Tantals kemiska egenskaper. Metalltantal egenskaper och egenskaper Ta kemi

Tantal intar en speciell plats i gruppen av kända kemiska grundämnen. Denna metall är inte en ädel, men dess prestandaegenskaper gör den efterfrågad inom en mängd olika områden. Dessutom gäller detta inte bara bygg- och tillverkningsindustrin utan även smycken. Idag är användningen av tantal i sig mycket begränsad på grund av dess sällsynthet. Och ändå finns det ett brett utbud av produkter gjorda av detta material på marknaden.

Allmän information om metall

Tantal finns inte i naturen i sin rena form. Det bryts vanligtvis tillsammans med andra mineraler med liknande egenskaper. Denna egenskap hos elementet ledde till dess ganska sena upptäckt. Men nu för tiden finns det effektiva sätt att isolera tantal, varav ett är extraktionsmetoden. Elektrolys används också specifikt för att producera metalliskt material. Med hjälp av en grafitdegel smälts basen som innehåller elementet, varefter pulver blir kvar på behållarens väggar. Ytterligare teknologi för bearbetning av råvaran beror på hur tantal kommer att användas: det kan ges i form av ett göt, tråd, ark, del av en viss form eller lämnas i form av en blandning för sprutning. Teknologier för att bilda legeringar från tantalpulver är också populära. Kombination med legeringsämnen gör det möjligt att förbättra materialets individuella egenskaper.

Fysikaliska egenskaper

Metallen har en hög smältpunkt på cirka 3017 °C, vilket gör att den kan användas under extrema termiska förhållanden i produktionen. Samtidigt har den en sällsynt kombination av egenskaper av duktilitet och hårdhet. När det gäller den första är den mjuk som guld. I detta fall är hårdheten hos tantal 16,65 g/cm 3 . Denna kombination av fysiska egenskaper gör det möjligt att enkelt bearbeta materialet, ge det olika former och storlekar, och även använda det i kritiska mekanismer och strukturer. Små element fungerar bra som växlar och delar av elektriska apparater. Tantal är slitstarkt och hållbart, så förbrukningsbara komponenter är gjorda av det med förväntan på långvarig drift. Dessutom kan denna metall fungera som en effektiv gasabsorbator. Vid höga temperaturer uppvisar tantaldelar också höga ledande egenskaper.

Kemiska egenskaper

I sin rena form motstår metallen effektivt effekterna av alkalier, organiska och oorganiska sura ämnen, såväl som påverkan av andra aktiva medier. Om inte alkalier i smält form har en märkbar effekt på tantal. Oxidationsprocesser sker vid temperaturer som inte är lägre än 280 °C, och den reagerar med halogenkomponenter vid 250 °C. De kemiska egenskaperna hos tantal i kontakt med reagens kan jämföras med glas. Det löser sig inte i sura miljöer med undantag för salpeter- och fluorvätesyror. Detta material är också resistent mot svavelsyra, oavsett dess koncentration. Aktivitetsprocesser har dock i de flesta fall en obetydlig effekt på metallens struktur. Vanligtvis uppträder förändringarna antingen i form av filmbeläggning eller korrosion.

Var används tantal?

Denna metall är inte utbredd, men det finns många användningsområden. Först och främst är detta industri. Elementet används inom metallurgi, livsmedelssektorn, tillverkningsindustri, radioteknik, maskinteknik, etc. Inom byggbranschen är denna metall inte så efterfrågad just på grund av de begränsade produktionsvolymerna, men enskilda konstruktionselement tillverkas fortfarande av detta material - som regel hårdvara avsedd för kritiska uppgifter för att stärka strukturer. För att förstå var tantal används är det viktigt att vara uppmärksam på dess prestandaegenskaper. Det har redan konstaterats att han kan fungera som en god dirigent. Därför används den som en supraledare inom elektroteknik. Å andra sidan öppnar dess värmebeständighet upp möjligheter för dess användning vid värmebehandling av andra metaller. Tack vare sin ökade densitet har tantal blivit en optimal lösning inom försvarsindustrin. Den används för att tillverka projektiler med hög penetrerande kraft.

Tantaltråd

Valsad metall i allmänhet är den mest omfattande formen av presentation av detta material på marknaden. Wire upptar en betydande nisch i segmentet. Det är ovanligt eftersom den, på grund av sin blygsamma storlek, kan användas som en tråd. Detta förklarar värdet av tantal för det medicinska området - produkter av detta slag används för suturer och bandage. Men detta är bara ett exempel som visar en av de utmärkande egenskaperna hos en sådan tråd. Större format används inom maskinteknik, flyg, verktygsmaskiner och kapitalkonstruktion. Dessutom, beroende på syftet, kan mjuk och hård metall användas. Tantal tillåter, på grund av sin flexibilitet vid bearbetning, produktion av långa trådar från 1500 cm med en tjocklek på 0,15 mm eller mer. På färdiga produkter, som användarna noterar, upptäcks sällan grader, sprickor och andra defekter. Den tunna strukturen ställer dock fortfarande krav på lagrings- och transportförhållanden - i synnerhet rekommenderas det inte att utsätta tråden för kontakt med fukt och aggressiva miljöer.

