Charakteristiky a vlastnosti tantalového kovu. Tantal - aplikácia Spory a mylné predstavy

Rýchly rozvoj moderných technológií je dnes určite spojený s používaním účinných materiálov a látok, ktoré majú celkom praktické a veľmi užitočné vlastnosti a vlastnosti.

Z tohto hľadiska stojí za to venovať pozornosť takému jedinečnému chemickému prvku, akým je tantal. A to nie je prekvapujúce, pretože vďaka svojim pevnostným charakteristikám sa dnes použitie tantalu stáva celkom relevantným v mnohých oblastiach priemyslu.

Aby sme bežnému človeku rozšírili obzory na túto tému, podrobne popíšeme fyzikálne a chemické vlastnosti tantalu a povieme si, kde sa dnes tento kov veľmi úspešne používa.

Technické vlastnosti tantalu

Po prvé, stojí za to pochopiť, že tantal je šedý kov s lesklým odtieňom, ktorý sa dá ľahko mechanicky spracovať.

Medzi vlastnosťami kovu stojí za zmienku niekoľko nasledujúcich dôležitých aspektov:

• sériové číslo v periodickej tabuľke - 73;
• atómová hmotnosť - 180;
• hustota látky je 60 g/cm3;
• teplota topenia - 3015 0 C;
• Teplota varu látky je 5300 °C.

Vlastnosti kovu

Vďaka týmto vlastnostiam má tantal nepochybne tieto výhodné vlastnosti:

1. Tantal je žiaruvzdorný kov a v dôsledku toho má prvok nasledujúce vlastnosti:

• malá rýchlosť lineárnej expanzie;
• dobrá úroveň tepelnej vodivosti;
• vysoká mechanická pevnosť a ťažnosť.

1. Má vynikajúce antikorózne vlastnosti. Stojí za zmienku, že tantal je za normálnych podmienok prakticky inertný voči morskej vode, ale ak je nasýtený kyslíkom, potom sa kov v tomto prípade iba zakalí.
2. Tantal má dobrú odolnosť voči nasledujúcim typom solí:

• chloridy železa a medi;
• dusičnany;
• sírany;
• soli organických kyselín, avšak za predpokladu, že neobsahujú fluór ani fluoridy.

1. Tantal začne strácať svoje pevnostné vlastnosti, keď reaguje s fluórom. Za zváženie stojí aj fakt, že tantal nereaguje chemicky s brómom, jódom a kvapalným chlórom, pokiaľ nie je dosiahnutá teplota 150 0 C.
2. Tantal je celkom odolný voči účinkom tekutých kovov s nízkou teplotou topenia.
3. Tantal má vynikajúcu stabilitu na vzduchu pri teplotách do 400 0 C, pričom pri skladovaní alebo spracovaní vzniká ochranný oxidový film.
4. Tantal roztavený metódou elektrónového lúča má zvýšenú plasticitu, ktorá pri deformácii kovu umožňuje väčší stupeň kompresie.
5. Dobre sa premieňa na plech, ktorý sa dobre hodí na kovanie.
6. Dobre sa hodí na spracovanie počas deformácie za studena. Musíte však pochopiť, že tento kov by sa nemal deformovať v horúcom stave, pretože pri zahrievaní začne tantal absorbovať dusík, oxid uhličitý, kyslík a v dôsledku toho sa materiál stáva dosť krehkým.
7. Jednou z hlavných operácií pri spracovaní tantalu je rezanie materiálu na vysokorýchlostných zariadeniach.

Pokiaľ ide o spojenie tantalových častí, je možné to urobiť nasledujúcimi spôsobmi:

• zváranie;
• spájkovanie;
• spojenie pomocou nitov.

Tu stojí za to vziať do úvahy skutočnosť, že posledné dve metódy sa používajú pomerne zriedkavo, takže kvalita tantalových zváraných spojov zostáva vždy na vysokej úrovni.

Oblasti použitia tantalu

Tieto vlastnosti umožňujú široké využitie v rôznych oblastiach priemyslu. Pozrime sa podrobne na hlavné smery použitia takého jedinečného materiálu, akým je tantal.

Hutnícky priemysel

Hlavným spotrebiteľom tohto kovu je hutníctvo. Hutnícky priemysel predstavuje 45 % výroby tantalu.

Hlavné použitie tantalu spočíva v niekoľkých nasledujúcich dôležitých aspektoch:

• kov je hlavným legujúcim prvkom pri výrobe tepelne odolných a antikoróznych ocelí;
• Karbid tantalu je spoľahlivou ochranou oceľových foriem v zlievarniach.

Elektrotechnický priemysel

V prvom rade stojí za zmienku fakt, že štvrtina tantalu vyrobeného na svete sa využíva v elektrotechnickom priemysle. A to nie je prekvapujúce, pretože pomocou tohto kovu sa vyrábajú nasledujúce typy elektrických výrobkov:

• elektrolytické tantalové kondenzátory sa vyznačujú stabilnou prevádzkou;
• široko používané pri výrobe konštrukčných prvkov lámp, ako sú anódy, nepriamo vyhrievané katódy a mriežky;
• tantalový drôt sa používa pri výrobe kryotrónových častí, ktoré sú neoddeliteľnou súčasťou výpočtovej techniky;
• Ohrievače pre pece s vysokoteplotnými prevádzkovými podmienkami sú veľmi úspešne vyrobené z tohto kovu.

Zaujímavý fakt! Tantalové kondenzátory majú tendenciu sa samoopravovať. Napríklad, keď sa náhle objavilo vysoké napätie, iskra zničila izolačnú vrstvu. V tomto prípade sa na mieste defektu okamžite vytvorí izolačný oxidový film, zatiaľ čo kondenzátor bude naďalej fungovať v normálnom prevádzkovom režime!

Chemický priemysel

V prvom rade je potrebné poznamenať, že 20 % použitého tantalu ide pre potreby chemického priemyslu. Tento kov sa používa najmä v nasledujúcich prípadoch:

• výroba nasledujúcich typov kyselín:

1. dusík;
2. Olyanaja;
3. sírová;
4. fosfor;
5. ocot

• výroba peroxidu vodíka, brómu a chlóru;
• výroba chemických zariadení týchto typov:

1. prevzdušňovače;
2. destilačné zariadenia;
3. cievky rôznych typov;
4. miešadlá;
5. ventil

IN medicínsky priemysel nepoužíva sa viac ako 5 % tantalu vyťaženého na svete. V medicíne sa tento kov veľmi úspešne používa v plastickej a kostnej chirurgii, preto sa z neho vyrábajú tantalové prvky na upevňovanie kostí, šitie atď. To je dosiahnuté vďaka tomu, že tantal nepoškodzuje vitálne funkcie tela a nedráždi živé tkanivo.

TANTALUM, Ta (pomenovaný podľa hrdinu starogréckej mytológie Tantalus; lat. Tantalum * a. tantalum; n. Tantal; f. tantale; i. tantalo), je chemický prvok skupiny V periodickej sústavy Mendelejev, atom. číslo 73, atómová hmotnosť 180,9479. V prírode sa vyskytuje vo forme dvoch izotopov: 181 Ta (99,9877 %) a 180 Ta (0,0123 %). Je známych 13 umelých rádioaktívnych izotopov tantalu s hmotnostnými číslami od 172 do 186. Tantal objavil v roku 1802 švédsky chemik A. G. Ekeberg. Plastický kovový tantal prvýkrát získal nemecký vedec W. Bolten v roku 1903.

Aplikácia a použitie

Hlavnými surovinami na výrobu tantalu a jeho zliatin sú koncentráty tantalitu a loparitu s obsahom okolo 8 % Ta 2 O 5, 60 % alebo viac Nb 2 O 5. Koncentráty sa rozkladajú kyselinami alebo zásadami, zatiaľ čo koncentráty loparitu sú chlórované. Separácia Ta a Nb sa uskutočňuje pomocou extrakcie. Kovový tantal sa zvyčajne získava redukciou Ta 2 O 5 uhlíkom, alebo elektrochemicky z tavenín.

