Химични свойства на тантала. Характеристики и свойства на металния тантал Та химия

Танталът заема специално място в групата на известните химични елементи. Този метал не е благороден, но неговите експлоатационни качества го правят търсен в различни области. Освен това това се отнася не само за строителната и производствената индустрия, но и за бижутата. Днес употребата на самия тантал е много ограничена поради неговата рядкост. И все пак на пазара има широка гама от продукти, произведени от този материал.

Общи сведения за метала

Танталът не съществува в природата в чист вид. Обикновено се добива заедно с други минерали с подобни характеристики. Тази особеност на елемента доведе до доста късното му откриване. Но в наши дни има ефективни начини за изолиране на тантал, един от които е методът на екстракция. Електролизата се използва и специално за производството на метални материали. С помощта на графитен тигел основата, съдържаща елемента, се разтопява, след което прахът остава по стените на контейнера. По-нататъшната технология за обработка на суровината зависи от това как ще се използва тантал: може да му се придаде формата на слитък, тел, лист, част от определена форма или да се остави под формата на смес за пръскане. Технологиите за формиране на сплави от танталов прах също са популярни. Комбинацията с легиращи вещества дава възможност за подобряване на индивидуалните свойства на материала.

Физични свойства

Металът има висока точка на топене от около 3017 °C, което позволява да се използва при екстремни термични условия в производството. В същото време той има рядка комбинация от свойства на пластичност и твърдост. Що се отнася до първото, то е меко като злато. В този случай твърдостта на тантала е 16,65 g/cm 3 . Тази комбинация от физически качества позволява лесното обработване на материала, придаване на различни форми и размери, както и използването му в критични механизми и конструкции. Малките елементи се представят добре като зъбни колела и части на електрически уреди. Танталът е устойчив на износване и издръжлив, така че консумативите са направени от него с очакване за дългосрочна работа. В допълнение, този метал може да действа като ефективен абсорбатор на газ. При високи температури частите от тантал също показват високи проводими свойства.

Химични свойства

В чистата си форма металът ефективно издържа на въздействието на основи, органични и неорганични киселинни вещества, както и на влиянието на други активни среди. Освен ако не са в разтопена форма, алкалите имат забележим ефект върху тантала. Окислителните процеси протичат при температури не по-ниски от 280 °C, а с халогенните компоненти реагира при 250 °C. Химическите свойства на тантала при контакт с реактиви могат да бъдат сравнени със стъклото. Не се разтваря в кисела среда с изключение на азотна и флуороводородна киселина. Този материал е устойчив и на сярна киселина, независимо от нейната концентрация. Процесите на активност обаче в повечето случаи имат незначителен ефект върху структурата на метала. Обикновено промените се появяват под формата на филмово покритие или корозия.

Къде се използва тантал?

Този метал не е широко разпространен, но има много области на неговото използване. На първо място, това е индустрията. Елементът се използва в металургията, хранително-вкусовата промишленост, промишлеността, радиотехниката, машиностроенето и др. В строителната индустрия този метал не е толкова търсен именно поради ограничените производствени обеми, но отделни конструктивни елементи все още се изработват от този материал - като правило, хардуер, предназначен за критични задачи за укрепване на конструкции. За да разберете къде се използва тантал, е важно да обърнете внимание на неговите експлоатационни свойства. Вече беше отбелязано, че той може да действа като добър диригент. Поради това се използва като свръхпроводник в електротехниката. От друга страна, топлоустойчивостта му отваря възможности за използването му при топлинна обработка на други метали. Благодарение на повишената си плътност, танталът се превърна в оптимално решение в отбранителната промишленост. Използва се за направата на снаряди с висока пробивна способност.

Танталова тел

Валцуваният метал като цяло е най-обширната форма на представяне на този материал на пазара. Телът заема значителна ниша в сегмента. Необичайно е с това, че поради скромния си размер може да се използва като конец. Това обяснява стойността на тантала за медицината - продукти от този вид се използват за конци и превръзки. Но това е само пример, демонстриращ едно от отличителните качества на такава тел. По-големите формати се използват в машиностроенето, авиацията, машиностроенето и капиталното строителство. Освен това, в зависимост от предназначението, може да се използва мек и твърд метал. Танталът, поради своята гъвкавост при обработка, позволява производството на дълги проводници от 1500 cm с дебелина от 0,15 mm или повече. На готовите продукти, както отбелязват потребителите, рядко се откриват неравности, пукнатини и други дефекти. Въпреки това, тънката структура все още налага изисквания към условията за съхранение и транспортиране - по-специално, не се препоръчва да излагате жицата на контакт с влага и агресивни среди.