Tantaltejp

Detta format för tillverkning av valsade metallprodukter är också utbrett. Band används inom medicin, inom oljeindustrin, maskinteknik och även inom energiindustrin. Konsumenter värdesätter denna produkt för dess biokompatibilitet, höga hållfasthet med fin struktur, goda bearbetbarhet och motståndskraft mot korrosionsprocesser. Om vi jämför liknande produkter gjorda av tantal med analoger gjorda av stål eller aluminium, kommer slitstyrka och hållbarhet att komma i förgrunden. Tejpen tål höga dragbelastningar och kemisk påverkan. Å andra sidan tillåter hög plasticitet inte sådana produkter att stabilt bibehålla en viss form. Även lätt tryck leder till deformation.

Tantalbaserade legeringar

Legeringar modifierade med legeringskomponenter får övervägande högre kvaliteter av fysisk styrka och värmebeständighet. Det räcker med att säga att en produkt med genomsnittliga egenskaper kommer att klara temperaturer på 1650 °C utan att förlora sina prestandaegenskaper. Detta tillåter faktiskt användningen av tantallegeringar inom kemisk industri, energi, metallurgi och instrumenttillverkning. Dessutom använder vissa företag detta material vid tillverkning av element för raket- och rymdsfären. Beroende på användningsriktningen utvecklar teknologer olika kompositioner för legering av tantal. I vissa fall gör modifiering det möjligt att uppnå högre duktilitet och i andra till exempel att göra materialet lämpligt för svetsoperationer med elektronstrålemetoden. Tantal i sig kan också fungera som en legeringskomponent. Vanligtvis används denna metod för att förbättra prestandaegenskaper för att ge basmetaller anti-korrosion och värmebeständighet.

Tantal i radioteknik

Vid tillverkning av elektriska apparater och delar kommer förmågan att upprätthålla optimal strömledningsförmåga och bibehålla frekvenssignaler samtidigt som storleken på elementbasen minskar i förgrunden. Av denna anledning används tantal ofta vid tillverkning av kondensatorer, tyristorer, transistorer och semistorer. Tidigare användes rullar av aluminiumplåt till samma kondensatorer. Denna lösning förutsatte möjligheten att öka driftsparametrarna endast om storleken på själva delen ökades. Och detta är inte att nämna den omvända minskningen av andra egenskaper förknippade med att öka volymen på kondensatorn. Användningen av tantal, som också är resistent mot negativa processer där radioelektroniska komponenter deltar, gjorde det möjligt att öka den elektriska volymen samtidigt som delens dimensioner bibehölls. En annan sak är att aluminium inte misslyckas på detta område, eftersom det är billigare.

Slutsats

Denna metall har inte alls unika eller icke-standardiserade egenskaper. Den har många attraktiva egenskaper, inklusive korrosionsskydd, hårdhet eller värmebeständighet. Men dessa egenskaper finns individuellt i andra metaller. Dessutom är de i vissa mycket mer uttalade. Men kombinationen av till synes motsatta egenskaper i ett element är verkligen unik. Teknologer strävar efter att uppnå speciella kombinationer i arbetskvaliteten hos material med konstgjorda medel, och i det här fallet bestäms de av ursprungets natur. Till exempel ställer användningen av tantal i medicin och inom metallurgi helt andra mål. I ett fall värderas hög hållfasthet med små produktstorlekar, och i det andra värderas flexibilitet i bearbetningen. Men det finns också en negativ egenskap hos tantal, som gäller för alla områden av dess användning - det är höga kostnader och i vissa fall fysisk otillgänglighet.

Tantal(lat. Tantal), Ta, kemiskt element i grupp V i Mendeleevs periodiska system; atomnummer 73, atommassa 180,948; Metallen är grå till färgen med en lätt blyfärgad nyans. I naturen finns den i form av två isotoper: stabil 181 Ta (99,99%) och radioaktiv 180 Ta (0,012%; T ½ = 10 12 år). Av de artificiellt erhållna radioaktiva ämnen används 182 Ta (T ½ = 115,1 dagar) som en radioaktiv indikator.

