Свойства и приложения на тантала. Химични свойства на тантала Химични свойства на тантала

История

Танталът е открит през 1802 г. от шведския химик А. Г. Екеберг в два минерала, намерени във Финландия и Швеция. Въпреки това не беше възможно да се изолира в чиста форма. Поради трудностите при получаването на този елемент, той е кръстен на гръцкия митологичен герой Тантал.

Впоследствие танталът и "Колумбий" (ниобий) се считат за идентични. Едва през 1844 г. немският химик Хайнрих Розе доказва, че минералът колумбит-танталит съдържа два различни елемента - ниобий и тантал.

Най-голямото находище на танталова руда в света Greenbushes се намира в Австралия в щата Западна Австралия, на 250 км южно от Пърт.

Физични свойства

При температури под 4,45 К преминава в свръхпроводящо състояние.

Изотопи

Естественият тантал се състои от смес от стабилен изотоп и стабилен изомер: 181 Ta (99,9877%) и 180m Ta (0,0123%). Последният е изключително стабилен изомер (възбудено състояние) на изотопа 180 Ta, с период на полуразпад малко над 8 часа.

Химични свойства

При нормални условия танталът е неактивен във въздуха, той се окислява само при температури над 280 ° C, покривайки се с оксиден филм Ta 2 O 5; Реагира с халогени при температури над 250 °C. При нагряване той реагира с C, B, Si, P, Se, Te, H 2 O, CO, CO 2, NO, HCl, H 2 S.

Химически чистият тантал е изключително устойчив на течни алкални метали, повечето неорганични и органични киселини, както и много други агресивни среди (с изключение на разтопени основи).

По отношение на химическа устойчивост на реагенти танталът е подобен на стъклото. Танталът е неразтворим в киселини и техните смеси, с изключение на смес от флуороводородна и азотна киселини; Дори царската вода не го разтваря. Реакцията с флуороводородна киселина протича само с метален прах и е придружена от експлозия. Той е много устойчив на въздействието на сярна киселина с всякаква концентрация и температура (при 200 °C металът корозира в киселина само с 0,006 милиметра годишно), стабилен в деоксигенирани разтопени алкални метали и техните прегряти пари (литий, натрий, калий, рубидий, цезий).

Токсикология

Разпространение

Касова бележка

Основните суровини за производството на тантал и неговите сплави са танталитни и лопаритни концентрати, съдържащи около 8% Ta 2 O 5, както и 60% или повече Nb 2 O 5. Концентратите се разлагат с киселини или основи, докато лопаритните концентрати се хлорират. Разделянето на Ta и Nb се извършва чрез екстракция. Металният тантал обикновено се получава чрез редукция на Ta 2 O 5 с въглерод или електрохимично от стопилка. Компактен метал се произвежда чрез вакуумна дъга, плазмено топене или прахова металургия.

За получаване на 1 тон танталов концентрат е необходимо да се преработят до 3000 тона руда.

Цена

Приложение

Първоначално се използва за направата на тел за лампи с нажежаема жичка. Днес танталът и неговите сплави се използват за производството на:

• топлоустойчиви и устойчиви на корозия сплави;
• Устойчиво на корозия оборудване за химическата промишленост, въртящи се плочи, лабораторна стъклария и тигли за производство, топене и леене на редкоземни елементи, както и итрий и скандий;
• топлообменници за ядрени енергийни системи (танталът е най-стабилен от всички метали в прегрята стопилка и цезиеви пари);
• в хирургията листове, фолио и тел от тантал се използват за закрепване на тъкани, нерви, зашиване, изработване на протези, които заместват увредените части на костите (поради биологична съвместимост);
• танталова тел се използва в криотрони - свръхпроводящи елементи, инсталирани в компютърната техника;
• в производството на боеприпаси танталът се използва за направата на метална облицовка на усъвършенствани профилирани заряди, което подобрява проникването на бронята;
• тантал и ниобий се използват за производство на електролитни кондензатори (по-високо качество от алуминиевите електролитни кондензатори, но предназначени за по-ниско напрежение);
• танталът се използва през последните години като метал за бижута поради способността му да образува устойчиви оксидни филми с красиви цветове на дъгата на повърхността;
• Ядреният изомер тантал-180m2, който се натрупва в структурните материали на ядрените реактори, може заедно с хафний-178m2 да служи като източник на гама-лъчи и енергия при разработването на оръжия и специални превозни средства.
• Бюрото по стандарти на САЩ и Международното бюро за мерки и теглилки на Франция използват тантал вместо платина, за да направят стандартни аналитични везни с висока точност;
• Танталовият берилид е изключително твърд и устойчив на окисление във въздуха до 1650 °C и се използва в космическата техника;
• Танталов карбид (точка на топене 3880 °C, твърдост, близка до твърдостта на диаманта) се използва в производството на твърди сплави - смес от волфрамови и танталови карбиди (класове с индекс TT), за най-трудните условия на металообработка и ротация ударно пробиване на най-здравите материали (камък, композити), както и прилагани за дюзи и инжектори на ракети;
• Танталовият (V) оксид се използва в ядрената технология за производство на стъкло, което абсорбира