Kompaktný kov sa vyrába vákuovým oblúkom, plazmovým tavením alebo práškovou metalurgiou. Zariadenia odolné voči korózii pre chemický priemysel, matrice, laboratórne sklo a tégliky sú vyrobené z tantalu a jeho zliatin; výmenníky tepla pre systémy jadrovej energie. V chirurgii sa plechy, fólie a drôty vyrobené z tantalu používajú na upevnenie tkanív, nervov, aplikáciu stehov a výrobu protéz, ktoré nahrádzajú poškodené časti kostí (kvôli biologickej kompatibilite). Karbid tantalu sa používa pri výrobe tvrdých zliatin.

Tantal (Ta) je prvok s atómovým číslom 73 a atómovou hmotnosťou 180,948. Je to prvok sekundárnej podskupiny piatej skupiny, šiestej periódy periodickej tabuľky Dmitrija Ivanoviča Mendelejeva. Tantal vo voľnom stave za normálnych podmienok je platinovo-sivý kov s mierne olovnatým odtieňom, ktorý je dôsledkom tvorby oxidového filmu (Ta 2 O 5). Tantal je ťažký, žiaruvzdorný, pomerne tvrdý, ale nie krehký kov, zároveň je veľmi tvárny, ľahko opracovateľný, najmä vo svojej čistej forme.

V prírode sa tantal nachádza vo forme dvoch izotopov: stabilného 181 Ta (99,99 %) a rádioaktívneho 180 Ta (0,012 %) s polčasom rozpadu 10 12 rokov. Z umelo získaného rádioaktívneho 182 Ta (polčas rozpadu 115,1 dňa) sa používa ako izotopový indikátor.

Prvok objavil v roku 1802 švédsky chemik A. G. Ekeberg v dvoch mineráloch nájdených vo Fínsku a Švédsku. Bol pomenovaný po hrdinovi starých gréckych mýtov Tantalovi kvôli ťažkostiam pri jeho izolácii. Minerály kolumbit, ktorý obsahuje kolumbium (niób), a tantalit, ktorý obsahuje tantal, boli dlho považované za jedno a to isté. Koniec koncov, tieto dva prvky sú vzájomnými častými spoločníkmi a sú si v mnohom podobné. Tento názor bol dlho považovaný za správny medzi chemikmi všetkých krajín, až v roku 1844 nemecký chemik Heinrich Rose opäť skúmal kolumbity a tantality z rôznych miest a našiel v nich nový kov, svojimi vlastnosťami podobný tantalu. Bol to niób. Plastický čistý kovový tantal prvýkrát získal nemecký vedec W. von Bolton v roku 1903.

Hlavné ložiská tantalových nerastov sa nachádzajú vo Fínsku, škandinávskych krajinách, Severnej Amerike, Brazílii, Austrálii, Francúzsku, Číne a mnohých ďalších krajinách.

Vzhľadom na to, že tantal má množstvo cenných vlastností – dobrú ťažnosť, vysokú pevnosť, zvárateľnosť, odolnosť voči korózii pri miernych teplotách, žiaruvzdornosť a množstvo ďalších dôležitých vlastností – využitie sedemdesiateho tretieho prvku je veľmi široké. Najdôležitejšie oblasti použitia tantalu sú elektronika a strojárstvo. Približne štvrtina svetovej produkcie tantalu smeruje do elektrotechnického a vákuového priemyslu. V elektronike sa používa na výrobu elektrolytických kondenzátorov, anód vysokovýkonných lámp a mriežok. V chemickom priemysle sa tantal používa na výrobu častí strojov používaných pri výrobe kyselín, pretože tento prvok má mimoriadnu chemickú odolnosť. Tantal sa nerozpúšťa ani v tak chemicky agresívnom prostredí ako je aqua regia! Kovy, ako napríklad vzácne zeminy, sa tavia v tantalových téglikoch. Vyrábajú sa z neho ohrievače pre vysokoteplotné pece. Vzhľadom na to, že tantal neinteraguje so živými tkanivami ľudského tela a nepoškodzuje ich, používa sa v chirurgii na držanie kostí pri zlomeninách. Hlavným spotrebiteľom takéhoto cenného kovu je však hutníctvo (vyše 45 %). V posledných rokoch sa tantal stále viac používa ako legovací prvok v špeciálnych oceliach - ultrapevných, odolných voči korózii, žiaruvzdorným. Mnohé konštrukčné materiály navyše rýchlo strácajú tepelnú vodivosť: na ich povrchu sa vytvára oxidový alebo soľný film, ktorý zle vedie teplo. Konštrukcie vyrobené z tantalu a jeho zliatin s takýmito problémami nečelia. Oxidový film vytvorený na nich je tenký a dobre vedie teplo a má tiež ochranné antikorózne vlastnosti.

Cenný je nielen čistý tantal, ale aj jeho zlúčeniny. Vysoká tvrdosť karbidu tantalu sa teda využíva pri výrobe tvrdokovových nástrojov na vysokorýchlostné rezanie kovu. Zliatiny tantalu a volfrámu dodávajú častiam z nich vyrobeným tepelnú odolnosť.

Biologické vlastnosti

Vďaka svojej vysokej biologickej kompatibilite - schopnosti vychádzať so živými tkanivami bez toho, aby spôsoboval podráždenie alebo odmietnutie organizmu - našiel tantal široké využitie v medicíne, hlavne v rekonštrukčnej chirurgii - na obnovu ľudského tela. Tenké pláty tantalu sa používajú na poškodenie lebky - uzatvárajú zlomy v lebke. Medicína pozná prípad, keď bolo vyrobené umelé ucho z tantalovej platničky a koža transplantovaná zo stehna sa tak dobre a rýchlo zakorenila, že sa umelý orgán nedal odlíšiť od skutočného. Tantalové nite sa používajú na obnovu poškodeného svalového tkaniva. Chirurgovia používajú tantalové platničky na upevnenie stien brušnej dutiny po operáciách. Dokonca aj krvné cievy môžu byť spojené pomocou tantalových svoriek. Siete vyrobené z tohto unikátneho materiálu sa používajú pri výrobe očných protéz. Nite vyrobené z tohto kovu sa používajú na nahradenie šliach a dokonca na zošívanie nervových vlákien.

Nemenej rozšírené je použitie oxidu tantaličného Ta 2 O 5 - jeho zmes s malým množstvom oxidu železitého sa navrhuje použiť na urýchlenie zrážania krvi.

Za posledné desaťročie sa rozvíjalo nové odvetvie medicíny založené na využívaní statických elektrických polí krátkeho dosahu na stimuláciu pozitívnych biologických procesov v ľudskom tele. Okrem toho sa elektrické polia nevytvárajú v dôsledku tradičných zdrojov elektrickej energie so sieťovým alebo batériovým napájaním, ale v dôsledku autonómne fungujúcich elektretových povlakov (dielektrikum, ktoré si po dlhú dobu zachováva nekompenzovaný elektrický náboj), aplikovaných na implantáty na rôzne účely, široko používané v medicíne.

V súčasnosti sú pozitívne výsledky z použitia elektretových filmov oxidu tantaličného dosiahnuté v nasledujúcich oblastiach medicíny: maxilofaciálna chirurgia (použitie implantátov potiahnutých Ta 2 O 5 eliminuje vznik zápalových procesov a skracuje čas hojenia implantátu) ; ortopedická stomatológia (potiahnutie zubných protéz z akrylových plastov filmom oxidu tantaličného eliminuje všetky možné patologické prejavy spôsobené intoleranciou na akryláty); chirurgia (použitie elektretového aplikátora pri liečbe defektov kože a spojivového tkaniva pri dlhodobo sa nehojacich procesoch rán, preležanín, neurotrofických vredov, termických poranení); traumatológia a ortopédia (urýchlenie vývoja kostného tkaniva pri liečbe zlomenín a ochorení pohybového aparátu človeka pod vplyvom statického poľa vytvoreného elektretovým povlakovým filmom).

