A tantál fém jellemzői és tulajdonságai. Tantál - alkalmazás Viták és tévhitek

A modern technológiák rohamos fejlődése napjainkban minden bizonnyal olyan hatékony anyagok és anyagok használatához kapcsolódik, amelyek meglehetősen praktikus és nagyon hasznos tulajdonságokkal és tulajdonságokkal rendelkeznek.

Ebből a szempontból érdemes odafigyelni egy olyan egyedi kémiai elemre, mint a tantál. És ez nem meglepő, mert szilárdsági jellemzőinek köszönhetően manapság a tantál használata az ipar számos területén meglehetősen aktuális.

Az átlagember látókörének szélesítése érdekében ebben a témában részletesen leírjuk a tantál fizikai és kémiai tulajdonságait, és beszélünk arról, hogy hol használják ezt a fémet ma nagyon sikeresen.

A tantál műszaki jellemzői

Először is érdemes megérteni, hogy a tantál egy fényes árnyalatú szürke fém, amely mechanikusan könnyen feldolgozható.

A fém jellemzői közül érdemes megjegyezni a következő fontos szempontokat:

• sorszám a periódusos rendszerben - 73;
• atomsúly - 180;
• az anyag sűrűsége 60 g/cm3;
• olvadáspont - 3015 0 C;
• Az anyag forráspontja 5300 0 C.

Fém tulajdonságai

Ezen jellemzőknek köszönhetően a tantál kétségtelenül a következő előnyös tulajdonságokkal rendelkezik:

1. A tantál egy tűzálló fém, és ennek eredményeként az elem a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

• kis lineáris tágulási sebesség;
• jó hővezető képesség;
• nagy mechanikai szilárdság és rugalmasság.

1. Kiváló korróziógátló tulajdonságokkal rendelkezik. Érdemes megjegyezni, hogy a tantál normál körülmények között gyakorlatilag inert a tengervízzel szemben, de ha oxigénnel telített, akkor a fém ebben az esetben csak elhomályosodik.
2. A tantál jól ellenáll a következő típusú sóknak:

• vas- és réz-kloridok;
• nitrátok;
• szulfátok;
• szerves savak sói azonban, feltéve, hogy nem tartalmaznak fluort vagy fluoridokat.

1. A tantál elveszíti szilárdsági jellemzőit, amikor fluorral reagál. Érdemes azt is figyelembe venni, hogy a tantál nem lép kémiai reakcióba brómmal, jóddal és folyékony klórral, hacsak nem éri el a 150 0 C hőmérsékletet.
2. A tantál meglehetősen ellenáll az alacsony olvadáspontú folyékony fémek hatásainak.
3. A tantál kiváló stabilitási jellemzőkkel rendelkezik a levegőben 400 0 C-ig, míg a tárolás vagy a feldolgozás során védő oxidfilm jelenik meg.
4. Az elektronsugaras módszerrel megolvasztott tantál megnövekedett plaszticitási tulajdonsággal rendelkezik, ami a fém deformálódása esetén nagyobb fokú összenyomódást tesz lehetővé.
5. Jól alakítható fémlemezré, ami jól kovácsolható.
6. Jól alkalmas a hideg deformáció során történő feldolgozásra. Azonban meg kell értenie, hogy ezt a fémet nem szabad forró állapotban deformálni, mivel hevítéskor a tantál elkezdi felszívni a nitrogént, a szén-dioxidot, az oxigént, és ennek eredményeként az anyag meglehetősen törékennyé válik.
7. A tantálfeldolgozás egyik fő művelete az anyag nagy sebességű berendezésen történő vágása.

Ami a tantál alkatrészek csatlakoztatását illeti, azt a következő módokon lehet megtenni:

• hegesztés;
• forrasztás;
• csatlakozás szegecsekkel.

Itt érdemes figyelembe venni azt a tényt, hogy az utóbbi két módszert meglehetősen ritkán alkalmazzák, így a tantál hegesztett kötések minősége mindig magas szinten marad.

A tantál felhasználási területei

Ezek a tulajdonságok lehetővé teszik az ipar különböző területein történő széles körű alkalmazását. Nézzük meg részletesen egy ilyen egyedi anyag, mint a tantál, használati irányait.

Kohászati ​​ipar

Ennek a fémnek a fő fogyasztója a kohászat. A kohászati ​​ipar adja a tantáltermelés 45%-át.

A tantál fő felhasználási területe a következő fontos szempontok közül való:

• a fém a fő ötvözőelem a hőálló és korrózióálló acélminőségek gyártásában;
• A tantál-karbid megbízható védelmet nyújt az öntödék acélformáinak.

Villamos ipar

Először is érdemes megjegyezni, hogy a világon megtermelt tantál negyedét az elektromos iparban használják fel. És ez nem meglepő, mert a következő típusú elektromos termékeket gyártják ebből a fémből:

• az elektrolit tantál kondenzátorokat stabil működés jellemzi;
• széles körben használják lámpák szerkezeti elemeinek, például anódoknak, közvetetten fűtött katódok és rácsok gyártásában;
• a tantálhuzalt kriotron alkatrészek gyártásához használják, amelyek a számítástechnika szerves részét képezik;
• A magas hőmérsékletű üzemi körülmények között működő kemencék fűtőberendezései nagyon sikeresen készülnek ebből a fémből.

Érdekes tény! A tantál kondenzátorok hajlamosak önjavításra. Például, amikor hirtelen nagy feszültség jelent meg, egy szikra tönkretette a szigetelőréteget. Ebben az esetben a hiba helyén azonnal szigetelő oxidfilm képződik, miközben a kondenzátor normál üzemmódban tovább működik!

Vegyipar

Mindenekelőtt meg kell jegyezni azt a tényt, hogy a felhasznált tantál 20%-a a vegyipar szükségleteit szolgálja. Ezt a fémet különösen a következő esetekben használják:

• a következő típusú savak előállítása:

1. nitrogén;
2. Olyanaya;
3. kénsav;
4. foszfor;
5. ecet

• hidrogén-peroxid, bróm és klór előállítása;
• a következő típusú vegyi berendezések gyártása:

1. levegőztetők;
2. desztilláló üzemek;
3. különböző típusú tekercsek;
4. keverők;
5. szelep

BAN BEN orvosi ipar a világon bányászott tantál legfeljebb 5%-át használják fel. A gyógyászatban ezt a fémet nagyon sikeresen alkalmazzák a plasztikai és csontsebészetben, így tantál elemeket készítenek belőle csontok rögzítésére, varrásra stb. Ez annak köszönhető, hogy a tantál nem károsítja a szervezet létfontosságú funkcióit, és nem irritálja az élő szöveteket.

TANTALUM, Ta (az ókori görög mitológia hőséről, Tantalusról kapta a nevét; lat. Tantalum * a. tantalum; n. Tantal; f. tantale; i. tantalo) Mengyelejev periódusos rendszerének V. csoportjának kémiai eleme, atom szám 73, atomtömeg 180 ,9479. A természetben két izotóp formájában fordul elő: 181 Ta (99,9877%) és 180 Ta (0,0123%). A tantálnak 13 mesterséges radioaktív izotópja ismert, tömegszámuk 172 és 186 között van. A tantálot 1802-ben fedezte fel A. G. Ekeberg svéd vegyész. A műanyag fém tantált először W. Bolten német tudós kapott 1903-ban.

Alkalmazás és használat

A tantál és ötvözetei előállításának fő nyersanyagai a tantalit és loparit koncentrátumok, amelyek körülbelül 8% Ta 2 O 5 -ot, 60% vagy több Nb 2 O 5 -ot tartalmaznak. A koncentrátumokat savak vagy lúgok bontják le, míg a loparit koncentrátumokat klórozzák. A Ta és Nb elválasztását extrakcióval végezzük. A fémes tantálot általában Ta 2 O 5 szénnel történő redukálásával vagy elektrokémiai úton olvadékból nyerik.