Откриването на тантал датира от 1802 г. За първи път е представен на света от учения А. Г. Екеберг. Той открива два минерала във Финландия и Швеция. Това вещество присъстваше в техния състав. По това време обаче не беше възможно да се отдели отделно. Именно поради такава висока сложност на извличането му в чист вид, той е кръстен на един от героите на митовете на Древна Гърция. Днес този елемент е намерил широко приложение в много индустрии.

Танталът принадлежи към категорията на металите. Има сребристо-бял оттенък. Донякъде напомня на олово на външен вид, защото върху него има силен оксиден филм.

Този метал принадлежи към категорията на най-рядко срещаните в природата. Към днешна дата са известни само двадесет танталови минерала. Има обаче още шестдесет минерала, които съдържат този метал. Заедно с него в такива минерали задължително присъства ниобий. Има подобни химични свойства.

Находища на тантал

Танталовите руди са много редки.

Най-големите от тях обаче се намират в страни като:

• Египет,
• Франция,
• Тайланд,
• Австралия,
• Мозамбик.

Най-голямата танталова руда в света се намира в Грийнбуш в Австралия.

Танталът има висока точка на топене. Тя е повече от три хиляди градуса по Целзий. Точката на кипене на този метал надвишава пет хиляди градуса по Целзий. Свойствата на тантала са представени и от други характеристики. Това вещество има доста солидна структура. Въпреки това, металът има високо ниво на пластичност. По този параметър той е сравним със златото. Той е отличен за обработка на продукти. Благодарение на него можете да създадете най-добрите видове тел или листове за довършителни продукти.

Танталът принадлежи към категорията на нискоактивните метали. Степента му на окисление под въздействието на въздуха е доста ниска. На въздух се подлага на окисление само ако температурата му достигне 250 градуса по Целзий.

Таблица. Характеристики на слюдени кондензатори на базата на поликарбонат, полистирол и тантал.

Първоначално в индустрията този метал се използва само за създаване на тънка тел за производството на добре познати лампи с нажежаема жичка. Днес танталът се използва доста широко. Използва се за производството на промишлени и битови предмети, както и при създаването на нови видове оръжия във военната индустрия.

Метал като тантал е незаменим при производството на предмети и оборудване, които са устойчиви на корозия. В допълнение, много от тези продукти имат високо ниво на устойчивост на топлина.

В медицинската индустрия употребата на тантал отдавна се счита за норма. Фолиото и телта от този уникален материал се използват за възстановяване на дейността на тъканите и нервите на пациентите. Те също се използват активно за зашиване на жертвата.

Поради силата на тантала, той започва да се използва за производството на космически кораби. Танталовият берилид има отлична устойчивост на окисление във въздуха.

Този метал е намерил своето приложение в металургичната промишленост. Използва се за производство на твърди сплави за металообработка. Смес от танталови и волфрамови карбиди се използва за създаване на твърди сплави, които могат да се използват за пробиване на дупки в най-издръжливите материали, като камъни и композити.

Този материал придоби широка популярност във военната индустрия. С негова помощ се създават боеприпаси, които имат високо ниво на издръжливост. Те са почти невъзможни за пробиване. Металът се използва в лаборатории към МВР за създаване на ядрени оръжия.

Австралия има най-големите запаси от тантал. Това състояние с право се счита за лидер в производството на това вещество.

Важно: Страната ни също има възможност да добива тантал. Съществуват обаче редица трудности, които се обясняват с недостъпността на находищата.

Производство на тантал в Русия

В нашата страна голяма част от производството на тантал вече лежи на плещите на магнезиевия завод в Соликамск. Тук този метал се получава от лопаритни концентрати. Те идват в завода от находището Ловозеро. В някои случаи за тази цел се използват вносни суровини, които са представени от вещества като рутил, колумбит, танталит, струверит.

Лидерите в производството на тантал са Съединените американски щати, Китай и Япония. В света има около четиридесет компании, които произвеждат материали като тантал. Най-голямата компания, произвеждаща този метал, е компания от Съединените американски щати, Cabot Corporation. Неговите клонове са отворени в различни страни по света.

