Tantalo fizinės ir cheminės savybės. Ar žinote tantalo chemines savybes

Spartus šiuolaikinių technologijų vystymasis šiandien neabejotinai yra susijęs su efektyvių medžiagų ir medžiagų, kurios turi gana praktiškų ir labai naudingų savybių bei savybių, naudojimu.

Iš šios perspektyvos verta atkreipti dėmesį į tokį unikalų cheminį elementą kaip tantalas. Ir tai nenuostabu, nes dėl savo stiprumo savybių tantalo naudojimas šiandien tampa gana aktualus daugelyje pramonės sričių.

Norėdami praplėsti paprasto žmogaus akiratį šia tema, išsamiai apibūdinsime fizines ir chemines tantalo savybes ir pakalbėsime apie tai, kur šis metalas šiandien labai sėkmingai naudojamas.

Techninės tantalo savybės

Visų pirma, verta suprasti, kad tantalas yra pilkas metalas su blizgančiu atspalviu, kurį galima lengvai apdirbti mechaniškai.

Tarp metalo savybių verta paminėti keletą šių svarbių aspektų:

• eilės numeris periodinėje lentelėje - 73;
• atominis svoris - 180;
• medžiagos tankis yra 60 g/cm 3;
• lydymosi temperatūra - 3015 0 C;
• Medžiagos virimo temperatūra yra 5300 0 C.

Metalo savybės

Dėl šių savybių tantalas neabejotinai turi šias naudingas savybes:

1. Tantalas yra ugniai atsparus metalas, todėl elementas turi šias savybes:

• mažas tiesinis plėtimosi greitis;
• geras šilumos laidumo lygis;
• didelis mechaninis stiprumas ir lankstumas.

1. Pasižymi puikiomis antikorozinėmis savybėmis. Verta paminėti, kad tantalas normaliomis sąlygomis yra praktiškai inertiškas jūros vandeniui, tačiau jei jis yra prisotintas deguonies, metalas šiuo atveju tik tamsėja.
2. Tantalas turi gerą atsparumą šių rūšių druskoms:

• geležies ir vario chloridai;
• nitratai;
• sulfatai;
• tačiau organinių rūgščių druskos, jei jose nėra fluoro ar fluoridų.

1. Tantalas pradeda prarasti savo stiprumo charakteristikas, kai reaguoja su fluoru. Taip pat verta atsižvelgti į tai, kad tantalas chemiškai nereaguoja su bromu, jodu ir skystu chloru, nebent pasiekiama 150 0 C temperatūra.
2. Tantalas yra gana atsparus skystų metalų, kurių lydymosi temperatūra žema, poveikiui.
3. Tantalas turi puikias stabilumo charakteristikas ore iki 400 0 C temperatūroje, o saugojimo ar apdorojimo metu susidaro apsauginė oksido plėvelė.
4. Tantalas, išlydytas elektronų pluošto metodu, turi padidintą plastiškumo savybę, kuri, deformuojant metalą, leidžia pasiekti didesnį suspaudimo laipsnį.
5. Jis gerai virsta lakštiniu metalu, kuris puikiai tinka kalti.
6. Jis puikiai tinka apdoroti šaltos deformacijos metu. Tačiau jūs turite suprasti, kad šis metalas neturėtų būti deformuotas karštoje būsenoje, nes kaitinant tantalas pradeda sugerti azotą, anglies dioksidą, deguonį, todėl medžiaga tampa gana trapi.
7. Viena iš pagrindinių tantalo apdirbimo operacijų yra medžiagos pjaustymas didelės spartos įranga.

Kalbant apie tantalo dalių sujungimą, tai galima padaryti šiais būdais:

• suvirinimas;
• litavimas;
• sujungimas naudojant kniedes.

Čia verta atsižvelgti į tai, kad paskutiniai du metodai naudojami gana retai, todėl tantalo suvirintų jungčių kokybė visada išlieka aukšta.

Tantalo panaudojimo sritys

Šios savybės leidžia plačiai naudoti įvairiose pramonės srityse. Išsamiai atkreipkite dėmesį į pagrindines tokios unikalios medžiagos kaip tantalas naudojimo kryptis.

Metalurgijos pramonė

Metalurgija yra pagrindinė šio metalo vartotoja. Metalurgijos pramonė sudaro 45% tantalo produkcijos.

Pagrindinis tantalo panaudojimas yra susijęs su šiais svarbiais aspektais:

• metalas yra pagrindinis legiravimo elementas gaminant karščiui atsparaus ir antikorozinio plieno rūšis;
• Tantalo karbidas yra patikima liejyklų plieno liejimo formų apsauga.

Elektros pramonė

Visų pirma, verta atkreipti dėmesį į tai, kad ketvirtadalis pasaulyje pagaminamo tantalo yra sunaudojama elektros pramonėje. Ir tai nenuostabu, nes naudojant šį metalą gaminami šių tipų elektros gaminiai:

• elektrolitiniai tantalo kondensatoriai pasižymi stabiliu veikimu;
• plačiai naudojamas gaminant lempų konstrukcinius elementus, tokius kaip anodai, netiesiogiai šildomi katodai ir tinkleliai;
• tantalo viela naudojama gaminant kriotronines dalis, kurios yra neatsiejami kompiuterinės technologijos elementai;
• Iš šio metalo labai sėkmingai gaminami šildytuvai krosnims su aukšta temperatūra.

Įdomus faktas! Tantalo kondensatoriai linkę savaime taisytis. Pavyzdžiui, staiga atsiradus aukštai įtampai, kibirkštis sunaikino izoliacinį sluoksnį. Tokiu atveju defekto vietoje akimirksniu susidaro izoliacinė oksido plėvelė, o kondensatorius toliau veiks įprastu darbo režimu!

Chemijos pramonė

Visų pirma būtina atkreipti dėmesį į tai, kad 20% naudojamo tantalo patenka į chemijos pramonės poreikius. Visų pirma, šis metalas naudojamas šiais atvejais:

• šių rūšių rūgščių gamyba:

1. azotas;
2. Olyanaya;
3. sieros;
4. fosforo;
5. acto

• vandenilio peroksido, bromo ir chloro gamyba;
• šių tipų cheminės įrangos gamyba:

1. aeratoriai;
2. distiliavimo įrenginiai;
3. įvairių tipų ritės;
4. maišytuvai;
5. vožtuvas

IN medicinos pramonė sunaudojama ne daugiau kaip 5% pasaulyje iškasamo tantalo. Medicinoje šis metalas labai sėkmingai naudojamas plastinėje ir kaulų chirurgijoje, todėl iš jo gaminami tantalo elementai, skirti kaulams tvirtinti, susiūti ir kt. Tai pasiekiama dėl to, kad tantalas nekenkia gyvybinėms organizmo funkcijoms ir nedirgina gyvų audinių.

(Tantalas; pavadintas mitologinio frigų karaliaus Tantalo vardu), Ta-khim. periodinės elementų sistemos V grupės elementas; adresu. n. 73, adresu. m 180,9479. Plastikinis metalas pilkai plieno spalvos su melsvu atspalviu. Tipiškiausia T. oksidacijos būsena yra + 5; Taip pat žinomi junginiai, kurių oksidacijos būsenos – 1, + 1, + 2, + 3 ir + 4 Natūralųjį T. sudaro stabilus izotopas 181Ta ir radioaktyvusis izotopas 180Ta, kurių pusinės eliminacijos laikas yra 1012 metų. Gauta 15 radioaktyviųjų izotopų. T. pirmą kartą (1802 m.) atrado švedas, chemikas A. G. Ekebergas Skandinavijos pusiasalio mineraluose. Dėl artumo fizikinių-cheminių. St in tantalum ir visada lydi vienas kitą, ir jie ilgą laiką buvo laikomi identiškais. Gryna forma T. gavo (1903) vok. chemikas V. fon Boltonas. Prom. T. gamyba pradėta 1922 m. (JAV).

Tantalo kiekis žemės plutoje 2< 10-4 %. Т. в природе встречается совместно с ниобием в виде изоморфных танталитов и ниобатов, Известно более 100 минералов, содержащих тантал. Основные из них: колумбит-танталит, микролит, некоторые титановые (напр., ильменорутил). Большинство танталовых руд содержит значительное количествониобия. Кристаллическая решетка Т.объемноцентрированная кубическаяс периодом а - 3,3025 А. Плотность 16,65 г/см9; tпл 2996° С; tкип 53009 С;температурный коэфф. линейного расширения (град): 6,55 х 10-6 (т-ра 0-100° С); 6,6 х 10-6 (т-ра 0-500° С) и 8,0 х 10-6 (т-ра 20-1500° С); коэфф. теплопроводности (при комнатной т-ре) 0,130 кал/см х сек х град. Удельная теплоемкость (кал/г-град): 0,03322 (т-ра 0° С); 0,03364 (т-ра 100° С); 0,03495 (т-ра 400° С); 0,03679 (т-ра 800° С); 0,03873 (т-ра 1200° С); 0,04078 (т-ра 1600° С) и 0,044 (т-ра 2000° С). Удельное электрическое сопротивление (мком х см), 12,4 (т-ра 18° С); 54 (т-ра 1000° С); 71 (т-ра 1500° С) и 87 (т-ра 2000° С). Скрытая теплота плавления 6,9 ккал/молъ; теплота испарения составляет 180 ккал/г-атом. Твердость 90-150 кгс/мм2 при чистоте 99,95-99,9%; твердость после электроннолучевой или зонной плавки 70-90 кгс/мм2, при т-ре 1200° С она составляет 20 кгс/мм2. Предел прочности Т. высокой чистоты 19-23 кгс/мм2; предел текучести 18,4 кгс/мм2; относительное удлинение 36-38%; относительное сужение поперечного сечения около 90%. В зависимости от содержания примесей предел прочности достигает 126 кгс/мм2. С повышением т-ры предел прочности снижается до 5кгс/мм2 при т-ре 1550° С и до 3,6 кгс/мм2 при т-ре 1980° С. Модуль упругости 19 000 кгс/мм2; модуль сдвига 7000 кгс/мм2; коэфф. сжимаемости 0,52-10 6 см2/кгс.

Perėjimas iš plastiko į trapią būseną nebuvo aptiktas iki -250 ° C temperatūros. Perkristalizacijos temperatūra yra 1050 - 1500 ° C, priklausomai nuo grynumo ir deformacijos laipsnio. Jonizacijos potencialas 7,3 ± 0,3 eV. Elektronų darbo funkcija 4,1 eV. ena Perėjimo į superlaidžią būseną temperatūra yra 4,38 K. Šiluminio neutronų gaudymo skerspjūvis yra 21,3 barno/atomas. Metalinis tantalas yra atsparus daugumai agresyvių aplinkos, įskaitant. valandų „karališkoje degtinėje“. Jis sąveikauja su vandenilio fluorido rūgštimi, su šarminiais tirpalais, su sieros ir ortofosforo rūgštimis, kai temperatūra viršija 50-100° C. Metalo rūgšties atsparumą lemia plona, ​​patvari Ta205 pentoksido plėvelė ant paviršiaus.