A kompakt fémet vákuumívvel, plazma olvasztással vagy porkohászattal állítják elő. Tantálból és ötvözeteiből készülnek korrózióálló berendezések a vegyipar számára, matricák, laboratóriumi üvegedények és tégelyek; hőcserélők nukleáris energiarendszerekhez. A sebészetben tantálból készült lapokat, fóliát, drótot használnak a szövetek, idegek rögzítésére, varratok felhordására, a sérült csontrészeket pótló protézisek készítésére (a biológiai kompatibilitás miatt). A tantál-karbidot keményötvözetek előállításához használják.

A tantál (Ta) egy elem, amelynek rendszáma 73 és atomtömege 180,948. Ez az ötödik csoport másodlagos alcsoportjának eleme, Dmitrij Ivanovics Mengyelejev periódusos rendszerének hatodik periódusa. A szabad állapotú tantál normál körülmények között platinaszürke, enyhén ólmos árnyalatú fém, amely oxidfilm (Ta 2 O 5) képződésének következménye. A tantál nehéz, tűzálló, meglehetősen kemény, de nem rideg fém, ugyanakkor nagyon képlékeny, könnyen megmunkálható, főleg tiszta formájában.

A természetben a tantál két izotóp formájában található: stabil 181 Ta (99,99%) és radioaktív 180 Ta (0,012%), felezési ideje 10 12 év. A mesterségesen nyert radioaktív 182 Ta-t (felezési idő 115,1 nap) használnak izotóp indikátorként.

Az elemet 1802-ben fedezte fel A. G. Ekeberg svéd kémikus két Finnországban és Svédországban talált ásványban. Nevét az ókori görög mítoszok hőséről, Tantalusról kapta, mivel nehéz volt elszigetelni. A kolumbiumot (nióbiumot) tartalmazó kolumbit és a tantált tartalmazó tantalitot sokáig egynek tekintették. Hiszen ez a két elem gyakori kísérője egymásnak, és sok tekintetben hasonló. Ezt a véleményt sokáig minden ország vegyészei helyesnek tartották, csak 1844-ben a német kémikus, Heinrich Rose ismét tanulmányozta a különböző helyekről származó kolumbitokat és tantalitokat, és talált bennük egy új, a tantálhoz hasonló tulajdonságú fémet. Nióbium volt. A műanyag tiszta fém tantált először W. von Bolton német tudós kapott 1903-ban.

A tantál ásványok fő lelőhelyei Finnországban, a skandináv országokban, Észak-Amerikában, Brazíliában, Ausztráliában, Franciaországban, Kínában és számos más országban találhatók.

Tekintettel arra, hogy a tantál számos értékes tulajdonsággal rendelkezik - jó alakíthatóság, nagy szilárdság, hegeszthetőség, mérsékelt hőmérsékleti korrózióállóság, tűzállóság és számos más fontos tulajdonság - a hetvenharmadik elem felhasználási területe igen széles. A tantál legfontosabb felhasználási területei az elektronika és a gépészet. A világ tantáltermelésének körülbelül egynegyede az elektromos és vákuumiparba kerül. Az elektronikában elektrolit kondenzátorok, nagy teljesítményű lámpák anódjai és rácsok gyártására használják. A vegyiparban a tantálból savak előállításához használt gépalkatrészeket készítenek, mert ez az elem kivételes vegyi ellenálló képességgel rendelkezik. A tantál még olyan kémiailag agresszív környezetben sem oldódik, mint az aqua regia! A fémeket, például a ritkaföldfémeket tantál tégelyekben olvasztják meg. Magas hőmérsékletű kemencék fűtőtestei készülnek belőle. Tekintettel arra, hogy a tantál nem lép kölcsönhatásba az emberi test élő szöveteivel, és nem károsítja azokat, a sebészetben használják a csontok összetartására törések során. Az ilyen értékes fémek fő fogyasztója azonban a kohászat (több mint 45%). Az utóbbi években a tantálot egyre gyakrabban használják ötvözőelemként speciális acélokban - ultraerős, korrózióálló, hőálló. Emellett számos szerkezeti anyag gyorsan veszít hővezető képességéből: felületükön oxid- vagy sóréteg képződik, amely rosszul vezeti a hőt. A tantálból és ötvözeteiből készült szerkezetek nem szembesülnek ilyen problémákkal. A rajtuk képződött oxidfilm vékony és jól vezeti a hőt, emellett korrózióvédő tulajdonságokkal is rendelkezik.

Nemcsak a tiszta tantál értékes, hanem vegyületei is. Így a tantál-karbid nagy keménységét a fémek nagy sebességű vágásához szükséges keményfém szerszámok gyártása során használják fel. A tantál-volfrám ötvözetek hőállóságot kölcsönöznek a belőlük készült alkatrészeknek.

Biológiai tulajdonságok

Magas biológiai kompatibilitása miatt - az élő szövetekkel való boldogulás képessége miatt anélkül, hogy a szervezet irritációt vagy kilökődést okozna - a tantál széles körben elterjedt az orvostudományban, elsősorban a rekonstrukciós sebészetben - az emberi test helyreállítására. Vékony tantállemezeket használnak a koponya sérülésére - ezek lezárják a koponyatöréseket. Az orvostudomány tud olyan esetről, amikor tantállemezből műfül készült, és a combról átültetett bőr olyan jól és gyorsan gyökeret vert, hogy hamarosan már nem lehetett megkülönböztetni a műszervet a valóditól. A tantálszálakat a sérült izomszövet helyreállítására használják. A sebészek tantállemezekkel rögzítik a hasüreg falait a műtétek után. Tantál kapcsok segítségével még az erek is összekapcsolhatók. Az ebből az egyedülálló anyagból készült hálózatokat szemprotézisek gyártása során használják. Az ebből a fémből készült szálak az inak pótlására, sőt az idegrostok összevarrására szolgálnak.

Nem kevésbé elterjedt a tantál-pentoxid Ta 2 O 5 alkalmazása - kis mennyiségű vas-trioxiddal való keverékét javasolják a véralvadás felgyorsítására.

Az elmúlt évtizedben az orvostudomány új ága fejlődött ki, amely a kis hatótávolságú statikus elektromos mezők felhasználásán alapul az emberi szervezetben zajló pozitív biológiai folyamatok serkentésére. Ráadásul az elektromos mezők nem a hagyományos, hálózati vagy akkumulátoros tápellátású elektromos energiaforrások, hanem az önállóan működő elektret bevonatok (egy kompenzálatlan elektromos töltést hosszú ideig tartó dielektrikum) miatt jönnek létre, amelyeket különféle célokra, széles körben alkalmaznak implantátumokra. gyógyászatban használják.

Jelenleg a tantál-pentoxid elektret filmek használatának pozitív eredményei az orvostudomány következő területein születtek: arc- állcsont sebészet (a Ta 2 O 5-tel bevont implantátumok alkalmazása kiküszöböli a gyulladásos folyamatok előfordulását és csökkenti az implantátum gyógyulási idejét) ; ortopédiai fogászat (az akril műanyagból készült fogsorok tantál-pentoxid filmmel történő bevonása kiküszöböli az akrilát intolerancia által okozott összes lehetséges kóros megnyilvánulást); sebészeti beavatkozás (elektret applikátor használata bőr- és kötőszöveti hibák, hosszan tartó nem gyógyuló sebfolyamatok, felfekvések, neurotróf fekélyek, termikus sérülések kezelésében); traumatológia és ortopédia (a csontszövet fejlődésének felgyorsítása az emberi mozgásszervi rendszer törésének és betegségeinek kezelésében az elektret bevonófilm által létrehozott statikus mező hatására).