Grundämnet upptäcktes 1802 av den svenske kemisten A. G. Eksberg; uppkallad efter hjälten i den antika grekiska mytologin Tantalus (på grund av svårigheterna att få Tantal i sin rena form). Plastmetalltantal erhölls först 1903 av den tyske kemisten W. Bolton.

Distribution av tantal i naturen. Medelhalten av tantal i jordskorpan (clarke) är 2,5·10 -4 viktprocent. Ett karakteristiskt inslag av granit och sedimentära skal (medelhalten når 3,5·10 -4%); i de djupa delarna av jordskorpan och speciellt i toppen finns lite tantal i manteln (i ultrabasiska bergarter 1,8·10 -6%). Tantal är spridd i de flesta magmatiska bergarter och biosfären; dess innehåll i hydrosfären och organismer har inte fastställts. Det finns 17 kända tantalmineraler och mer än 60 tantalinnehållande mineraler; alla bildades i samband med magmatisk aktivitet (tantalit, kolumbit, loparit, pyroklor och andra). I mineraler finns tantal tillsammans med niob på grund av likheten mellan deras fysikaliska och kemiska egenskaper. Tantalmalmer är kända i pegmatiter av granit och alkaliska bergarter, karbonater, i hydrotermiska ådror, samt i placers, som är av största praktiska betydelse.

Tantals fysikaliska egenskaper. Tantal har ett kroppscentrerat kubiskt gitter (a = 3,296 Å); atomradie 1,46 Å, jonradier Ta 2+ 0,88 Å, Ta 5+ 0,66 Å; densitet 16,6 g/cm3 vid 20°C; t pl 2996°C; Kip-temperatur 5300 °C; specifik värmekapacitet vid 0-100°C 0,142 kJ/(kg K); värmeledningsförmåga vid 20-100 °C 54,47 W/(m K). Temperaturkoefficient för linjär expansion 8,0·10 -6 (20-1500 °C); specifik elektrisk resistivitet vid 0 °C 13,2·10 -8 ohm·m, vid 2000 °С 87·10 -8 ohm·m. Vid 4,38 K blir det en supraledare. Tantal är paramagnetisk, specifik magnetisk känslighet 0,849·10 -6 (18 °C). Ren tantal är en seg metall som kan bearbetas genom tryck i kyla utan nämnvärd härdning. Den kan deformeras med en reduktionsgrad på 99 % utan mellanliggande glödgning. Övergången av tantal från ett duktilt till ett sprött tillstånd vid kylning till -196 °C detekterades inte. Elasticitetsmodulen för tantal är 190 H/m 2 (190·10 2 kgf/mm 2) vid 25 °C. Draghållfastheten hos glödgat tantal med hög renhet är 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) vid 27 °C och 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) vid 490 °C; relativ töjning 36% (27°C) och 20% (490°C). Brinell-hårdheten för ren omkristalliserad tantal är 500 Mn/m2 (50 kgf/mm2). Tantals egenskaper beror till stor del på dess renhet; föroreningar av väte, kväve, syre och kol gör metallen spröd.

Tantals kemiska egenskaper. Konfigurationen av Ta-atomens yttre elektroner är 5d 3 6s 2. Det mest karakteristiska oxidationstillståndet för tantal är +5; Föreningar med ett lägre oxidationstillstånd är kända (till exempel TaCl 4, TaCl 3, TaCl 2), men deras bildning är mindre typisk för tantal än för niob.

Kemiskt är tantal lågaktivt under normala förhållanden (liknar niob). Ren kompakt tantal är stabil i luft; börjar oxidera vid 280 °C. Den har bara en stabil oxid - (V) Ta 2 O 5, som finns i två modifieringar: den vita α-formen under 1320 °C och den grå β-formen över 1320 °C; har en sur karaktär. Med väte vid en temperatur av cirka 250 °C, bildar tantal en fast lösning innehållande upp till 20 at.% väte vid 20 °C; samtidigt blir tantal skör; vid 800-1200 °C i högvakuum frigörs väte från metallen och dess plasticitet återställs. Med kväve vid en temperatur av cirka 300 ° C bildar det en fast lösning och nitrider Ta 2 N och TaN; i ett djupt vakuum över 2200 °C frigörs återigen det absorberade kvävet från metallen. I Ta - C-systemet vid temperaturer upp till 2800 ° C, har förekomsten av tre faser fastställts: en fast lösning av kol i Tantal, lägre karbid T 2 C och högre karbid TaC. Tantal reagerar med halogener vid temperaturer över 250 °C (med fluor vid rumstemperatur), och bildar halogenider huvudsakligen av typen TaX 3 (där X = F, Cl, Br, I). Vid uppvärmning interagerar Ta med C, B, Si, P, Se, Te, vatten, CO, CO 2, NO, HCl, H 2 S.