Цената на тантал за грам не е много висока. Средно производителите продават един грам тантал за половин долар. Един килограм днес струва повече от хиляда долара.

Статии по темата

Противопожарна защита на метални конструкции

Не е тайна, че металът не е запалим. Въпреки това, излагането на високи температури води до промяна в неговата твърдост, в резултат на което металът става мек, гъвкав и в резултат на това способен на деформация. Всичко това са причините за загуба на носещата способност на метала, което може да причини срутване на цялата сграда или отделна нейна част при пожар. Несъмнено това е много опасно за човешкия живот. За да се предотврати това, по време на строителството се използват различни съединения, които могат да направят металните конструкции по-устойчиви на високи температури.

Танталът има висока точка на топене - 3290 K (3017 °C); кипи при 5731 K (5458 °C).

Плътността на тантала е 16,65 g/cm. Въпреки твърдостта си, той е гъвкав като злато. Чистият тантал се поддава добре на машинна обработка, лесно се щампова, навива на тел и тънки листове с дебелина стотни от милиметъра. Танталът е отличен газопоглъщач (газопоглъщач) при 800 °C, способен да абсорбира 740 обема газ. Танталът има обемно центрирана кубична решетка. Има парамагнитни свойства. При 4,38 К става свръхпроводник. 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. Свойствата на тантала зависят до голяма степен от неговата чистота; примесите на водород, азот, кислород и въглерод правят метала крехък.

Електронна структура на атома.

1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d3

сериен номер-73

Принадлежност към група - А

d-елемент

Танталов (V) оксид е бял прах, неразтворим във вода или киселини (с изключение на H2F2). Много огнеупорен (tтопи = 1875°C). Киселинната природа на оксида е доста слабо изразена и се проявява главно по време на реакцията с алкални стопи: танталов атом окисление на ниобий

Ta2O5 + 2NaOH = 2NaTaO3 + H2O

или карбонати:

Ta2O5 + 3Na2CO3 = 2Na3TaO4 + 3CO2

Солите, съдържащи тантал в степен на окисление -4, -5, могат да бъдат от няколко типа: метатанталати NaTaO3, ортотанталати Na3TaO4, но има полийони пента- и хекса-, кристализиращи заедно с водни молекули, 7- и 8-. Петзарядният тантал образува катион TaO3+ и соли TaO(NO3)3 или Nb2O5(SO4)3 в реакции с киселини, продължавайки „традицията“ на страничната подгрупа, въведена от ванадиевия йон VO2+.

При 1000°C Ta2O5 реагира с хлор и хлороводород:

Ta2O5+ 10HC1==2ТаС15+5Н2О

Следователно може да се твърди, че танталовият (V) оксид също се характеризира с амфотерност с превъзходни киселинни свойства спрямо свойствата на основа.

Хидроксидът, съответстващ на танталов (V) оксид, се получава чрез неутрализиране на кисели разтвори на танталов тетрахлорид. Тази реакция също потвърждава нестабилността на степента на окисление +4.

При ниски степени на окисление най-стабилните съединения са халогенидите (вижте фиг. 3). Пентахалидите TaX5 (където X е C1, Br, I) лесно се редуцират от пиридин (означен с Py) до образуване на комплекси със състав MX4(Py)2.

Танталови соли. Солите от шестата подгрупа са предимно безцветни кристали или бели прахове. Много от тях са много хигроскопични и дифузни във въздуха. Оксидите на тези метали имат амфотерни свойства, така че повечето от техните соли лесно се хидролизират, превръщайки се в основни соли, които са слабо или напълно неразтворими във вода. Известни са и соли, когато тези метали са част от аниони (например ниобати и танталати). ) Хидратация и дехидратация. Всички катализатори от този клас имат силен афинитет към водата. Основният представител на клас b е алуминиевият оксид. Фосфорната киселина или нейните киселинни соли също се използват върху носители като алумосиликатен гел и силикагел с танталови, циркониеви или хафниеви оксиди. В първите работи по разделянето на тантал и ниобий чрез фракционирана екстракция са предложени системите солна киселина-ксилен-метилдиоктиламин (1952), както и солна киселина-флуороводородна киселина-диизопропил кетон (1953). И двата метала се разтварят във водни киселинни разтвори като соли и след това танталът се екстрахира с органичен разтворител. В системата 6/W сярна киселина-9 Ai флуороводородна

7. Танталът се използва за направата на матрици за изтегляне на нишки при производството на изкуствени влакна. Преди това такива матрици бяха направени от платина и злато. Най-твърдите сплави са направени от танталов карбид с никел като циментова добавка. Те са толкова твърди, че оставят драскотини дори върху диаманта, който се счита за стандарт на твърдост.