Fluoro jonai, sieros anhidridas ir šarminiai lydalai turi savybę sunaikinti tokią plėvelę. T. įsisavina didelius kiekius, ir. Atsparus šaltam orui. Kaitinamas aukštesnėje nei 300°C temperatūroje, jis pradeda oksiduotis, o ant paviršiaus susidaro akytas T-pentoksido sluoksnis, daugiausia turintis amfoterinių savybių. rūgštus. Su bazėmis T. pentaoksidas sudaro druskas, kurios yra hipotetinės tantalo rūgšties – tantalatų – dariniai. T. sąveikauja su fluoru kambario temperatūroje, su chloru - aukštesnėje nei 250°C temperatūroje, su bromu - aukštesnėje nei 300°C temperatūroje, o su jodu nesąveikauja iki raudonai įkaitusios temperatūros. ir anglies turinčios dujos 1200-1400°C temperatūroje sąveikauja su temperatūra, sudarydamos karbidus. Esant ~ 500° C temperatūrai, susidaro hidridai. Tantalas nesąveikauja su dujiniu vandenilio chloridu iki 400°C temperatūros, o su vandenilio bromidu - iki 375°C. Daugiausia sudaro intermetalinius junginius. su pereinamaisiais metalais VII-VIII ir periodinės elementų lentelės pogrupių metalais Hie - IVe. T. yra atsparus, pavyzdžiui, kai kurių išlydytų metalų poveikiui. bismutas – iki 980°C temperatūros, švinas – iki 1000°C temperatūros.

Rūdos žaliavų perdirbimas į metalinį tantalą apima koncentratų, turinčių iki 40–65 % Ta2Ob, gamybą (sodrinimas gravitacijos būdu, po kurio atliekamas elektromagnetinis arba elektrostatinis atskyrimas, flotacija arba naudojant sudėtingus magnetinius-cheminius metodus); koncentratų atidarymas (lydant su šarmais arba skaidant junginius, ypač fluoridą), dėl ko tantalas ir jį lydinčios medžiagos gaunamos oksidų, chloridų arba fluoro kompleksų pavidalu. druskos; tantalo ir niobio junginių atskyrimas (skysčių ekstrahavimas organiniais reagentais, kompleksinių fluorido junginių frakcinė kristalizacija, chloridų rektifikacija, taip pat atskyrimas naudojant jonų mainų dervas); metalinio metalo gavimas iš jo junginių (elektrolizuojant išlydytą fluorido terpę; redukuojant natriu iš kompleksinių fluorido druskų, ypač iš K2TaF7; redukuojant halogenidus magnio drožlėmis arba natriu; terminis halogenidų disociacija).

Paprastai tantalas gaunamas 98–99% grynumo tantalo miltelių pavidalu. Norėdami gauti kompaktiškos formos metalą, jie naudoja iš anksto suspaustus ruošinius sukepinant tiesiogiai perduodant srovę 2500–2700 ° C temperatūroje arba netiesiogiai kaitinant 2200–2500 ° C temperatūroje vakuume; tuo pačiu metu metalo grynumas padidėja iki 99,9-99,95%. J Dideliems luitams gauti ir valymui naudojamas elektrinis vakuuminis lydymas lankinėse krosnyse su sunaudojamu elektrodu ir elektronų pluošto krosnyse. Vakuuminio perlydymo metu bendras deguonies, azoto ir anglies kiekis sumažėja nuo 0,1-0,5 iki 0,01-0,05%. Norint gaminti didelio grynumo strypus ir gaminti pavienius kristalus, naudojamas zoninis lydymas. Tantalas yra apdorojamas šaltu slėgiu (kalimas, valcavimas, štampavimas, ekstruzija, tempimas), gaminant strypus, viela, lakštus, vamzdžius ir forminius gaminius. Siekiant sumažinti įtampą, gaminių deformacijos proceso metu tarpinis atkaitinimas atliekamas dideliame vakuume arba išgrynintų inertinių dujų aplinkoje 1200–1650 ° C temperatūroje. T. pasižymi geru suvirinamumu, todėl įvairių tipų lankinis suvirinimas argonu arba naudojamas helis, suvirinimas elektroniniu pluoštu yra perspektyvus.

Galimas specialus litavimas. lydmetaliai su atsargumo priemonėmis. T. gali būti padengtas nerūdijančiu plienu ir ugniai atspariais metalais bei lydiniais, apdirbamas pjaustant (jei sutepa). T. panaudojimo sritis lemia palankus aukštos lydymosi temperatūros, plastiškumo, stiprumo, suvirinamumo, atsparumo korozijai, šilumos laidumo, gebėjimo sugerti dujas ir žemo garų slėgio derinys. Pagrindinis T. kiekis (60-75%) naudojamas elektrinėje vakuuminėje technologijoje: jis naudojamas kaip medžiaga geteriams, anodams, tinkleliams ir kt. bei elektroninių vamzdžių dalims. Elektros pramonėje šildytuvai naudojami krosnių konstrukcinių elementų (ekranų, kontaktų ir kt.) šildytuvų, eksploatuojamų aukštesnėje nei 1700° C temperatūroje vakuuminėje arba inertinių dujų aplinkoje, gamybai; elektrolitiniams kondensatoriams, lygintuvams gaminti.

Cheminių detalių gamyboje sunaudojama apie 20-30% metalo. įranga. T. yra platinos pakaitalas laboratorinių stiklinių indų ir analitinių svarstyklių gamyboje. Verpimo štampai gaminami iš T., kurie naudojami dirbtinio šilko siūlams gaminti. T. naudojamas kaip legiravimo priedas gaminant didelio stiprumo, korozijai ir karščiui atsparų plieną bei specialųjį plieną. lydiniai Tantalo junginiai (pavyzdžiui, fluoro kompleksinės druskos) naudojami kaip katalizatoriai, specialių savybių turinčių stiklų ir keramikos gamyboje. savybių. Taip pat žiūrėkite Tantalus.

Elementų charakteristikos

Tantalas yra metalas, tačiau esant +5 oksidacijos būsenai, jis pasižymi nemetalinėmis savybėmis. Jis beveik nesudaro katijonų, tačiau žinomas gana daug sudėtingų anijonų, kuriuose yra šis elementas.

Paprastų medžiagų ir junginių savybės

Laisva būsena ir chemine sąveika VB pogrupio nariai – tantalas – smarkiai skiriasi nuo stibio ir bismuto.

Metalas – tantalas – labai atsparus ugniai, kietas ir chemiškai neaktyvus. Kristalizuojasi kubinėje kūno centre esančioje grotelėje. Cheminis aktyvumas yra maždaug toks pat kaip niobio.

Nei , nei dauguma rūgščių neturi tam jokios įtakos. Ore jis yra padengtas tankiu oksidų sluoksniu, kuris įprastoje temperatūroje neleidžia jiems toliau sąveikauti net su tokiais aktyviais cheminiais reagentais kaip, Ir . Tik gana reikšmingas šildymas gali išvesti jį iš tokios pasyvios būsenos. Netgi „regia vodka“, tirpstantis mišinys, neturi jokios įtakos tantalui. Jis gali ištirpti tik dar baisesniame vandenilio fluorido ir azoto rūgščių mišinyje. Sąveika su vandeniliu vyksta gana lengvai, tačiau šiems metalams sugėrus vandenilį tam tikri junginiai nesusidaro. Produktų, maksimaliai prisotintų vandeniliu, sudėtis artėja prie EN formulės, ty kiekvienam metalo atomui yra vienas vandenilio atomas. Jei atsižvelgsime į metalų savybes, kurių oksidacijos laipsnis yra +5, reikėtų atkreipti dėmesį į tai: oksidai yra tankūs, stabilūs, inertiški. Pagal atomų ir jonų dydžius tantalas ir niobis yra arti vienas kito. Tai atsispindi ir oksidų savybėse, kurių niobio ir tantalo susidarymo temperatūra yra aukšta, oksidų lydymosi temperatūra, o aukštesni oksidai Nb2Os ir Ta2O5 praktiškai netirpsta vandenyje. Hidroksidų rūgštinės savybės yra aukštesnės nei titano pogrupyje ir mažėja nuo vanadžio iki tantalo. Vanadžio hidroksidas yra silpna rūgštis, o tantalas yra amfoterinis junginys. Kadangi šis elementas nėra užpildytasd -orbitalės, o tai reiškia, kad ji gali sudaryti sudėtingus junginius. Sąveikaujant su azoto ir vandenilio fluorido rūgščių mišiniu, susidaro H(TaF6] tipo kompleksai).

Priėmimas ir naudojimas

Tantalas (Ta) yra elementas, kurio atominis skaičius 73 ir atominis svoris 180,948. Tai yra penktosios grupės antrinio pogrupio elementas, šeštasis Dmitrijaus Ivanovičiaus Mendelejevo periodinės lentelės periodas. Įprastomis sąlygomis laisvas tantalas yra platinos pilkas metalas su šiek tiek švininiu atspalviu, kuris yra oksido plėvelės (Ta 2 O 5) susidarymo pasekmė. Tantalas yra sunkus, atsparus ugniai, gana kietas, bet netrupus metalas, tuo pačiu labai kalus, lengvai apdirbamas, ypač gryna forma.

Gamtoje tantalas randamas dviejų izotopų pavidalu: stabilaus 181 Ta (99,99%) ir radioaktyvaus 180 Ta (0,012%), kurių pusinės eliminacijos laikas yra 10 12 metų. Iš dirbtinai gautų radioaktyviųjų 182 Ta (pusėjimo laikas 115,1 paros) naudojamas kaip izotopų indikatorius.

Elementą 1802 metais atrado švedų chemikas A. G. Ekebergas dviejuose mineraluose, rastuose Suomijoje ir Švedijoje. Jis buvo pavadintas senovės graikų mitų herojaus Tantalo vardu, nes buvo sunku jį izoliuoti. Ilgą laiką mineralai kolumbitas, kuriame yra kolumbis (niobis), ir tantalitas, kuriame yra tantalo, buvo laikomi vienu ir tuo pačiu. Juk šie du elementai yra dažni vienas kito palydovai ir daugeliu atžvilgių panašūs. Ši nuomonė ilgą laiką buvo laikoma teisinga tarp visų šalių chemikų, tik 1844 metais vokiečių chemikas Heinrichas Rose vėl ištyrė įvairių vietų kolumbitus ir tantalitus ir rado juose naują metalą, savo savybėmis panašų į tantalą. Tai buvo niobis. Plastikinį gryno metalo tantalą pirmą kartą gavo vokiečių mokslininkas W. von Boltonas 1903 m.

Pagrindiniai tantalo mineralų telkiniai yra Suomijoje, Skandinavijos šalyse, Šiaurės Amerikoje, Brazilijoje, Australijoje, Prancūzijoje, Kinijoje ir daugelyje kitų šalių.

