| Uwaga | 10 | 100 |
| Ni | 5 | 50 |
| Si | 10 | 50 |
| Ti | 1 | 10 |
| W | 20 | 50 |
| C | 11 | 50 |
| H | 2 | 15 |
| N | 5 | 50 |
| O | 81 | 150 |
| Płyta CD | 5 | 10 |
| Hg* | -- | 1 |
| Pb | 5 | 10 |
Gwarantujemy jakość czystości tantalu otrzymany przez wytapianie - 99,95 % (czystość metalu bez niobu) Według analizy chemicznej zawartość resztkowa składa się z następujących pierwiastków:
| Element | Typowa wartość maks. [µg/g] | Gwarantowana wartość [µg/g] |
|---|---|---|
| Fe | 5 | 100 |
| Pon | 10 | 100 |
| Uwaga | 19 | 400 |
| Ni | 5 | 50 |
| Si | 10 | 50 |
| Ti | 1 | 50 |
| W | 20 | 100 |
| C | 10 | 30 |
| H | 4 | 15 |
| N | 5 | 50 |
| O | 13 | 100 |
| Płyta CD | -- | 10 |
| Hg* | -- | 1 |
| Pb | -- | 10 |
Obecność Cr(VI) i zanieczyszczeń organicznych eliminujemy w procesie produkcyjnym (wielokrotna obróbka cieplna w temperaturach powyżej 1000°C w atmosferze wysokiej próżni). * Wartość początkowa.
Materiał o szczególnych talentach
Choć właściwości naszego tantalu są wyjątkowe, zakres jego zastosowania w przemyśle jest równie specyficzny. Poniżej pokrótce przedstawimy dwa z nich:
Indywidualnie dobrane właściwości chemiczne i elektryczne.
Ze względu na swoją wyjątkowo drobną mikrostrukturę tantal jest idealnym materiałem do produkcji ultracienkich drutów o nieskazitelnej, wyjątkowo czystej powierzchni do stosowania w kondensatorach tantalowych. Z dużą dokładnością możemy określić właściwości chemiczne, elektryczne i mechaniczne takiego drutu. Tym samym zapewniamy naszym klientom indywidualnie dobrane i stabilne właściwości komponentów, które stale rozwijamy i udoskonalamy.
Doskonała trwałość i wysoka plastyczność na zimno
Doskonała trwałość w połączeniu z doskonałą odkształcalnością i spawalnością sprawiają, że tantal jest idealnym materiałem na wymienniki ciepła. Nasze tantalowe wymienniki ciepła są wyjątkowo stabilne i odporne na szeroką gamę agresywnych środowisk. Dzięki wieloletniemu doświadczeniu w obróbce tantalu możemy również wyprodukować złożone geometrie dokładnie odpowiadające Twoim wymaganiom.
Czysty tantal czy stop?
Optymalnie przygotowujemy nasz tantal do każdego zastosowania. Używając różnych pierwiastków stopowych, możemy zmienić następujące właściwości wolframu:
- właściwości fizyczne(np. temperatura topnienia, prężność pary, gęstość, przewodność elektryczna, przewodność cieplna, rozszerzalność cieplna, pojemność cieplna)
- właściwości mechaniczne(np. wytrzymałość, mechanizm zniszczenia, plastyczność)
- właściwości chemiczne(np. odporność na korozję, zdolność do trawienia)
- skrawalność(np. obrabialność, odkształcalność, spawalność)
- strukturę i charakterystykę rekrystalizacji(np. temperatura rekrystalizacji, kruchość, efekt starzenia, wielkość ziarna)
Ale to nie wszystko: wykorzystując nasze specjalne technologie produkcyjne, możemy w szerokim zakresie zmieniać różne inne właściwości tantalu. Rezultat: dwie różne technologie produkcji tantalu i stopy o różnych właściwościach, aby precyzyjnie spełnić wymagania konkretnego zastosowania.
Tantal wytwarzany przez spiekanie (TaS).
Czysty tantal spiekany i czysty tantal do wytapiania mają następujące ogólne właściwości:
- wysoka temperatura topnienia 2996°C
- doskonała plastyczność na zimno
- rekrystalizacja w temperaturach od 900 do 1450°C (w zależności od stopnia odkształcenia i czystości)
- doskonała odporność na roztwory wodne i stopione metale
- nadprzewodnictwo
- wysoki poziom zgodności biologicznej
Gdy praca jest wyjątkowo ciężka, nasz spiekany tantal będzie pomocny: dzięki naszemu procesowi metalurgii proszków spiekany tantal, (TaS) charakteryzuje się wyjątkowo drobnoziarnistą strukturą i wysoką czystością. Pod tym względem materiał jest inny najwyższa jakość powierzchni i dobre właściwości mechaniczne.
Dla zastosowanie w kondensatorach Polecamy jedną z naszych odmian tantalu o wyjątkowo wysokiej jakości powierzchni ( Tak). Tantal ten stosowany jest w postaci drutu w kondensatorach tantalowych. Wysoką pojemność, niski prąd upływowy i niską rezystancję można zagwarantować tylko wtedy, gdy zastosowany zostanie przewód wolny od wad i zanieczyszczeń.
Stopiony tantal (TaM)
Nie zawsze potrzebujesz tego, co najlepsze. Tantal otrzymywany przez wytapianie, (TaM), co do zasady, bardziej ekonomiczne w produkcji niż tantal spiekany, a jego jakość jest wystarczająca do wielu zastosowań. Materiał ten nie jest jednak tak drobnoziarnisty i jednolity jak spiekany tantal. Po prostu skontaktuj się z nami. Chętnie Ci doradzimy.
Stabilizowany tantal (TaKS)
My stopujemy nasz spiekany, stabilizowany tantal z krzemem, co zapobiega rozrostowi ziaren nawet w wysokich temperaturach. Dzięki temu nasz tantal nadaje się do stosowania nawet w ekstremalnie wysokich temperaturach. Drobnoziarnista mikrostruktura pozostaje stabilna nawet po wyżarzeniu w temperaturach do 2000°C. Proces ten pozwala materiałowi zachować doskonałe właściwości mechaniczne, takie jak plastyczność i wytrzymałość. Stabilizowany tantal w postaci drutu lub arkuszy idealnie nadaje się do produkcji anod tantalowych poprzez spiekanie lub do zastosowania w sektorze budowy pieców.