Ren tantal är exceptionellt resistent mot verkan av många flytande metaller: Na, K och deras legeringar, Li, Pb och andra, såväl som U - Mg och Pu - Mg legeringar. Tantal kännetecknas av extremt hög korrosionsbeständighet mot de flesta oorganiska och organiska syror: salpetersyra, saltsyra, svavelsyra, klorsyra och andra, aqua regia, såväl som många andra aggressiva miljöer. Fluor, vätefluorid, fluorvätesyra och dess blandning med salpetersyra, lösningar och smältor av alkalier verkar på tantal. Salter av tantalsyror är kända - tantalater med den allmänna formeln xMe2O·yTa2O5·H2O: metatantalater MeTaO3, ortotantalater Me3TaO4, salter som Me5TaO5, där Me är en alkalimetall; i närvaro av väteperoxid bildas även pertantalater. De viktigaste alkalimetalltantalaten är KTaO 3 och NaTaO 3; Dessa salter är ferroelektriska.

Att få tantal. Malmer som innehåller tantal är sällsynta, komplexa och fattiga på tantal; bearbeta malmer som innehåller upp till hundradelar av en procent (Ta, Nb) 2 O 5 och slagg från reduktionssmältning av tennkoncentrat. De huvudsakliga råvarorna för framställning av tantal, dess legeringar och föreningar är tantalit- och loparitkoncentrat, som innehåller cirka 8 % Ta 2 O 5 respektive 60 % eller mer Nb 2 O 5. Koncentrat bearbetas vanligtvis i tre steg: 1) öppning, 2) separation av Ta och Nb och erhållande av deras rena föreningar, 3) återvinning och raffinering av Ta. Tantalitkoncentrat bryts ned av syror eller alkalier, medan loparitkoncentrat är klorerade. Ta och Nb separeras för att erhålla rena föreningar genom extraktion, till exempel med tributylfosfat från fluorvätesyralösningar, eller genom rektifiering av klorider.

För att producera metalliskt tantal reduceras det från Ta 2 O 5-sot i ett eller två steg (med den preliminära beredningen av TaC från en blandning av Ta 2 O 5 med sot i en atmosfär av CO eller H 2 vid 1800-2000 ° C ); elektrokemisk reduktion från smältor innehållande K 2 TaF 7 och Ta 2 O 5, och reduktion av K 2 TaF 7 med natrium vid upphettning. Processer för termisk dissociation av klorid eller reduktion av tantal från den med väte är också möjliga. Kompakt metall framställs antingen genom vakuumbåge, elektronstråle eller plasmasmältning, eller genom pulvermetallurgiska metoder. Tackor eller stänger sintrade från pulver bearbetas under tryck; Enkelkristaller av speciellt ren tantal erhålls genom smältning av degelfri elektronstrålezon.

Användning av tantal. Tantal har en uppsättning värdefulla egenskaper - god duktilitet, styrka, svetsbarhet, korrosionsbeständighet vid måttliga temperaturer, eldfasthet, lågt ångtryck, hög värmeöverföringskoefficient, låg elektronarbetsfunktion, förmågan att bilda en anodfilm (Ta 2 O 5) med speciella dielektriska egenskaper och "kommer överens" med levande vävnad i kroppen. Tack vare dessa egenskaper används tantal inom elektronik, kemiteknik, kärnenergi, metallurgi (tillverkning av värmebeständiga legeringar, rostfria stål) och medicin; i form av TaC används det vid tillverkning av hårda legeringar. Ren tantal används för att tillverka elektriska kondensatorer för halvledarenheter, delar till elektroniska rör, korrosionsbeständig utrustning för den kemiska industrin, formverktyg vid produktion av konstfiber, laboratorieglas, smältdeglar för metaller (till exempel sällsynta jordartsmetaller) och legeringar , värmare för högtemperaturugnar; värmeväxlare för kärnenergisystem. Inom kirurgi används ark, folie och tråd av tantal för att fästa ben, nerver, suturering etc. Tantallegeringar och föreningar används.

Utan tvekan är den mest värdefulla egenskapen hos tantal dess exceptionella kemiska beständighet: i detta avseende är den näst efter ädelmetaller, och inte alltid. löses inte ens i en så kemiskt aggressiv miljö som aqua regia, som lätt löser upp platina och andra. Följande fakta vittnar också om den högsta korrosionsbeständigheten hos tantal. Vid 200°MEDden är inte utsatt för korrosion i 70% salpetersyra, i svavelsyra vid 150°Korrosion av tantal observeras inte heller, och vid 200 ° C korroderar metallen, men bara med 0,006 mm per år.