Dėl to, kad tantalas turi nemažai vertingų savybių – gerą plastiškumą, didelį stiprumą, suvirinamumą, atsparumą korozijai esant vidutinei temperatūrai, atsparumą ugniai ir daugybę kitų svarbių savybių – septyniasdešimt trečio elemento panaudojimas yra labai platus. Svarbiausios tantalo panaudojimo sritys yra elektronika ir mechaninė inžinerija. Maždaug ketvirtadalis pasaulyje pagaminamo tantalo patenka į elektros ir vakuumo pramonę. Elektronikoje jis naudojamas elektrolitiniams kondensatoriams, didelės galios lempų anodams, tinkleliams gaminti. Chemijos pramonėje tantalas naudojamas mašinų detalėms, naudojamoms rūgščių gamyboje, gaminti, nes šis elementas pasižymi išskirtiniu cheminiu atsparumu. Tantalas netirpsta net tokioje chemiškai agresyvioje aplinkoje kaip aqua regia! Metalai, pavyzdžiui, retųjų žemių metalai, lydomi tantalo tigliuose. Iš jo gaminami šildytuvai aukštos temperatūros krosnims. Dėl to, kad tantalas nesąveikauja su gyvais žmogaus organizmo audiniais ir jiems nekenkia, jis naudojamas chirurgijoje kaulams laikyti kartu lūžių metu. Tačiau pagrindinis tokio vertingo metalo vartotojas yra metalurgija (virš 45%). Pastaraisiais metais tantalas vis dažniau naudojamas kaip legiravimo elementas specialiuose plienuose – itin tvirtuose, atspariuose korozijai, karščiui. Be to, daugelis konstrukcinių medžiagų greitai praranda šilumos laidumą: ant jų paviršiaus susidaro blogai šilumą laidi oksido ar druskos plėvelė. Iš tantalo ir jo lydinių pagamintos konstrukcijos su tokiomis problemomis nesusiduria. Ant jų susidariusi oksido plėvelė yra plona ir gerai praleidžia šilumą, taip pat pasižymi apsauginėmis antikorozinėmis savybėmis.

Vertingas ne tik grynas tantalas, bet ir jo junginiai. Taigi, didelio kietumo tantalo karbidas naudojamas gaminant karbidinius įrankius, skirtus metalo pjovimui dideliu greičiu. Tantalo-volframo lydiniai iš jų pagamintoms dalims suteikia atsparumą karščiui.

Biologinės savybės

Dėl didelio biologinio suderinamumo – gebėjimo susigyventi su gyvais audiniais nesukeliant dirginimo ar organizmo atmetimo – tantalas buvo plačiai naudojamas medicinoje, daugiausia rekonstrukcinėje chirurgijoje – žmogaus organizmui atkurti. Kaukolės pažeidimui naudojamos plonos tantalo plokštelės – jos uždaro kaukolės plyšius. Medicina žino atvejį, kai iš tantalo plokštelės buvo pagaminta dirbtinė ausis, o iš šlaunies persodinta oda taip gerai ir greitai prigijo, kad netrukus dirbtinio organo nebebuvo galima atskirti nuo tikrojo. Tantalo siūlai naudojami pažeistam raumenų audiniui atkurti. Chirurgai po operacijų pilvo ertmės sieneles tvirtina tantalo plokštelėmis. Naudojant tantalo spaustukus, galima sujungti net kraujagysles. Iš šios unikalios medžiagos pagaminti tinklai naudojami akių protezų gamyboje. Siūlai iš šio metalo naudojami sausgyslėms pakeisti ir netgi nervinėms skaiduloms susiūti.

Ne mažiau paplitęs ir tantalo pentoksido Ta 2 O 5 naudojimas – jo mišinį su nedideliu kiekiu geležies trioksido siūloma naudoti kraujo krešėjimui paspartinti.

Per pastarąjį dešimtmetį buvo kuriama nauja medicinos šaka, pagrįsta trumpojo nuotolio statinių elektrinių laukų panaudojimu, skatinant teigiamus biologinius procesus žmogaus organizme. Be to, elektriniai laukai susidaro ne dėl tradicinių elektros energijos šaltinių su tinklo ar baterijų maitinimu, o dėl autonomiškai veikiančių elektretinių dangų (dielektriko, kuris ilgą laiką išlaiko nekompensuotą elektros krūvį), plačiai taikomų įvairios paskirties implantams. naudojamas medicinoje.

Šiuo metu teigiami tantalo pentoksido elektretinių plėvelių naudojimo rezultatai gauti šiose medicinos srityse: veido ir žandikaulių chirurgija (ta 2 O 5 padengtų implantų naudojimas pašalina uždegiminių procesų atsiradimą ir sutrumpina implanto gijimo laiką) ; ortopedinė odontologija (akrilo plastiko protezų padengimas tantalo pentoksido plėvele pašalina visas galimas patologines apraiškas, atsirandančias dėl akrilatų netoleravimo); chirurgija (elektretinio aplikatoriaus naudojimas gydant odos ir jungiamojo audinio defektus esant ilgalaikiams negyjantiems žaizdų procesams, pragulas, neurotrofines opas, terminius sužalojimus); traumatologija ir ortopedija (kaulinio audinio vystymosi paspartinimas gydant žmogaus kaulų ir raumenų sistemos lūžius ir ligas, veikiant statiniam laukui, kurį sukuria elektretinė danga).

Visi šie unikalūs mokslo pasiekimai tapo įmanomi Sankt Peterburgo valstybinio elektrotechnikos universiteto (LETI) specialistų mokslinio darbo dėka.

Be pirmiau išvardytų sričių, kuriose jau naudojamos arba diegiamos unikalios tantalo pentoksido dangos, yra ir labai ankstyvos stadijos. Tai apima šių medicinos sričių pokyčius: kosmetologija (medžiagos, pagamintos iš tantalo pentoksido dangų, kuri pakeis „auksinius siūlus“, gamyba); širdies chirurgija (elektretų plėvelių uždėjimas ant vidinio dirbtinių kraujagyslių paviršiaus, neleidžiantis susidaryti kraujo krešuliams); endoprotezavimas (sumažina protezų, kurie nuolat sąveikauja su kauliniu audiniu, atmetimo riziką). Be to, kuriamas chirurginis instrumentas, padengtas tantle pentoksido plėvele.

Yra žinoma, kad tantalas yra labai atsparus agresyviai aplinkai, tai liudija daugybė faktų. Taigi 200 °C temperatūroje šio metalo neveikia septyniasdešimt procentų azoto rūgšties! Sieros rūgštyje 150 °C temperatūroje tantalo korozijos taip pat nepastebima, o 200 °C temperatūroje metalas korozuoja, bet tik 0,006 mm per metus!

Yra žinomas atvejis, kai vienoje vandenilio chlorido dujas naudojusioje įmonėje nerūdijančio plieno detalės sugedo jau po poros mėnesių. Tačiau vos tik plieną pakeitus tantalu, net ir ploniausios dalys (0,3...0,5 mm storio) pasirodė esančios praktiškai neapibrėžtos - jų tarnavimo laikas pailgėjo iki 20 metų!

Tantalas kartu su nikeliu ir chromu plačiai naudojamas kaip antikorozinė danga. Jis apima įvairių formų ir dydžių dalis: tiglius, vamzdžius, lakštus, raketų antgalius ir daug daugiau. Be to, medžiaga, ant kurios dengiama tantalo danga, gali būti labai įvairi: geležis, varis, grafitas, kvarcas, stiklas ir kt. Įdomiausia yra tai, kad tantalo dangos kietumas yra tris ar keturis kartus didesnis nei atkaitinto techninio tantalo kietumas!

Kadangi tantalas yra labai vertingas metalas, jo žaliavų paieškos tęsiasi ir šiandien. Mineralogai išsiaiškino, kad įprastuose granituose, be kitų vertingų elementų, yra ir tantalo. Brazilijoje buvo bandoma išgauti tantalą iš granito uolienų, gautas metalas, tačiau toks gavyba pramoninio masto nepasiekė – procesas pasirodė itin brangus ir sudėtingas.

Šiuolaikiniai elektrolitiniai tantalo kondensatoriai yra stabilūs, patikimi ir patvarūs. Iš šios medžiagos pagaminti miniatiūriniai kondensatoriai, naudojami įvairiose elektroninėse sistemose, be minėtų privalumų, turi vieną išskirtinę savybę: jie gali patys atlikti remontą! Kaip tai atsitinka? Tarkime, kad dėl įtampos kritimo ar dėl kitos priežasties pažeidžiamas izoliacijos vientisumas – gedimo vietoje akimirksniu vėl susidaro izoliacinė oksido plėvelė, o kondensatorius toliau dirba taip, lyg nieko nebūtų nutikę!

Be jokios abejonės, tantalui pagrįstai gali būti priskirtas XX amžiaus viduryje atsiradęs terminas „protingas metalas“, tai yra metalas, padedantis veikti išmaniosioms mašinoms.

Kai kuriose srityse tantalas pakeičia ir kartais net konkuruoja su platina! Taigi, juvelyrikos darbuose tantalas dažnai pakeičia brangesnį taurųjį metalą gaminant apyrankes, laikrodžių korpusus ir kitus papuošalus. Kitoje srityje tantalas sėkmingai konkuruoja su platina – iš šio metalo pagaminti standartiniai analitiniai svarstyklės savo kokybe nenusileidžia platininiams.

Be to, tantalas keičia brangesnį iridį gaminant automatinių rašiklių antgalius.

Dėl savo unikalių cheminių savybių tantalas buvo pritaikytas kaip katodų medžiaga. Taigi, tantalo katodai naudojami elektrolitiniam aukso ir sidabro atskyrimui. Jų vertė slypi tame, kad tauriųjų metalų nuosėdas galima nuplauti akvatoriumi, kuris nekenkia tantalui.

Neabejotinai galima kalbėti apie tai, kad tame, kad švedų chemikas Ekebergas, bandydamas rūgštimis prisotinti naują medžiagą, ištiko jos „troškulys“ ir naujajam elementui suteikė pavadinimą, yra kažkas simbolinio, jei ne mistiško. mitinio piktadario, kuris nužudė savo sūnų ir išdavė dievus, garbė. Ir po dviejų šimtų metų paaiškėjo, kad šis elementas gali tiesiogine prasme „siūti“ žmogų ir netgi „pakeisti“ jo sausgysles ir nervus! Pasirodo, kankinys, merdėdamas požemyje, savo kaltę atperka padėdamas žmogui, bando maldauti dievų atleidimo...