Tantal-wolfram (TaW) ma dobre właściwości mechaniczne i doskonałą odporność na korozję. Do czystego tantalu dodajemy 2,5 do 10 procent wagowych wolframu. Chociaż powstały stop 1,4 razy silniejszy czysty tantal, jest łatwy w obróbce w temperaturach do 1600°C. Dlatego nasz stop TaW szczególnie nadaje się do wymienników ciepła i elementów grzejnych stosowanych w przemyśle chemicznym.
Dobry pod każdym względem. Charakterystyka tantalu.
Tantal należy do tej grupy metale ogniotrwałe. Metale ogniotrwałe mają temperaturę topnienia wyższą niż temperatura topnienia platyny (1772 °C). Energia wiążąca poszczególne atomy jest niezwykle wysoka. Wysoka temperatura topnienia metali ogniotrwałych łączy się z niskim ciśnieniem pary. Metale ogniotrwałe charakteryzują się także dużą gęstością i niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej.
W układzie okresowym tantal znajduje się w tym samym okresie co wolfram. Podobnie jak wolfram, tantal ma bardzo dużą gęstość - 16,6 g/cm 3 . Jednakże w przeciwieństwie do wolframu tantal staje się kruchy podczas operacji produkcyjnych w atmosferze wodoru. Dlatego materiał wytwarzany jest w wysokiej próżni.
Tantal niewątpliwie najbardziej stabilny z metali ogniotrwałych. Jest stabilny we wszystkich kwasach i zasadach i ma niezwykle specyficzne właściwości:
| Właściwości | |||
|---|---|---|---|
| Liczba atomowa | 73 | ||
| Masa atomowa | 180,95 | ||
| Temperatura topnienia | 2996°C/3269°K | ||
| Temperatura wrzenia | 5458°C/5731°K | ||
| Objętość atomowa | 1,80 10 -29 [m 3 ] | ||
| Ciśnienie pary | w temperaturze 1800°C w temperaturze 2200°C | 5 10 -8 [Pa] 7 10 -5 [Pa] |
|
| Gęstość w temperaturze 20 °C (293 °K) | 16,65 [g/cm 3 ] | ||
| Struktura kryształu | sześcienny skupiony na ciele | ||
| Stała sieci | 330 [pm] | ||
| Twardość w 20°C (293°K) | zdeformowany rekrystalizowany | 120–220 80–125 |
|
| Moduł sprężystości w temperaturze 20°C (293°K) | 186 [GPa] | ||
| współczynnik Poissona | 0,35 | ||
| Współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej w temperaturze 20 °C (293 °K) | 6,4 10 -6 [m/(m·K)] | ||
| Przewodność cieplna w temperaturze 20°C (293°K) | 57,5 [W/(m·K)] | ||
| Ciepło właściwe w temperaturze 20°C (293°K) | 0,14 [J/(g·K)] | ||
| Przewodność w temperaturze 20°C (293°K) | 8 10 6 | ||
| Oporność elektryczna w temperaturze 20 °C (293 °K) | 0,125 [(om mm2)/m] | ||
| Prędkość dźwięku w temperaturze 20°C (293°K) | Fala podłużna Fala poprzeczna | 4100 [m/s] 2900 [m/s] |
|
| Funkcja pracy elektronu | 4,3 [eV] | ||
| Przekrój poprzeczny wychwytu neutronów termicznych | 2,13 10 -27 [m 2 ] | ||
| Temperatura rekrystalizacji (czas wyżarzania: 1 godzina) | 900–1450°C | ||
| Nadprzewodnictwo (temperatura przejścia) | < -268,65 °C / < 4,5 °K | ||
Właściwości termofizyczne
Metale ogniotrwałe z reguły mają niski współczynnik rozszerzalności cieplnej I stosunkowo duża gęstość. Dotyczy to również tantalu. Chociaż przewodność cieplna tantalu jest niższa niż wolframu i molibdenu, materiał ten ma wyższy współczynnik rozszerzalności cieplnej niż wiele innych metali.
Właściwości termofizyczne tantalu zmieniają się wraz ze zmianami temperatury. Poniższe wykresy przedstawiają krzywe zmian najważniejszych zmiennych:
Właściwości mechaniczne
Nawet niewielkie ilości pierwiastków śródmiąższowych, takich jak tlen, azot, wodór i węgiel, mogą zmienić właściwości mechaniczne tantalu. Ponadto na zmianę jego właściwości mechanicznych wpływają takie czynniki jak czystość proszku metalicznego, technologia produkcji (spiekanie lub wytapianie), stopień obróbki plastycznej na zimno i rodzaj obróbki cieplnej.
Podobnie jak wolfram i molibden, tantal ma sześcienny skupiony na ciele sieć krystaliczna. Temperatura przejścia tantalu w kruchy i plastyczny wynosi -200°C, czyli jest znacznie niższa od temperatury pokojowej. Dzięki temu metalowi niezwykle łatwe do formowania. Podczas obróbki na zimno zwiększa się wytrzymałość na rozciąganie i twardość metalu, ale jednocześnie maleje wydłużenie przy zerwaniu. Chociaż materiał traci swoją plastyczność, nie staje się kruchy.
Odporność na ciepło materiał jest niższy niż wolfram, ale porównywalna z odpornością na ciepło czysty molibden. Aby zwiększyć odporność na ciepło, do naszego tantalu dodajemy metale ogniotrwałe, takie jak wolfram.
Moduł sprężystości tantalu jest niższy niż wolframu i molibdenu i jest porównywalny z czystym żelazem. Moduł sprężystości maleje wraz ze wzrostem temperatury.
Właściwości mechaniczne
Ze względu na wysoką ciągliwość tantal optymalnie nadaje się do procesy formowania takich jak gięcie, tłoczenie, tłoczenie lub głębokie tłoczenie. Tantal jest trudny do ustąpienia obróbka. Chipsy są trudne do oddzielenia. Z tego powodu zalecamy stosowanie stopni odprowadzających wióry. Tantal jest inny doskonała spawalność w porównaniu do wolframu i molibdenu.
Masz pytania dotyczące obróbki metali ogniotrwałych? Chętnie pomożemy korzystając z naszego wieloletniego doświadczenia.