Танталова лента

Този формат за производство на валцувани метални изделия също е широко разпространен. Лентите се използват в медицината, в нефтената промишленост, машиностроенето и дори в енергетиката. Потребителите оценяват този продукт заради неговата биосъвместимост, висока якост с фина структура, добра обработваемост и устойчивост на корозионни процеси. Ако сравним подобни продукти, изработени от тантал, с аналози от стомана или алуминий, тогава устойчивостта на износване и издръжливостта ще излязат на преден план. Лентата издържа на големи натоварвания на опън и химически влияния. От друга страна, високата пластичност не позволява на такива продукти да поддържат стабилно определена форма. Дори лек натиск води до деформация.

Сплави на основата на тантал

Сплавите, модифицирани с легиращи компоненти, придобиват предимно по-високи качества на физическа якост и устойчивост на топлина. Достатъчно е да се каже, че продукт със средни характеристики ще може да издържа на температури от 1650 °C, без да губи своите експлоатационни качества. Всъщност това позволява използването на танталови сплави в химическата промишленост, енергетиката, металургията и инструментостроенето. Освен това някои предприятия използват този материал при производството на елементи за ракетната и космическата сфера. В зависимост от посоката на използване, технолозите разработват различни състави за легиране на тантал. В някои случаи модификацията позволява да се постигне по-висока пластичност, а в други, например, да се направи материалът подходящ за заваръчни операции по метода на електронен лъч. Самият тантал също може да действа като легиращ компонент. Обикновено този метод за подобряване на експлоатационните свойства се използва за придаване на антикорозионна и топлинна устойчивост на неблагородни метали.

Тантал в радиотехниката

При производството на електрически устройства и части способността за поддържане на оптимална проводимост на тока и поддържане на честотни сигнали при намаляване на размера на елементната база излиза на преден план. Поради тази причина танталът често се използва в производството на кондензатори, тиристори, транзистори и полуистори. Преди това за същите кондензатори се използваха ролки от алуминиев лист. Това решение предполага възможността за увеличаване на работните параметри само ако се увеличи размерът на самата част. И това да не говорим за обратното намаляване на други характеристики, свързани с увеличаване на обема на кондензатора. Използването на тантал, който също е устойчив на отрицателни процеси, в които участват радиоелектронни компоненти, направи възможно увеличаването на електрическия обем при запазване на размерите на детайла. Друго нещо е, че алуминият не се проваля в тази област, тъй като е по-достъпен.

Заключение

Този метал изобщо няма уникални или нестандартни свойства. Има много атрактивни качества, включително антикорозионна устойчивост, твърдост или устойчивост на топлина. Но тези характеристики присъстват индивидуално в други метали. Освен това при някои те са много по-силно изразени. Комбинацията от привидно противоположни свойства в един елемент обаче е наистина уникална. Технолозите се стремят да постигнат специални комбинации в работните качества на материалите по изкуствен път, като в този случай те се определят от естеството на произхода. Например, използването на тантал в медицината и в металургията поставя напълно различни цели. В единия случай се оценява висока якост с малки размери на продукта, а във втория се оценява гъвкавостта при обработката. Но има и отрицателно свойство на тантала, което се отнася за всички области на неговото използване - това е висока цена, а в някои случаи и физическа недостъпност.

Тантал(лат. Tantalum), Ta, химичен елемент от V група на периодичната система на Менделеев; атомен номер 73, атомна маса 180.948; Металът е сив на цвят с леко оловен оттенък. В природата се среща под формата на два изотопа: стабилен 181 Ta (99,99%) и радиоактивен 180 Ta (0,012%; T ½ = 10 12 години). От изкуствено получените радиоактивни 182 Ta (T ½ = 115,1 дни) се използва като радиоактивен индикатор.

Елементът е открит през 1802 г. от шведския химик А. Г. Ексберг; кръстен на героя от древногръцката митология Тантал (поради трудностите при получаването на тантал в чист вид). Пластмасовият метален тантал е получен за първи път през 1903 г. от немския химик В. Болтън.