Všetky tieto jedinečné vedecké pokroky boli možné vďaka vedeckej práci odborníkov zo Štátnej elektrotechnickej univerzity v Petrohrade (LETI).

Okrem oblastí uvedených vyššie, kde sa už používajú alebo sa zavádzajú jedinečné povlaky oxidu tantaličného, ​​existuje vývoj, ktorý je vo veľmi skorých štádiách. Patria sem vývoj v nasledujúcich oblastiach medicíny: kozmetológia (výroba materiálu na báze oxidu tantaličného, ​​ktorý nahradí „zlaté nite“); srdcová chirurgia (aplikácia elektretových filmov na vnútorný povrch umelých krvných ciev, zabránenie tvorbe krvných zrazenín); endoprotetika (zníženie rizika odmietnutia protéz, ktoré sú v neustálej interakcii s kostným tkanivom). Okrem toho sa vytvára chirurgický nástroj potiahnutý filmom oxidu tantle.

Je známe, že tantal je veľmi odolný voči agresívnemu prostrediu, o čom svedčí množstvo faktov. Takže pri teplote 200 °C tento kov neovplyvňuje sedemdesiat percent kyseliny dusičnej! V kyseline sírovej pri teplote 150 °C sa korózia tantalu tiež nepozoruje a pri 200 °C kov koroduje, ale len o 0,006 mm za rok!

Je známy prípad, keď v jednom podniku, ktorý používal plynný chlorovodík, časti z nehrdzavejúcej ocele zlyhali už po niekoľkých mesiacoch. Len čo bola oceľ nahradená tantalom, ukázalo sa, že aj tie najtenšie časti (hrúbka 0,3...0,5 mm) sú prakticky neobmedzené - ich životnosť sa zvýšila na 20 rokov!

Tantal je spolu s niklom a chrómom široko používaný ako antikorózny povlak. Zahŕňa časti rôznych tvarov a veľkostí: tégliky, rúrky, plechy, raketové trysky a oveľa viac. Okrem toho môže byť materiál, na ktorý sa nanáša tantalový povlak, veľmi rôznorodý: železo, meď, grafit, kremeň, sklo a iné. Najzaujímavejšie je, že tvrdosť tantalového povlaku je tri až štyrikrát vyššia ako tvrdosť technického tantalu v žíhanej forme!

Vzhľadom na to, že tantal je veľmi cenný kov, hľadanie jeho surovín pokračuje aj dnes. Mineralógovia zistili, že obyčajné žuly okrem iných cenných prvkov obsahujú aj tantal. Pokus o extrakciu tantalu zo žulových hornín sa uskutočnil v Brazílii, kov sa získal, ale takáto ťažba nedosiahla priemyselný rozsah - proces sa ukázal ako mimoriadne drahý a zložitý.

Moderné elektrolytické tantalové kondenzátory sú stabilné, spoľahlivé a odolné. Miniatúrne kondenzátory vyrobené z tohto materiálu, používané v rôznych elektronických systémoch, majú okrem vyššie uvedených výhod jednu jedinečnú kvalitu: môžu vykonávať svoje vlastné opravy! Ako sa to stane? Predpokladajme, že celistvosť izolácie je poškodená v dôsledku poklesu napätia alebo z iného dôvodu - v mieste poruchy sa okamžite vytvorí izolačný oxidový film a kondenzátor pokračuje v práci, akoby sa nič nestalo!

K tantalu možno oprávnene priradiť výraz „smart metal“, ktorý sa objavil v polovici 20. storočia, teda kov, ktorý pomáha pri prevádzke inteligentných strojov.

V niektorých oblastiach tantal nahrádza a niekedy dokonca konkuruje platine! Tantal tak pri výrobe šperkov často nahrádza drahší ušľachtilý kov pri výrobe náramkov, puzdier na hodinky a iných šperkov. V inej oblasti tantal úspešne konkuruje platine - štandardné analytické váhy vyrobené z tohto kovu nie sú kvalitou horšie ako platinové.

Okrem toho tantal nahrádza drahšie irídium pri výrobe hrotov pre automatické perá.

Vďaka svojim jedinečným chemickým vlastnostiam našiel tantal uplatnenie ako materiál pre katódy. Tantalové katódy sa teda používajú pri elektrolytickej separácii zlata a striebra. Ich hodnota spočíva v tom, že sediment ušľachtilých kovov je možné zmyť aqua regia, ktorá nepoškodzuje tantal.

Rozhodne sa dá hovoriť o tom, že je niečo symbolické, ak nie mystické, v tom, že švédsky chemik Ekeberg, ktorý sa pokúšal nasýtiť novú látku kyselinami, bol zasiahnutý „smädom“ a dal novému prvku meno v r. česť mýtického darebáka, ktorý zabil vlastného syna a zradil bohov. A o dvesto rokov neskôr sa ukázalo, že tento prvok je schopný doslova „ušiť“ človeka a dokonca „nahradiť“ jeho šľachy a nervy! Ukáže sa, že mučeník, strádajúci v podsvetí, odpykáva svoju vinu tým, že pomáha človeku, snaží sa vyprosiť si odpustenie bohov...

Príbeh

Tantalos je hrdina starých gréckych mýtov, lýdsky alebo frýgsky kráľ, syn Dia. Prezradil tajomstvá olympských bohov, z ich sviatku ukradol ambróziu a olympionikov pohostil pokrmom pripraveným z tela vlastného syna Pelopa, ktorého zabil. Za svoje zverstvá bol Tantalus bohmi odsúdený na večné muky hladu, smädu a strachu v podsvetí Hádes. Odvtedy stojí po krk v priezračnej krištáľovo čistej vode a konáre sa pod ťarchou zrelých plodov skláňajú k hlave. Len on nevie uhasiť smäd ani hlad – voda klesá, len čo sa pokúsi napiť, a konáre dvíha vietor z rúk hladného zabijaka. Nad Tantalovou hlavou visí skala, ktorá sa môže každú chvíľu zrútiť a nešťastného hriešnika prinúti navždy trpieť strachom. Vďaka tomuto mýtu vznikol výraz „Tantalumove muky“, označujúci neznesiteľné utrpenie, éterické pokusy oslobodiť sa od múk. Zrejme pri neúspešných pokusoch švédskeho chemika Ekeberga rozpustiť „zem“, ktorú objavil v roku 1802 v kyselinách a izolovať z nej nový prvok, mu napadol práve tento výraz. Viac ako raz si vedec myslel, že je blízko k svojmu cieľu, ale nikdy nedokázal izolovať nový kov v jeho čistej forme. Takto sa objavil názov „mučeníctvo“ nového prvku.