Właściwości chemiczne
Ponieważ tantal jest odporny na wszelkiego rodzaju chemikalia, materiał ten często porównywany jest do metali szlachetnych. Jednakże termodynamicznie tantal jest metalem nieszlachetnym, który mimo to może tworzyć stabilne związki z szeroką gamą pierwiastków. Pod wpływem powietrza tantal tworzy się bardzo gęsta warstwa tlenku(Ta 2 O 5), który chroni materiał podstawowy przed agresywnymi wpływami. Ta warstwa tlenku tworzy tantal odporny na korozję.
W temperaturze pokojowej tantal nie jest stabilny tylko w następujących substancjach nieorganicznych: stężonym kwasie siarkowym, fluorze, fluorowodorze, kwasie fluorowodorowym i roztworach kwasów zawierających jony fluoru. Roztwory alkaliczne, stopiony wodorotlenek sodu i wodorotlenek potasu również mają działanie chemiczne na tantal. Jednocześnie materiał jest stabilny w wodnym roztworze amoniaku. Jeśli tantal zostanie zaatakowany chemicznie, wodór przedostanie się do jego sieci krystalicznej i materiał stanie się kruchy. Odporność na korozję tantalu stopniowo maleje wraz ze wzrostem temperatury.
Tantal jest obojętny na wiele rozwiązań. Jeśli jednak tantal zostanie wystawiony na działanie zmieszanego roztworu, jego odporność na korozję może zostać zmniejszona, nawet jeśli jest stabilny w poszczególnych składnikach tego roztworu. Masz złożone pytania dotyczące korozji? Chętnie pomożemy, korzystając z naszego doświadczenia i własnego laboratorium antykorozyjnego.
| Odporność na korozję w wodzie, roztworach wodnych i środowiskach niemetalicznych | ||
|---|---|---|
| Woda | Tarapaty< 150 °C | uporczywy |
| Kwasy nieorganiczne | Kwas chlorowodorowy< 30 % до 190 °C Kwas siarkowy< 98 % до 190 °C Kwas azotowy< 65 % до 190 °C Kwas fluorowodorowy< 60 % Kwas fosforowy< 85 % до 150 °C | uporczywy uporczywy uporczywy nietrwały uporczywy |
| Kwasy organiczne | Kwas octowy< 100 % до 150 °C Kwas szczawiowy< 10 % до 100 °C Kwas mlekowy< 85 % до 150 °C Kwas winowy< 20 % до 150 °C | uporczywy uporczywy uporczywy uporczywy |
| Roztwory alkaliczne | Wodorotlenek sodu< 5 % до 100 °C Wodorotlenek potasu< 5 % до 100 °C Roztwory amoniaku< 17 % до 50 °C Węglan sodu< 20 % до 100 °C | uporczywy uporczywy uporczywy uporczywy |
| Roztwory soli | Chlorek amonu< 150 °C Chlorek wapnia< 150 °C Chlorek żelazowy< 150 °C Chloran potasu< 150 °C Płyny biologiczne< 150 °C Siarczan magnezu< 150 °C Azotan sodu< 150 °C Chlorek cyny< 150 °C | uporczywy uporczywy uporczywy uporczywy uporczywy uporczywy uporczywy uporczywy |
| Niemetale | Fluor Chlor< 150 °C Brom< 150 °C Jod< 150 °C Siarka< 150 °C Fosfor< 150 °C Bor< 1000 °C | nie trwałe uporczywy uporczywy uporczywy uporczywy uporczywy uporczywy |
Tantal jest stabilny w niektórych stopionych metalach, takich jak Ag, Bi, Cd, Cs, Cu, Ga, Hg, °K, Li, Mg, Na i Pb, pod warunkiem, że stopione stopy zawierają niewielką ilość tlenu. Jednakże materiał ten jest podatny na Al, Fe, Be, Ni i Co.
| Odporność na korozję w stopionych metalach | |||
|---|---|---|---|
| Aluminium | nietrwały | Lit | odporny na < 1000 °C |
| Beryl | nietrwały | Magnez | odporny na temperaturę< 1150 °C |
| Ołów | odporny na < 1000 °C | Sód | odporny na < 1000 °C |
| Kadm | odporny na < 500 °C | Nikiel | nietrwały |
| Cez | odporny na temperaturę< 980 °C | Rtęć | odporny na temperaturę< 600 °C |
| Żelazo | nietrwały | Srebrny | odporny na < 1200 °C |
| Gal | odporny na temperaturę< 450 °C | Bizmut | odporny na temperaturę< 900 °C |
| Potas | odporny na < 1000 °C | Cynk | odporny na < 500 °C |
| Miedź | odporny na temperaturę< 1300 °C | Cyna | odporny na temperaturę< 260 °C |
| Kobalt | nietrwały | ||
Kiedy metal nieszlachetny, taki jak tantal, wchodzi w kontakt z metalami szlachetnymi, takimi jak platyna, reakcja chemiczna zachodzi bardzo szybko. W związku z tym należy wziąć pod uwagę reakcję tantalu z innymi materiałami obecnymi w układzie, szczególnie w wysokich temperaturach.
Tantal nie reaguje z gazami obojętnymi. Z tego powodu jako gazy osłonowe można stosować gazy obojętne o wysokiej czystości. Jednakże wraz ze wzrostem temperatury tantal aktywnie reaguje z tlenem lub powietrzem i może absorbować duże ilości wodoru i azotu. To sprawia, że materiał jest kruchy. Zanieczyszczenia te można wyeliminować poprzez wyżarzanie tantalu w wysokiej próżni. Wodór zanika w temperaturze 800°C, a azot w 1700°C.
W piecach wysokotemperaturowych tantal może reagować z elementami konstrukcyjnymi wykonanymi z ogniotrwałych tlenków lub grafitu. Nawet bardzo stabilne tlenki, takie jak tlenek glinu, magnezu czy cyrkonu, mogą ulec redukcji w wysokiej temperaturze, jeśli wejdą w kontakt z tantalem. W kontakcie z grafitem może tworzyć się węglik tantalu, co prowadzi do zwiększonej kruchości tantalu. Chociaż tantal można ogólnie łatwo łączyć z innymi metalami ogniotrwałymi, takimi jak molibden lub wolfram, może on reagować z sześciokątnym azotkiem boru i azotkiem krzemu.