Разпространение на тантала в природата.Средното съдържание на тантал в земната кора (кларк) е 2,5·10 -4% от масата. Характерен елемент от гранит и седиментни черупки (средното съдържание достига 3,5·10 -4%); в дълбоките части на земната кора и особено на върха, има малко тантал в мантията (в ултраосновните скали 1,8·10 -6%). Танталът е разпръснат в повечето магмени скали и биосферата; съдържанието му в хидросферата и организмите не е установено. Известни са 17 танталови минерала и повече от 60 минерала, съдържащи тантал; всички те са образувани във връзка с магматична дейност (танталит, колумбит, лопарит, пирохлор и др.). В минералите танталът се намира заедно с ниобия поради сходството на техните физични и химични свойства. Танталовите руди са известни в пегматити от гранит и алкални скали, карбонатити, в хидротермални вени, както и в разсипи, които са от най-голямо практическо значение.

Физични свойства на тантала.Танталът има обемно-центрирана кубична решетка (a = 3,296 Å); атомен радиус 1.46 Å, йонни радиуси Ta 2+ 0.88 Å, Ta 5+ 0.66 Å; плътност 16,6 g/cm 3 при 20 °C; t pl 2996 °C; Kip температура 5300 °C; специфичен топлинен капацитет при 0-100°C 0,142 kJ/(kg K); топлопроводимост при 20-100 °C 54,47 W/(m K). Температурен коефициент на линейно разширение 8.0·10 -6 (20-1500 °C); специфично електросъпротивление при 0 °C 13,2·10 -8 ohm·m, при 2000 °С 87·10 -8 ohm·m. При 4,38 К става свръхпроводник. Танталът е парамагнитен, специфична магнитна чувствителност 0,849·10 -6 (18 °C). Чистият тантал е пластичен метал, който може да се обработва чрез налягане на студено без значително втвърдяване. Може да се деформира със степен на редукция от 99% без междинно отгряване. Преходът на тантал от пластично към крехко състояние при охлаждане до -196 °C не е открит. Модулът на еластичност на тантала е 190 H/m 2 (190·10 2 kgf/mm 2) при 25 °C. Якостта на опън на отгрят тантал с висока чистота е 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) при 27 °C и 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) при 490 °C; относително удължение 36% (27 °C) и 20% (490 °C). Твърдостта по Бринел на чист прекристализиран тантал е 500 Mn/m2 (50 kgf/mm2). Свойствата на тантала зависят до голяма степен от неговата чистота; примесите на водород, азот, кислород и въглерод правят метала крехък.

Химични свойства на тантала.Конфигурацията на външните електрони на атома Та е 5d 3 6s 2. Най-характерната степен на окисление на тантала е +5; Известни са съединения с по-ниска степен на окисление (например TaCl 4, TaCl 3, TaCl 2), но тяхното образуване е по-малко типично за тантал, отколкото за ниобий.

Химически танталът е слабо активен при нормални условия (подобно на ниобия). Чистият компактен тантал е стабилен на въздух; започва да се окислява при 280 °C. Той има само един стабилен оксид - (V) Ta 2 O 5, който съществува в две модификации: бялата α-форма под 1320 °C и сивата β-форма над 1320 °C; има киселинен характер. С водород при температура около 250 °C танталът образува твърд разтвор, съдържащ до 20 at.% водород при 20 °C; в същото време танталът става крехък; при 800-1200 °C във висок вакуум се отделя водород от метала и се възстановява пластичността му. С азот при температура около 300 ° C образува твърд разтвор и нитриди Ta 2 N и TaN; в дълбок вакуум над 2200 °C абсорбираният азот отново се освобождава от метала. В системата Ta - C при температури до 2800 ° C е установено съществуването на три фази: твърд разтвор на въглерод в тантал, по-нисък карбид T 2 C и по-висок карбид TaC. Танталът реагира с халогени при температури над 250 °C (с флуор при стайна температура), образувайки халиди предимно от типа TaX 3 (където X = F, Cl, Br, I). При нагряване Ta взаимодейства с C, B, Si, P, Se, Te, вода, CO, CO 2, NO, HCl, H 2 S.