Objav tantalu úzko súvisí s objavom ďalšieho prvku – nióbu, ktorý sa zrodil o rok skôr a pôvodne dostal názov Columbia, ktorý mu dal jeho objaviteľ Hatchet. Tento prvok je dvojčaťom tantalu a je mu blízky v množstve vlastností. Práve táto blízkosť vyviedla z omylu chemikov, ktorí po dlhých debatách dospeli k chybnému záveru, že tantal a kolumbium sú tým istým prvkom. Táto mylná predstava trvala viac ako štyridsať rokov, kým v roku 1844 slávny nemecký chemik Heinrich Rose pri opakovanom štúdiu kolumbitov a tantalitov z rôznych ložísk nedokázal, že kolumbium je samostatný prvok. Columbia skúmaná Gatchetom bola niób s vysokým obsahom tantalu, čo zavádzalo vedecký svet. Na počesť takého úzkeho vzťahu medzi týmito dvoma prvkami dala Rose Kolumbii nové meno Niobium – na počesť dcéry frýgskeho kráľa Tantala Niobia. Hoci Rose urobil chybu aj v tom, že údajne objavil ďalší nový prvok, ktorý nazval Pelopius (podľa Tantalovho syna Pelopsa), jeho práca sa stala základom pre striktné rozlišovanie medzi nióbom (Columbium) a tantalom. Len aj po Roseovom dôkaze boli tantal a niób dlho zmätené. Tantal sa teda nazýval kolumbium, v Rusku kolumbus. Hess vo svojich „Princípoch čistej chémie“ až po jej šieste vydanie (1845) hovorí len o tantale, bez zmienky o Kolumbii; Dvigubsky (1824) uvádza názov tantalium. Takéto chyby a výhrady sú pochopiteľné – metódu oddeľovania tantalu a nióbu vyvinul až v roku 1866 švajčiarsky chemik Marignac a ako taký čistý elementárny tantal ešte neexistoval: veď vedci dokázali tento kov získať v jeho čistom výlisku. forme až v 20. storočí. Prvým, kto bol schopný získať tantalový kov, bol nemecký chemik von Bolton, a to sa stalo až v roku 1903. Predtým sa samozrejme robili pokusy získať čistý tantalový kov, ale všetky snahy chemikov boli neúspešné. Napríklad francúzsky chemik Moissan získal kovový prášok, o ktorom tvrdil, že je to čistý tantal. Tento prášok, získaný redukciou oxidu tantaličného Ta205 uhlíkom v elektrickej peci, však nebol čistý tantal, prášok obsahoval 0,5 % uhlíka.

Výsledkom bolo, že podrobné štúdium fyzikálno-chemických vlastností sedemdesiateho tretieho prvku bolo možné až na začiatku dvadsiateho storočia. Ešte niekoľko rokov tantal nenašiel praktické využitie. Až v roku 1922 sa mohol použiť v usmerňovačoch striedavého prúdu.

Byť v prírode

Priemerný obsah sedemdesiateho tretieho prvku v zemskej kôre (clarke) je 2,5∙10 -4 % hmotnosti. Tantal je charakteristickým prvkom kyslých hornín - žuly a sedimentárnych schránok, v ktorých jeho priemerný obsah dosahuje 3,5∙10 -4%, pre ultrabázické a zásadité horniny - vrchné časti plášťa a hlboké časti zemskej kôry, tzv. koncentrácia tantalu je tam oveľa nižšia: 1,8∙10 -6%. Tantal je rozptýlený v horninách magmatického pôvodu, ako aj v biosfére, pretože je izomorfný s mnohými chemickými prvkami.

Napriek nízkemu obsahu tantalu v zemskej kôre sú jeho minerály veľmi rozšírené - je ich viac ako sto, a to ako samotné minerály tantalu, tak aj rudy s obsahom tantalu, všetky vznikli v súvislosti s magmatickou činnosťou (tantalit, kolumbit, atď.). loparit, pyrochlór a iné). Vo všetkých mineráloch je spoločníkom tantalu niób, čo sa vysvetľuje extrémnou chemickou podobnosťou prvkov a takmer identickou veľkosťou ich iónov.

Samotné tantalové rudy majú pomer Ta 2 O 5 : Nb 2 O 5 ≥1. Hlavnými minerálmi tantalových rúd sú kolumbit-tantalit (obsah Ta 2 O 5 30-45 %), tantalit a manganotantalit (Ta 2 O 5 45-80 %), 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 %) a iné. Tantalit (Fe, Mn) (Ta, Nb) 2 O 6 má niekoľko odrôd: ferotantalit (FeO>MnO), manganotantalit (MnO>FeO). Tantalit sa dodáva v rôznych odtieňoch od čiernej po červenohnedú. Hlavnými minerálmi tantalovo-nióbových rúd, z ktorých sa popri nióbe získava oveľa drahší tantal, sú kolumbit (Ta 2 O 5 5-30 %), pyrochlór s obsahom tantalu (Ta 2 O 5 1-4 %) loparit (Ta205 0,4-0,8 %), gatchettolit (Ca, Tr, U)2 (Nb, Ta)206 (F, OH)∙nH20 (Ta205 8-28 %), ixiolit (Nb, Ta, Sn, W, Sc)306 a niektoré ďalšie. Niobitany tantalu obsahujúce U, Th, TR sú metamitické, vysoko rádioaktívne a obsahujú rôzne množstvá vody; polymorfné modifikácie sú bežné. Tantal-niobáty tvoria malé diseminácie, veľké alokácie sú zriedkavé (kryštály sú typické hlavne pre loparit, pyrochlór a kolumbit-tantalit). Farba čierna, tmavo hnedá, hnedožltá. Zvyčajne priesvitné alebo mierne priesvitné.

Existuje niekoľko hlavných priemyselných a genetických typov ložísk tantalovej rudy. Pegmatity vzácnych kovov natro-lítneho typu sú reprezentované zónovými žilnými telesami, ktoré pozostávajú z albitu, mikroklinu, kremeňa a v menšej miere aj spodumenu alebo petalitu. Vzácne kovové tantalonosné žuly (apogranity) sú zastúpené malými zásobami a kupolami mikroklinovo-kremenných-albitových granitov, často obohatených topásom a lítiovými sľudami s tenkým výsevom kolumbit-tantalitu a mikrolitu. Zvetrávacie kôry, deluviálno-aluviálne a aluviálne násypy vznikajúce v súvislosti s deštrukciou pegmatitov obsahujú kaziterit a minerály skupiny kolumbit-tantalit. Nefelínové syenity s loparitom zloženia lujavritu a foyalitu.

Priemyselne sa využívajú aj ložiská komplexných tantalovo-nióbových rúd, reprezentovaných karbonátitmi a pridruženými forsterit-apatit-magnetitovými horninami; mikroklino-albitové riebeckitové alkalické žuly a granosyenity a iné. Určité množstvo tantalu sa získava z wolframitov greisenov.

Najväčšie náleziská titánových rúd sa nachádzajú v Kanade (Manitoba, Bernick Lake), Austrálii (Greenbushes, Pilbara), Malajzii a Thajsku (tzv. tantalové ryže), Brazílii (Paraiba, Rio Grande do Norte) a v mnohých afrických krajinách. štátov (Zaire, Nigéria, Južná Rodézia).

Aplikácia

Tantal našiel svoje technické uplatnenie pomerne neskoro - začiatkom 20. storočia sa používal ako materiál pre žhaviace vlákna elektrických lámp, čo bolo spôsobené kvalitou tohto kovu, napríklad žiaruvzdornosťou. Čoskoro však v tejto oblasti stratil svoj význam, nahradil ho lacnejší a žiaruvzdornejší volfrám. Tantal sa opäť stal „technicky nevhodným“ až do dvadsiatych rokov 20. storočia, kedy sa začal používať v usmerňovačoch striedavého prúdu (tantal, potiahnutý oxidovým filmom, prechádza prúdom iba jedným smerom) a o rok neskôr - v rádiových elektrónkach. . Potom kov získal uznanie a čoskoro začal dobývať stále nové a nové oblasti priemyslu.

V súčasnosti sa tantal pre svoje jedinečné vlastnosti používa v elektronike (výroba kondenzátorov s vysokou špecifickou kapacitou). Približne štvrtina svetovej produkcie tantalu smeruje do elektrotechnického a vákuového priemyslu. Vďaka vysokej chemickej inertnosti samotného tantalu a jeho oxidového filmu sú elektrolytické tantalové kondenzátory v prevádzke veľmi stabilné, spoľahlivé a odolné: ich životnosť môže dosiahnuť viac ako dvanásť rokov. V rádiotechnike sa tantal používa v radarových zariadeniach. Tantalové mini kondenzátory sa používajú v rádiových vysielačoch, radarových inštaláciách a iných elektronických systémoch.