Mindezek az egyedülálló tudományos fejlesztések a Szentpétervári Állami Elektrotechnikai Egyetem (LETI) szakembereinek tudományos munkájának köszönhetően váltak lehetővé.

A fent felsorolt ​​területeken kívül, ahol az egyedi tantál-pentoxid bevonatokat már alkalmazzák vagy bevezetés alatt áll, vannak olyan fejlesztések, amelyek nagyon korai stádiumban vannak. Ide tartoznak az orvostudomány alábbi területeire vonatkozó fejlesztések: kozmetológia (tantál-pentoxid bevonatokon alapuló anyag gyártása, amely az „aranyszálakat” váltja fel); szívsebészet (elektret filmek felvitele a mesterséges erek belső felületére, megakadályozva a vérrögképződést); endoprotézisek (csökkentik a csontszövettel állandó kölcsönhatásban lévő protézisek kilökődésének kockázatát). Emellett készül egy pentoxid filmmel bevont sebészeti műszer is.

Ismeretes, hogy a tantál nagyon ellenáll az agresszív környezetnek, amint azt számos tény bizonyítja. Tehát 200 °C-os hőmérsékleten erre a fémre nem hat a hetven százalékos salétromsav! A kénsavban 150 °C hőmérsékleten szintén nem figyelhető meg tantál korrózió, és 200 °C-on a fém korrodálódik, de évente csak 0,006 mm-rel!

Ismert eset, amikor egy hidrogén-klorid gázt használó vállalkozásnál már pár hónap után meghibásodtak a rozsdamentes acél alkatrészek. Amint azonban az acélt tantálra cserélték, a legvékonyabb részek (0,3...0,5 mm vastag) is gyakorlatilag határozatlannak bizonyultak - élettartamuk 20 évre nőtt!

A tantál a nikkellel és a krómmal együtt széles körben használatos korróziógátló bevonatként. Különféle formájú és méretű alkatrészeket takar: olvasztótégelyek, csövek, lapok, rakétafúvókák és még sok más. Ezenkívül a tantál bevonattal ellátott anyagok nagyon változatosak lehetnek: vas, réz, grafit, kvarc, üveg és mások. A legérdekesebb az, hogy a tantál bevonat keménysége három-négyszer nagyobb, mint a műszaki tantál izzított formában!

Tekintettel arra, hogy a tantál nagyon értékes fém, nyersanyagának keresése ma is folytatódik. Ásványkutatók felfedezték, hogy a közönséges gránit más értékes elemek mellett tantált is tartalmaz. Brazíliában kísérletet tettek tantál kinyerésére gránitkőzetekből, a fémet megszerezték, de az ilyen kitermelés nem érte el az ipari méreteket - az eljárás rendkívül költségesnek és bonyolultnak bizonyult.

A modern elektrolit tantál kondenzátorok stabilak, megbízhatóak és tartósak. Az ebből az anyagból készült miniatűr kondenzátorok, amelyeket különféle elektronikai rendszerekben használnak, a fenti előnyök mellett egy egyedülálló tulajdonsággal rendelkeznek: saját maguk is elvégezhetik a javításokat! Hogyan történik ez? Tegyük fel, hogy a szigetelés integritása feszültségesés vagy más ok miatt megsérül - a meghibásodás helyén azonnal ismét szigetelő oxidfilm képződik, és a kondenzátor úgy működik tovább, mintha mi sem történt volna!

Kétségtelenül joggal rendelhető a tantálhoz a 20. század közepén megjelent „smart metal” kifejezés, vagyis az okosgépek működését segítő fém.

Egyes területeken a tantál helyettesíti a platinát, sőt néha versenyez vele! Így az ékszermunkában a tantál gyakran helyettesít egy drágább nemesfémet a karkötők, óratokok és egyéb ékszerek gyártásában. Egy másik területen a tantál sikeresen versenyez a platinával - az ebből a fémből készült standard analitikai mérlegek minősége nem rosszabb, mint a platina.

Ezenkívül a tantál felváltja a drágább irídiumot az automata tollhegyek gyártásában.

Egyedülálló kémiai tulajdonságainak köszönhetően a tantál katódanyagként is alkalmazásra talált. Így a tantál katódokat arany és ezüst elektrolitikus szétválasztására használják. Értékük abban rejlik, hogy a nemesfémek üledéke aqua regiával lemosható, ami nem károsítja a tantált.

Határozottan beszélhetünk arról, hogy van abban valami szimbolikus, ha nem misztikus, hogy Ekeberg svéd kémikus, aki egy új anyagot savakkal próbált telíteni, megdöbbent a „szomjúságától”, és az új elemnek nevet adott. a mitikus gazember tiszteletére, aki megölte saját fiát és elárulta az isteneket. És kétszáz évvel később kiderült, hogy ez az elem képes szó szerint „varrni” egy embert, sőt „kicserélni” az inakat és az idegeket! Kiderül, hogy az alvilágban sínylődő mártír azzal engeszti bűnét, hogy segít az embernek, bocsánatot próbál könyörögni az istenektől...

Sztori

Tantalus az ókori görög mítoszok hőse, lídiai vagy fríg király, Zeusz fia. Felfedte az olimpiai istenek titkait, ambróziát lopott lakomájukról, és az olimpikonokat saját fia, Pelops testéből készített étellel látta vendégül, akit megölt. Atrocitásai miatt Tantalust az istenek az éhség, a szomjúság és a félelem örök gyötrelmére ítélték Hádész alvilágában. Azóta nyakig áll az átlátszó kristálytiszta vízben, az ágak a feje felé hajlanak az érett gyümölcsök súlya alatt. Csak ő nem tudja csillapítani a szomját vagy az éhségét – a víz lemegy, amint inni próbál, és az ágakat a szél kiemeli, egy éhes gyilkos kezéből. Tantalus feje fölött egy szikla lóg, amely bármelyik pillanatban összeomolhat, és arra kényszeríti a szerencsétlen bűnöst, hogy örökké szenvedjen a félelemtől. Ennek a mítosznak köszönhetően megjelent a „tantál gyötrelme” kifejezés, amely elviselhetetlen szenvedést, éteri kísérletet jelent, hogy megszabaduljon a kínoktól. Nyilvánvalóan ez a kifejezés jutott eszébe Ekeberg svéd kémikus sikertelen kísérletei során, hogy az 1802-ben felfedezett „földet” savakban feloldja, és új elemet izoláljon belőle. A tudós nemegyszer azt hitte, hogy közel jár a céljához, de soha nem tudta az új fémet tiszta formájában elkülöníteni. Így jelent meg az új elem „mártíromság” elnevezése.