Poniższa tabela przedstawia odporność korozyjną materiału w odniesieniu do materiałów żaroodpornych stosowanych w budowie pieców przemysłowych. Podane granice temperatur obowiązują dla próżni. W przypadku stosowania gazu osłonowego temperatury te są o około 100–200°C niższe.
| Odporność korozyjna w odniesieniu do materiałów żaroodpornych stosowanych w budowie pieców przemysłowych | |||
|---|---|---|---|
| Tlenek glinu | odporny na temperaturę< 1900 °C | Molibden | uporczywy |
| Tlenek berylu | odporny na temperaturę< 1600 °C | Azotek krzemu | odporny na < 700 °C |
| Sześciokątny. azotek boru | odporny na < 700 °C | Tlenek toru | odporny na temperaturę< 1900 °C |
| Grafit | odporny na < 1000 °C | Wolfram | uporczywy |
| Tlenek magnezu | odporny na temperaturę< 1800 °C | Tlenek cyrkonu | odporny na temperaturę< 1600 °C |
Tantal(łac. Tantal), Ta, pierwiastek chemiczny grupy V układu okresowego Mendelejewa; liczba atomowa 73, masa atomowa 180,948; Metal ma kolor szary z lekko ołowianym odcieniem. W naturze występuje w postaci dwóch izotopów: stabilnego 181 Ta (99,99%) i radioaktywnego 180 Ta (0,012%; T ½ = 10 12 lat). Ze sztucznie uzyskanego radioaktywnego 182 Ta (T ½ = 115,1 dnia) stosuje się jako wskaźnik radioaktywności.
Pierwiastek odkrył w 1802 roku szwedzki chemik A. G. Eksberg; nazwany na cześć bohatera starożytnej mitologii greckiej Tantala (ze względu na trudności w uzyskaniu tantalu w czystej postaci). Plastikowy tantal metaliczny został po raz pierwszy uzyskany w 1903 roku przez niemieckiego chemika W. Boltona.
Rozmieszczenie tantalu w przyrodzie
Średnia zawartość tantalu w skorupie ziemskiej (clarke) wynosi 2,5·10 -4% masowych. Charakterystyczny pierwiastek muszli granitowych i osadowych (średnia zawartość sięga 3,5·10 -4%); w głębokich partiach skorupy ziemskiej, a zwłaszcza na jej wierzchołku, w płaszczu występuje niewielka ilość tantalu (w skałach ultrazasadowych 1,8·10 -6%). Tantal jest rozproszony w większości skał magmowych i biosferze; jego zawartość w hydrosferze i organizmach nie została ustalona. Istnieje 17 znanych minerałów tantalu i ponad 60 minerałów zawierających tantal; wszystkie powstały w związku z działalnością magmową (tantalit, kolumbit, loparyt, pirochlor i inne). W minerałach tantal występuje razem z niobem ze względu na podobieństwo ich właściwości fizycznych i chemicznych. Rudy tantalu występują w pegmatytach granitów i skał alkalicznych, karbonatytach, w żyłach hydrotermalnych, a także w placerach, które mają największe znaczenie praktyczne.
Właściwości fizyczne tantalu
Tantal ma sześcienną siatkę skupioną wokół ciała (a = 3,296 Å); promień atomowy 1,46 Å, promienie jonowe Ta 2+ 0,88 Å, Ta 5+ 0,66 Å; gęstość 16,6 g/cm3 w 20°C; t pl 2996 °C; Temperatura Kipa 5300°C; ciepło właściwe w temperaturze 0-100°C 0,142 kJ/(kg · K); przewodność cieplna w temperaturze 20-100 °C 54,47 W/(m·K). Współczynnik temperaturowy rozszerzalności liniowej 8,0·10 -6 (20-1500 °C); właściwy opór elektryczny w 0 °C 13,2·10 -8 om·m, w 2000 °С 87,10 -8 om·m. Przy 4,38 K staje się nadprzewodnikiem. Tantal jest paramagnetykiem, właściwa podatność magnetyczna 0,849·10 -6 (18 °C). Czysty tantal jest plastycznym metalem, który można obrabiać pod ciśnieniem na zimno bez znacznego utwardzania. Można go odkształcać ze stopniem redukcji wynoszącym 99% bez wyżarzania pośredniego. Nie wykryto przejścia tantalu ze stanu plastycznego w kruchy po ochłodzeniu do -196°C. Moduł sprężystości tantalu wynosi 190 H/m 2 (190,10 2 kgf/mm 2) w temperaturze 25 °C. Wytrzymałość na rozciąganie wyżarzanego tantalu o wysokiej czystości wynosi 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) w temperaturze 27°C i 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) w temperaturze 490°C; wydłużenie względne 36% (27°C) i 20% (490°C). Twardość Brinella czystego rekrystalizowanego tantalu wynosi 500 Mn/m2 (50 kgf/mm2). Właściwości tantalu zależą w dużej mierze od jego czystości; zanieczyszczenia takie jak wodór, azot, tlen i węgiel powodują, że metal jest kruchy.
Właściwości chemiczne tantalu
Konfiguracja zewnętrznych elektronów atomu Ta wynosi 5d 3 6s 2. Najbardziej charakterystyczny stopień utlenienia tantalu wynosi +5; Znane są związki o niższym stopniu utlenienia (na przykład TaCl 4, TaCl 3, TaCl 2), ale ich powstawanie jest mniej typowe dla tantalu niż dla niobu.
Chemicznie tantal jest mało aktywny w normalnych warunkach (podobnie jak niob). Czysty, kompaktowy tantal jest stabilny na powietrzu; zaczyna się utleniać w temperaturze 280°C. Posiada tylko jeden stabilny tlenek - (V) Ta 2 O 5, który występuje w dwóch modyfikacjach: białej postaci α poniżej 1320°C i szarej formy β powyżej 1320°C; ma charakter kwaśny. Z wodorem w temperaturze około 250 °C tantal tworzy stały roztwór zawierający do 20% at. wodoru w temperaturze 20 °C; jednocześnie tantal staje się kruchy; w temperaturze 800-1200°C w wysokiej próżni następuje uwolnienie wodoru z metalu i przywrócenie jego plastyczności. Z azotem w temperaturze około 300 ° C tworzy stały roztwór i azotki Ta 2 N i TaN; w głębokiej próżni powyżej 2200 °C zaabsorbowany azot jest ponownie uwalniany z metalu. W układzie Ta-C w temperaturach do 2800°C stwierdzono istnienie trzech faz: stałego roztworu węgla w tantalu, niższego węglika T2C i wyższego węglika TaC. Tantal reaguje z halogenami w temperaturach powyżej 250°C (z fluorem w temperaturze pokojowej), tworząc halogenki głównie typu TaX 3 (gdzie X = F, Cl, Br, I). Po podgrzaniu Ta oddziałuje z C, B, Si, P, Se, Te, wodą, CO, CO 2, NO, HCl, H 2 S.