Hlavným spotrebiteľom tantalu je metalurgia, ktorá využíva viac ako 45 % vyrobeného kovu. Tantal sa aktívne používa ako legovací prvok v špeciálnych oceliach - ultrapevných, odolných voči korózii, žiaruvzdorným. Pridanie tohto prvku do bežných chrómových ocelí zvyšuje ich pevnosť a znižuje krehkosť po kalení a žíhaní. Výroba žiaruvzdorných zliatin je veľkou potrebou pre raketovú a vesmírnu techniku. V prípadoch, keď sú dýzy rakiet chladené tekutým kovom, ktorý môže spôsobiť koróziu (lítium alebo sodík), je jednoducho nemožné zaobísť sa bez zliatiny tantal-volfrám. Okrem toho sú ohrievače pre vysokoteplotné vákuové pece, ohrievače a miešačky vyrobené zo žiaruvzdorných ocelí. Karbid tantalu (teplota topenia 3 880 °C) sa používa pri výrobe tvrdých zliatin (zmesi karbidov volfrámu a tantalu - triedy s indexom TT, pre najťažšie podmienky obrábania kovov a rotačné príklepové vŕtanie najpevnejších materiálov (kameň, kompozity ).

Ocele legované tantalom sú široko používané napríklad v chemickom inžinierstve. Koniec koncov, takéto zliatiny majú výnimočnú chemickú odolnosť, sú tvárne, žiaruvzdorné a žiaruvzdorné, vďaka týmto vlastnostiam sa tantal stal nepostrádateľným konštrukčným materiálom pre chemický priemysel. Tantalové zariadenia sa používajú pri výrobe mnohých kyselín: chlorovodíkovej, sírovej, dusičnej, fosforečnej, octovej, ako aj brómu, chlóru a peroxidu vodíka. Vyrábajú sa z neho cievky, destilátory, ventily, mixéry, prevzdušňovače a mnohé ďalšie časti chemických aparatúr. Niekedy - celé zariadenia. Tantalové katódy sa používajú pri elektrolytickej separácii zlata a striebra. Výhodou týchto katód je, že usadeniny zlata a striebra je možné zmyť pomocou aqua regia, ktorá neškodí tantalu.

Okrem toho sa tantal používa pri výrobe nástrojov (röntgenové zariadenia, riadiace prístroje, membrány); v medicíne (materiál pre rekonštrukčnú chirurgiu); v jadrovej energetike - ako výmenník tepla pre systémy jadrovej energie (tantal je najstabilnejší zo všetkých kovov v prehriatych taveninách a parách cézia-133). Vysoká schopnosť tantalu absorbovať plyny sa využíva na udržanie vysokého vákua (elektrické vákuové zariadenia).

V posledných rokoch sa tantal používa ako šperkový materiál vďaka svojej schopnosti vytvárať na povrchu odolné oxidové filmy akejkoľvek farby.

Zlúčeniny tantalu sú tiež široko používané. Oxid tantaličný sa používa v jadrovej technológii na tavenie skla, ktoré pohlcuje gama žiarenie. Fluorotantalát draselný sa používa ako katalyzátor pri výrobe syntetického kaučuku. Oxid tantaličný tiež hrá rovnakú úlohu pri výrobe butadiénu z etylalkoholu.

Výroba

Je známe, že rudy obsahujúce tantal sú vzácne a chudobné na tento prvok. Hlavnými surovinami na výrobu tantalu a jeho zliatin sú koncentráty tantalitu a loparitu s obsahom iba 8 % Ta 2 O 5 a viac ako 60 % Nb 2 O 5. Okrem toho sa spracovávajú aj tie rudy, ktoré obsahujú len stotiny percenta (Ta, Nb) 2 O 5!

Technológia výroby tantalu je pomerne zložitá a uskutočňuje sa v troch etapách: otváranie alebo rozklad; separácia tantalu od nióbu a získanie ich čistých chemických zlúčenín; regenerácia a rafinácia tantalu.

Otvorenie tantalového koncentrátu, inými slovami, extrakcia tantalu z rúd sa uskutočňuje pomocou alkálií (fúzia) alebo pomocou kyseliny fluorovodíkovej (rozklad) alebo zmesi kyseliny fluorovodíkovej a sírovej. Potom prechádzajú na druhú fázu výroby - extrakciu extrakciu a separáciu tantalu a nióbu. Posledná úloha je veľmi náročná vzhľadom na podobnosť chemických vlastností týchto kovov a takmer identickú veľkosť ich iónov. Až donedávna sa kovy oddeľovali iba metódou, ktorú v roku 1866 navrhol švajčiarsky chemik Marignac, ktorý využil rozdielnu rozpustnosť fluorotantalátu draselného a fluoroniobátu draselného v zriedenej kyseline fluorovodíkovej. Moderný priemysel používa na separáciu tantalu a nióbu niekoľko metód: extrakcia organickými rozpúšťadlami, selektívna redukcia chloridu nióbového, frakčná kryštalizácia komplexných fluoridových solí, separácia pomocou iónomeničových živíc, rektifikácia chloridov. V súčasnosti je najpoužívanejšou separačnou metódou (je aj najpokročilejšia) extrakcia z roztokov zlúčenín fluoridu tantalu a nióbu s obsahom kyseliny fluorovodíkovej a sírovej. Zároveň sa tantal a niób čistia aj od nečistôt iných prvkov: kremíka, titánu, železa, mangánu a iných príbuzných prvkov. Čo sa týka loparitových rúd, ich koncentráty sa spracovávajú chlórovou metódou za vzniku kondenzátu chloridov tantalu a nióbu, ktoré sa ďalej oddeľujú rektifikáciou. Separácia zmesi chloridov pozostáva z týchto etáp: predbežná rektifikácia (dochádza k oddeleniu chloridov tantalu a nióbu od sprievodných nečistôt), hlavná rektifikácia (na získanie čistého koncentrátu NbCl 5 a TaCl 5) a konečná rektifikácia tantalovej frakcie (do získať čistý TaCl 5). Po oddelení príbuzných kovov sa tantalová fáza vyzráža a prečistí, čím sa získa fluorotantalát draselný so zvýšenou čistotou (s použitím KCl).

Kov tantal sa získava redukciou jeho vysoko čistých zlúčenín, na čo je možné použiť niekoľko metód. Ide buď o redukciu tantalu z oxidu pentoxidu sadzami pri teplote 1800 – 2000 °C (karbotermická metóda), alebo o redukciu fluorotantalátu draselného sodíkom pri zahrievaní (sodíková tepelná metóda), alebo o elektrochemickú redukciu z taveniny obsahujúcej fluorotantalát draselný. a oxid tantalu (elektrolytická metóda). Tak či onak sa kov získava v práškovej forme s čistotou 98-99%. Aby sa získal kov v ingotoch, speká sa vo forme predlisovaných predvalkov z prášku. Spekanie prebieha prechodom prúdu pri teplote 2 500 – 2 700 °C alebo zahrievaním vo vákuu pri 2 200 – 2 500 °C. Potom sa čistota kovu výrazne zvýši a rovná sa 99,9 - 99,95%.

Na ďalšiu rafináciu a výrobu tantalových ingotov sa používa elektrické vákuové tavenie v oblúkových peciach s tavnou elektródou a na hlbšie zušľachťovanie tavenie elektrónovým lúčom, ktoré výrazne znižuje obsah nečistôt v tantale, zvyšuje jeho ťažnosť a znižuje teplotu. prechodu do krehkého stavu. Tantal takejto čistoty si zachováva vysokú ťažnosť pri teplotách blízkych absolútnej nule! Povrch tantalového ingotu sa roztaví (aby mal povrch ingotu požadované vlastnosti) alebo sa spracoval na sústruhu.