Istorija

Tantalas – senovės graikų mitų herojus, Lydijos arba Frygijos karalius, Dzeuso sūnus. Jis atskleidė olimpiečių dievų paslaptis, pavogė ambroziją iš jų šventės ir vaišino olimpiečius patiekalu, paruoštu iš savo sūnaus Pelopso, kurį nužudė, kūno. Už savo žiaurumus Tantalą dievai nuteisė amžinam alkio, troškulio ir baimės kankinimui Hado požemyje. Nuo to laiko jis stovi iki kaklo skaidriame krištolo skaidrumo vandenyje, o šakos link galvos linksta nuo prinokusių vaisių svorio. Tik jis negali numalšinti nei troškulio, nei alkio – vanduo nusileidžia vos tik pabandžius atsigerti, o šakas pakelia vėjas, iš alkano žudiko rankų. Virš Tantalo galvos kabo uola, kuri bet kurią akimirką gali sugriūti, priversdama nelaimingąjį nusidėjėlį amžinai kentėti iš baimės. Šio mito dėka atsirado posakis „Tantalo kankinimas“, reiškiantis nepakeliamą kančią, eterinius bandymus išsivaduoti iš kančių. Matyt, per nesėkmingus švedų chemiko Ekebergo bandymus 1802 metais atrastą „žemę“ ištirpdyti rūgštyse ir išskirti iš jos naują elementą, būtent toks posakis jam ir atėjo į galvą. Ne kartą mokslininkas manė, kad yra arti savo tikslo, tačiau jam niekada nepavyko išskirti naujo metalo gryna forma. Taip atsirado naujojo elemento „kankinystės“ pavadinimas.

Tantalo atradimas glaudžiai susijęs su kito elemento – metais anksčiau gimusio niobio, kuris iš pradžių buvo pavadintas Kolumbija, atradimu, kurį jam suteikė atradėjas Hatchet. Šis elementas yra tantalo dvynys ir yra jam artimas daugeliu savybių. Būtent toks artumas suklaidino chemikus, kurie po ilgų diskusijų priėjo prie klaidingos išvados, kad tantalas ir kolumbis yra tas pats elementas. Šis klaidingas supratimas tęsėsi daugiau nei keturiasdešimt metų, kol 1844 metais garsus vokiečių chemikas Heinrichas Rose, pakartotinai tirdamas kolumbitus ir tantalitus iš įvairių telkinių, įrodė, kad kolumbis yra nepriklausomas elementas. Gatchet tyrinėta Kolumbija buvo niobis su dideliu tantalo kiekiu, kuris suklaidino mokslo pasaulį. Pagerbdama tokį glaudų ryšį tarp dviejų elementų, Rose suteikė Kolumbijai naują pavadinimą Niobium – Frygijos karaliaus Tantalo Niobios dukters garbei. Nors Rose taip pat padarė klaidą, tariamai atradęs kitą naują elementą, kurį pavadino Pelopijumi (Tantalo sūnaus Pelopso vardu), jo darbai tapo griežto niobio (kolumbo) ir tantalo skirtumo pagrindu. Tik, net ir po Rose įrodymų, tantalas ir niobis ilgą laiką buvo painiojami. Taigi tantalas buvo vadinamas kolumbu, o Rusijoje - kolumbu. Hessas savo „Grynosios chemijos principuose“ iki šeštojo leidimo (1845 m.) kalba tik apie tantalą, neminėdamas Kolumbijos; Dvigubskis (1824) mini tantalio pavadinimą. Tokios klaidos ir išlygos suprantamos – tantalo ir niobio atskyrimo metodą tik 1866 metais sukūrė šveicarų chemikas Marignacas, o gryno elementinio tantalo dar nebuvo: juk mokslininkams pavyko gauti šį metalą gryname kompaktiškame pavidale. forma tik XX a. Pirmasis, kuriam pavyko gauti tantalo metalą, buvo vokiečių chemikas von Boltonas, ir tai įvyko tik 1903 m. Anksčiau, žinoma, buvo bandoma gauti gryno tantalo metalo, tačiau visos chemikų pastangos buvo nesėkmingos. Pavyzdžiui, prancūzų chemikas Moissan gavo metalo miltelius, kurie, jo teigimu, buvo grynas tantalas. Tačiau šie milteliai, gauti redukuojant tantalo pentoksidą Ta 2 O 5 elektrinėje krosnyje, nebuvo grynas tantalas, kuriame buvo 0,5 % anglies.

Dėl to išsamiai ištirti septyniasdešimt trečiojo elemento fizikines ir chemines savybes tapo įmanoma tik XX amžiaus pradžioje. Dar keletą metų tantalas nerado praktinio panaudojimo. Tik 1922 m. jis galėjo būti naudojamas kintamosios srovės lygintuvuose.

Buvimas gamtoje

Vidutinis septyniasdešimt trečiojo elemento (klaro) kiekis žemės plutoje yra 2,5∙10–4 masės %. Tantalas yra būdingas rūgščių uolienų – granito ir nuosėdinių kevalų – elementas, kuriame jo vidutinis kiekis siekia 3,5∙10 –4%, kaip ir ultrabazinėse ir bazinėse uolienose – viršutinėse mantijos dalyse ir giliosiose žemės plutos dalyse, tantalo koncentracija ten daug mažesnė: 1 .8∙10 -6%. Tantalas yra išsibarstęs magminės kilmės uolienose, taip pat biosferoje, nes yra izomorfinis su daugeliu cheminių elementų.

Nepaisant mažo tantalo kiekio žemės plutoje, jo mineralai yra labai paplitę – jų yra daugiau nei šimtas, tiek pačių tantalo mineralų, tiek tantalo turinčių rūdų, visos jos susidarė dėl magmatinės veiklos (tantalitas, kolumbitas, loparitas, pirochloras ir kt.). Visuose mineraluose tantalo kompanionas yra niobis, o tai paaiškinama ypatingu cheminiu elementų panašumu ir beveik vienodais jų jonų dydžiais.

Pačios tantalo rūdos turi Ta 2 O 5: Nb 2 O 5 ≥1 santykį. Pagrindiniai tantalo rūdų mineralai yra kolumbitas-tantalitas (Ta 2 O 5 kiekis 30-45%), tantalitas ir manganotantalitas (Ta 2 O 5 45-80%), vodginitas (Ta, Mn, Sn) 3 O 6 (Ta 2 O 5 60-85%), mikrolitas Ca 2 (Ta, Nb) 2 O 6 (F, OH) (Ta 2 O 5 50-80%) ir kt. Tantalitas (Fe, Mn)(Ta, Nb) 2 O 6 turi keletą atmainų: ferotantalitą (FeO>MnO), manganotantalitą (MnO>FeO). Tantalitas būna įvairių atspalvių nuo juodos iki raudonai rudos. Pagrindiniai tantalo-niobio rūdų mineralai, iš kurių kartu su niobiu išgaunamas daug brangesnis tantalas, yra kolumbitas (Ta 2 O 5 5-30%), tantalo turintis pirochloras (Ta 2 O 5 1-4%). , loparitas (Ta 2 O 5 0,4–0,8 %), gačetolitas (Ca, Tr, U) 2 (Nb, Ta) 2 O 6 (F, OH)∙nH 2 O (Ta 2 O 5 8–28 %), iksiolitas (Nb , Ta, Sn, W, Sc) 3 O 6 ir kai kurie kiti. Tantalo-niobatai, kurių sudėtyje yra U, Th, TR, yra metamiktiniai, labai radioaktyvūs ir juose yra įvairaus vandens kiekio; dažnos polimorfinės modifikacijos. Tantalo-niobatai sudaro mažą sklaidą, didelės išskyros yra retos (kristalai būdingi daugiausia loparitui, pirochlorui ir kolumbitui-tantalitui). Spalva juoda, tamsiai ruda, rusvai gelsva. Paprastai permatomas arba šiek tiek permatomas.

Yra keletas pagrindinių pramoninių ir genetinių tantalo rūdos telkinių tipų. Natroličio tipo retųjų metalų pegmatitus vaizduoja zoniniai venų kūnai, susidedantys iš albito, mikroklino, kvarco ir, kiek mažesniu mastu, spodumeno arba petalito. Retų metalų tantalą turinčius granitus (apogranitus) vaizduoja mažos mikroklino-kvarco-albito granito atsargos ir kupolai, dažnai praturtinti topazu ir ličio žėručiais, turinčiais ploną kolumbito-tantalito ir mikrolito sklaidą. Atmosferos plutose, deliuvialinėse ir aliuvinėse vietose, atsirandančiose dėl pegmatitų sunaikinimo, yra kasiterito ir kolumbito-tantalito grupės mineralų. Loparitus turintys lujavrito ir fojalito kompozicijos nefelino sienitai.

Be to, pramoniniam naudojimui naudojamos sudėtingų tantalo-niobio rūdų telkiniai, kuriuos sudaro karbonatitai ir susijusios forsterito-apatito-magnetito uolienos; mikroklino-albito riebeckitiniai šarminiai granitai ir granosienitai ir kt. Dalis tantalo išgaunama iš greiseno telkinių volframitų.

Didžiausi titano rūdos telkiniai yra Kanadoje (Manitoba, Bernick Lake), Australijoje (Greenbushes, Pilbara), Malaizijoje ir Tailande (tantalą turintys alavo klojiniai), Brazilijoje (Paraiba, Rio Grande do Norte) ir daugelyje Afrikos šalių. valstijų (Zairas, Nigerija, Pietų Rodezija).

Taikymas

Techninį pritaikymą tantalas rado gana vėlai – 20 amžiaus pradžioje jis buvo naudojamas kaip medžiaga elektros lempų kaitinamiesiems siūlams, o tai lėmė šio metalo kokybė, pavyzdžiui, atsparumas ugniai. Tačiau jis greitai prarado savo svarbą šioje srityje, jį pakeitė pigesnis ir ugniai atsparesnis volframas. Tantalas vėl tapo „techniškai netinkamas“ iki XX amžiaus dvidešimtojo dešimtmečio, kai buvo pradėtas naudoti kintamos srovės lygintuvuose (tantalas, padengtas oksido plėvele, srovę perduoda tik viena kryptimi), o po metų - radijo vamzdeliuose. . Po to metalas sulaukė pripažinimo ir netrukus pradėjo užkariauti vis naujas pramonės sritis.

Šiais laikais tantalas dėl savo unikalių savybių naudojamas elektronikoje (didelės specifinės talpos kondensatorių gamyboje). Maždaug ketvirtadalis pasaulio tantalo produkcijos patenka į elektros ir vakuumo pramonę. Dėl didelio paties tantalo ir jo oksido plėvelės cheminio inertiškumo elektrolitiniai tantalo kondensatoriai yra labai stabilūs, patikimi ir ilgaamžiai: jų tarnavimo laikas gali siekti daugiau nei dvylika metų. Radijo inžinerijoje tantalas naudojamas radaro įrangoje. Tantalo mini kondensatoriai naudojami radijo siųstuvuose, radarų įrenginiuose ir kitose elektroninėse sistemose.