Czysty tantal jest wyjątkowo odporny na działanie wielu ciekłych metali: Na, K i ich stopów, Li, Pb i innych, a także stopów U – Mg i Pu – Mg. Tantal charakteryzuje się wyjątkowo wysoką odpornością korozyjną na działanie większości kwasów nieorganicznych i organicznych: azotowego, solnego, siarkowego, chlorowego i innych, wody królewskiej, a także wielu innych agresywnych środowisk. Fluor, fluorowodór, kwas fluorowodorowy i jego mieszaniny z kwasem azotowym, roztworami i stopami alkalicznymi działają na tantal. Znane są sole kwasów tantalowych - tantalany o wzorze ogólnym xMe 2 O·yTa 2 O 5 ·H 2 O: metatantalany MeTaO 3, ortotantalany Me 3 TaO 4, sole takie jak Me 5 TaO 5, gdzie Me oznacza metal alkaliczny; w obecności nadtlenku wodoru tworzą się także nadtantalany. Najważniejsze tantalany metali alkalicznych to KTaO 3 i NaTaO 3; Sole te są ferroelektrykami.
Uzyskanie tantalu
Rudy zawierające tantal są rzadkie, złożone i ubogie w tantal; rudy technologiczne zawierające do setnych procent (Ta, Nb) 2 O 5 i żużle z wytapiania redukcyjnego koncentratów cyny. Głównymi surowcami do produkcji tantalu, jego stopów i związków są koncentraty tantalu i loparytu, zawierające odpowiednio około 8% Ta 2 O 5 i 60% lub więcej Nb 2 O 5. Koncentraty przetwarzane są zazwyczaj w trzech etapach: 1) otwieranie, 2) oddzielanie Ta i Nb i otrzymywanie ich czystych związków, 3) odzysk i rafinacja Ta. Koncentraty tantalitu rozkładają się pod wpływem kwasów lub zasad, natomiast koncentraty loparytu chloruje się. Ta i Nb oddziela się w celu otrzymania czystych związków przez ekstrakcję, na przykład fosforanem tributylu z roztworów kwasu fluorowodorowego, lub przez rektyfikację chlorków.
Aby wytworzyć metaliczny tantal, redukuje się go z sadzy Ta 2 O 5 w jednym lub dwóch etapach (ze wstępnym przygotowaniem TaC z mieszaniny Ta 2 O 5 z sadzą w atmosferze CO lub H 2 w temperaturze 1800-2000 ° C ); redukcja elektrochemiczna ze stopów zawierających K 2 TaF 7 i Ta 2 O 5 oraz redukcja K 2 TaF 7 sodem podczas ogrzewania. Możliwe są także procesy termicznej dysocjacji chlorku lub redukcji z niego tantalu wodorem. Metal kompaktowy wytwarza się albo za pomocą łuku próżniowego, topienia wiązką elektronów lub plazmy, albo metodami metalurgii proszków. Wlewki lub sztabki spiekane z proszków poddaje się obróbce pod ciśnieniem; Monokryształy szczególnie czystego tantalu otrzymuje się w wyniku beztyglowego topienia strefowego wiązką elektronów.
Zastosowania tantalu
Tantal posiada kompleks cennych właściwości – dobrą ciągliwość, wytrzymałość, spawalność, odporność na korozję w umiarkowanych temperaturach, ogniotrwałość, niską prężność pary, wysoki współczynnik przenikania ciepła, niską pracę elektronów, zdolność do tworzenia filmu anodowego (Ta 2 O 5). o specjalnych właściwościach dielektrycznych i „dogadują się” z żywą tkanką ciała. Dzięki tym właściwościom tantal znajduje zastosowanie w elektronice, inżynierii chemicznej, energetyce nuklearnej, metalurgii (produkcja stopów żaroodpornych, stali nierdzewnych) i medycynie; w postaci TaC stosowany jest do produkcji twardych stopów. Czysty tantal służy do produkcji kondensatorów elektrycznych do urządzeń półprzewodnikowych, części lamp elektronicznych, sprzętu odpornego na korozję dla przemysłu chemicznego, matryc do produkcji włókien sztucznych, szkła laboratoryjnego, tygli do topienia metali (np. pierwiastków ziem rzadkich) i stopów , grzejniki do pieców wysokotemperaturowych; wymienniki ciepła dla systemów energetyki jądrowej. W chirurgii arkusze, folia i drut wykonany z tantalu służą do mocowania kości, nerwów, szycia itp. Stosuje się stopy i związki tantalu.
Tantal zajmuje szczególne miejsce w grupie znanych pierwiastków chemicznych. Metal ten nie jest szlachetny, ale jego właściwości użytkowe sprawiają, że jest poszukiwany w różnych dziedzinach. Co więcej, dotyczy to nie tylko branży budowlanej i produkcyjnej, ale także biżuterii. Obecnie zastosowanie samego tantalu jest bardzo ograniczone ze względu na jego rzadkość. A jednak na rynku dostępna jest szeroka gama produktów wykonanych z tego materiału.
Ogólne informacje o metalu
Tantal nie występuje w przyrodzie w czystej postaci. Zwykle wydobywa się go razem z innymi minerałami o podobnych właściwościach. Ta cecha pierwiastka doprowadziła do jego dość późnego odkrycia. Jednak obecnie istnieją skuteczne sposoby izolowania tantalu, a jedną z nich jest metoda ekstrakcji. Elektrolizę stosuje się również specjalnie do produkcji materiałów metalicznych. Za pomocą tygla grafitowego roztapia się podstawę zawierającą pierwiastek, po czym na ściankach pojemnika pozostaje proszek. Dalsza technologia przetwarzania surowca zależy od sposobu wykorzystania tantalu: można mu nadać postać wlewka, drutu, arkusza, części o określonym kształcie lub pozostawić w postaci mieszaniny do natryskiwania. Popularne są także technologie formowania stopów z proszku tantalu. Połączenie z substancjami stopowymi umożliwia wzmocnienie indywidualnych właściwości materiału.