Чистият тантал е изключително устойчив на действието на много течни метали: Na, K и техните сплави, Li, Pb и други, както и U - Mg и Pu - Mg сплави. Танталът се характеризира с изключително висока устойчивост на корозия към повечето неорганични и органични киселини: азотна, солна, сярна, хлорна и други, царска вода, както и много други агресивни среди. Върху тантала действат флуор, флуороводород, флуороводородна киселина и нейната смес с азотна киселина, разтвори и алкали. Известни са соли на танталови киселини - танталати с обща формула xMe 2 O · yTa 2 O 5 · H 2 O: метатанталати MeTaO 3, ортотанталати Me 3 TaO 4, соли като Me 5 TaO 5, където Me е алкален метал; в присъствието на водороден прекис се образуват и пертанталати. Най-важните танталати на алкални метали са KTaO 3 и NaTaO 3; Тези соли са фероелектрици.

Получаване на тантал.Рудите, съдържащи тантал, са редки, сложни и бедни на тантал; технологични руди, съдържащи до стотни от процента (Ta, Nb) 2 O 5 и шлаки от редукционното топене на калаени концентрати. Основните суровини за производството на тантал, неговите сплави и съединения са танталитни и лопаритни концентрати, съдържащи съответно около 8% Ta 2 O 5 и 60% или повече Nb 2 O 5. Концентратите обикновено се обработват на три етапа: 1) отваряне, 2) разделяне на Ta и Nb и получаване на техните чисти съединения, 3) възстановяване и рафиниране на Ta. Танталитните концентрати се разлагат от киселини или основи, докато лопаритните концентрати се хлорират. Ta и Nb се разделят, за да се получат чисти съединения чрез екстракция, например с трибутил фосфат от разтвори на флуороводородна киселина или чрез ректификация на хлориди.

За да се получи метален тантал, той се редуцира от Ta 2 O 5 сажди в един или два етапа (с предварителна подготовка на TaC от смес от Ta 2 O 5 със сажди в атмосфера на CO или H 2 при 1800-2000 ° C ); електрохимична редукция от стопилки, съдържащи K 2 TaF 7 и Ta 2 O 5, и редукция на K 2 TaF 7 с натрий при нагряване. Възможни са и процеси на термична дисоциация на хлорид или редукция на тантал от него с водород. Компактен метал се произвежда или чрез вакуумна дъга, електронен лъч или плазмено топене, или чрез методи на праховата металургия. Слитъци или пръти, синтеровани от прахове, се обработват под налягане; Единични кристали от особено чист тантал се получават чрез зоново топене на електронен лъч без тигел.

Приложение на тантал.Танталът има набор от ценни свойства - добра пластичност, якост, заваряемост, устойчивост на корозия при умерени температури, огнеупорност, ниско налягане на парите, висок коефициент на топлопреминаване, ниска работа на електрони, способност за образуване на аноден филм (Ta 2 O 5) със специални диелектрични характеристики и се "разбират" с живата тъкан на тялото. Благодарение на тези свойства танталът се използва в електрониката, химическото инженерство, ядрената енергетика, металургията (производство на топлоустойчиви сплави, неръждаема стомана) и медицината; под формата на TaC се използва в производството на твърди сплави. Чистият тантал се използва за направата на електрически кондензатори за полупроводникови устройства, части за електронни тръби, устойчиво на корозия оборудване за химическата промишленост, матрици в производството на изкуствени влакна, лабораторни стъклени съдове, тигли за топене на метали (например редкоземни елементи) и сплави , нагреватели за високотемпературни пещи; топлообменници за ядрени енергийни системи. В хирургията листове, фолио и тел от тантал се използват за закрепване на кости, нерви, зашиване и др. Използват се танталови сплави и съединения.

Несъмнено най-ценното свойство на тантала е неговата изключителна химическа устойчивост: в това отношение той отстъпва само на благородните метали, и то не винаги. не се разтваря дори в такава химически агресивна среда като царска вода, която лесно разтваря платината и др. За най-високата устойчивост на корозия на тантала свидетелстват и следните факти. На 200°СЪСне подлежи на корозия в 70% азотна киселина, в сярна киселина при 150°Корозията на тантал също не се наблюдава, а при 200 ° C металът корозира, но само с 0,006 mm годишно.