Pagrindinis tantalo vartotojas yra metalurgija, kuriai sunaudojama per 45% pagaminamo metalo. Tantalas aktyviai naudojamas kaip legiravimo elementas specialiuose plienuose – itin tvirtuose, atspariuose korozijai, karščiui. Šio elemento pridėjimas į įprastus chrominius plienus padidina jų stiprumą ir sumažina trapumą po grūdinimo ir atkaitinimo. Karščiui atsparių lydinių gamyba yra didelis raketų ir kosmoso technologijų poreikis. Tais atvejais, kai raketų purkštukai aušinami skystu metalu, galinčiu sukelti koroziją (ličiu ar natriu), be tantalo-volframo lydinio tiesiog neįmanoma. Be to, aukštos temperatūros vakuuminių krosnių, šildytuvų ir maišytuvų šildytuvai gaminami iš karščiui atsparaus plieno. Tantalo karbidas (lydymosi temperatūra 3 880 °C) naudojamas kietųjų lydinių (volframo ir tantalo karbidų mišiniai – markės su TT indeksu, sudėtingiausioms metalo apdirbimo sąlygomis ir tvirčiausių medžiagų (akmens, kompozitų) smūginiam gręžimui) gamyboje. ).

Plienas, legiruotas su tantalu, yra plačiai naudojamas, pavyzdžiui, chemijos inžinerijoje. Juk tokie lydiniai pasižymi išskirtiniu cheminiu atsparumu, yra plastiški, atsparūs karščiui, būtent dėl ​​šių savybių tantalas tapo nepakeičiama chemijos pramonės konstrukcine medžiaga. Tantalo įranga naudojama daugelio rūgščių gamybai: druskos, sieros, azoto, fosforo, acto, taip pat bromo, chloro ir vandenilio peroksido. Iš jo gaminami ritės, distiliatoriai, vožtuvai, maišytuvai, aeratoriai ir daugelis kitų cheminių aparatų dalių. Kartais – ištisus įrenginius. Tantalo katodai naudojami elektrolitiniam aukso ir sidabro atskyrimui. Šių katodų pranašumas yra tas, kad aukso ir sidabro nuosėdas galima nuplauti regia vandeniu, kuris nekenkia tantalui.

Be to, tantalas naudojamas instrumentų gamyboje (rentgeno įranga, valdymo instrumentai, diafragmos); medicinoje (medžiaga rekonstrukcinei chirurgijai); branduolinėje energetikoje – kaip branduolinės energijos sistemų šilumokaitis (tantalas yra stabiliausias iš visų metalų perkaitintuose lydaluose ir cezio-133 garuose). Didelis tantalo gebėjimas sugerti dujas naudojamas aukštam vakuumui palaikyti (elektriniai vakuuminiai įtaisai).

Pastaraisiais metais tantalas buvo naudojamas kaip papuošalų medžiaga dėl savo sugebėjimo ant paviršiaus suformuoti patvarias bet kokios spalvos oksido plėveles.

Tantalo junginiai taip pat plačiai naudojami. Tantalo pentoksidas naudojamas branduolinėse technologijose lydyti stiklą, kuris sugeria gama spinduliuotę. Kalio fluorotalatas naudojamas kaip katalizatorius sintetinės gumos gamyboje. Tantalo pentoksidas taip pat atlieka tą patį vaidmenį gaminant butadieną iš etilo alkoholio.

Gamyba

Yra žinoma, kad rūdos, kuriose yra tantalo, yra retos ir skurdžios šio elemento. Pagrindinės tantalo ir jo lydinių gamybos žaliavos yra tantalito ir loparito koncentratai, kuriuose yra tik 8 % Ta 2 O 5 ir daugiau kaip 60 % Nb 2 O 5. Be to, apdorojamos net tos rūdos, kuriose yra tik šimtosios procento dalies (Ta, Nb) 2 O 5!

Tantalo gamybos technologija yra gana sudėtinga ir atliekama trimis etapais: atidarymas arba skilimas; tantalo atskyrimas nuo niobio ir grynų cheminių junginių gavimas; tantalo regeneravimas ir rafinavimas.

Tantalo koncentrato atidarymas, kitaip tariant, tantalo ekstrahavimas iš rūdų atliekamas naudojant šarmus (lydymą) arba naudojant vandenilio fluorido rūgštį (skilimas) arba vandenilio fluorido ir sieros rūgščių mišinį. Po to jie pereina į antrąjį gamybos etapą – ekstrahavimo ekstrahavimą ir tantalo bei niobio atskyrimą. Pastaroji užduotis yra labai sunki dėl šių metalų cheminių savybių panašumo ir beveik vienodo jų jonų dydžio. Dar visai neseniai metalai buvo atskiriami tik 1866 m. pasiūlytu šveicarų chemiko Marignaco metodu, kuris pasinaudojo skirtingu kalio fluorotantalato ir kalio fluoroniobato tirpumu praskiestoje fluoro rūgštyje. Šiuolaikinėje pramonėje naudojami keli tantalo ir niobio atskyrimo būdai: ekstrahavimas organiniais tirpikliais, selektyvus niobio pentachlorido redukavimas, kompleksinių fluorido druskų frakcinė kristalizacija, atskyrimas naudojant jonų mainų dervas, chloridų rektifikavimas. Šiuo metu dažniausiai naudojamas atskyrimo metodas (jis taip pat pažangiausias) yra ekstrahavimas iš tantalo ir niobio fluorido junginių, turinčių vandenilio fluorido ir sieros rūgščių, tirpalų. Tuo pačiu metu tantalas ir niobis taip pat išvalomi nuo kitų elementų priemaišų: silicio, titano, geležies, mangano ir kitų susijusių elementų. Kalbant apie loparito rūdas, jų koncentratai apdorojami chloro metodu, kad susidarytų tantalo ir niobio chloridų kondensatas, kuris toliau atskiriamas rektifikuojant. Chloridų mišinio atskyrimas susideda iš šių etapų: pirminis rektifikavimas (atsiranda tantalo ir niobio chloridų atskyrimas nuo priemaišų), pagrindinis rektifikavimas (siekiant gauti gryną NbCl 5 ir TaCl 5 koncentratą) ir galutinis tantalo frakcijos rektifikavimas (iki gauti gryno TaCl 5). Atskyrus giminingus metalus, tantalo fazė nusodinama ir išgryninama, kad būtų gautas padidinto grynumo kalio fluorotalatas (naudojant KCl).

Tantalo metalas gaunamas redukuojant jo didelio grynumo junginius, kuriems gali būti naudojami keli metodai. Tai arba tantalo redukavimas iš pentoksido suodžiais 1800–2000 °C temperatūroje (karboterminis metodas), arba kalio fluorotantalato redukavimas natriu kaitinant (natrio terminis metodas), arba elektrocheminis redukavimas iš lydalo, kuriame yra kalio fluorotantalato. ir tantalo oksidas (elektrolitinis metodas). Vienaip ar kitaip metalas gaunamas miltelių pavidalu, kurio grynumas yra 98–99%. Norint gauti metalą luituose, jis sukepinamas iš miltelių iš anksto suspaustų ruošinių pavidalu. Sukepinimas vyksta praleidžiant srovę 2500–2700 °C temperatūroje arba kaitinant vakuume 2200–2500 °C temperatūroje. Po to metalo grynumas žymiai padidėja ir tampa lygus 99,9-99,95%.

Tolimesniam tantalo luitų rafinavimui ir gamybai lankinėse krosnyse su eksploataciniu elektrodu naudojamas elektrinis vakuuminis lydymas, o gilesniam rafinavimui – elektronų pluošto lydymas, kuris žymiai sumažina tantalo priemaišų kiekį, padidina jo lankstumą ir sumažina temperatūrą. perėjimas į trapią būseną. Tokio grynumo tantalas išlaiko didelį plastiškumą esant absoliučiam nuliui artimai temperatūrai! Tantalo luito paviršius lydomas (kad luito paviršiui suteiktų reikiamas charakteristikas) arba apdorojamas tekinimo staklėmis.

Fizinės savybės

Tik XX amžiaus pradžioje mokslininkai įkliuvo į gryną tantalo metalą ir sugebėjo detaliai ištirti šio šviesiai pilko metalo su šiek tiek melsvu švino atspalviu savybes. Kokiomis savybėmis pasižymi šis elementas? Neabejotinai tantalas yra sunkusis metalas: jo tankis 16,6 g/cm 3 esant 20 °C temperatūrai (palyginimui geležies tankis 7,87 g/cm 3, švino tankis 11,34 g/cm 3) ir gabenimui. kubinio metro Šiam elementui prireiktų šešių trijų tonų sunkvežimių. Didelis stiprumas ir kietumas derinami su puikiomis plastiko savybėmis. Grynas tantalas puikiai tinka mechaniniam apdorojimui, lengvai štampuojamas, apdirbamas į ploniausius lakštus (apie 0,04 mm storio) ir vielą (tantalo tamprumo modulis 190 Hn/m2 arba 190·102 kgf/mm2 esant 25 °C). Šaltyje metalas gali būti apdorojamas be didelio grūdinimo ir gali būti deformuojamas, kai suspaudimo laipsnis yra 99%, be tarpinio degimo. Tantalo perėjimas iš plastiko į trapią būseną nepastebimas net atvėsus iki -196 °C. Atkaitinto didelio grynumo tantalo tempiamasis stipris yra 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) esant 27 °C ir 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) esant 490 °C temperatūrai; santykinis pailgėjimas 36% (esant 27 °C) ir 20% (esant 490 °C). Tantalas turi į kūną orientuotą kubinę gardelę (a = 3,296 A); atominis spindulys 1,46 A, joniniai spinduliai Ta 2+ 0,88 A, Ta 5+ 0,66 A.

Kaip minėta anksčiau, tantalas yra labai kietas metalas (atkaitinto tantalo lakštų Brinelio kietumas yra 450-1250 MPa, deformuoto 1250-3500 MPa). Be to, galima padidinti metalo kietumą, pridedant prie jo daug priemaišų, pavyzdžiui, anglies ar azoto (tantalo lakšto Brinelio kietumas, sugėrus dujas kaitinant, padidėja iki 6000 MPa). Dėl to intersticinės priemaišos padidina Brinelio kietumą, atsparumą tempimui ir takumo ribą, tačiau sumažina plastiškumo charakteristikas ir padidina šalto trapumą, kitaip tariant, daro metalą trapus. Kitos septyniasdešimt trečiojo elemento charakteristikos yra didelis šilumos laidumas, esant 20–100 °C temperatūrai, ši vertė yra 54,47 W/(m∙K) arba 0,13 cal/(cm·sek·°С) ir atsparumas ugniai (galbūt didžiausias). svarbi fizinė tantalo savybė) – tirpsta beveik 3000 °C (tiksliau, 2996 °C) temperatūroje, nusileidžia tik volframui ir reniui. Tantalo virimo temperatūra taip pat itin aukšta: 5300 °C.

Kalbant apie kitas fizines tantalo savybes, jo savitoji šiluma esant temperatūrai nuo 0 iki 100 °C yra 0,142 kJ/(kg K) arba 0,034 cal/(g °C); tantalo linijinio plėtimosi temperatūrinis koeficientas yra 8,0·10 -6 (esant 20-1500 °C temperatūrai). Septyniasdešimt trečiojo elemento elektrinė savitoji varža 0 °C temperatūroje yra 13,2 10 -8 omai m, 2000 °C temperatūroje 87 10 -8 omai m. 4,38 K temperatūroje metalas tampa superlaidininku. Tantalas yra paramagnetinis, specifinis magnetinis jautrumas 0,849·10 -6 (esant 18 °C).