Właściwości fizyczne
Metal ma wysoką temperaturę topnienia około 3017 ° C, co pozwala na stosowanie go w ekstremalnych warunkach termicznych podczas produkcji. Jednocześnie posiada rzadkie połączenie właściwości plastyczności i twardości. Jeśli chodzi o ten pierwszy, jest miękki jak złoto. W tym przypadku twardość tantalu wynosi 16,65 g/cm 3 . To połączenie właściwości fizycznych umożliwia łatwą obróbkę materiału, nadanie mu różnych kształtów i rozmiarów, a także wykorzystanie go w krytycznych mechanizmach i konstrukcjach. Drobne elementy świetnie sprawdzają się w przekładniach i częściach urządzeń elektrycznych. Tantal jest odporny na zużycie i trwały, dlatego wykonuje się z niego elementy eksploatacyjne z myślą o długotrwałej eksploatacji. Ponadto metal ten może pełnić funkcję skutecznego pochłaniacza gazów. W wysokich temperaturach części tantalowe wykazują również wysokie właściwości przewodzące.
Właściwości chemiczne
W czystej postaci metal skutecznie opiera się działaniu zasad, organicznych i nieorganicznych substancji kwaśnych, a także wpływowi innych mediów aktywnych. Chyba że w postaci stopionej zasady mają zauważalny wpływ na tantal. Procesy utleniania zachodzą w temperaturze nie niższej niż 280°C, a ze składnikami halogenowymi reaguje już w temperaturze 250°C. Właściwości chemiczne tantalu w kontakcie z odczynnikami można porównać do szkła. Nie rozpuszcza się w środowisku kwaśnym z wyjątkiem kwasu azotowego i fluorowodorowego. Materiał ten jest również odporny na działanie kwasu siarkowego, niezależnie od jego stężenia. Jednak procesy aktywności w większości przypadków mają niewielki wpływ na strukturę metalu. Zwykle zmiany pojawiają się w postaci nalotu lub korozji.
Gdzie stosuje się tantal?
Metal ten nie jest szeroko rozpowszechniony, ale istnieje wiele obszarów jego zastosowania. Przede wszystkim jest to przemysł. Element znajduje zastosowanie w metalurgii, przemyśle spożywczym, przemyśle wytwórczym, radiotechnice, budowie maszyn itp. W budownictwie metal ten nie jest tak poszukiwany właśnie ze względu na ograniczone wielkości produkcji, ale poszczególne elementy konstrukcyjne są nadal wykonane z ten materiał - z reguły okucia przeznaczone do krytycznych zadań konstrukcji wzmacniających. Aby zrozumieć, gdzie stosuje się tantal, należy zwrócić uwagę na jego właściwości użytkowe. Zauważono już, że potrafi działać jako dobry dyrygent. Dlatego jest stosowany jako nadprzewodnik w elektrotechnice. Z drugiej strony jego odporność cieplna otwiera możliwości jego zastosowania w obróbce cieplnej innych metali. Dzięki zwiększonej gęstości tantal stał się optymalnym rozwiązaniem w przemyśle obronnym. Służy do wytwarzania pocisków o dużej sile penetracji.
Drut tantalowy
Walcowanie jest w ogóle najszerszą formą prezentacji tego materiału na rynku. Drut zajmuje znaczącą niszę w segmencie. Niezwykłe jest to, że ze względu na swój skromny rozmiar może służyć jako nić. To wyjaśnia wartość tantalu w medycynie – produkty tego rodzaju wykorzystywane są do szwów i bandaży. Ale to tylko przykład pokazujący jedną z charakterystycznych cech takiego drutu. Większe formaty znajdują zastosowanie w budowie maszyn, lotnictwie, obrabiarkach i budownictwie kapitałowym. Ponadto, w zależności od przeznaczenia, można zastosować metal miękki i twardy. Tantal ze względu na swoją elastyczność w obróbce pozwala na produkcję długich drutów od 1500 cm o grubości 0,15 mm i większej. Na gotowych produktach, jak zauważają użytkownicy, rzadko spotyka się zadziory, pęknięcia i inne wady. Jednak cienka konstrukcja w dalszym ciągu stawia wymagania dotyczące warunków przechowywania i transportu – w szczególności nie zaleca się narażania drutu na kontakt z wilgocią i agresywnym środowiskiem.
Taśma tantalowa
Ten format produkcji walcowanych wyrobów metalowych jest również szeroko rozpowszechniony. Taśmy znajdują zastosowanie w medycynie, przemyśle naftowym, budowie maszyn, a nawet w energetyce. Konsumenci cenią ten produkt za biokompatybilność, wysoką wytrzymałość przy drobnej strukturze, dobrą urabialność i odporność na procesy korozyjne. Jeśli porównamy podobne produkty wykonane z tantalu z analogami wykonanymi ze stali lub aluminium, na pierwszy plan wysuwa się odporność na zużycie i trwałość. Taśma wytrzymuje duże obciążenia rozciągające i wpływy chemiczne. Z drugiej strony wysoka plastyczność nie pozwala takim produktom stabilnie zachować określonego kształtu. Nawet niewielki nacisk prowadzi do deformacji.
Stopy na bazie tantalu
Stopy modyfikowane składnikami stopowymi uzyskują przeważnie wyższe cechy wytrzymałości fizycznej i odporności cieplnej. Dość powiedzieć, że produkt o przeciętnych właściwościach będzie w stanie wytrzymać temperatury 1650°C bez utraty swoich właściwości użytkowych. Właściwie pozwala to na zastosowanie stopów tantalu w przemyśle chemicznym, energetyce, metalurgii i produkcji instrumentów. Ponadto niektóre przedsiębiorstwa wykorzystują ten materiał do produkcji elementów rakiet i sfery kosmicznej. W zależności od kierunku zastosowania technolodzy opracowują różne składy stopowania tantalu. W niektórych przypadkach modyfikacja pozwala na uzyskanie większej plastyczności, a w innych np. na przystosowanie materiału do operacji spawania metodą wiązek elektronów. Sam tantal może również działać jako składnik stopowy. Zazwyczaj tę metodę poprawy właściwości użytkowych stosuje się w celu nadania metalom nieszlachetnym odporności na korozję i ciepło.