TILL Dessutom är metallen formbar, tunnväggiga produkter och produkter med komplexa former kan tillverkas av den. Det är inte förvånande att det har blivit ett oumbärligt byggmaterial för den kemiska industrin.Tantalutrustning används vid tillverkning av många syror (saltsyra, svavelsyra, salpetersyra, fosforsyra, ättiksyra), brom, klor och väteperoxid. På ett av företagen som använde gasformig klorid gick delar av rostfritt stål sönder efter bara två månader. Men så snart stål ersattes med tantal, även de tunnaste delarna (tjocklek 0,3-0,5mm)visade sig vara praktiskt taget obestämd - deras livslängd ökade till 20 år.

Av alla syror är det bara fluorvätesyra som kan lösas upp (särskilt vid höga temperaturer). Spolar, destillerare, ventiler, blandare, luftare och många andra delar av kemiska apparater är gjorda av det. Mindre vanligt, hela enheter Många strukturella material förlorar snabbt värmeledningsförmåga: en oxid- eller saltfilm som leder värme dåligt bildas på deras yta. Tantalutrustning är fri från denna nackdel, eller snarare, en oxidfilm kan bildas på den, men den är tunn och leder värme bra.

Det var förresten den höga värmeledningsförmågan i kombination med plasticitet som gjorde tantal till ett utmärkt material för värmeväxlare Tantalkatoder används i elektrolytiska processer.uppdelning av guld och silver. Fördelen med dessa katoder är att deponering av guld och silver kan varatvätta bort dem med aqua regia, som inte skadar tantal Tantal är viktigt inte bara för den kemiska industrin. Många forskningskemister stöter också på det i sin dagliga laboratoriepraktik. Tantaldeglar, koppar, spatlar är inte alls ovanliga "Du måste ha tantalnerver..." Tantals unika kvalitet är dess höga biologiska kompatibilitet, det vill säga förmågan att slå rot i kroppen utan att orsaka irritation på omgivande vävnader . Denna egenskap är grunden för den utbredda användningen av tantal i medicin, främst inom rekonstruktiv kirurgi - för att reparera människokroppen.

Plattor gjorda av denna metall används till exempel för skador på skallen - de täcker brott i skallen.Ilitteraturen beskriver ett fall där ett konstgjort öra tillverkades av en tantalplatta och huden som transplanterats från låret slog rot så bra att tantalörat snart var svårt attskilja från nuet.Tantalgarn används ibland för att kompensera för förlusten av muskelvävnad. Med hjälp av tunna tantalplattor stärker kirurger väggarna i bukhålan efter operationen. Tantalhäftklamrar, liknande de som används för att sy anteckningsböcker, kopplar säkert ihop blodkärlen. Tantalnät används vid tillverkning av ögonproteser. Trådar gjorda av denna metall byts utsenoroch till och med sy ihop nerver fibrer. OCH om uttryck Vi brukar använda "järnnerver" i bärbar känsla, människor med tantal nerver, att vara Kanske, man var tvungen att träffas. Det finns faktiskt något symboliskt i att det var andelen av metallen, uppkallad efter den mytologiska martyren, som föll på det humana uppdraget - att lindra mänskligt lidande. ..

Hur tantal separeras från niob.

Jordskorpan innehåller endast 0,0002% Ta, men många av dess mineraler är kända - över 130. Tantal i dessa mineral är som regel oskiljaktig från niob, vilket förklaras av den extrema kemiska likheten mellan elementen och de nästan identiska storlekarna Svårigheten att separera dessa metaller har under lång tid hämmat utvecklingen av tantal- och niobindustrin. Tills nyligen isolerades de endast med den metod som föreslogs redan 1866 av den schweiziska kemisten Marignac, som drog fördel av den olika lösligheten hos kaliumfluortantalat och fluorniobat i utspädd fluorvätesyra.

På senare år har också extraktionsmetoder för att isolera tantal, baserade på tantal- och niobsalternas olika löslighet i vissa organiska lösningsmedel, fått betydelse. Erfarenheten har visat att metylisobutylketon och cyklohexanon har de bästa extraktionsegenskaperna.Nu för tiden är den huvudsakliga metoden för att framställa tantalmetall smält kaliumfluorotantatal i grafit-, gjutjärns- eller nickeldeglar, som också fungerar som katoder. Tantalpulver avsätts på degelns väggar.

Extraherat från degeln pressas detta pulver först till rektangulära plattor (om arbetsstycket är avsett att rulla till ark) eller fyrkantiga stänger (för tråddragning), och sedan sintras. Den natriumtermiska metoden för framställning av tantal är också till viss nytta . I denna process interagerar kaliumfluorotantalat och metallfluortantalat:

K2 TaF7 + 5Na → Ta + 2KF + 5NaF.