A tantál felfedezése szorosan összefügg egy másik elem - a nióbium - felfedezésével, amely egy évvel korábban született, és eredetileg Columbia nevet viselt, amelyet felfedezője Hatchet adott neki. Ez az elem a tantál ikerpárja, és számos tulajdonságában közel áll hozzá. Ez a közelség vezette félre a vegyészeket, akik hosszas vita után arra a téves következtetésre jutottak, hogy a tantál és a kolumbium ugyanaz az elem. Ez a tévhit több mint negyven évig tartott, mígnem 1844-ben a híres német kémikus, Heinrich Rose a különböző lelőhelyekről származó kolumbitok és tantalitok ismételt vizsgálata során bebizonyította, hogy a kolumbium független elem. A Gatchet által vizsgált Columbia magas tantáltartalmú nióbium volt, ami félrevezette a tudományos világot. A két elem közötti ilyen szoros kapcsolat tiszteletére Rose az új Niobium nevet adta Kolumbiának - a fríg király lánya, Tantalus Niobia tiszteletére. Bár Rose is elkövette azt a hibát, hogy állítólag felfedezett egy másik új elemet, amelyet Pelopiusnak nevezett el (Tantalus fia, Pelops után), munkája a nióbium (Columbium) és a tantál közötti szigorú megkülönböztetés alapja lett. Csak Rose bizonyítékai után a tantál és a nióbium sokáig összekeveredett. Tehát a tantált kolumbiumnak, Oroszországban kolumbusznak nevezték. Hess "A tiszta kémia alapelvei" című művében a hatodik kiadásig (1845) csak a tantálról beszél, Columbia említése nélkül; Dvigubsky (1824) a tantál nevet említi. Az ilyen hibák és fenntartások érthetőek – a tantál és a nióbium szétválasztásának módszerét csak 1866-ban fejlesztette ki Marignac svájci kémikus, és mint ilyen tiszta elemi tantál még nem létezett: végül is a tudósok meg tudták szerezni ezt a fémet tiszta, kompakt formájában. csak a 20. században alakult ki. Von Bolton német vegyész volt az első, aki tantál fémhez jutott, és ez csak 1903-ban történt. Korábban természetesen kísérletek történtek tiszta tantál fém előállítására, de a vegyészek minden erőfeszítése sikertelen volt. Például Moissan francia vegyész fémport kapott, amelyről azt állította, hogy tiszta tantál. Ez a por azonban, amelyet a Ta 2 O 5 tantál-pentoxid szénnel elektromos kemencében történő redukálásával kaptak, nem volt tiszta tantál, a por 0,5% szenet tartalmazott.

Ennek eredményeként a hetvenharmadik elem fizikai-kémiai tulajdonságainak részletes vizsgálata csak a huszadik század elején vált lehetővé. A tantál még néhány évig nem talált gyakorlati hasznot. Csak 1922-ben lehetett váltakozó áramú egyenirányítókban használni.

A természetben lenni

A földkéreg hetvenharmadik elemének (clarke) átlagos tartalma 2,5∙10-4 tömegszázalék. A tantál a savas kőzetek - gránit és üledékes héjak - jellegzetes eleme, amelyekben átlagos tartalma eléri a 3,5∙10 -4%-ot, mint az ultrabázikus és bázikus kőzeteknél - a köpeny felső részei és a földkéreg mélyebb részei, a a tantál koncentrációja ott sokkal alacsonyabb: 1 ,8∙10 -6%. A tantál szóródik a magmás eredetű kőzetekben, valamint a bioszférában, mivel sok kémiai elemmel izomorf.

A földkéreg alacsony tantáltartalma ellenére ásványai igen elterjedtek - több mint száz van belőlük, maguk a tantál ásványok és a tantáltartalmú ércek is, mindegyik magmás tevékenységgel összefüggésben keletkezett (tantalit, kolumbit, loparit, piroklór és mások). Minden ásványban a tantál kísérője a nióbium, ami az elemek rendkívüli kémiai hasonlóságával és ionjaik majdnem azonos méretével magyarázható.

Maguk a tantálércek Ta 2 O 5: Nb 2 O 5 ≥1 arányúak. A tantálércek fő ásványai a kolumbit-tantalit (Ta 2 O 5 tartalom 30-45%), a tantalit és a manganotantalit (Ta 2 O 5 45-80%), a wodginit (Ta, Mn, Sn) 3 O 6 (Ta 2 O 5 60-85%), mikrolit Ca 2 (Ta, Nb) 2 O 6 (F, OH) (Ta 2 O 5 50-80%) és mások. A tantalit (Fe, Mn)(Ta, Nb) 2 O 6-nak többféle változata van: ferrotantalit (FeO>MnO), manganotantalit (MnO>FeO). A tantalit különböző árnyalatokban kapható a feketétől a vörös-barnáig. A tantál-nióbium ércek fő ásványai, amelyekből a nióbiummal együtt jóval drágább tantált nyernek ki, a kolumbit (Ta 2 O 5 5-30%), a tantál tartalmú piroklór (Ta 2 O 5 1-4%). , loparit (Ta 2 O 5 0,4-0,8%), gatchettolit (Ca, Tr, U) 2 (Nb, Ta) 2 O 6 (F, OH)∙nH 2 O (Ta 2 O 5 8-28%), ixiolit (Nb, Ta, Sn, W, Sc) 3 O 6 és néhány más. Az U, Th, TR tartalmú tantál-niobátok metamiktikusak, erősen radioaktívak és változó mennyiségű vizet tartalmaznak; gyakoriak a polimorf módosulatok. A tantál-niobátok kis diszszeminációkat képeznek, a nagy allokációk ritkák (a kristályok főleg a loparitra, piroklórra és kolumbit-tantalitra jellemzőek). Színe fekete, sötétbarna, barnássárga. Általában áttetsző vagy enyhén áttetsző.

A tantálérc lelőhelyeknek számos fő ipari és genetikai típusa létezik. A nátrolítium típusú ritka fém pegmatitokat zónás vénás testek képviselik, amelyek albitból, mikroklinből, kvarcból és kisebb mértékben spodumenből vagy petalitból állnak. A ritkafém tantáltartalmú gránitokat (apogránitokat) mikroklin-kvarc-albit gránitok kis készletei és kupolái képviselik, amelyek gyakran topázban és lítiumcsillámban dúsulnak, és vékony kolumbit-tantalitot és mikrolitot tartalmaznak. A pegmatitok pusztulása kapcsán keletkező mállási kéregek, deluviális-hordalékos és hordaléklerakók kasziritot és a kolumbit-tantalit csoport ásványait tartalmazzák. Lujavrit és foyalit összetételű loparittartalmú nefelin szienitek.

Ezen túlmenően a karbonatitok és a kapcsolódó forszterit-apatit-magnetit kőzetek által képviselt komplex tantál-nióbium ércek lelőhelyei részt vesznek az ipari felhasználásban; mikroklin-albit riebeckit lúgos gránit és granosyenit és mások. A tantál egy részét a greisen lerakódások wolframitjaiból vonják ki.

A titánércek legnagyobb lelőhelyei Kanadában (Manitoba, Bernick-tó), Ausztráliában (Greenbushes, Pilbara), Malajziában és Thaiföldön (tantáltartalmú ónlerakók), Brazíliában (Paraiba, Rio Grande do Norte) és számos afrikai országban találhatók. államok (Zaire, Nigéria, Dél-Rhodesia).

Alkalmazás

A tantál meglehetősen későn találta meg műszaki alkalmazását - a 20. század elején elektromos lámpák izzószálainak anyagaként használták, ami ennek a fémnek a minőségének, például a tűzállóságnak volt köszönhető. Azonban hamarosan elvesztette jelentőségét ezen a területen, helyébe az olcsóbb és tűzállóbb volfrám került. A tantál ismét „műszakilag alkalmatlanná” vált egészen a 20. század húszas éveiig, amikor is váltakozó áramú egyenirányítókban kezdték használni (az oxidfilmmel bevont tantál csak egy irányba vezeti át az áramot), egy évvel később pedig rádiócsövekben. . Ezt követően a fém elismertségre tett szert, és hamarosan az ipar újabb és újabb területeit kezdte meghódítani.

Napjainkban egyedülálló tulajdonságai miatt a tantál az elektronikában (nagy fajlagos kapacitású kondenzátorok gyártása) használatos. A világ tantáltermelésének körülbelül egynegyede az elektromos és vákuumiparba kerül. Maga a tantál és oxidfilmje nagy kémiai tehetetlensége miatt az elektrolitikus tantál kondenzátorok nagyon stabilak a működésben, megbízhatóak és tartósak: élettartamuk meghaladja a tizenkét évet. A rádiótechnikában a tantált radarberendezésekben használják. A tantál mini kondenzátorokat rádióadókban, radarberendezésekben és más elektronikus rendszerekben használják.