Taigi tantalas turi unikalų fizikinių savybių rinkinį: aukštą šilumos perdavimo koeficientą, didelį gebėjimą sugerti dujas, atsparumą karščiui, atsparumą ugniai, kietumą ir plastiškumą. Be to, jis išsiskiria dideliu stiprumu - jis puikiai tinka apdorojimui slėgiu naudojant visus esamus metodus: kalimą, štampavimą, valcavimą, tempimą, sukimą. Tantalui būdingas geras suvirinamumas (suvirinimas ir litavimas argonu, heliu arba vakuume). Be to, tantalas pasižymi išskirtiniu atsparumu cheminei ir korozijai (susidaro anodinė plėvelė), mažu garų slėgiu ir maža elektronų darbo funkcija, be to, puikiai sutaria su gyvais organizmo audiniais.

Cheminės savybės

Neabejotinai viena vertingiausių tantalo savybių yra išskirtinis cheminis atsparumas: šiuo požiūriu jis nusileidžia tik tauriesiems metalams, ir net tada ne visada. Jis atsparus visų koncentracijų druskos, sieros, azoto, fosforo ir organinėms rūgštims (iki 150 ° C temperatūros). Savo cheminiu stabilumu tantalas panašus į stiklą – netirpsta rūgštyse ir jų mišiniuose, jo netirpsta net ir aqua regia, prieš kurį bejėgiai yra auksas ir platina bei nemažai kitų vertingų metalų. Septyniasdešimt trečias elementas tirpsta tik vandenilio fluorido ir azoto rūgščių mišinyje. Be to, reakcija su vandenilio fluorido rūgštimi vyksta tik su metalo dulkėmis ir ją lydi sprogimas. Net karštose druskos ir sieros rūgštyse tantalas yra atsparesnis nei jo dvynys brolis niobis. Tačiau tantalas yra mažiau atsparus šarmams – karšti šarminių šarmų tirpalai ėsdina metalą. Tantalo rūgščių druskos (tantalatai) išreiškiamos bendra formule: xMe 2 O yTa 2 O 5 H 2 O, tai apima metatantalatus MeTaO 3, ortotantalatus Me 3 TaO 4, tokias druskas kaip Me 5 TaO 5, kur Me yra šarminis metalas ; esant vandenilio peroksidui taip pat susidaro pertantalatai. Svarbiausi šarminių metalų tantalatai yra KTaO 3 ir NaTaO 3; šios druskos yra feroelektrinės medžiagos.

Didelį tantalo atsparumą korozijai taip pat rodo jo sąveika su atmosferos deguonimi, tiksliau, didelis atsparumas šiam poveikiui. Metalas pradeda oksiduotis tik 280 °C temperatūroje, pasidengdamas apsaugine Ta 2 O 5 plėvele (tantalo pentoksidas yra vienintelis stabilus metalo oksidas), kuri apsaugo metalą nuo cheminių reagentų poveikio ir neleidžia tekėti elektros srovei. nuo metalo iki elektrolito. Tačiau, kai temperatūra pakyla iki 500 ° C, oksido plėvelė palaipsniui tampa porėta, sluoksniuojasi ir atsiskiria nuo metalo, todėl paviršius netenka apsauginio sluoksnio nuo korozijos. Todėl karšto slėgio apdorojimą patartina atlikti vakuume, nes ore metalas oksiduojasi iki didelio gylio. Azoto ir deguonies buvimas padidina tantalo kietumą ir stiprumą, tuo pačiu sumažindamas jo lankstumą ir daro metalą trapus, o, kaip minėta anksčiau, tantalas sudaro kietą tirpalą ir oksiduoja Ta 2 O 5 su deguonimi (padidėjus tantalo kiekiui). O 2 kiekis tantalyje smarkiai padidėja stiprumo savybės ir smarkiai sumažėja plastiškumas bei atsparumas korozijai). Tantalas reaguoja su azotu ir susidaro trys fazės – kietas azoto tirpalas tantale, tantalo nitridai: Ta 2 N ir TaN – temperatūrų intervale nuo 300 iki 1100 °C. Didelio vakuumo sąlygomis (esant aukštesnei nei 2000 °C temperatūrai) galima atsikratyti tantalo azoto ir deguonies.

Tantalas silpnai reaguoja su vandeniliu, kol įkaista iki 350 °C, reakcijos greitis žymiai padidėja tik nuo 450 °C (susidaro tantalo hidridas ir tantalas tampa trapus); Toks pat kaitinimas vakuume (virš 800 °C) padeda atsikratyti vandenilio, kurio metu atkuriamos tantalo mechaninės savybės ir visiškai pašalinamas vandenilis.

Fluoras tantalą veikia jau kambario temperatūroje, o vandenilio fluoridas taip pat reaguoja su metalu. Sausas chloras, bromas ir jodas turi cheminį poveikį tantalui esant 150 °C ir aukštesnei temperatūrai. Chloras pradeda aktyviai sąveikauti su metalu 250 °C temperatūroje, bromas ir jodas – 300 °C temperatūroje. Tantalas pradeda sąveikauti su anglimi esant labai aukštai temperatūrai: 1200–1400 °C, susidaro ugniai atsparūs tantalo karbidai, kurie labai atsparūs rūgštims. Tantalas, jungiantis su boru, sudaro boridus – kietus, ugniai atsparius junginius, atsparius vandens regijos poveikiui. Tantalas sudaro ištisinius kietus tirpalus su daugeliu metalų (molibdenu, niobiu, titanu, volframu, vanadžiu ir kitais). Tantalas sudaro ribotus kietus tirpalus su auksu, aliuminiu, nikeliu, beriliu ir siliciu. Tantalas nesudaro jokių junginių su magniu, ličiu, kaliu, natriu ir kai kuriais kitais elementais. Grynas tantalas yra atsparus daugeliui skystų metalų (Na, K, Li, Pb, U-Mg ir Pu-Mg lydiniams).

Tantalas yra protingas pasirinkimas visoms reikmėms, kuriose reikalingas didelis atsparumas korozijai. Nors tantalas nėra taurusis metalas, jo cheminis stabilumas yra panašus. Be to, tantalas gali būti lengvai suformuotas net esant žemesnei nei kambario temperatūrai dėl jo kūno centre esančios kubinės kristalinės struktūros. Dėl didelio tantalo atsparumo korozijai jis yra vertinga medžiaga, naudojama įvairiose cheminėse aplinkose. Savo „nepalenkiamą“ medžiagą naudojame, pavyzdžiui, šilumokaičiams prietaisų sektoriuje, įkrovimo padėkliams krosnių konstrukcijoms, implantams medicinos technologijoms ir kondensatorių komponentams elektronikos pramonėje.

Garantuotas grynumas

Galite būti tikri mūsų gaminių kokybe. Tantalo gaminius gaminame patys – nuo ​​metalo miltelių iki galutinio gaminio. Kaip pradinę medžiagą naudojame tik gryniausius tantalo miltelius. Taip garantuojame itin aukštą medžiagos grynumą.

Kokybę garantuojame sukepinto tantalo grynumas - 99,95 % (metalo grynumas be niobio). Remiantis cheminėmis analizėmis, likutinį turinį sudaro šie elementai:

Elementas	Standartinis maks. vertė [µg/g]	Garantuojamas maks. prasmė [µg/g]
Fe	17	50
Mo	10	50
Nb	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
Cd	5	10
Hg*	--	1
Pb	5	10

Mes garantuojame tantalo grynumo kokybė gautas lydant - 99,95 % (metalo grynumas be niobio) Remiantis chemine analize, likutinį turinį sudaro šie elementai:

Elementas	Tipinė vertė maks. [µg/g]	Garantuota vertė [µg/g]
Fe	5	100
Mo	10	100
Nb	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
Cd	--	10
Hg*	--	1
Pb	--	10

Cr(VI) ir organinių priemaišų buvimas pašalinamas gamybos procese (daugkartinis terminis apdorojimas aukštesnėje nei 1000 °C temperatūroje aukšto vakuumo atmosferoje). * Pradinė vertė.

Ypatingų gabumų medžiaga

Kad ir kokios unikalios mūsų tantalo savybės, jo pritaikymas pramonėje yra toks pat specifinis. Žemiau trumpai pristatysime du iš jų:

Individualiai parinktos cheminės ir elektrinės savybės.

Dėl itin smulkios mikrostruktūros tantalas yra ideali medžiaga gaminant itin plonus, nepriekaištingo, išskirtinai švaraus paviršiaus laidus, skirtus naudoti tantalo kondensatoriuose. Tokio laido chemines, elektrines ir mechanines savybes galime nustatyti labai tiksliai. Taigi savo klientams suteikiame individualiai parinktas ir stabilias komponentų savybes, kurias nuolat tobuliname ir tobuliname.

Puikus patvarumas ir didelis plastiškumas šalčiui

Dėl puikaus patvarumo kartu su puikiu formuojamumu ir suvirinamumu tantalas yra ideali medžiaga šilumokaičiams. Mūsų tantalo šilumokaičiai yra išskirtinai stabilūs ir atsparūs įvairiai agresyviai aplinkai. Turėdami ilgametę tantalo apdirbimo patirtį, galime pagaminti ir sudėtingas geometrijas, kurios atitiktų jūsų tikslius reikalavimus.

Grynas tantalas ar lydinys?

Mes optimaliai paruošiame tantalą bet kokiam naudojimui. Naudodami įvairius legiravimo elementus galime pakeisti šias volframo savybes:

• fizines savybes(pvz., lydymosi temperatūra, garų slėgis, tankis, elektros laidumas, šilumos laidumas, šiluminis plėtimasis, šiluminė talpa)
• mechaninės savybės(pvz., stiprumas, gedimo mechanizmas, plastiškumas)
• Cheminės savybės(pvz., atsparumas korozijai, ėsdinimas)
• apdirbamumas(pvz., apdirbamumas, formavimas, suvirinamumas)
• struktūra ir rekristalizacijos charakteristikos(pvz., rekristalizacijos temperatūra, trapumas, senėjimo poveikis, grūdelių dydis)

Ir tai dar ne viskas: pasitelkę specialias gamybos technologijas galime plačiame diapazone pakeisti įvairias kitas tantalo savybes. Rezultatas: dvi skirtingos tantalo gamybos technologijos ir skirtingų savybių lydiniai, kad tiksliai atitiktų konkretaus naudojimo reikalavimus.

Tantalas, pagamintas sukepinant (TaS).