Slutprodukten av reaktionen är pulveriserad tantal, som sedan sintras. Under de senaste två decennierna har andra metoder för pulverbearbetning börjat användas: ljusbåge eller induktionssmältning i vakuum och elektronstrålesmältning.

Artikel om ämnet Tantal kemiska egenskaper

Tantal är en speciell typ av metall som tillhör ädelgruppen. Det upptäcktes redan 1802, men anses vara ett ungt element. Trots sin sällsynthet används den i stor utsträckning inte bara i smycken utan också i industrin. Det är särskilt vanligt inom elektronik - nästan varje enhet innehåller det.

Massanvändning av denna metall började på 40-talet av förra seklet och fortsätter till denna dag. Det fick sin popularitet på grund av dess ökade hållfasthetsegenskaper. Dessutom har den många unika fysikaliska och kemiska egenskaper.

Fysiska och kemiska egenskaper

Bland de fysiska egenskaperna hos denna metall bör man lyfta fram den höga smältpunkten, som är 3017 grader Celsius, vilket skiljer den från många analoger. På grund av detta används den i områden där ökat motstånd mot extrema förhållanden krävs. Samtidigt inkluderar egenskaperna hos tantal duktilitet och hårdhet, en kombination av dessa är ganska sällsynt i naturen.

Smältpunkten för tantal är 3017 °C.

De ovan nämnda egenskaperna hos tantal gör att du kan bearbeta metallen utan större ansträngning och skapa de nödvändiga formerna och storlekarna. Atomens speciella struktur är mycket viktig för att skapa delar och mekanismer av strukturer med ökat ansvar. Tantal lämpar sig väl för smide och rullning. I detta fall kan kalldeformationsmetoden också användas framgångsrikt. Hög värmeledningsförmåga bör framhållas.

På grund av sin höga densitet kan metallen användas för att producera små växlar och delar av elektriska apparater som är slitstarka och inte försämras efter en längre tids användning.
I vissa fall används den som en gasabsorbator. Den elektroniska konfigurationen bör framhållas: en metall har olika elektriska konduktivitetsegenskaper i sitt normala tillstånd och vid höga temperaturer.
Tantaldelar kan anslutas genom lödning, svetsning eller nitning. Svetsmetoden används oftast, eftersom kvaliteten på svetsen kännetecknas av hög hållfasthet och motståndskraft mot fysisk stress.
Bland de kemiska egenskaperna är det värt att lyfta fram dess höga motståndskraft mot oxidation och alkali. Men när det smält är det delvis mottagligt för alkali. Oxidation är omöjlig vid temperaturer under 250 grader.
De kemiska egenskaperna hos denna metall är mycket lika glas. Det är nästan omöjligt att lösa det i syra, om du inte använder fluorvätesyra och salpetersyra. Även exponering för svavelsyra påverkar inte metallens struktur och form. Endast en liten hinna kan synas på ytan. Det är inte heller föremål för förstörelse under långvarig exponering för havsvatten.
Förekomst i naturen och produktion av tantal
Tantal, som ett kemiskt element, är mycket sällsynt i naturen och utgör endast 0,0002% av jordskorpan. Det finns mycket sällan i sin rena form, oftast i sammansättningen av olika mineraler, i närheten av en annan metall - niob.
Avlagringar av detta element finns i många länder. Stora fyndigheter finns i Frankrike, Egypten, Kina och Thailand. Men de största fyndigheterna av detta element finns i Australien. Tantal bryts i kvantiteter på mer än 400 ton årligen. Samtidigt växer behovet av dess användning ständigt, vilket är förknippat med en ökning av volymen av elektrisk utrustning som produceras med denna metall. Utifrån detta sker en ständig utveckling av nya fyndigheter.
I vårt land är tantalproduktionen koncentrerad till magnesiumfabriken i Solikamsk. Metallen erhålls efter bearbetning av loparitkoncentrat. I andra länder används även andra mineraler som rutil, struverit, tantalit och columbit.
De största tillverkarna av denna metall i världen är USA, Japan och Kina. Antalet globala tillverkare överstiger inte 40 företag. Kostnad - från 1000 dollar per kg.
Tantalbaserade legeringar
På grund av dess speciella fysikaliska egenskaper används denna metall i sin rena form mycket ofta inom industrin. Men för att öka hållfastheten och motståndskraften mot höga temperaturer kan legeringar baserade på det användas och lämpliga legeringskomponenter kan läggas till.
Tantallegeringar kan förbli fasta vid temperaturer på cirka 1700 grader. Detta är nödvändigt vid användning av tantalföreningar inom energisektorn, kemisk industri, produktion av högprecisionsinstrument och metallurgi. Mycket ofta används olika legeringar vid konstruktionen av rymdraketer.
Vilken typ av legeringskomponenter som används beror på de slutliga egenskaper som krävs. För att förbättra kvaliteten på arbetet används element som ger legeringen förbättrade duktilitetsegenskaper.