ДА СЕ В допълнение, металът е пластичен, от него могат да бъдат направени тънкостенни продукти и продукти със сложни форми. Не е изненадващо, че се превърна в незаменим строителен материал за химическата промишленост.Оборудването с тантал се използва при производството на много киселини (солна, сярна, азотна, фосфорна, оцетна), бром, хлор и водороден пероксид. В едно от предприятията, използващи газообразен хлорид, части от неръждаема стомана се повредиха само след два месеца. Но веднага щом стоманата беше заменена от тантал, дори и най-тънките части (дебелина 0,3-0,5mm)се оказаха практически неограничени - експлоатационният им живот се увеличи до 20 години.

От всички киселини само флуороводородна киселина е способна да се разтваря (особено при високи температури). От него се изработват бобини, дестилатори, клапани, миксери, аератори и много други части на химически апарати. По-рядко цели устройства.Много структурни материали бързо губят топлопроводимост: на повърхността им се образува оксиден или солен филм, който провежда лошо топлина. Оборудването с тантал е лишено от този недостатък или по-скоро може да се образува оксиден филм върху него, но е тънък и провежда топлина добре.

Между другото, високата топлопроводимост, съчетана с пластичност, направи тантала отличен материал за топлообменници.Танталовите катоди се използват в електролитни процеси.разделение на злато и сребро. Предимството на тези катоди е, че може да се отложи злато и среброизмийте ги с царска вода, която не вреди на тантала.Танталът е важен не само за химическата промишленост. Много химици изследователи също го срещат в ежедневната си лабораторна практика. Танталовите тигли, чаши, шпатули изобщо не са необичайни „Трябва да имате танталови нерви...“ Уникалното качество на тантала е неговата висока биологична съвместимост, тоест способността да се вкоренява в тялото, без да причинява дразнене на околните тъкани . Това свойство е в основата на широкото приложение на тантала в медицината, главно в реконструктивната хирургия - за възстановяване на човешкото тяло.

Плочите от този метал се използват например при наранявания на черепа - покриват счупвания на черепа.INлитературата описва случай, при който изкуствено ухо е направено от танталова пластина и кожата, трансплантирана от бедрото, се вкорени толкова добре, че скоро танталовото ухо беше трудно да серазличават от настоящето.Танталовата прежда понякога се използва за компенсиране на загубата на мускулна тъкан. Използвайки тънки танталови пластини, хирурзите укрепват стените на коремната кухина след операцията. Танталовите скоби, подобни на тези, използвани за зашиване на тетрадки, сигурно свързват кръвоносните съдове. Танталовите мрежи се използват при производството на очни протези. Резбите от този метал се сменятсухожилияи дори съшиват нерви фибри. И ако израз Обикновено използваме „железни нерви“ в преносим смисъл, хора с танталови нерви, да бъдат Може би,трябваше да се срещнете.Наистина има нещо символично в това, че именно на метала, кръстен на митологичния мъченик, се падна хуманната мисия - да облекчава човешкото страдание. ..

Как се отделя тантал от ниобий.

Земната кора съдържа само 0,0002% Ta, но много от нейните минерали са известни - над 130. Танталът в тези минерали, като правило, е неделим от ниобия, което се обяснява с изключителното химично сходство на елементите и почти еднаквите размери на техните йони Трудността при разделянето на тези метали дълго време възпрепятстваше развитието на индустрията за тантал и ниобий. Доскоро те бяха изолирани само по метода, предложен през 1866 г. от швейцарския химик Мариняк, който се възползва от различната разтворимост на калиев флуор танталат и флуорониобат в разредена флуороводородна киселина.

През последните години екстракционните методи за изолиране на тантал, базирани на различната разтворимост на танталови и ниобиеви соли в определени органични разтворители, също придобиха значение. Опитът показва, че метил изобутил кетонът и циклохексанонът имат най-добри екстракционни свойства.В наши дни основният метод за производство на метален тантал е разтопен калиев флуоротантатал в графитни, чугунени или никелови тигли, които също служат като катоди. По стените на тигела се отлага танталов прах.

Извлечен от тигела, този прах първо се пресова в правоъгълни плочи (ако детайлът е предназначен за валцуване на листове) или квадратни пръти (за изтегляне на тел) и след това се синтерова.Натриево-термичният метод за производство на тантал също е полезен . В този процес калиевият флуоротанталат и металният флуоротанталат взаимодействат:

К2 TaF 7 + 5Na → Ta + 2KF + 5NaF.