A tantál fő fogyasztója a kohászat, amely az előállított fém több mint 45%-át használja fel. A tantálot aktívan használják ötvözőelemként speciális acélokban - ultraerős, korrózióálló, hőálló. Ennek az elemnek a hagyományos krómacélokhoz való hozzáadása növeli azok szilárdságát és csökkenti a ridegséget az edzés és izzítás után. A hőálló ötvözetek előállítására nagy szükség van a rakéta- és űrtechnológiában. Azokban az esetekben, amikor a rakétafúvókákat folyékony fémmel hűtik, amely korróziót okozhat (lítium vagy nátrium), egyszerűen lehetetlen tantál-volfrám ötvözet nélkül. Ezenkívül a magas hőmérsékletű vákuumkemencék fűtőberendezései, fűtőtestei és keverői hőálló acélból készülnek. A tantál-karbidot (olvadáspont 3880 °C) keményötvözetek (volfrám- és tantál-karbid keverékek - TT indexű minőségek, fémmegmunkálás legnehezebb körülményeihez és a legerősebb anyagok (kő, kompozitok) forgó ütvefúrásához) előállításához használják. ).

A tantállal ötvözött acélokat széles körben használják, például a vegyiparban. Hiszen az ilyen ötvözetek kivételes vegyszerállósággal rendelkeznek, képlékenyek, hőállóak és hőállóak, ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően vált a tantál a vegyipar nélkülözhetetlen szerkezeti anyagává. A tantál berendezést számos sav előállítására használják: sósav, kénsav, salétromsav, foszforsav, ecetsav, valamint bróm, klór és hidrogén-peroxid. Tekercsek, lepárlók, szelepek, keverők, levegőztetők és sok más vegyi berendezés alkatrésze készül belőle. Néha - egész eszközök. A tantál katódokat arany és ezüst elektrolitikus szétválasztására használják. Ezeknek a katódoknak az az előnye, hogy az arany- és ezüstlerakódások lemoshatók aqua regiával, ami nem károsítja a tantált.

Ezenkívül a tantált műszergyártásban használják (röntgenberendezések, vezérlőműszerek, membránok); az orvostudományban (a rekonstrukciós sebészet anyaga); az atomenergiában - nukleáris energiarendszerek hőcserélőjeként (a tantál a legstabilabb az összes fém közül túlhevített olvadékokban és cézium-133 gőzökben). A tantál nagy gázelnyelő képességét a nagy vákuum fenntartására használják (elektromos vákuumkészülékek).

Az utóbbi években a tantált ékszerként használták, mivel képes bármilyen színű tartós oxidfilmet képezni a felületen.

A tantálvegyületeket is széles körben használják. A tantál-pentoxidot a nukleáris technológiában használják gamma-sugárzást elnyelő üveg olvasztására. A kálium-fluor-tantalátot katalizátorként használják a szintetikus gumi gyártásában. A tantál-pentoxid ugyanilyen szerepet játszik a butadién etil-alkoholból történő előállítása során is.

Termelés

Ismeretes, hogy a tantáltartalmú ércek ritkák és szegények ebben az elemben. A tantál és ötvözetei előállításának fő nyersanyagai a tantalit és loparit koncentrátumok, amelyek csak 8% Ta 2 O 5 -ot és több mint 60% Nb 2 O 5 tartalmúak. Ezenkívül még azokat az érceket is feldolgozzák, amelyek csak századszázalékos (Ta, Nb) 2 O 5 -ot tartalmaznak!

A tantál előállítási technológiája meglehetősen összetett, és három szakaszban történik: nyitás vagy lebontás; a tantál elválasztása a nióbiumtól és tiszta kémiai vegyületeik előállítása; a tantál visszanyerése és finomítása.

A tantál koncentrátum felnyitása, más szóval a tantál ércekből történő extrakciója lúgokkal (fúzió) vagy hidrogén-fluoriddal (bontás) vagy hidrogén-fluorid és kénsav keverékével történik. Ezt követően áttérnek a gyártás második szakaszára - extrakciós extrakcióra, valamint tantál és nióbium elválasztására. Az utolsó feladat nagyon nehéz ezen fémek kémiai tulajdonságainak hasonlósága és ionjaik közel azonos mérete miatt. Egészen a közelmúltig a fémeket csak a svájci Marignac kémikus által 1866-ban javasolt módszerrel választották szét, aki kihasználta a kálium-fluoro-tantalát és a kálium-fluoroniobát híg hidrogén-fluoridban való eltérő oldhatóságát. A modern ipar többféle módszert alkalmaz a tantál és a nióbium szétválasztására: extrakció szerves oldószerekkel, nióbium-pentaklorid szelektív redukciója, komplex fluorid sók frakcionált kristályosítása, elválasztás ioncserélő gyantákkal, kloridok rektifikálása. Jelenleg a leggyakrabban alkalmazott (egyben a legfejlettebb) elválasztási módszer a tantál- és nióbium-fluorid-vegyületek hidrogén-fluorid- és kénsavat tartalmazó oldataiból való extrakció. Ugyanakkor a tantál és a nióbium más elemek szennyeződéseitől is megtisztul: szilícium, titán, vas, mangán és más kapcsolódó elemek. Ami a loparit érceket illeti, ezek koncentrátumait klóros módszerrel dolgozzák fel, így tantál és nióbium-klorid kondenzátumot állítanak elő, amelyeket rektifikálással tovább választanak el. A kloridok keverékének szétválasztása a következő lépésekből áll: előzetes rektifikálás (a tantál és nióbium-kloridok elválasztása a kísérő szennyeződésektől), fő rektifikálás (tiszta NbCl 5 és TaCl 5 koncentrátum előállításához) és a tantál frakció végső rektifikálása (a tiszta TaCl 5). A rokon fémek elválasztását követően a tantál fázist kicsapják és megtisztítják, így megnövelt tisztaságú kálium-fluor-tantalátot állítanak elő (KCl felhasználásával).

A tantál fémet nagy tisztaságú vegyületeinek redukálásával nyerik, amelyre többféle módszer is alkalmazható. Ez vagy a tantál redukciója pentoxidból kormmal 1800-2000 °C hőmérsékleten (karboterm módszer), vagy a kálium-fluoro-tantalát redukciója nátriummal hevítés közben (nátrium-termikus módszer), vagy elektrokémiai redukció kálium-fluoro-tantalátot tartalmazó olvadékból. és tantál-oxid (elektrolitikus módszer). Így vagy úgy, a fémet por formájában nyerik, 98-99% tisztaságú. Annak érdekében, hogy a fémet rúdokban nyerjék, porból elősajtolt tuskó formájában szinterelik. A szinterezés 2500–2700 °C-os áram átvezetésével vagy 2200–2500 °C-os vákuumban történő hevítéssel történik. Ezután a fém tisztasága jelentősen megnő, és 99,9-99,95% lesz.

A tantál bugák további finomítására és előállítására ívkemencékben fogyasztható elektródával elektromos vákuum olvasztást, mélyebb finomításhoz pedig elektronsugaras olvasztást alkalmaznak, ami jelentősen csökkenti a tantál szennyezőanyag-tartalmát, növeli képlékenységét és csökkenti a hőmérsékletet. rideg állapotba való átmenet. Az ilyen tisztaságú tantál az abszolút nullához közeli hőmérsékleten is megőrzi a nagy rugalmasságát! A tantál tuskó felületét megolvasztják (hogy a tuskó felülete a kívánt tulajdonságokat adja) vagy esztergagépen feldolgozzák.