Grynas sukepintas tantalas ir grynas lydomas tantalas turi šias bendrąsias charakteristikas:

• aukšta lydymosi temperatūra 2996 °C
• puikus plastiškumas šalčiui
• rekristalizacija 900–1450 °C temperatūroje (priklausomai nuo deformacijos laipsnio ir grynumo)
• puikus atsparumas vandeniniams tirpalams ir išlydytam metalui
• superlaidumas
• aukštas biologinio suderinamumo lygis

Kai darbas labai sunkus, mūsų sukepintas tantalas padės: mūsų miltelinės metalurgijos proceso dėka sukepintas tantalas, (TaS) turi itin smulkią grūdėtumo struktūrą ir didelį grynumą. Šiuo atžvilgiu medžiaga skiriasi aukščiausia paviršiaus kokybė ir geros mechaninės savybės.

Dėl naudoti kondensatoriuose Rekomenduojame vieną iš mūsų tantalo veislių, pasižyminčių itin aukšta paviršiaus kokybe ( TaK). Šis tantalas naudojamas vielos pavidalu tantalo kondensatoriuose. Didelė talpa, maža nuotėkio srovė ir maža varža gali būti garantuoti tik tada, kai naudojamas laidas be defektų ir priemaišų.

Lydytas tantalas (TaM)

Ne visada reikia geriausio iš geriausių. Tantalas gaunamas lydant, (TaM), kaip taisyklė, ekonomiškesnis gamyboje nei sukepintas tantalas, o jo kokybė yra pakankama daugeliui pritaikymų. Tačiau ši medžiaga nėra tokia smulkiagrūdė ir vienoda kaip sukepintas tantalas. Tiesiog susisiekite su mumis. Mes mielai jums patarsime.

Stabilizuotas tantalas (TaKS)

Mes sukepintą stabilizuotą tantalą legiruojame su siliciu, kuris neleidžia grūdams augti net esant aukštai temperatūrai. Dėl to mūsų tantalas tinkamas naudoti net esant itin aukštai temperatūrai. Smulkiagrūdė mikrostruktūra išlieka stabili net ir atkaitinus iki 2000 °C temperatūroje. Šis procesas leidžia medžiagai išlaikyti puikias mechanines savybes, tokias kaip lankstumas ir stiprumas. Stabilizuotas tantalas vielos arba lakštų pavidalu idealiai tinka tantalo anodų gamybai sukepinimo būdu arba naudoti krosnių statybos sektoriuje.

Tantalo-volframas (TaW) pasižymi geromis mechaninėmis savybėmis ir puikiu atsparumu korozijai. Į gryną tantalą pridedame nuo 2,5 iki 10 masės procentų volframo. Nors gautas lydinys 1,4 karto stipresnis grynas tantalas, jį lengva apdoroti iki 1600 °C temperatūroje. Todėl mūsų TaW lydinys ypač tinka šilumokaičiams ir kaitinimo elementams, naudojamiems chemijos pramonėje.

Geras visais atžvilgiais. Tantalo savybės.

Tantalas priklauso grupei ugniai atsparūs metalai. Ugniai atsparių metalų lydymosi temperatūra yra aukštesnė už platinos lydymosi temperatūrą (1772 °C). Energija, jungianti atskirus atomus, yra labai didelė. Aukšta ugniai atsparių metalų lydymosi temperatūra derinama su mažu garų slėgiu. Ugniai atsparūs metalai taip pat pasižymi dideliu tankiu ir mažu šiluminio plėtimosi koeficientu.

Periodinėje lentelėje tantalas yra tame pačiame periode kaip volframas. Kaip ir volframas, tantalas turi labai didelį tankį – 16,6 g/cm 3 . Tačiau, skirtingai nei volframas, tantalas tampa trapus gamybos operacijų, susijusių su vandenilio atmosfera, metu. Todėl medžiaga gaminama dideliame vakuume.

Tantalas neabejotinai yra stabiliausias iš ugniai atsparių metalų. Jis yra stabilus visose rūgštyse ir bazėse ir pasižymi ypač specifinėmis savybėmis:

Savybės
Atominis skaičius		73
Atominė masė		180,95
Lydymosi temperatūra		2996 °C/3269 °K
Virimo temperatūra		5458 °C/5731 °K
Atominis tūris		1,80 10 -29 [m 3 ]
Garų slėgis	1800 °C temperatūroje 2200 °C temperatūroje	5 10 -8 [Pa] 7 10 -5 [Pa]
Tankis esant 20 °C (293 °K)		16,65 [g/cm3]
Kristalinė struktūra		į kūną orientuotas kubinis
Grotelių konstanta		330 [rm]
Kietumas esant 20 °C (293 °K)	deformuota perkristalizavosi	120–220 80–125
Tamprumo modulis esant 20 °C (293 °K)		186 [GPa]
Puasono koeficientas		0,35
Linijinio šiluminio plėtimosi koeficientas esant 20 °C (293 °K)		6,4 10 -6 [m/(m K)]
Šilumos laidumas esant 20 °C (293 °K)		57,5 [W/(m K)]
Savitoji šiluminė talpa esant 20 °C (293 °K)		0,14 [J/(g K)]
Laidumas esant 20 °C (293 °K)		8 10 6
Elektrinė varža esant 20 °C (293 °K)		0,125 [(Om mm 2)/m]
Garso greitis esant 20 °C (293 °K)	Išilginė banga Skersinė banga	4100 [m/s] 2900 [m/s]
Elektronų darbo funkcija		4,3 [eV]
Šiluminio neutronų gaudymo skerspjūvis		2,13 10-27 [m 2 ]
Rekristalizavimo temperatūra (atkaitinimo trukmė: 1 val.)		900–1450 °C
Superlaidumas (pereinamoji temperatūra)		< -268,65 °C / < 4,5 °K

Termofizinės savybės

Ugniai atsparūs metalai, kaip taisyklė, turi mažas šiluminio plėtimosi koeficientas Ir santykinai didelis tankis. Tai taip pat taikoma tantalui. Nors tantalo šilumos laidumas yra mažesnis nei volframo ir molibdeno, medžiaga turi didesnį šiluminio plėtimosi koeficientą nei daugelis kitų metalų.

Tantalo termofizinės savybės keičiasi keičiantis temperatūrai. Toliau pateiktose diagramose parodytos svarbiausių kintamųjų kitimo kreivės:

Mechaninės savybės

Net nedideli intersticinių elementų, tokių kaip deguonis, azotas, vandenilis ir anglis, kiekiai gali pakeisti tantalo mechanines savybes. Be to, norint pakeisti jo mechanines savybes, naudojami tokie veiksniai kaip metalo miltelių grynumas, gamybos technologija (sukepinimas arba lydymas), šaltojo apdirbimo laipsnis ir terminio apdorojimo tipas.

Kaip ir volframas ir molibdenas, tantalas turi į kūną orientuotas kubinis kristalinė gardelė. Tantalo trapaus plastiškumo pereinamoji temperatūra yra -200 °C, o tai žymiai žemesnė nei kambario temperatūra. Šio metalo dėka itin lengva formuoti. Šalto apdirbimo metu padidėja metalo tempiamasis stipris ir kietumas, tačiau kartu mažėja pailgėjimas trūkimo metu. Nors medžiaga praranda savo lankstumą, ji netampa trapi.

Karščiui atsparus medžiaga yra žemesnė nei volframo, bet panašus į atsparumą karščiui grynas molibdenas. Norėdami padidinti atsparumą karščiui, į tantalą pridedame ugniai atsparių metalų, pavyzdžiui, volframo.

Tantalo elastingumo modulis yra mažesnis nei volframo ir molibdeno ir yra panašus į grynos geležies. Tamprumo modulis mažėja didėjant temperatūrai.

Mechaninės savybės

Dėl didelio lankstumo tantalas yra optimaliai pritaikytas liejimo procesai pavyzdžiui, lenkimas, štampavimas, presavimas ar gilus tempimas. Tantalą sunku gauti apdirbimas. Lustus sunku atskirti. Dėl šios priežasties rekomenduojame naudoti lustų pašalinimo žingsnius. Tantalas yra kitoks puikus suvirinamumas lyginant su volframu ir molibdenu.

Ar turite klausimų apie ugniai atsparių metalų apdirbimą? Mes mielai jums padėsime, pasinaudodami mūsų ilgamete patirtimi.

Cheminės savybės

Kadangi tantalas yra atsparus visų tipų cheminėms medžiagoms, medžiaga dažnai lyginama su tauriaisiais metalais. Tačiau termodinamiškai tantalas yra netaurieji metalai, kurie vis dėlto gali sudaryti stabilius junginius su daugybe elementų. Veikiant orui, tantalas susidaro labai tankus oksido sluoksnis(Ta 2 O 5), kuri apsaugo pagrindinę medžiagą nuo agresyvaus poveikio. Šis oksido sluoksnis gamina tantalą atsparus korozijai.

Kambario temperatūroje tantalas nėra stabilus tik šiose neorganinėse medžiagose: koncentruotoje sieros rūgštyje, fluore, vandenilio fluoride, vandenilio fluorido rūgštyje ir rūgšties tirpaluose, kuriuose yra fluoro jonų. Šarminiai tirpalai, išlydytas natrio hidroksidas ir kalio hidroksidas taip pat turi cheminį poveikį tantalui. Tuo pačiu metu medžiaga yra stabili vandeniniame amoniako tirpale. Jei tantalas yra chemiškai atakuojamas, į jo kristalinę gardelę patenka vandenilis ir medžiaga tampa trapi. Didėjant temperatūrai, tantalo atsparumas korozijai palaipsniui mažėja.

Tantalas yra inertiškas daugeliui sprendimų. Tačiau jei tantalas yra veikiamas mišraus tirpalo, jo atsparumas korozijai gali sumažėti, net jei jis yra stabilus atskiruose tirpalo komponentuose. Ar turite sudėtingų klausimų apie koroziją? Mes mielai jums padėsime pasinaudodami savo patirtimi ir vidine korozijos laboratorija.

Atsparumas korozijai vandenyje, vandeniniuose tirpaluose ir nemetalinėje aplinkoje
Vanduo	Karštas vanduo< 150 °C	atkakliai
Neorganinės rūgštys	Vandenilio chlorido rūgštis< 30 % до 190 °C Sieros rūgšties< 98 % до 190 °C Azoto rūgštis< 65 % до 190 °C Vandenilio fluorido rūgštis< 60 % Fosforo rūgštis< 85 % до 150 °C	atkakliai atkakliai atkakliai nestabilus atkakliai
Organinės rūgštys	Acto rūgštis< 100 % до 150 °C Oksalo rūgštis< 10 % до 100 °C Pieno rūgštis< 85 % до 150 °C Vyno rūgštis< 20 % до 150 °C	atkakliai atkakliai atkakliai atkakliai
Šarminiai tirpalai	Natrio hidroksidas< 5 % до 100 °C Kalio hidroksidas< 5 % до 100 °C Amoniako tirpalai< 17 % до 50 °C Natrio karbonatas< 20 % до 100 °C	atkakliai atkakliai atkakliai atkakliai
Druskos tirpalai	Amonio chloridas< 150 °C Kalcio chloridas< 150 °C Geležies chloridas< 150 °C Kalio chloratas< 150 °C Biologiniai skysčiai< 150 °C Magnio sulfatas< 150 °C Natrio nitratas< 150 °C Alavo chloridas< 150 °C	atkakliai atkakliai atkakliai atkakliai atkakliai atkakliai atkakliai atkakliai
Nemetalai	Fluoras Chloras< 150 °C Bromas< 150 °C Jodas< 150 °C Siera< 150 °C Fosforas< 150 °C Bor< 1000 °C	nėra patvarios atkakliai atkakliai atkakliai atkakliai atkakliai atkakliai

Tantalas yra stabilus kai kuriuose metalų lydaluose, tokiuose kaip Ag, Bi, Cd, Cs, Cu, Ga, Hg, °K, Li, Mg, Na ir Pb, jei šiuose lydaluose yra nedidelis deguonies kiekis. Tačiau ši medžiaga yra jautri Al, Fe, Be, Ni ir Co.