Fyzikálne vlastnosti

Až na začiatku 20. storočia sa vedcom dostal do rúk čistý tantalový kov a mohli podrobne študovať vlastnosti tohto svetlosivého kovu s mierne modrastým odtieňom olova. Aké vlastnosti má tento prvok? Tantal je určite ťažký kov: jeho hustota je 16,6 g/cm 3 pri 20 °C (pre porovnanie železo má hustotu 7,87 g/cm 3, hustota olova je 11,34 g/cm 3) a na prepravu 1 kubický meter Tento prvok by si vyžadoval šesť trojtonových nákladných áut. Vysoká pevnosť a tvrdosť sú kombinované s vynikajúcimi plastovými vlastnosťami. Čistý tantal sa dobre hodí na mechanické spracovanie, ľahko sa lisuje, spracováva na najtenšie plechy (hrúbka asi 0,04 mm) a drôt (modul pružnosti tantalu 190 Hn/m2 alebo 190 · 102 kgf/mm2 pri 25 °C). Za studena je možné kov spracovať bez výrazného mechanického spevnenia a podlieha deformácii s kompresným pomerom 99 % bez medzivýpalu. Prechod tantalu z plastického do krehkého stavu nie je pozorovaný ani pri ochladení na -196 °C. Pevnosť v ťahu žíhaného tantalu vysokej čistoty je 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) pri 27 °C a 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) pri 490 °C; relatívne predĺženie 36 % (pri 27 °C) a 20 % (pri 490 °C). Tantal má na telo centrovanú kubickú mriežku (a = 3,296 A); atómový polomer 1,46 A, iónové polomery Ta 2+ 0,88 A, Ta 5+ 0,66 A.

Ako už bolo spomenuté, tantal je veľmi tvrdý kov (Tvrdosť tantalových plechov podľa Brinella v žíhanom stave je 450-1250 MPa, v deformovanom stave 1250-3500 MPa). Okrem toho je možné zvýšiť tvrdosť kovu pridaním množstva nečistôt, napríklad uhlíka alebo dusíka (tvrdosť tantalového plechu podľa Brinella po absorbovaní plynov pri zahrievaní vzrastie na 6000 MPa). Výsledkom je, že intersticiálne nečistoty prispievajú k zvýšeniu tvrdosti Brinella, pevnosti v ťahu a medze klzu, ale znižujú charakteristiky plasticity a zvyšujú krehkosť za studena, inými slovami, robia kov krehkým. Ďalšími charakteristickými vlastnosťami sedemdesiateho tretieho prvku je jeho vysoká tepelná vodivosť, pri 20–100 °C je táto hodnota 54,47 W/(m∙K) alebo 0,13 cal/(cm·sec·°С) a žiaruvzdornosť (možno najviac dôležitá fyzikálna vlastnosť tantalu) - topí sa pri takmer 3 000 °C (presnejšie pri 2 996 °C), na druhom mieste po volfráme a réniu. Mimoriadne vysoký je aj bod varu tantalu: 5 300 °C.

Čo sa týka iných fyzikálnych vlastností tantalu, jeho špecifické teplo pri teplotách od 0 do 100 °C je 0,142 kJ/(kg K) alebo 0,034 cal/(g °C); teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti tantalu je 8,0·10 -6 (pri teplotách 20–1 500 °C). Elektrický odpor sedemdesiateho tretieho prvku pri 0 °C je 13,2 10 -8 ohm m, pri 2000 °C 87 10 -8 ohm m. Pri 4,38 K sa kov stáva supravodičom. Tantal je paramagnetický, špecifická magnetická susceptibilita 0,849·10 -6 (pri 18 °C).

Tantal má teda jedinečný súbor fyzikálnych vlastností: vysoký koeficient prestupu tepla, vysokú schopnosť absorbovať plyny, tepelnú odolnosť, žiaruvzdornosť, tvrdosť a plasticitu. Okrem toho sa vyznačuje vysokou pevnosťou - dobre sa hodí na tlakové spracovanie všetkými existujúcimi metódami: kovanie, razenie, valcovanie, ťahanie, krútenie. Tantal sa vyznačuje dobrou zvárateľnosťou (zváranie a spájkovanie v argóne, héliu alebo vo vákuu). Okrem toho má tantal výnimočnú chemickú a koróznu odolnosť (s tvorbou anodického filmu), nízky tlak pár a nízku funkciu elektrónovej práce a navyše sa dobre znáša so živým tkanivom tela.

Chemické vlastnosti

Jednou z najcennejších vlastností tantalu je rozhodne jeho výnimočná chemická odolnosť: v tomto ohľade je na druhom mieste za ušľachtilými kovmi, a aj to nie vždy. Je odolný voči kyselinám chlorovodíkovej, sírovej, dusičnej, fosforečnej a organických všetkých koncentrácií (do teploty 150 °C). Z hľadiska chemickej stability je tantal podobný sklu – je nerozpustný v kyselinách a ich zmesiach, nerozpustí ho ani aqua regia, proti ktorej je zlato a platina a rad ďalších cenných kovov bezmocné. Sedemdesiaty tretí prvok je rozpustný iba v zmesi kyseliny fluorovodíkovej a dusičnej. Navyše k reakcii s kyselinou fluorovodíkovou dochádza iba s kovovým prachom a je sprevádzaná výbuchom. Dokonca aj v horúcich kyselinách chlorovodíkovej a sírovej je tantal odolnejší ako jeho dvojča niób. Tantal je však menej odolný voči zásadám – horúce roztoky žieravých zásad kov korodujú. Soli tantalových kyselín (tantaláty) sú vyjadrené všeobecným vzorcom: xMe 2 O yTa 2 O 5 H 2 O, patria sem metatantaláty MeTaO 3, ortotantaláty Me 3 TaO 4, soli ako Me 5 TaO 5, kde Me je alkalický kov ; v prítomnosti peroxidu vodíka vznikajú aj pertantaláty. Najdôležitejšie tantaláty alkalických kovov sú KTaO 3 a NaTaO 3; tieto soli sú feroelektriká.

O vysokej odolnosti tantalu proti korózii svedčí aj jeho interakcia so vzdušným kyslíkom, respektíve jeho vysoká odolnosť voči tomuto vplyvu. Kov začína oxidovať až pri 280 °C a pokryje sa ochranným filmom Ta 2 O 5 (oxid tantalu je jediný stabilný oxid kovu), ktorý chráni kov pred pôsobením chemických činidiel a zabraňuje toku elektrického prúdu z kovu na elektrolyt. So zvýšením teploty na 500 ° C sa však oxidový film postupne stáva pórovitým, delaminuje sa a oddeľuje od kovu, čím zbavuje povrch ochrannej vrstvy proti korózii. Preto je vhodné vykonávať horúce tlakové spracovanie vo vákuu, pretože na vzduchu kov oxiduje do značnej hĺbky. Prítomnosť dusíka a kyslíka zvyšuje tvrdosť a pevnosť tantalu, pričom súčasne znižuje jeho ťažnosť a robí kov krehkým, a ako už bolo spomenuté, tantal tvorí tuhý roztok a oxiduje Ta 2 O 5 s kyslíkom (so zvýšením obsahu O 2 v tantale dochádza k prudkému zvýšeniu pevnostných vlastností a silnému zníženiu ťažnosti a odolnosti proti korózii). Tantal reaguje s dusíkom za vzniku troch fáz - tuhého roztoku dusíka v tantale, nitridov tantalu: Ta 2 N a TaN - v teplotnom rozmedzí od 300 do 1 100 °C. V podmienkach vysokého vákua (pri teplotách nad 2 000 °C) je možné tantal zbaviť dusíka a kyslíka.