Tantal w radiotechnice
W produkcji urządzeń i części elektrycznych na pierwszy plan wysuwa się możliwość utrzymania optymalnej przewodności prądu i utrzymania sygnałów częstotliwościowych przy jednoczesnym zmniejszeniu rozmiaru podstawy elementu. Z tego powodu tantal jest często stosowany w produkcji kondensatorów, tyrystorów, tranzystorów i półstorów. Wcześniej do tych samych kondensatorów używano rolek blachy aluminiowej. Rozwiązanie to zakładało możliwość podwyższenia parametrów użytkowych jedynie w przypadku zwiększenia gabarytów samej części. Nie wspominając już o odwrotnym spadku innych cech związanych ze zwiększeniem objętości kondensatora. Zastosowanie tantalu, który jest również odporny na negatywne procesy, w których biorą udział elementy radioelektroniczne, umożliwiło zwiększenie objętości elektrycznej przy zachowaniu wymiarów części. Inną rzeczą jest to, że aluminium nie zawodzi w tej dziedzinie, ponieważ jest tańsze.
Wniosek
Metal ten wcale nie ma wyjątkowych i niestandardowych właściwości. Ma wiele atrakcyjnych właściwości, w tym antykorozyjną, twardość czy odporność na ciepło. Ale te cechy są indywidualnie obecne w innych metalach. Co więcej, w niektórych są one znacznie bardziej wyraźne. Jednak połączenie pozornie przeciwstawnych właściwości w jednym elemencie jest naprawdę wyjątkowe. Technolodzy starają się sztucznie osiągnąć specjalne kombinacje właściwości użytkowych materiałów, w tym przypadku determinuje je charakter pochodzenia. Przykładowo zastosowanie tantalu w medycynie i metalurgii stawia przed nami zupełnie inne cele. W jednym przypadku ceniona jest duża wytrzymałość przy małych gabarytach produktu, a w drugim elastyczność w obróbce. Ale istnieje również negatywna właściwość tantalu, która dotyczy wszystkich obszarów jego zastosowania - jest to wysoki koszt, a w niektórych przypadkach fizyczna niedostępność.
Tantal(łac. Tantal), Ta, pierwiastek chemiczny grupy V układu okresowego Mendelejewa; liczba atomowa 73, masa atomowa 180,948; Metal ma kolor szary z lekko ołowianym odcieniem. W naturze występuje w postaci dwóch izotopów: stabilnego 181 Ta (99,99%) i radioaktywnego 180 Ta (0,012%; T ½ = 10 12 lat). Ze sztucznie uzyskanego radioaktywnego 182 Ta (T ½ = 115,1 dnia) stosuje się jako wskaźnik radioaktywności.
Pierwiastek odkrył w 1802 roku szwedzki chemik A. G. Eksberg; nazwany na cześć bohatera starożytnej mitologii greckiej Tantala (ze względu na trudności w uzyskaniu tantalu w czystej postaci). Plastikowy tantal metaliczny został po raz pierwszy uzyskany w 1903 roku przez niemieckiego chemika W. Boltona.
Rozmieszczenie tantalu w przyrodzie.Średnia zawartość tantalu w skorupie ziemskiej (clarke) wynosi 2,5·10 -4% masowych. Charakterystyczny pierwiastek granitów i muszli osadowych (średnia zawartość sięga 3,5·10 -4%); w głębokich partiach skorupy ziemskiej, a zwłaszcza na jej wierzchołku, w płaszczu występuje niewielka ilość tantalu (w skałach ultrazasadowych 1,8·10 -6%). Tantal jest rozproszony w większości skał magmowych i biosferze; jego zawartość w hydrosferze i organizmach nie została ustalona. Istnieje 17 znanych minerałów tantalu i ponad 60 minerałów zawierających tantal; wszystkie powstały w związku z działalnością magmową (tantalit, kolumbit, loparyt, pirochlor i inne). W minerałach tantal występuje razem z niobem ze względu na podobieństwo ich właściwości fizycznych i chemicznych. Rudy tantalu występują w pegmatytach granitów i skał alkalicznych, karbonatytach, w żyłach hydrotermalnych, a także w placerach, które mają największe znaczenie praktyczne.
Właściwości fizyczne tantalu. Tantal ma sześcienną siatkę skupioną wokół ciała (a = 3,296 Å); promień atomowy 1,46 Å, promienie jonowe Ta 2+ 0,88 Å, Ta 5+ 0,66 Å; gęstość 16,6 g/cm3 w 20°C; t pl 2996 °C; Temperatura Kipa 5300°C; ciepło właściwe w temperaturze 0-100°C 0,142 kJ/(kg · K); przewodność cieplna w temperaturze 20-100 °C 54,47 W/(m·K). Współczynnik temperaturowy rozszerzalności liniowej 8,0·10 -6 (20-1500 °C); właściwy opór elektryczny w 0 °C 13,2·10 -8 om·m, w 2000 °С 87,10 -8 om·m. Przy 4,38 K staje się nadprzewodnikiem. Tantal jest paramagnetykiem, właściwa podatność magnetyczna 0,849·10 -6 (18 °C). Czysty tantal jest plastycznym metalem, który można obrabiać pod ciśnieniem na zimno bez znacznego utwardzania. Można go odkształcać ze stopniem redukcji wynoszącym 99% bez wyżarzania pośredniego. Nie wykryto przejścia tantalu ze stanu plastycznego w kruchy po ochłodzeniu do -196°C. Moduł sprężystości tantalu wynosi 190 H/m 2 (190,10 2 kgf/mm 2) w temperaturze 25 °C. Wytrzymałość na rozciąganie wyżarzanego tantalu o wysokiej czystości wynosi 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) w temperaturze 27°C i 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) w temperaturze 490°C; wydłużenie względne 36% (27°C) i 20% (490°C). Twardość Brinella czystego rekrystalizowanego tantalu wynosi 500 Mn/m2 (50 kgf/mm2). Właściwości tantalu zależą w dużej mierze od jego czystości; zanieczyszczenia takie jak wodór, azot, tlen i węgiel powodują, że metal jest kruchy.