Det bör noteras att mycket ofta tantal i legeringar används inte som bas, utan som en legeringskomponent. Dess tillägg till olika material möjliggör ökad motståndskraft mot höga temperaturer och korrosion.

Tantal kondensatorkrets

Tantal TAV-10 är en mycket använd legering baserad på denna metall. Den tillverkas med tillsats av volfram, vars mängd är cirka 10%. Detta resulterar i ett material med förbättrad värmebeständighet. Det används för produktion av värmeelement och för medicinska ändamål, eftersom dess komponenter inte irriterar mänsklig hud.
Tillämpningar av tantal
Användningen av tantal är inte begränsad till ett område. Det är värt att lyfta fram de områden där tantalprodukter används mest:
Metallurgi. Nästan hälften av denna metall används inom den metallurgiska industrin. Detta beror på att det är lätt att använda för att skapa olika legeringar, särskilt korrosionsskyddande stålsorter som är resistenta mot höga temperaturer. Tantaltråd används inom olika områden där ökad styrka och värmebeständighet krävs. Tantalkarbid används också i stor utsträckning vid tillverkning av deglar för eldfasta metaller.
Elektroteknik. Cirka 25 % används i produktionen av elektroteknik och elektriska apparater. Kondensatorer som använder detta element kännetecknas av ökad driftsstabilitet. Dessutom, i händelse av förstörelse av kondensatorns yta, bildas en film av tantaloxid, som skyddar den. Du bör också lyfta fram element som anoder, katoder, lampor och andra metalldelar, som också produceras på grundval av det.
Kemisk industri. En femtedel av den producerade volymen används inom den kemiska industrin. Detta beror på att det är resistent mot de flesta syror, salter och alkalier.
Medicin. Tantal i medicin används i sådana industrier som ben- och plastikkirurgi. Element gjorda av detta material används för att fästa ben för att uppnå ökad styrka utan att irritera organisk vävnad.
Militär sfär. Inom den militära sfären produceras tantalmål och granater för kumulativa projektiler.
Instrumentation. Denna metall används för tillverkning av precisionsinstrument, styrutrustning och olika membran, samt vakuuminstrument, eftersom den kännetecknas av sina gasabsorptionsegenskaper.
Kärnenergi. I detta område fungerar metallen som en värmeväxlare.

Det bör noteras att tillämpningsområdet för tantal endast begränsas av den lilla volymen av dess produktion. Om produktionsvolymen ökar kommer tillämpningsområdet att utökas avsevärt.

Tantal är en "smart metall"

Tantal, vars egenskaper och egenskaper visade sig vara helt unika, har nu kallats en "smart metall".

Lite historia

Tantal upptäcktes 1802 av den svenska kemisten A.G. Ekeberg studerade de funna mineralerna och upptäckte att de innehöll ett då okänt grundämne, men han kunde inte isolera det i sin rena form. Den okända metallen fick sitt namn efter den antika grekiska mytologiska hjälten Tantalus. I fyra decennier trodde kemister felaktigt att tantal och niob, kända vid den tiden, var samma kemiska element. Tyska kemister lyckades få den i sin rena form 1903, och den började användas aktivt för industriella ändamål under andra världskriget.

Beskrivning och egenskaper hos tantal

I det periodiska systemet upptar denna metall den 73:e positionen, betecknad Ta.

Under normala förhållanden har den en silverglänsande färg som liknar silver och vissa andra ädelmetaller. På grund av oxidation i luften blir den täckt av en oxidfilm, mörknar och blir mer som bly. Vid rumstemperatur sker oxidation mycket långsamt, så metallen behåller sin karakteristiska färg under lång tid. Aktiv oxidation i luft börjar vid temperaturer över 280°C.

Metallen reagerar med halogener vid låga temperaturer, men täcks omedelbart med en ytfilm, som skyddar den från ytterligare reaktioner genom hela volymen.

Smältpunkten är relativt hög, 3017°C. Det är mycket högre än för många metaller. För jämförelse:

bly - 327°C;
aluminium - 660°C;
mässing - upp till 1000°C;
guld - 1064°C;
koppar - 1083°C;
järn - 1540°C.

På grund av den högsta hållfastheten hos tantalmetall används den i många industrier

Bland material som ofta används inom industrin har tantal sämre smältpunkt än volfram, för vilket detta värde är 3420°C.

Densiteten av tantal är 16 700 kg/m3, denna metall är mycket tätare än vanliga järn och koppar, för vilka den är lika med 7870 respektive 8940 kg/m3. När det gäller densitet kan det jämföras med guld, vars densitet är 19320 kg/m3. Tantal har hög hårdhet. Trots dess egenskaper är det en mycket seg metall. Materialet kan rullas ut till en tjocklek av 1 mikron. Bara guld har sådan plasticitet.