Tantal slabo reaguje s vodíkom až do zahriatia na 350 °C, rýchlosť reakcie sa výrazne zvyšuje až od 450 °C (tvorí sa hydrid tantalu a tantal krehne). Rovnaký ohrev vo vákuu (nad 800 °C) pomáha zbaviť sa vodíka, pri ktorom sa obnovia mechanické vlastnosti tantalu a vodík sa úplne odstráni.

Fluór pôsobí na tantal už pri izbovej teplote a s kovom reaguje aj fluorovodík. Suchý chlór, bróm a jód majú chemický účinok na tantal pri teplotách 150 °C a vyšších. Chlór začína aktívne interagovať s kovom pri teplote 250 °C, bróm a jód pri teplote 300 °C. Tantal začína interagovať s uhlíkom pri veľmi vysokých teplotách: 1 200 – 1 400 °C a dochádza k tvorbe žiaruvzdorných karbidov tantalu, ktoré sú veľmi odolné voči kyselinám. Tantal sa spája s bórom za vzniku boridov - pevných, žiaruvzdorných zlúčenín, ktoré sú odolné voči účinkom aqua regia. Tantal tvorí súvislé tuhé roztoky s mnohými kovmi (molybdén, niób, titán, volfrám, vanád a iné). Tantal tvorí obmedzené tuhé roztoky so zlatom, hliníkom, niklom, berýliom a kremíkom. Tantal nevytvára žiadne zlúčeniny s horčíkom, lítiom, draslíkom, sodíkom a niektorými ďalšími prvkami. Čistý tantal je odolný voči mnohým tekutým kovom (zliatiny Na, K, Li, Pb, U-Mg a Pu-Mg).

Tantal je špeciálny druh kovu, ktorý patrí do ušľachtilej skupiny. Bol objavený už v roku 1802, no považuje sa za mladý prvok. Napriek svojej vzácnosti má široké využitie nielen v šperkárstve, ale aj v priemysle. Častá je najmä v elektronike – obsahuje ju takmer každé zariadenie.

Masové používanie tohto kovu sa začalo v 40. rokoch minulého storočia a trvá dodnes. Svoju obľubu si získal vďaka zvýšeným pevnostným vlastnostiam. Okrem toho má mnoho jedinečných fyzikálnych a chemických vlastností.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Z fyzikálnych vlastností tohto kovu treba vyzdvihnúť vysokú teplotu topenia, ktorá je 3017 stupňov Celzia, čím sa odlišuje od mnohých analógov. Vďaka tomu sa používa v oblastiach, kde je potrebná zvýšená odolnosť voči extrémnym podmienkam. Charakteristiky tantalu zároveň zahŕňajú ťažnosť a tvrdosť, ktorých kombinácia je v prírode pomerne zriedkavá.

Teplota topenia tantalu je 3017 °C.

Vyššie uvedené vlastnosti tantalu umožňujú spracovať kov bez väčšej námahy a vytvoriť požadované tvary a veľkosti. Špeciálna štruktúra atómu je veľmi dôležitá pre vytváranie častí a mechanizmov štruktúr so zvýšenou zodpovednosťou. Tantal sa dobre hodí na kovanie a valcovanie. V tomto prípade možno úspešne použiť aj metódu deformácie za studena. Je potrebné zdôrazniť vysokú tepelnú vodivosť.

Vďaka svojej vysokej hustote je možné kov použiť na výrobu malých ozubených kolies a častí elektrických spotrebičov, ktoré sú odolné voči opotrebovaniu a nekazia sa ani po dlhšom používaní.

V niektorých prípadoch sa používa ako pohlcovač plynu. Treba zdôrazniť elektronickú konfiguráciu: kov má v normálnom stave a pri vysokých teplotách odlišné vlastnosti elektrickej vodivosti.

Tantalové diely je možné spájať spájkovaním, zváraním alebo nitovaním. Najčastejšie sa používa metóda zvárania, pretože kvalita zvaru sa vyznačuje vysokou pevnosťou a odolnosťou voči fyzickému namáhaniu.

Medzi chemickými vlastnosťami stojí za to vyzdvihnúť jeho vysokú odolnosť voči oxidácii a zásadám. Po roztavení je však čiastočne náchylný na alkálie. Oxidácia je nemožná pri teplotách pod 250 stupňov.

Chemické vlastnosti tohto kovu sú veľmi podobné sklu. Je takmer nemožné ho rozpustiť v kyseline, pokiaľ nepoužijete kyselinu fluorovodíkovú a dusičnú. Dokonca aj vystavenie kyseline sírovej neovplyvňuje štruktúru a tvar kovu. Na povrchu sa môže objaviť len malý film. Taktiež nepodlieha zničeniu pri dlhodobom vystavení morskej vode.

Výskyt v prírode a výroba tantalu

Tantal ako chemický prvok je v prírode veľmi vzácny, tvorí len 0,0002 % zemskej kôry. Veľmi zriedkavo sa vyskytuje v čistej forme, najčastejšie v zložení rôznych minerálov, v blízkosti iného kovu - nióbu.

Ložiská tohto prvku sa nachádzajú v mnohých krajinách. Veľké ložiská sa nachádzajú vo Francúzsku, Egypte, Číne a Thajsku. Ale najväčšie ložiská tohto prvku sú v Austrálii. Tantal sa ťaží v množstve viac ako 400 ton ročne. Zároveň neustále rastie potreba jeho využitia, s čím súvisí aj nárast objemu elektrozariadení vyrobených s použitím tohto kovu. Na základe toho dochádza k neustálemu rozvoju nových ložísk.

V našej krajine je výroba tantalu sústredená v horčíkovom závode Solikamsk. Kov sa získava po spracovaní koncentrátov loparitu. V iných krajinách sa používajú aj iné minerály ako rutil, struverit, tantalit a kolumbit.

Najväčšími producentmi tohto kovu na svete sú USA, Japonsko a Čína. Počet svetových výrobcov nepresahuje 40 firiem. Cena - od 1 000 dolárov za kg.

Zliatiny na báze tantalu

Vďaka svojim špeciálnym fyzikálnym vlastnostiam sa tento kov vo svojej čistej forme veľmi často používa v priemysle. Na zvýšenie pevnosti a odolnosti voči vysokým teplotám je však možné použiť zliatiny na jej báze a pridať vhodné legovacie zložky.

Zliatiny tantalu môžu zostať pevné pri teplotách okolo 1700 stupňov. Je to nevyhnutné pri použití zlúčenín tantalu v energetike, chemickom priemysle, výrobe vysoko presných nástrojov a metalurgii. Veľmi často sa pri konštrukcii vesmírnych rakiet používajú rôzne zliatiny.

Typ použitých legujúcich komponentov závisí od požadovaných konečných vlastností. Na zlepšenie kvality práce sa používajú prvky, ktoré dávajú zliatine zlepšené vlastnosti ťažnosti.

Treba poznamenať, že tantal v zliatinách sa veľmi často nepoužíva ako základ, ale ako legujúca zložka. Jeho pridanie do rôznych materiálov umožňuje zvýšenú odolnosť voči vysokým teplotám a korózii.

Obvod tantalového kondenzátora

Tantal TAV-10 je široko používaná zliatina na báze tohto kovu. Vyrába sa s prídavkom volfrámu, ktorého množstvo je asi 10%. Výsledkom je materiál so zlepšenou tepelnou odolnosťou. Používa sa na výrobu vykurovacích telies a na lekárske účely, pretože jeho zložky nedráždia ľudskú pokožku.