Fizikai tulajdonságok

A tudósok csak a 20. század elején bukkantak rá a tiszta tantál fémre, és tudták részletesen tanulmányozni ennek a világosszürke, enyhén kékes ólomárnyalatú fémnek a tulajdonságait. Milyen tulajdonságai vannak ennek az elemnek? A tantál minden bizonnyal nehézfém: sűrűsége 20 °C-on 16,6 g/cm 3 (összehasonlításképpen a vas sűrűsége 7,87 g/cm 3, az ólom sűrűsége 11,34 g/cm 3 ) és szállítására alkalmas. köbméter Ehhez az elemhez hat darab háromtonnás teherautó kellene. A nagy szilárdság és keménység kiváló műanyag tulajdonságokkal párosul. A tiszta tantál jól alkalmazható mechanikai feldolgozásra, könnyen sajtolható, a legvékonyabb lapokká (kb. 0,04 mm vastagságúak) és huzallá (a tantál rugalmassági modulusa 190 Hn/m2 vagy 25 °C-on 190·102 kgf/mm2) feldolgozható. Hidegben a fém jelentős munkakeményedés nélkül megmunkálható, és közbenső kiégetés nélkül 99%-os kompressziós aránnyal deformálódik. A tantál műanyagból rideg állapotba való átmenete még -196 °C-ra hűtve sem figyelhető meg. A lágyított, nagy tisztaságú tantál szakítószilárdsága 27 °C-on 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2), 490 °C-on pedig 190 MN/m2 (19 kgf/mm2); relatív nyúlás 36% (27 °C-on) és 20% (490 °C-on). A tantál testközpontú köbös rácsával rendelkezik (a = 3,296 A); atomsugár 1,46 A, ionos sugarak Ta 2+ 0,88 A, Ta 5+ 0,66 A.

Mint korábban említettük, a tantál nagyon kemény fém (a tantál lemezek Brinell keménysége lágyított állapotban 450-1250 MPa, deformált állapotban 1250-3500 MPa). Ezen túlmenően lehetőség van a fém keménységének növelésére számos szennyeződés, például szén vagy nitrogén hozzáadásával (a tantál lemez Brinell-keménysége a hevítés közbeni gázok elnyelése után 6000 MPa-ra nő). Ennek eredményeként az intersticiális szennyeződések hozzájárulnak a Brinell-keménység, a szakítószilárdság és a folyáshatár növekedéséhez, de csökkentik a plaszticitási jellemzőket és növelik a hideg ridegséget, vagyis törékennyé teszik a fémet. A hetvenharmadik elem további jellemző tulajdonságai a nagy hővezető képesség, 20–100 °C-on ez az érték 54,47 W/(m∙K) vagy 0,13 cal/(cm·sec·°С) és a tűzállóság (talán a legnagyobb). a tantál fontos fizikai tulajdonsága) - csaknem 3000 °C-on (pontosabban 2996 °C-on) megolvad, a volfrám és a rénium után a második helyen. A tantál forráspontja is rendkívül magas: 5300 °C.

Ami a tantál egyéb fizikai tulajdonságait illeti, fajhője 0 és 100 °C közötti hőmérsékleten 0,142 kJ/(kg K) vagy 0,034 cal/(g °C); a tantál lineáris tágulási együtthatója 8,0·10 -6 (20-1500 °C hőmérsékleten). A hetvenharmadik elem elektromos ellenállása 0 °C-on 13,2 10 -8 ohm m, 2000 °C-on 87 10 -8 ohm m. 4,38 K hőmérsékleten a fém szupravezetővé válik. A tantál paramágneses, fajlagos mágneses szuszceptibilitása 0,849·10 -6 (18 °C-on).

Tehát a tantálnak egyedülálló fizikai tulajdonságai vannak: magas hőátbocsátási tényező, nagy gázelnyelő képesség, hőállóság, tűzállóság, keménység és plaszticitás. Ezenkívül nagy szilárdság jellemzi - jól alkalmazható nyomáskezelésre az összes létező módszerrel: kovácsolás, bélyegzés, hengerlés, húzás, csavarás. A tantálra a jó hegeszthetőség jellemző (hegesztés és forrasztás argonban, héliumban vagy vákuumban). Ezen kívül a tantál kivételes vegyszer- és korrózióállósággal (anódos filmréteg kialakításával), alacsony gőznyomással és alacsony elektronmunka funkcióval rendelkezik, emellett jól kijön a test élő szöveteivel.

Kémiai tulajdonságok

A tantál egyik legértékesebb tulajdonsága minden bizonnyal kivételes vegyszerállósága: e tekintetben a nemesfémek mögött a második helyen áll, és még akkor sem mindig. Ellenáll minden koncentrációjú sósavnak, kénsavnak, salétromsavnak, foszforsavnak és szerves savnak (150 °C hőmérsékletig). Kémiai stabilitását tekintve a tantál az üveghez hasonló - savakban és ezek keverékeiben nem oldódik, még a vízivíz sem oldja, amivel szemben az arany és a platina és számos más értékes fém tehetetlen. A hetvenharmadik elem csak hidrogén-fluorid és salétromsav keverékében oldódik. Ezenkívül a hidrogén-fluoriddal való reakció csak fémporral történik, és robbanás kíséri. A tantál még forró sósavban és kénsavban is ellenállóbb, mint ikertestvére nióbium. A tantál azonban kevésbé ellenáll a lúgoknak - a maró lúgok forró oldatai korrodálják a fémet. A tantálsav sóit (tantalátokat) a következő általános képlettel fejezzük ki: xMe 2 O yTa 2 O 5 H 2 O, ezek közé tartoznak a MeTaO 3 metatantalátok, a Me 3 TaO 4 ortotantalátok, az olyan sók, mint a Me 5 TaO 5, ahol Me egy alkálifém. ; hidrogén-peroxid jelenlétében pertantalátok is képződnek. A legfontosabb alkálifém-tantalátok a KTaO 3 és a NaTaO 3; ezek a sók ferroelektromos anyagok.

A tantál magas korrózióállóságát a légköri oxigénnel való kölcsönhatása is jelzi, vagy inkább az ezzel szembeni nagy ellenállása. A fém csak 280 °C-on kezd oxidálódni, és Ta 2 O 5 védőfóliával borítja be (a tantál-pentoxid az egyetlen stabil fém-oxid), amely megvédi a fémet a kémiai reagensek hatásától és megakadályozza az elektromos áram áramlását. a fémtől az elektrolitig. A hőmérséklet 500 ° C-ra történő emelkedésével azonban az oxidfilm fokozatosan porózussá válik, elválik és elválik a fémtől, megfosztva a felületet a korrózió elleni védőrétegtől. Ezért a forró nyomásos kezelést célszerű vákuumban végezni, mivel levegőben a fém jelentős mélységig oxidálódik. A nitrogén és az oxigén jelenléte növeli a tantál keménységét és szilárdságát, miközben csökkenti a képlékenységét és törékennyé teszi a fémet, és amint azt korábban említettük, a tantál szilárd oldatot képez, és oxigénnel oxidálja a Ta 2 O 5-öt (a tantál növekedésével). A tantál O 2 -tartalma miatt a szilárdsági tulajdonságok meredeken növekszenek, és erősen csökken a hajlékonyság és a korrózióállóság). A tantál nitrogénnel reagál, és három fázist képez - nitrogén szilárd oldata tantálban, tantál-nitridek: Ta 2 N és TaN - 300 és 1100 ° C közötti hőmérséklet-tartományban. A tantálban lévő nitrogéntől és oxigéntől nagy vákuum körülmények között (2000 °C feletti hőmérsékleten) meg lehet szabadulni.