Крайният продукт от реакцията е тантал на прах, който след това се синтерува. През последните две десетилетия започнаха да се използват други методи за обработка на праха: дъгово или индукционно топене във вакуум и електронен лъч.

Статия по темата Химични свойства на тантала

Танталът е специален вид метал, който принадлежи към благородната група. Открит е през 1802 г., но се смята за млад елемент. Въпреки рядкостта си, той се използва широко не само в бижутерията, но и в индустрията. Особено често се среща в електрониката - почти всяко устройство го съдържа.

Масовото използване на този метал започва през 40-те години на миналия век и продължава и до днес. Той придоби своята популярност благодарение на повишените си якостни свойства. Освен това има много уникални физични и химични свойства.

Физични и химични свойства

Сред физичните свойства на този метал трябва да се подчертае високата точка на топене, която е 3017 градуса по Целзий, което го отличава от много аналози. Поради това се използва в области, където се изисква повишена устойчивост на екстремни условия. В същото време характеристиките на тантала включват пластичност и твърдост, комбинация от които е доста рядка в природата.

Точката на топене на тантала е 3017 °C.

Горепосочените свойства на тантала ви позволяват да обработвате метала без много усилия и да създавате необходимите форми и размери. Специалната структура на атома е много важна за създаването на части и механизми на структури с повишена отговорност. Танталът се поддава добре на коване и валцуване. В този случай може успешно да се използва и методът на студена деформация. Трябва да се подчертае високата топлопроводимост.

Поради високата си плътност, металът може да се използва за производство на малки зъбни колела и части от електрически уреди, които са устойчиви на износване и не се развалят след дълъг период на употреба.
В някои случаи се използва като газов абсорбер. Трябва да се подчертае електронната конфигурация: металът има различни свойства на електропроводимост в нормалното си състояние и при високи температури.
Частите от тантал могат да бъдат свързани чрез запояване, заваряване или занитване. Най-често се използва методът на заваряване, тъй като качеството на заваръчния шев се характеризира с висока якост и устойчивост на физически стрес.
Сред химичните свойства си струва да се подчертае неговата висока устойчивост на окисляване и алкали. Въпреки това, когато се разтопи, той е частично податлив на алкали. Окисляването е невъзможно при температури под 250 градуса.
Химическите свойства на този метал са много подобни на стъклото. Почти невъзможно е да го разтворите в киселина, освен ако не използвате флуороводородна и азотна киселина. Дори излагането на сярна киселина не засяга структурата и формата на метала. На повърхността може да се появи само малък филм. Също така не подлежи на унищожаване при продължително излагане на морска вода.
Срещане в природата и производство на тантал
Танталът, като химичен елемент, е много рядък в природата, съставлявайки само 0,0002% от земната кора. Много рядко се среща в чист вид, най-често в състава на различни минерали, в близост до друг метал - ниобия.
Депозитите на този елемент се намират в много страни. Големи находища има във Франция, Египет, Китай и Тайланд. Но най-големите находища на този елемент са в Австралия. Танталът се добива в количества над 400 тона годишно. В същото време необходимостта от използването му непрекъснато нараства, което е свързано с увеличаване на обема на електрическото оборудване, произведено с помощта на този метал. Въз основа на това има постоянно развитие на нови находища.
В нашата страна производството на тантал е съсредоточено в магнезиевия завод в Соликамск. Металът се получава след преработка на лопаритни концентрати. В други страни се използват и други минерали, като рутил, струверит, танталит и колумбит.
Най-големите производители на този метал в света са САЩ, Япония и Китай. Броят на световните производители не надвишава 40 фирми. Цена - от 1000 долара за кг.
Сплави на основата на тантал
Поради специалните си физични свойства този метал в чист вид се използва много често в промишлеността. Въпреки това, за да се увеличи здравината и устойчивостта на високи температури, могат да се използват сплави на негова основа и да се добавят подходящи легиращи компоненти.
Танталовите сплави могат да останат твърди при температури от около 1700 градуса. Това е необходимо при използване на танталови съединения в енергетиката, химическата промишленост, производството на високоточни инструменти и металургията. Много често при конструирането на космически ракети се използват различни сплави.
Видът на използваните легиращи компоненти зависи от необходимите крайни свойства. За подобряване на качеството на работа се използват елементи, които придават на сплавта подобрени свойства на пластичност.