Właściwości chemiczne tantalu. Konfiguracja zewnętrznych elektronów atomu Ta wynosi 5d 3 6s 2. Najbardziej charakterystyczny stopień utlenienia tantalu wynosi +5; Znane są związki o niższym stopniu utlenienia (na przykład TaCl 4, TaCl 3, TaCl 2), ale ich powstawanie jest mniej typowe dla tantalu niż dla niobu.
Chemicznie tantal jest mało aktywny w normalnych warunkach (podobnie jak niob). Czysty, kompaktowy tantal jest stabilny na powietrzu; zaczyna się utleniać w temperaturze 280°C. Posiada tylko jeden stabilny tlenek - (V) Ta 2 O 5, który występuje w dwóch modyfikacjach: białej postaci α poniżej 1320°C i szarej formy β powyżej 1320°C; ma charakter kwaśny. Z wodorem w temperaturze około 250 °C tantal tworzy stały roztwór zawierający do 20% at. wodoru w temperaturze 20 °C; jednocześnie tantal staje się kruchy; w temperaturze 800-1200°C w wysokiej próżni następuje uwolnienie wodoru z metalu i przywrócenie jego plastyczności. Z azotem w temperaturze około 300 ° C tworzy stały roztwór i azotki Ta 2 N i TaN; w głębokiej próżni powyżej 2200 °C zaabsorbowany azot jest ponownie uwalniany z metalu. W układzie Ta-C w temperaturach do 2800°C stwierdzono istnienie trzech faz: stałego roztworu węgla w tantalu, niższego węglika T2C i wyższego węglika TaC. Tantal reaguje z halogenami w temperaturach powyżej 250°C (z fluorem w temperaturze pokojowej), tworząc halogenki głównie typu TaX 3 (gdzie X = F, Cl, Br, I). Po podgrzaniu Ta oddziałuje z C, B, Si, P, Se, Te, wodą, CO, CO 2, NO, HCl, H 2 S.
Czysty tantal jest wyjątkowo odporny na działanie wielu ciekłych metali: Na, K i ich stopów, Li, Pb i innych, a także stopów U – Mg i Pu – Mg. Tantal charakteryzuje się wyjątkowo wysoką odpornością korozyjną na działanie większości kwasów nieorganicznych i organicznych: azotowego, solnego, siarkowego, chlorowego i innych, wody królewskiej, a także wielu innych agresywnych środowisk. Fluor, fluorowodór, kwas fluorowodorowy i jego mieszaniny z kwasem azotowym, roztworami i stopami alkalicznymi działają na tantal. Znane są sole kwasów tantalowych - tantalany o wzorze ogólnym xMe 2 O·yTa 2 O 5 ·H 2 O: metatantalany MeTaO 3, ortotantalany Me 3 TaO 4, sole takie jak Me 5 TaO 5, gdzie Me oznacza metal alkaliczny; w obecności nadtlenku wodoru tworzą się także nadtantalany. Najważniejsze tantalany metali alkalicznych to KTaO 3 i NaTaO 3; Sole te są ferroelektrykami.
Uzyskanie tantalu. Rudy zawierające tantal są rzadkie, złożone i ubogie w tantal; rudy technologiczne zawierające do setnych procent (Ta, Nb) 2 O 5 i żużle z wytapiania redukcyjnego koncentratów cyny. Głównymi surowcami do produkcji tantalu, jego stopów i związków są koncentraty tantalu i loparytu, zawierające odpowiednio około 8% Ta 2 O 5 i 60% lub więcej Nb 2 O 5. Koncentraty przetwarzane są zazwyczaj w trzech etapach: 1) otwieranie, 2) oddzielanie Ta i Nb i otrzymywanie ich czystych związków, 3) odzysk i rafinacja Ta. Koncentraty tantalitu rozkładają się pod wpływem kwasów lub zasad, natomiast koncentraty loparytu chloruje się. Ta i Nb oddziela się w celu otrzymania czystych związków przez ekstrakcję, na przykład fosforanem tributylu z roztworów kwasu fluorowodorowego, lub przez rektyfikację chlorków.
Aby wytworzyć metaliczny tantal, redukuje się go z sadzy Ta 2 O 5 w jednym lub dwóch etapach (ze wstępnym przygotowaniem TaC z mieszaniny Ta 2 O 5 z sadzą w atmosferze CO lub H 2 w temperaturze 1800-2000 ° C ); redukcja elektrochemiczna ze stopów zawierających K 2 TaF 7 i Ta 2 O 5 oraz redukcja K 2 TaF 7 sodem podczas ogrzewania. Możliwe są także procesy termicznej dysocjacji chlorku lub redukcji z niego tantalu wodorem. Metal kompaktowy wytwarza się albo za pomocą łuku próżniowego, topienia wiązką elektronów lub plazmy, albo metodami metalurgii proszków. Wlewki lub sztabki spiekane z proszków poddaje się obróbce pod ciśnieniem; Monokryształy szczególnie czystego tantalu otrzymuje się w wyniku beztyglowego topienia strefowego wiązką elektronów.
Zastosowanie tantalu. Tantal posiada kompleks cennych właściwości – dobrą ciągliwość, wytrzymałość, spawalność, odporność na korozję w umiarkowanych temperaturach, ogniotrwałość, niską prężność pary, wysoki współczynnik przenikania ciepła, niską pracę elektronów, zdolność do tworzenia filmu anodowego (Ta 2 O 5). o specjalnych właściwościach dielektrycznych i „dogadują się” z żywą tkanką ciała. Dzięki tym właściwościom tantal znajduje zastosowanie w elektronice, inżynierii chemicznej, energetyce nuklearnej, metalurgii (produkcja stopów żaroodpornych, stali nierdzewnych) i medycynie; w postaci TaC stosowany jest do produkcji twardych stopów. Czysty tantal służy do produkcji kondensatorów elektrycznych do urządzeń półprzewodnikowych, części lamp elektronicznych, sprzętu odpornego na korozję dla przemysłu chemicznego, matryc do produkcji włókien sztucznych, szkła laboratoryjnego, tygli do topienia metali (np. pierwiastków ziem rzadkich) i stopów , grzejniki do pieców wysokotemperaturowych; wymienniki ciepła dla systemów energetyki jądrowej. W chirurgii arkusze, folia i drut wykonany z tantalu służą do mocowania kości, nerwów, szycia itp. Stosuje się stopy i związki tantalu.
Załadunek...