A tantál gyengén reagál a hidrogénnel, amíg fel nem melegszik 350 °C-ra, a reakciósebesség csak 450 °C-tól növekszik jelentősen (tantál-hidrid képződik és a tantál törékennyé válik). Ugyanez a melegítés vákuumban (800 °C felett) segít megszabadulni a hidrogéntől, melynek során a tantál mechanikai tulajdonságai helyreállnak és a hidrogén teljesen eltávolítható.

A fluor már szobahőmérsékleten hat a tantálra, és a hidrogén-fluorid is reakcióba lép a fémmel. A száraz klór, bróm és jód kémiai hatást gyakorol a tantálra 150 °C-os és magasabb hőmérsékleten. A klór 250 °C-on, a bróm és a jód 300 °C-on kezd aktív kölcsönhatásba lépni a fémmel. A tantál nagyon magas hőmérsékleten (1200–1400 °C) kezd kölcsönhatásba lépni a szénnel, és tűzálló tantál-karbidok képződnek, amelyek nagyon ellenállnak a savaknak. A tantál a bórral kombinálva boridokat képez – szilárd, tűzálló vegyületeket, amelyek ellenállnak az aqua regia hatásainak. A tantál számos fémmel (molibdén, nióbium, titán, volfrám, vanádium és mások) folyamatos szilárd oldatokat képez. A tantál korlátozott mennyiségű szilárd oldatot képez arannyal, alumíniummal, nikkellel, berilliummal és szilíciummal. A tantál nem képez vegyületet magnéziummal, lítiummal, káliummal, nátriummal és néhány más elemmel. A tiszta tantál számos folyékony fémnek ellenáll (Na, K, Li, Pb, U-Mg és Pu-Mg ötvözetek).

A tantál egy speciális fémfajta, amely a nemes csoportba tartozik. 1802-ben fedezték fel, de fiatal elemnek számít. Ritkasága ellenére nemcsak ékszerekben, hanem az iparban is széles körben használják. Különösen elterjedt az elektronikában – szinte minden készülékben megtalálható.

Ennek a fémnek a tömeges használata a múlt század 40-es éveiben kezdődött és a mai napig tart. Megnövekedett szilárdsági tulajdonságainak köszönhetően nyerte el népszerűségét. Ezenkívül számos egyedi fizikai és kémiai tulajdonsággal rendelkezik.

Fizikai és kémiai tulajdonságok

Ennek a fémnek a fizikai tulajdonságai közül kiemelendő a magas olvadáspont, amely 3017 Celsius fok, ami megkülönbözteti számos analógtól. Emiatt olyan területeken használják, ahol fokozott ellenállás szükséges a szélsőséges körülményekkel szemben. Ugyanakkor a tantál jellemzői közé tartozik a rugalmasság és a keménység, amelyek kombinációja meglehetősen ritka a természetben.

A tantál olvadáspontja 3017 °C.

A tantál fent említett tulajdonságai lehetővé teszik a fém feldolgozását különösebb erőfeszítés nélkül, és a szükséges formák és méretek létrehozását. Az atom speciális szerkezete nagyon fontos a fokozott felelősségű struktúrák részei és mechanizmusai létrehozásához. A tantál jól kovácsolható és hengerelhető. Ebben az esetben a hidegalakítási módszer is sikeresen alkalmazható. Ki kell emelni a magas hővezető képességet.

A fémből nagy sűrűsége miatt olyan kis fogaskerekeket, elektromos készülékek alkatrészeit lehet előállítani, amelyek kopásállóak, és hosszú használat után sem romlanak el.

Egyes esetekben gázelnyelőként használják. Kiemelendő az elektronikus konfiguráció: egy fém normál állapotában és magas hőmérsékleten eltérő elektromos vezetőképességgel rendelkezik.

A tantál alkatrészeket forrasztással, hegesztéssel vagy szegecseléssel lehet összekötni. A hegesztési módszert leggyakrabban használják, mivel a varrat minőségét nagy szilárdság és fizikai igénybevétellel szembeni ellenállás jellemzi.

A kémiai tulajdonságok közül érdemes kiemelni magas oxidáció- és lúgállóságát. Megolvadva azonban részben érzékeny a lúgokra. Az oxidáció 250 fok alatti hőmérsékleten lehetetlen.

Ennek a fémnek a kémiai tulajdonságai nagyon hasonlóak az üvegéhez. Savban szinte lehetetlen feloldani, hacsak nem használunk hidrogén-fluoridot és salétromsavat. Még a kénsavnak való kitettség sem befolyásolja a fém szerkezetét és alakját. Csak egy kis film jelenhet meg a felületen. A tengervíznek való hosszan tartó expozíció során sem pusztulhat el.

A természetben való előfordulása és a tantál termelése

A tantál, mint kémiai elem, nagyon ritka a természetben, a földkéreg mindössze 0,0002%-át teszi ki. Nagyon ritkán található meg tiszta formájában, leggyakrabban különféle ásványok összetételében, egy másik fém - nióbium - közelében.

Ennek az elemnek a lerakódásai sok országban találhatók. Nagy lelőhelyek találhatók Franciaországban, Egyiptomban, Kínában és Thaiföldön. Ennek az elemnek a legnagyobb lelőhelyei azonban Ausztráliában találhatók. Tantál bányászata több mint 400 tonna évente. Ugyanakkor a használat iránti igény folyamatosan növekszik, ami az e fém felhasználásával gyártott elektromos berendezések mennyiségének növekedésével jár. Ennek alapján folyamatos az új lelőhelyek fejlesztése.

Hazánkban a tantáltermelés a Solikamsk magnéziumgyárban összpontosul. A fémet a loparitkoncentrátumok feldolgozása után nyerik. Más országokban más ásványokat is használnak, mint például a rutil, a struverit, a tantalit és a kolumbit.

Ennek a fémnek a legnagyobb gyártói a világon az USA, Japán és Kína. A globális gyártók száma nem haladja meg a 40 céget. Költség - 1000 dollár / kg.

Tantál alapú ötvözetek

Különleges fizikai tulajdonságai miatt ezt a fémet tiszta formájában nagyon gyakran használják az iparban. A szilárdság és a magas hőmérsékletekkel szembeni ellenállóképesség növelése érdekében azonban az erre épülő ötvözetek használhatók, és megfelelő ötvöző komponensek adhatók hozzá.

A tantálötvözetek körülbelül 1700 fokos hőmérsékleten szilárdak maradhatnak. Erre akkor van szükség, ha tantálvegyületeket használnak az energiaszektorban, a vegyiparban, a nagy pontosságú műszerek gyártásában és a kohászatban. Nagyon gyakran különféle ötvözeteket használnak az űrrakéták építésénél.

Az alkalmazott ötvözőkomponensek típusa a kívánt végső tulajdonságoktól függ. A munka minőségének javítása érdekében olyan elemeket használnak, amelyek javítják az ötvözet rugalmassági tulajdonságait.

Meg kell jegyezni, hogy az ötvözetek tantálját nagyon gyakran nem alapként, hanem ötvöző komponensként használják. Különböző anyagokkal való kiegészítése lehetővé teszi a magas hőmérséklettel és a korrózióval szembeni fokozott ellenállást.

Tantál kondenzátor áramkör

A tantál TAV-10 egy széles körben használt ötvözet, amely ezen a fémen alapul. Volfrám hozzáadásával állítják elő, amelynek mennyisége körülbelül 10%. Ez javított hőállóságú anyagot eredményez. Fűtőelemek gyártására és gyógyászati ​​célokra használják, mivel összetevői nem irritálják az emberi bőrt.