Трябва да се отбележи, че много често танталът в сплавите се използва не като основа, а като легиращ компонент. Добавянето му към различни материали позволява повишена устойчивост на високи температури и корозия.

Верига на танталов кондензатор

Тантал TAV-10 е широко използвана сплав на базата на този метал. Произвежда се с добавяне на волфрам, чието количество е около 10%. Това води до материал с подобрена устойчивост на топлина. Използва се за производство на нагревателни елементи и за медицински цели, тъй като неговите компоненти не дразнят човешката кожа.
Приложения на тантал
Използването на тантал не е ограничено до една област. Струва си да се подчертаят областите, в които продуктите от тантал са най-широко използвани:
Металургия. Почти половината от този метал се използва в металургичната промишленост. Това се дължи на факта, че е лесно да се използва за създаване на различни сплави, особено антикорозионни стомани, които са устойчиви на високи температури. Танталовата тел се използва в различни области, където се изисква повишена якост и устойчивост на топлина. Танталовият карбид също се използва широко в производството на тигли за огнеупорни метали.
Електроинженерство. Около 25% се използват в производството на електротехника и електроуреди. Кондензаторите, използващи този елемент, се характеризират с повишена работна стабилност. Освен това, в случай на разрушаване на повърхността на кондензатора, се образува филм от танталов оксид, който го защитава. Трябва също да подчертаете елементи като аноди, катоди, лампи и други метални части, които също се произвеждат на негова основа.
Химическа индустрия. Една пета от произведения обем се използва в химическата промишленост. Това се дължи на факта, че е устойчив на повечето киселини, соли и основи.
Лекарство. Танталът в медицината се използва в такива отрасли като костна и пластична хирургия. Елементите, изработени от този материал, се използват за закрепване на костите, за да се постигне повишена здравина, без да се дразни органичната тъкан.
Военна сфера. Във военната сфера се произвеждат танталови мишени и снаряди за кумулативни снаряди.
Инструментариум. Този метал се използва за производството на прецизни инструменти, контролно оборудване и различни диафрагми, както и вакуумни инструменти, тъй като се отличава със свойството си да абсорбира газ.
Ядрена енергия. В тази област металът действа като топлообменник.

Трябва да се отбележи, че обхватът на приложение на тантала е ограничен само от малкия обем на неговото производство. Ако обемът на производството се увеличи, обхватът на приложение ще се разшири значително.

Танталът е „умен метал“

Танталът, чиито свойства и характеристики се оказаха наистина уникални, вече се нарича "умен метал".

Малко история

Танталът е открит през 1802 г. от шведския химик A.G. Екеберг проучва откритите минерали и открива, че те съдържат непознат по това време елемент, но не може да го изолира в чист вид. Неизвестният метал е кръстен на древногръцкия митологичен герой Тантал. В продължение на 4 десетилетия химиците погрешно вярваха, че танталът и ниобият, известни по това време, са един и същ химичен елемент. Германските химици успяват да го получат в чист вид през 1903 г. и започва да се използва активно за промишлени цели по време на Втората световна война.

Описание и свойства на тантала

В периодичната таблица този метал заема 73-та позиция, обозначена като Ta.

При нормални условия той има сребрист цвят, подобен на външен вид на среброто и някои други благородни метали. Поради окисляването във въздуха, той се покрива с оксиден филм, потъмнява и става по-скоро като олово. При стайна температура окисляването протича много бавно, така че металът запазва характерния си цвят за дълго време. Активното окисление във въздуха започва при температури над 280°C.

Металът реагира с халогени при ниски температури, но веднага се покрива с повърхностен филм, който го предпазва от по-нататъшни реакции в целия обем.

Точката на топене е относително висока, 3017°C. Тя е много по-висока от тази на много метали. За сравнение:

олово - 327°C;
алуминий - 660°C;
месинг - до 1000°C;
злато - 1064°C;
мед - 1083°C;
желязо - 1540°C.

Благодарение на най-високата якост на метала тантал, той се използва в много индустрии

Сред широко използваните в промишлеността материали танталът е по-нисък по точка на топене от волфрама, за който тази стойност е 3420°C.

Плътността на тантала е 16 700 kg / m3, този метал е много по-плътен от обикновените желязо и мед, за които е равен съответно на 7870 и 8940 kg / m3. По плътност може да се сравни със златото, чиято плътност е 19320 kg/m3. Танталът има висока твърдост. Въпреки свойствата си, той е много пластичен метал. Материалът може да се разточва до дебелина 1 микрон. Само златото има такава пластичност.