Aplikácie tantalu

Použitie tantalu nie je obmedzené na jednu oblasť. Stojí za to zdôrazniť oblasti, v ktorých sa tantalové výrobky najčastejšie používajú:

1. Hutníctvo. Takmer polovica tohto kovu sa používa v hutníckom priemysle. Je to spôsobené tým, že sa ľahko používa na vytváranie rôznych zliatin, najmä antikoróznych ocelí, ktoré sú odolné voči vysokým teplotám. Tantalový drôt sa používa v rôznych oblastiach, kde sa vyžaduje zvýšená pevnosť a tepelná odolnosť. Karbid tantalu je tiež široko používaný pri výrobe téglikov na žiaruvzdorné kovy.
2. Elektrotechnika. Asi 25 % sa používa pri výrobe elektrotechniky a elektrospotrebičov. Kondenzátory využívajúce tento prvok sa vyznačujú zvýšenou prevádzkovou stabilitou. Okrem toho sa v prípade zničenia povrchu kondenzátora vytvorí film oxidu tantalu, ktorý ho chráni. Vyzdvihnúť by ste mali aj prvky ako anódy, katódy, lampy a iné kovové časti, ktoré sa na jeho základe tiež vyrábajú.
3. Chemický priemysel. Pätina vyrobeného objemu sa využíva v chemickom priemysle. Je to spôsobené tým, že je odolný voči väčšine kyselín, solí a zásad.
4. Liek. Tantal v medicíne sa používa v takých odvetviach, ako je kostná a plastická chirurgia. Prvky vyrobené z tohto materiálu sa používajú na upevnenie kostí, aby sa dosiahla zvýšená pevnosť bez podráždenia organického tkaniva.
5. Vojenská sféra. Vo vojenskej sfére sa vyrábajú tantalové terče a náboje pre kumulatívne projektily.
6. Prístrojové vybavenie. Tento kov sa používa na výrobu presných prístrojov, kontrolných zariadení a rôznych membrán, ako aj vákuových prístrojov, pretože sa vyznačuje vlastnosťami absorpcie plynov.
7. Jadrová energia. V tejto oblasti kov pôsobí ako výmenník tepla.

Je potrebné poznamenať, že rozsah použitia tantalu je obmedzený iba malým objemom jeho výroby. Ak sa objem výroby zvýši, rozsah použitia sa výrazne rozšíri.

Objav tantalu sa datuje do roku 1802. Prvýkrát ju svetu predstavil vedec A. G. Ekeberg. Vo Fínsku a Švédsku objavil dva minerály. Práve v ich zložení bola táto látka prítomná. Samostatne to však vtedy nebolo možné vyčleniť. Práve pre takú vysokú zložitosť jeho ťažby vo svojej čistej forme bol pomenovaný po jednom z hrdinov mýtov starovekého Grécka. Dnes tento prvok našiel svoje široké uplatnenie v mnohých priemyselných odvetviach.

Tantal patrí do kategórie kovov. Má strieborno-biely odtieň. Vzhľadom trochu pripomína olovo, pretože má na sebe silný oxidový film.

Tento kov patrí do kategórie najvzácnejšie nájdených v prírode. K dnešnému dňu je známych iba dvadsať tantalových minerálov. Existuje však ďalších šesťdesiat minerálov, ktoré tento kov obsahujú. Spolu s ním je v takýchto mineráloch nevyhnutne prítomný niób. Má podobné chemické vlastnosti.

Vklady tantalu

Tantalové rudy sú veľmi zriedkavé.

Najväčšie z nich sa však nachádzajú v krajinách ako:

• Egypt,
• Francúzsko,
• Thajsko,
• Austrália,
• Mozambik.

Najväčšia tantalová ruda na svete sa nachádza v Greenbush v Austrálii.

Tantal má vysokú teplotu topenia. Je viac ako tritisíc stupňov Celzia. Bod varu tohto kovu presahuje päťtisíc stupňov Celzia. Vlastnosti tantalu reprezentujú aj ďalšie charakteristiky. Táto látka má pomerne pevnú štruktúru. Kov má však vysokú ťažnosť. V tomto parametri je porovnateľná so zlatom. Je vynikajúci na opracovanie výrobkov. Vďaka nej môžete vytvárať najjemnejšie typy drôtov alebo plechov na konečnú úpravu výrobkov.

Tantal patrí do kategórie málo aktívnych kovov. Jeho oxidačná rýchlosť pod vplyvom vzduchu je pomerne nízka. Na vzduchu podlieha oxidácii iba vtedy, ak jeho teplota dosiahne 250 stupňov Celzia.

Tabuľka. Charakteristika sľudových kondenzátorov na báze polykarbonátu, polystyrénu a tantalu.

Spočiatku sa v priemysle tento kov používal iba na vytvorenie tenkého drôtu na výrobu známych žiaroviek. Dnes sa tantal používa pomerne široko. Používa sa na výrobu priemyselných a domácich predmetov a pri vytváraní nových typov zbraní vo vojenskom priemysle.

Kov, akým je tantal, je nevyhnutný pri výrobe predmetov a zariadení, ktoré sú odolné voči korózii. Mnohé z týchto výrobkov majú navyše vysokú tepelnú odolnosť.

V lekárskom priemysle sa používanie tantalu už dlho považuje za normu. Fólia a drôt z tohto unikátneho materiálu sa používajú na obnovenie činnosti tkanív a nervov pacientov. Aktívne sa používajú aj na šitie obete.

Vďaka sile tantalu sa začal používať na výrobu kozmických lodí. Beryllid tantalu má vynikajúcu odolnosť voči oxidácii na vzduchu.

Tento kov našiel svoje uplatnenie v metalurgickom priemysle. Používa sa na výrobu tvrdých zliatin na obrábanie kovov. Zmes tantalu a karbidov volfrámu sa používa na vytvorenie tvrdých zliatin, ktoré možno použiť na vŕtanie otvorov do najodolnejších materiálov, ako sú kamene a kompozity.

Tento materiál si získal veľkú popularitu vo vojenskom priemysle. S jeho pomocou sa vytvára munícia, ktorá má vysokú odolnosť. Je takmer nemožné ich preraziť. Kov sa používa v laboratóriách na ministerstve vnútra na výrobu jadrových zbraní.

Najväčšie zásoby tantalu má Austrália. Práve tento štát je právom považovaný za lídra vo výrobe tejto látky.

Dôležité: Naša krajina má tiež možnosť ťažiť tantal. Existuje však množstvo ťažkostí, ktoré sa vysvetľujú neprístupnosťou vkladov.

Výroba tantalu v Rusku

U nás už veľká časť výroby tantalu leží na pleciach horčíka v Solikamsku. Tu sa tento kov získava z koncentrátov loparitu. Do závodu prichádzajú z ložiska Lovozero. V niektorých prípadoch sa na tento účel využívajú dovážané suroviny, ktoré predstavujú látky ako rutil, kolumbit, tantalit, struverit.

Lídrami vo výrobe tantalu sú Spojené štáty americké, Čína a Japonsko. Na svete je približne štyridsať spoločností, ktoré vyrábajú materiály ako tantal. Najväčšou spoločnosťou vyrábajúcou tento kov je spoločnosť zo Spojených štátov amerických Cabot Corporation. Jej pobočky sú otvorené v rôznych krajinách sveta.

Cena tantalu za gram nie je príliš vysoká. V priemere výrobcovia predávajú jeden gram tantalu za pol dolára. Kilogram dnes stojí viac ako tisíc dolárov.

Články k téme

Protipožiarna ochrana kovových konštrukcií

Nie je žiadnym tajomstvom, že kov nie je horľavý. Napriek tomu však vystavenie vysokým teplotám vedie k zmene jeho tvrdosti, v dôsledku čoho sa kov stáva mäkkým, pružným a v dôsledku toho schopným deformácie. To všetko sú dôvody, prečo sa stráca nosnosť kovu, čo môže pri požiari spôsobiť zrútenie celej budovy alebo jej samostatnej časti. To je nepochybne veľmi nebezpečné pre ľudský život. Aby sa tomu zabránilo, pri stavbe sa používajú rôzne zlúčeniny, vďaka ktorým sú kovové konštrukcie odolnejšie voči vysokým teplotám.