A tantál alkalmazásai

A tantál használata nem korlátozódik egy területre. Érdemes kiemelni azokat a területeket, ahol a tantáltermékeket a legszélesebb körben használják:

1. Kohászat. Ennek a fémnek csaknem felét a kohászati ​​iparban használják fel. Ez annak köszönhető, hogy könnyen használható különféle ötvözetek, különösen korróziógátló acélok, amelyek ellenállnak a magas hőmérsékletnek. A tantálhuzalt különféle területeken használják, ahol fokozott szilárdság és hőállóság szükséges. A tantál-karbidot széles körben használják tűzálló fémek tégelyeinek gyártásában is.
2. Villamosmérnök. Körülbelül 25%-át elektrotechnikai és elektromos készülékek gyártásában használják fel. Az ezt az elemet használó kondenzátorokat fokozott működési stabilitás jellemzi. Ezenkívül a kondenzátor felületének megsemmisülése esetén tantál-oxid film képződik, amely megvédi azt. Ki kell emelnie az olyan elemeket is, mint az anódok, katódok, lámpák és egyéb fém alkatrészek, amelyeket szintén ennek alapján gyártanak.
3. Vegyipar. A megtermelt mennyiség ötödét a vegyiparban használják fel. Ez annak köszönhető, hogy ellenáll a legtöbb savnak, sónak és lúgnak.
4. Gyógyszer. A tantált az orvostudományban olyan iparágakban használják, mint a csont- és plasztikai sebészet. Az ebből az anyagból készült elemeket a csontok rögzítésére használják, hogy nagyobb szilárdságot érjenek el a szerves szövetek irritációja nélkül.
5. Katonai szféra. A katonai szférában tantál célpontokat és kumulatív lövedékekhez való héjakat gyártanak.
6. Hangszerelés. Ezt a fémet precíziós műszerek, vezérlőberendezések és különféle membránok, valamint vákuumműszerek gyártására használják, mivel gázelnyelő tulajdonságai különböztetik meg.
7. Nukleáris energia. Ezen a területen a fém hőcserélőként működik.

Meg kell jegyezni, hogy a tantál alkalmazási körét csak a termelés kis mennyisége korlátozza. A gyártási mennyiség növekedése esetén az alkalmazási kör jelentősen bővül.

A tantál felfedezése 1802-re nyúlik vissza. Először A. G. Ekeberg tudós mutatta be a világnak. Két ásványt fedezett fel Finnországban és Svédországban. Ez az anyag összetételükben volt jelen. Külön kiemelni azonban akkor még nem lehetett. Pontosan a tiszta formájában történő kitermelés ilyen bonyolultsága miatt nevezték el az ókori Görögország mítoszainak egyik hőséről. Manapság ez az elem számos iparágban széles körben alkalmazható.

A tantál a fémek kategóriájába tartozik. Ezüstös-fehér árnyalatú. Külsőleg kissé ólomra emlékeztet, mert erős oxidfilm van rajta.

Ez a fém a természetben legritkábban előforduló kategóriájába tartozik. A mai napig csak húsz tantál ásványt ismerünk. Azonban még hatvan ásványi anyag tartalmazza ezt a fémet. Ezzel együtt a nióbium szükségszerűen jelen van az ilyen ásványokban. Hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkezik.

Tantál lerakódások

A tantálércek nagyon ritkák.

A legnagyobbak azonban olyan országokban találhatók, mint például:

• Egyiptom,
• Franciaország,
• Thaiföld,
• Ausztrália,
• Mozambik.

A világ legnagyobb tantálérce az ausztráliai Greenbushban található.

A tantál olvadáspontja magas. Több mint háromezer Celsius-fok van. Ennek a fémnek a forráspontja meghaladja az ötezer Celsius fokot. A tantál tulajdonságait más jellemzők is képviselik. Ennek az anyagnak meglehetősen szilárd szerkezete van. A fém azonban nagy rugalmassággal rendelkezik. Ebben a paraméterben az aranyhoz hasonlítható. Kiválóan alkalmas termékek megmunkálására. Ennek köszönhetően elkészítheti a legfinomabb huzal- vagy laptípusokat a befejező termékekhez.

A tantál az alacsony aktivitású fémek kategóriájába tartozik. Oxidációs sebessége levegő hatására meglehetősen alacsony. Levegőben csak akkor oxidálódik, ha hőmérséklete eléri a 250 Celsius fokot.

Asztal. Polikarbonát, polisztirol és tantál alapú csillámkondenzátorok jellemzői.

Kezdetben az iparban ezt a fémet csak vékony huzal létrehozására használták jól ismert izzólámpák gyártásához. Ma a tantált meglehetősen széles körben használják. Ipari és háztartási cikkek gyártására, valamint új típusú fegyverek létrehozására használják a hadiiparban.

Az olyan fémek, mint a tantál, nélkülözhetetlenek a korróziónak ellenálló tárgyak és berendezések gyártásában. Ezenkívül sok ilyen termék magas hőállósággal rendelkezik.

Az orvosi iparban a tantál használatát régóta normának tekintik. Az ebből az egyedülálló anyagból készült fóliát és drótot a betegek szöveteinek és idegeinek aktivitásának helyreállítására használják. Aktívan használják az áldozat varrására is.

A tantál erőssége miatt űrhajók gyártására kezdték használni. A tantál-berillid kiválóan ellenáll a levegőben lévő oxidációnak.

Ez a fém megtalálta alkalmazását a kohászati ​​iparban. Fémfeldolgozáshoz használt keményötvözetek előállítására használják. A tantál és a volfrám-karbid keverékét kemény ötvözetek előállítására használják, amelyek segítségével lyukakat fúrhatnak a legtartósabb anyagokba, például kövekbe és kompozitokba.

Ez az anyag nagy népszerűségre tett szert a hadiiparban. Segítségével olyan lőszer jön létre, amely magas szintű tartóssággal rendelkezik. Szinte lehetetlen őket áttörni. A fémet a Belügyminisztérium laboratóriumaiban használják nukleáris fegyverek előállítására.

Ausztrália rendelkezik a legnagyobb tantálkészletekkel. Ezt az állapotot jogosan tekintik ennek az anyagnak a gyártásában vezetőnek.

Fontos: A tantál bányászatára hazánknak is van lehetősége. Vannak azonban olyan nehézségek, amelyeket a betétek elérhetetlensége magyaráz.

Tantál termelés Oroszországban

Hazánkban a tantáltermelés nagy része már a szolikamski magnéziumgyár vállán fekszik. Itt ezt a fémet loparit koncentrátumokból nyerik. A Lovozero lelőhelyről érkeznek az üzembe. Bizonyos esetekben erre a célra importált nyersanyagokat használnak, amelyeket olyan anyagok képviselnek, mint a rutil, kolumbit, tantalit, struverit.

A tantálgyártásban vezető szerepet tölt be az Amerikai Egyesült Államok, Kína és Japán. A világon hozzávetőleg negyven cég gyárt olyan anyagokat, mint a tantál. A fémet gyártó legnagyobb cég az Amerikai Egyesült Államokból származó cég, a Cabot Corporation. Kirendeltségei a világ különböző országaiban működnek.

A tantál grammonkénti ára nem túl magas. Átlagosan a gyártók egy gramm tantált fél dollárért adnak el. Egy kilogramm ma több mint ezer dollárba kerül.

Cikkek a témában

Fémszerkezetek tűzvédelme

Nem titok, hogy a fém nem gyúlékony. Ennek ellenére azonban a magas hőmérsékletnek való kitettség a keménység megváltozásához vezet, aminek következtében a fém puhává, rugalmassá válik, és ennek következtében deformálódni képes. Mindezek az okai annak, hogy a fém teherbíró képessége elveszik, ami egy egész épület vagy annak egy-egy része összeomlását okozhatja tűz során. Kétségtelen, hogy ez nagyon veszélyes az emberi életre. Ennek megelőzése érdekében az építkezés során különféle vegyületeket használnak, amelyekkel a fémszerkezetek ellenállóbbá válhatnak a magas hőmérséklettel szemben.