Materialet rullas utan uppvärmning, vilket avsevärt förenklar dess bearbetning. Mekanisk hållfasthet kan ökas genom kallhärdning. Vid temperaturer under -196°C försvinner plasticitetsegenskapen och metallen blir spröd.

På grund av dess magnetiska egenskaper klassificeras tantal som paramagnetisk. Egenskaperna hos ett paramagnetiskt material visar sig väl vid temperaturer under 3420°C, då blir metallen ferromagnetisk.

Tantal har den högsta motståndskraften mot aggressiva miljöpåverkan. Det förstörs inte av salpetersyra med en koncentration på 70%. Den påverkas inte av svavelsyra som värms upp till 150°C, men när syrans temperatur ökar till 200°C börjar metallen sakta försämras.

Denna korrosionsbeständighet hos metallen, som överstiger den för rostfritt stål, har gjort den oumbärlig i ett antal produktionsprocesser.

Elektrolys används för att separera ädelmetaller från lösningar och smältor av deras salter. Men katoderna på vilka ädelmetaller avsätts förstörs snabbt. Att ersätta katoder gjorda av konventionella metaller med tantal gjorde elektrolysprocessen mycket effektivare och billigare. Denna metod används också för att isolera sällsynta jordartsmetaller från malmer.

Tantal har hög biologisk kompatibilitet och används därför i stor utsträckning inom medicin. Proteser och implantat gjorda av den har ingen kemisk effekt på kroppen, oxiderar inte och avvisas därför inte av kroppen.

Tantal kan inte anses vara en bra ledare av elektrisk ström; dess resistivitet vid 20°C är 0,13 Ohm*mm²/m, vilket är större än järns (0,1 Ohm*mm²/m). Men den har en relativt hög övergångstemperatur till supraledande tillstånd, den är lika med 4,5 K. Vid högre temperaturer går vanadin (5,3K), bly (7,2K) och dess "tvilling" niob (9,2K) in i ett tillstånd av supraledning. Denna egenskap hos tantal har gjort det efterfrågat i produktionen av kryotonsupraledare som används i elektronisk datorteknik. Inom radioelektronik används kondensatorer med tantalplattor. De visade sig vara de mest effektiva, men de kan arbeta vid låga spänningsvärden.

Inom militärindustrin används tantallegeringar för att öka inträngningskraften hos projektiler.

För vetenskapliga och militära ändamål används radioaktiva isotoper för att skapa gammastrålningskällor. Radioaktiva isotoper finns i fossiler, men de finns i mycket högre koncentrationer i avfallet som blir över från kärnreaktorer.

Tantal används i konstruktionen av skydd för kärnreaktorer, eftersom det är ett av få grundämnen som inte förstörs av cesiumångans inverkan.

Tantalkarbid appliceras på skärverktygets yta för att ge det speciell styrka. Detta verktyg används för att skära och borra särskilt hållbara material vid borrning av djupa brunnar i hårda bergarter.

På grund av sin höga hållfasthet, oxidationsbeständighet och höga smältpunkt används tantal vid tillverkning av flygplan och raketmotorer.

Delar gjorda av tantal håller tiotals år längre i aggressiva miljöer än de gjorda av andra material med hög korrosionsbeständighet.

Alla fysiska egenskaper hos materialet kan ändras genom att införa legeringstillsatser i det.

Tantalbrytning

Tack vare prospekteringsarbete hittades nya avlagringar av metallen tantal

Jordskorpan innehåller cirka 0,0002% tantal, så den klassas som ett sällsynt grundämne. Men nästan alla länder har fyndigheter av dess föreningar. I Europa finns de största och rikaste fyndigheterna i Frankrike, och det finns små fyndigheter i de flesta länder i före detta Sovjetunionen. Bland afrikanska länder har Egypten de största reserverna av råvaror. Men de största och rikaste fyndigheterna som är kända och utvecklade hittills finns i Australien.

Grundämnet finns i form av sina egna salter, eller så ingår det i andra mineraler. I det andra fallet åtföljs det nödvändigtvis av niob. Mineraler kan vara stabila eller radioaktiva.

Utvinningen av denna metall är 420 ton per år. De ledande länderna inom produktion och bearbetning är USA och Tyskland.

På grund av den globala krisen minskade efterfrågan på tantal något, men sedan 2010 har den ökat igen. På senare tid har ett aktivt prospekteringsarbete bedrivits. Tack vare dem upptäcktes nya fyndigheter i USA, Brasilien och Sydafrika.