Първото място по отношение на критичната температура на преход към свръхпроводящо състояние беше дадено на ниобиевия германид Nb3Ge. Критичната му температура е 23,2K (около -250 °C). Друго съединение, ниобиев станид, става свръхпроводник при малко по-ниска температура от -255 °C. За да оценим по-пълно този факт, ние посочваме, че повечето свръхпроводници са известни само за температури на течен хелий (2,172 K). Свръхпроводниците, направени от ниобиеви материали, позволяват производството на магнитни намотки, които създават изключително мощни магнитни полета. Магнит с диаметър 16 cm и височина 11 cm, където намотката е лента, изработена от такъв материал, е в състояние да създаде поле с колосален интензитет. Необходимо е само да се преведе магнитът в свръхпроводящо състояние, тоест да се охлади, а охлаждането до по-ниска температура, разбира се, е по-лесно.

Ролята на ниобия в заваряването е важна. Докато обикновената стомана се заваряваше, този процес не представляваше особени затруднения и не създаваше никакви затруднения. Когато обаче започнаха да заваряват конструкции от специални стомани със сложен химичен състав, заваръчните шевове започнаха да губят много ценни качества на заварения метал. Нито промените в състава на електродите, нито подобренията в дизайна на заваръчните машини, нито заваряването в атмосфера на инертни газове нямаха ефект. Тук ниобият идва на помощ. Стоманата, в която се въвежда ниобий като малка добавка, може да бъде заварена без страх за качеството на заваръчния шев (фиг. 4). Чупливостта на заваръчния шев се дължи на карбидите, образувани по време на заваряване, но способността на ниобия да се комбинира с въглерод и да предотврати образуването на карбиди на други метали, които нарушават свойствата на сплавите, спаси ситуацията. Карбидите на самия ниобий, подобно на тантала, имат достатъчен вискозитет. Това е особено ценно при заваряване на котли и газови турбини, работещи под налягане и в агресивна среда.

Ниобият и танталът са способни да абсорбират значителни количества газове като водород, кислород и азот. При стайна температура 1 g ниобий може да абсорбира 100 cm3 водород. Но дори и при силно нагряване, това свойство практически не отслабва. При 500°C ниобият все още може да абсорбира 75 cm3 водород, а танталът 10 пъти повече. Това свойство се използва за създаване на висок вакуум или в електронни устройства, където е необходимо да се поддържат точни характеристики при високи температури. Ниобият и танталът, отложени върху повърхността на частите като гъба, абсорбират газове, осигурявайки стабилна работа на устройствата. Реконструктивната хирургия е постигнала голям успех с помощта на тези метали. Медицинската практика включваше не само плочи от тантал, но и нишки от тантал и ниобий. Хирурзите успешно са използвали такива конци за зашиване на разкъсани сухожилия, кръвоносни съдове и нерви. Танталовата „прежда“ служи за компенсиране на мускулната сила. С негова помощ хирурзите укрепват стените на коремната кухина след операция. Танталът има изключително силни връзки между атомите. Това причинява изключително високите му точки на топене и кипене. Механичните качества и химическата устойчивост доближават тантала до платината. Химическата промишленост използва тази благоприятна комбинация от качества на тантал. Използва се за подготовка на части за киселинноустойчиво оборудване на химически заводи, отоплителни и охладителни устройства, които влизат в контакт с агресивни среди.

Две свойства на ниобия се използват в бързо развиващата се ядрена енергетика. Ниобият има невероятна „прозрачност“ за топлинни неутрони, тоест той може да ги прекара през слой метал, без практически да реагира с неутрони. Изкуствената радиоактивност на ниобия (произведена при контакт с радиоактивни материали) е ниска. Следователно от него могат да се направят контейнери за съхраняване на радиоактивни отпадъци и инсталации за тяхното преработване. Друго също толкова ценно (за ядрен реактор) свойство на ниобия е липсата на забележимо взаимодействие с уран и други метали дори при температура 1000 °C.Разтопеният натрий и калий, използвани като охладители в някои типове ядрени реактори, могат да циркулират свободно през ниобиеви тръби, без да им причиняват никаква вреда.

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 по стените на контейнера остава прах. 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 по отношение на обработката, 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 един 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.

Танталът е „умен метал“

Танталът, чиито свойства и характеристики се оказаха наистина уникални, сега 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 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, тогава металът става феромагнитен материал.

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 агресивни среди 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 най-богатите 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 той задължително е придружен 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.