Atsparumas korozijai išlydytuose metaluose
Aliuminis	nestabilus	Ličio	atsparus < 1000 °C
Berilis	nestabilus	Magnis	atsparus temperatūrai< 1150 °C
Vadovauti	atsparus < 1000 °C	Natrio	atsparus < 1000 °C
kadmis	atsparus < 500 °C	Nikelis	nestabilus
Cezis	atsparus temperatūrai< 980 °C	Merkurijus	atsparus temperatūrai< 600 °C
Geležis	nestabilus	sidabras	atsparus < 1200 °C
Galis	atsparus temperatūrai< 450 °C	Bismutas	atsparus temperatūrai< 900 °C
Kalis	atsparus < 1000 °C	Cinkas	atsparus < 500 °C
Varis	atsparus temperatūrai< 1300 °C	Skardos	atsparus temperatūrai< 260 °C
Kobaltas	nestabilus

Kai netaurieji metalai, tokie kaip tantalas, liečiasi su tauriaisiais metalais, tokiais kaip platina, cheminė reakcija įvyksta labai greitai. Šiuo atžvilgiu būtina atsižvelgti į tantalo reakciją su kitomis sistemoje esančiomis medžiagomis, ypač esant aukštai temperatūrai.

Tantalas nereaguoja su inertinėmis dujomis. Dėl šios priežasties didelio grynumo inertinės dujos gali būti naudojamos kaip apsauginės dujos. Tačiau kylant temperatūrai tantalas aktyviai reaguoja su deguonimi arba oru ir gali sugerti didelius vandenilio ir azoto kiekius. Dėl to medžiaga tampa trapi. Šias priemaišas galima pašalinti atkaitinant tantalą dideliame vakuume. Vandenilis išnyksta esant 800 °C temperatūrai, o azotas – 1700 °C.

Aukštos temperatūros krosnyse tantalas gali reaguoti su struktūrinėmis dalimis, pagamintomis iš ugniai atsparių oksidų arba grafito. Net labai stabilūs oksidai, tokie kaip aliuminis, magnis ar cirkonio oksidas, gali susilpnėti aukštoje temperatūroje, jei jie liečiasi su tantalu. Susilietus su grafitu, gali susidaryti tantalo karbidas, dėl kurio padidėja tantalo trapumas. Nors tantalą paprastai galima lengvai derinti su kitais ugniai atspariais metalais, tokiais kaip molibdenas ar volframas, jis gali reaguoti su šešiakampiu boro nitridu ir silicio nitridu.

Žemiau esančioje lentelėje parodytas medžiagos atsparumas korozijai, palyginti su karščiui atspariomis medžiagomis, naudojamomis pramoninių krosnių konstrukcijoje. Nurodytos temperatūros ribos galioja vakuumui. Naudojant apsaugines dujas, šios temperatūros yra maždaug 100–200 °C žemesnės.

Atsparumas korozijai, susijęs su karščiui atspariomis medžiagomis, naudojamomis pramoninių krosnių konstrukcijoje
Aliuminio oksidas	atsparus temperatūrai< 1900 °C	Molibdenas	atkakliai
Berilio oksidas	atsparus temperatūrai< 1600 °C	Silicio nitridas	atsparus < 700 °C
Šešiakampis. boro nitridas	atsparus < 700 °C	Torio oksidas	atsparus temperatūrai< 1900 °C
Grafitas	atsparus < 1000 °C	Volframas	atkakliai
Magnio oksidas	atsparus temperatūrai< 1800 °C	Cirkonio oksidas	atsparus temperatūrai< 1600 °C

Tantalo atradimas yra glaudžiai susijęs su niobio atradimu. Keletą dešimtmečių chemikai vienu elementu laikė elementą kolumbį, kurį 1802 m. atrado anglų chemikas Hatchett, ir tantalą, kurį 1802 m. atrado švedas Ekebergas. Tik 1844 metais vokiečių chemikas Rose pagaliau įrodė, kad tai du skirtingi elementai, labai panašūs savo savybėmis. O kadangi tantalas buvo pavadintas senovės graikų mitų herojaus Tantalo vardu, jis pasiūlė „kolumbį“ pavadinti niobiu Tantalo dukters Niobės vardu. Pats tantalas gavo savo pavadinimą iš posakio „tantalo kankinimas“, dėl to, kad Ekebergo bandymai ištirpinti šio elemento oksidą rūgštyse buvo beprasmiški.

Kvitas:

Tantalas beveik visada lydi niobį tantalite ir niobituose. Pagrindiniai tantalito telkiniai yra Suomijoje, Skandinavijoje ir Šiaurės Amerikoje.
Tantalo rūdų skaidymas technologijoje atliekamas kaitinant jas kalio vandenilio sulfatu geležies induose, lydinį išplaunant karštu vandeniu ir likusį miltelių pavidalo tantalo rūgšties likutį ištirpinant užteršta niobo rūgštimi. Tada tantalo oksidas redukuojamas anglimi 1000°C temperatūroje, o gautas metalas atskiriamas juodų miltelių pavidalu, kuriame yra nedidelis oksido kiekis. Taip pat metalo miltelius galima gauti redukuojant TaCl 5 vandeniliu arba magniu, taip pat kalio fluorotantalatą natriu: K 2 TaF 7 + 5Na = Ta + 2KF + 5NaF.
Metalo milteliai miltelinės metalurgijos metodais perdirbami į kompaktinį metalą, suspaudžiami į „rietuves“, po to lydant plazmą arba elektropluodą.

Fizinės savybės:

Tantalas yra sunkus, platinos pilkai blizgantis metalas su melsvu atspalviu, gana kietas, bet itin kalus ir plastiškas; jo lankstumas didėja jį valant. Lydymosi temperatūra = 3027°C (antra po volframo ir renio). Sunkus, tankis 16,65 g/cm3

Cheminės savybės:

Kambario temperatūroje jis pasižymi išskirtiniu cheminiu atsparumu. Išskyrus vandenilio fluorido rūgštį, tantalo neveikia jokios kitos rūgštys, net ir regio vanduo. Sąveikauja su vandenilio fluorido ir azoto rūgščių mišiniu, sieros anhidridu, šarmų tirpalais ir lydalais, kaitinamas iki 300-400°C su halogenais, vandeniliu, deguonimi, azotu, virš 1000°C – su anglimi.
Junginiuose jo oksidacijos laipsnis yra +5. Tačiau yra žinomi ir tantalo junginiai su žemesne oksidacijos būsena: TaCl 4, TaCl 3, TaCl 2.

Svarbiausios jungtys:

Tantalo (V) oksidas Gryną Ta 2 O 5 patogiausia gauti kalcinuojant gryną tantalo metalą deguonies sraute arba skaidant Ta (OH) 5 hidroksidą. Tantalo (V) oksidas yra balti, netirpūs vandenyje ir rūgštyse (išskyrus vandenilio fluorido rūgštį) milteliai, kurių savitasis tankis yra 8,02. Jis nesikeičia kaitinant ore, sieros vandenilio atmosferoje ar sieros garuose. Tačiau aukštesnėje nei 1000°C temperatūroje oksidas reaguoja su chloru ir vandenilio chloridu. Tantalo (V) oksidas yra dimorfinis. Esant įprastoms temperatūroms, jo rombinė modifikacija yra stabili.

Tantalatai ir tantalo rūgštis. Lydant tantalo(V) oksidą su šarmais arba šarminių metalų karbonatais, gaunami tantalatai - metatantalo HTaO 3 druskos ir ortotantalo rūgštys H 3 TaO 4 . Taip pat yra druskų, kurių sudėtis yra M 5 TaO 5. Kristalinės medžiagos. naudojami kaip feroelektrikai.
Tantalo rūgštys yra baltos želatinos nuosėdos, kurių vandens kiekis yra įvairus, net ir šviežiai paruoštos, netirpsta druskos ir azoto rūgštyse. Gerai tirpsta HF ir šarminiuose tirpaluose. Technologijoje tantalo rūgštis dažniausiai gaunama skaidant tantalo ir kalio dvigubą fluoridą (kalio heptafluorotantalatą) sieros rūgštimi.
Tantalo (V) chloridas, kristalai, higroskopiški, hidrolizuojami vandens, tirpūs CS 2 ir CCl 4. Jis naudojamas tantalo gamybai ir dengimui.
Tantalo pentafluoridas. Galima gauti reaguojant pentachloridui su skystu vandenilio fluoridu. Jis sudaro bespalves prizmes ir yra hidrolizuojamas vandens. Lydymas = 96,8 ° С, virimas = 229 ° С. Naudojamas dengiant tantalo dangas.
Kalio heptafluorotantalatas- K 2 TaF 7 yra sudėtingas junginys, kurį galima gauti tantalo pentafluoridui reaguojant su kalio fluoridu. Balti kristalai, stabilūs ore. Hidrolizuojamas vandeniu: K 2 TaF 7 + H 2 O -> Ta 2 O 5 *nH 2 O + KF + HF

Taikymas:

Kadangi tantalas pasižymi puikiomis metalinėmis savybėmis ir išskirtiniu cheminiu atsparumu, įrodė, kad jis puikiai tinka chirurginių ir stomatologinių instrumentų, tokių kaip pincetų antgaliai, injekcinės adatos, adatos ir kt., gamybai. Kai kuriais atvejais jis gali pakeisti platiną.
Jie taip pat naudojami kondensatorių, elektroninių vamzdžių katodų, chemijos pramonės ir branduolinės energetikos įrangos bei štampai dirbtinio pluošto gamybai. Karbidas, silicidas, tantalo nitridas – karščiui atsparios medžiagos, kietų ir karščiui atsparių lydinių komponentai.
Karščiui atsparūs tantalo lydiniai su niobiu ir volframu naudojami raketų ir kosmoso technologijose.

E. Rozenbergas.

Šaltiniai: Tantalas // Populiari cheminių elementų biblioteka Leidykla „Mokslas“, 1977 m.
Tantalas // Vikipedija. Atnaujinimo data: 2017-12-12. (prisijungimo data: 2018-05-20).
// S. I. Levčenkovas. Trumpa chemijos istorijos apžvalga / SFU.