Материалът се навива без нагряване, което значително опростява обработката му. Механичната якост може да се увеличи чрез студено втвърдяване. При температури под - 196°C свойството пластичност изчезва и металът става чуплив.

Поради своите магнитни свойства танталът се класифицира като парамагнетик. Свойствата на парамагнитния материал се проявяват добре при температури под 3420 ° C, след което металът става феромагнитен.

Танталът има най-висока устойчивост на агресивни влияния на околната среда. Не се разрушава от азотна киселина с концентрация 70%. Той не се влияе от сярна киселина, нагрята до 150°C, но когато температурата на киселината се повиши до 200°C, металът започва бавно да се влошава.

Тази антикорозионна устойчивост на метала, която надвишава тази на неръждаемата стомана, го прави незаменим в редица производствени процеси.

Електролизата се използва за отделяне на благородни метали от разтвори и стопилки на техните соли. Но катодите, върху които се отлагат благородни метали, бързо се разрушават. Замяната на катоди, направени от конвенционални метали с тантал, направи процеса на електролиза много по-ефективен и по-евтин. Този метод се използва и за изолиране на редкоземни елементи от руди.

Танталът има висока биологична съвместимост и затова се използва широко в медицината. Протезите и имплантите, изработени от него, нямат химичен ефект върху тялото, не се окисляват и следователно не се отхвърлят от тялото.

Танталът не може да се счита за добър проводник на електрически ток; неговото съпротивление при 20°C е 0,13 Ohm*mm²/m, което е по-голямо от това на желязото (0,1 Ohm*mm²/m). Но има относително висока температура на преход към свръхпроводящо състояние, тя е равна на 4,5 K. При по-високи температури ванадий (5.3K), олово (7.2K) и неговият "близнак" ниобий (9.2K) преминават в състояние на свръхпроводимост. Това свойство на тантала го прави търсен в производството на криотонни свръхпроводници, използвани в електронните изчислителни технологии. В радиоелектрониката се използват кондензатори с танталови пластини. Те се оказаха най-ефективни, но могат да работят при ниски стойности на напрежението.

Във военната индустрия танталовите сплави се използват за увеличаване на пробивната способност на снарядите.

За научни и военни цели радиоактивните изотопи се използват за създаване на източници на гама лъчение. Радиоактивни изотопи се намират във вкаменелости, но те се намират в много по-високи концентрации в отпадъците, останали от ядрените реактори.

Танталът се използва при изграждането на защита за ядрени реактори, тъй като е един от малкото елементи, които не се разрушават от действието на цезиевите пари.

Танталов карбид се нанася върху повърхността на режещия инструмент, за да му придаде специална здравина. Този инструмент се използва за рязане и пробиване на особено издръжливи материали при пробиване на дълбоки кладенци в твърди скали.

Поради високата си якост, устойчивост на окисляване и висока точка на топене, танталът се използва в производството на самолетни и ракетни двигатели.

Частите от тантал издържат десетки години по-дълго в агресивна среда от тези от други материали с висока устойчивост на корозия.

Всички физически характеристики на материала могат да бъдат променени чрез въвеждане на легиращи добавки в него.

Добив на тантал

Благодарение на проучвателните работи бяха открити нови находища на метала тантал

Земната кора съдържа около 0,0002% тантал, така че се класифицира като рядък елемент. Но почти всички страни имат находища на неговите съединения. В Европа най-големите и богати находища са във Франция, а малки находища има в повечето страни от бившия СССР. Сред африканските страни Египет има най-големи запаси от суровини. Но най-големите и най-богатите находища, известни и разработени до момента, се намират в Австралия.

Елементът се намира под формата на собствени соли или е част от други минерали. Във втория случай задължително се придружава от ниобий. Минералите могат да бъдат стабилни или радиоактивни.

Добивът на този метал е 420 тона годишно. Водещите страни в производството и преработката са САЩ и Германия.

Поради световната криза търсенето на тантал леко намаля, но от 2010 г. отново се увеличи. Напоследък се провеждат активни проучвателни работи. Благодарение на тях бяха открити нови находища в САЩ, Бразилия и Южна Африка.