ลักษณะและคุณสมบัติของโลหะแทนทาลัม แทนทาลัม - ข้อพิพาทเกี่ยวกับการสมัครและความเข้าใจผิด

การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีสมัยใหม่ในปัจจุบันมีความเกี่ยวข้องกับการใช้วัสดุและสารที่มีประสิทธิภาพซึ่งมีคุณสมบัติและคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์และมีประโยชน์มาก

จากมุมมองนี้ ควรให้ความสนใจกับองค์ประกอบทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์เช่นแทนทาลัม และนี่ก็ไม่น่าแปลกใจ เพราะด้วยคุณลักษณะด้านความแข็งแกร่ง การใช้แทนทาลัมในปัจจุบันจึงค่อนข้างมีความเกี่ยวข้องในหลาย ๆ ด้านของอุตสาหกรรม

เพื่อขยายขอบเขตอันไกลโพ้นของคนทั่วไปในหัวข้อนี้ เราจะอธิบายรายละเอียดคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของแทนทาลัม และพูดคุยเกี่ยวกับจุดที่โลหะนี้ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในปัจจุบัน

คุณสมบัติทางเทคนิคของแทนทาลัม

ประการแรก ควรทำความเข้าใจว่าแทนทาลัมเป็นโลหะสีเทาที่มีสีมันเงาซึ่งสามารถนำไปผ่านกระบวนการทางกลได้อย่างง่ายดาย

ในบรรดาคุณสมบัติของโลหะนั้นควรคำนึงถึงประเด็นสำคัญหลายประการดังต่อไปนี้:

• หมายเลขซีเรียลในตารางธาตุ - 73;
• น้ำหนักอะตอม - 180;
• ความหนาแน่นของสารคือ 60 g/cm3;
• จุดหลอมเหลว - 3015 0 C;
• จุดเดือดของสารคือ 5300 0 C

คุณสมบัติของโลหะ

เนื่องจากลักษณะเหล่านี้แทนทาลัมจึงมีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ดังต่อไปนี้อย่างไม่ต้องสงสัย:

1. แทนทาลัมเป็นโลหะทนไฟและด้วยเหตุนี้องค์ประกอบจึงมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

• อัตราการขยายตัวเชิงเส้นขนาดเล็ก
• ค่าการนำความร้อนที่ดี
• ความแข็งแรงเชิงกลและความเหนียวสูง

1. มีคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม เป็นที่น่าสังเกตว่าแทนทาลัมภายใต้สภาวะปกตินั้นมีความเฉื่อยต่อน้ำทะเล แต่ถ้ามันอิ่มตัวด้วยออกซิเจนโลหะในกรณีนี้ก็จะมัวหมองเท่านั้น
2. แทนทาลัมมีความต้านทานต่อเกลือประเภทต่อไปนี้ได้ดี:

• เหล็กและทองแดงคลอไรด์
• ไนเตรต;
• ซัลเฟต;
• อย่างไรก็ตามเกลือของกรดอินทรีย์ต้องไม่มีฟลูออรีนหรือฟลูออไรด์

1. แทนทาลัมเริ่มสูญเสียลักษณะความแข็งแรงเมื่อทำปฏิกิริยากับฟลูออรีน นอกจากนี้ยังควรพิจารณาข้อเท็จจริงที่ว่าแทนทาลัมไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับโบรมีน ไอโอดีน และคลอรีนเหลว เว้นแต่จะมีอุณหภูมิถึง 150 0 C
2. แทนทาลัมค่อนข้างทนทานต่อผลกระทบของโลหะเหลวที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ
3. แทนทาลัมมีคุณสมบัติความเสถียรที่ดีเยี่ยมในอากาศที่อุณหภูมิสูงถึง 400 0 C ในขณะที่ฟิล์มป้องกันออกไซด์จะปรากฏขึ้นระหว่างการเก็บรักษาหรือแปรรูป
4. แทนทาลัมที่หลอมโดยวิธีลำแสงอิเล็กตรอนมีคุณสมบัติความเป็นพลาสติกเพิ่มขึ้น ซึ่งเมื่อโลหะถูกเปลี่ยนรูป จะทำให้มีการบีบอัดได้มากขึ้น
5. มันแปลงเป็นโลหะแผ่นได้ดีซึ่งเหมาะสำหรับการตีขึ้นรูป
6. มันช่วยให้การประมวลผลในระหว่างการเปลี่ยนรูปเย็นได้ดี อย่างไรก็ตาม คุณต้องเข้าใจว่าโลหะนี้ไม่ควรเปลี่ยนรูปในสภาวะร้อน เนื่องจากเมื่อถูกความร้อน แทนทาลัมจะเริ่มดูดซับไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ออกซิเจน และส่งผลให้วัสดุค่อนข้างเปราะ
7. การดำเนินการหลักอย่างหนึ่งในการประมวลผลแทนทาลัมคือการตัดวัสดุบนอุปกรณ์ความเร็วสูง

สำหรับการเชื่อมต่อชิ้นส่วนแทนทาลัมนั้นสามารถทำได้ด้วยวิธีต่อไปนี้:

• การเชื่อม;
• การบัดกรี;
• การเชื่อมต่อโดยใช้หมุดย้ำ

ที่นี่ควรคำนึงถึงความจริงที่ว่าสองวิธีสุดท้ายนั้นไม่ค่อยได้ใช้ดังนั้นคุณภาพของรอยเชื่อมแทนทาลัมจึงยังคงอยู่ในระดับสูงเสมอ

พื้นที่ใช้งานแทนทาลัม

คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้สามารถนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ ให้เราทราบรายละเอียดเกี่ยวกับทิศทางหลักในการใช้วัสดุพิเศษเช่นแทนทาลัม

อุตสาหกรรมโลหะวิทยา

โลหะวิทยาเป็นผู้บริโภคหลักของโลหะนี้ อุตสาหกรรมโลหะวิทยาคิดเป็น 45% ของการผลิตแทนทาลัม

การใช้แทนทาลัมหลักอยู่ในประเด็นสำคัญหลายประการดังต่อไปนี้:

• โลหะเป็นองค์ประกอบผสมหลักในการผลิตเกรดเหล็กทนความร้อนและป้องกันการกัดกร่อน
• แทนทาลัมคาร์ไบด์เป็นสารปกป้องที่เชื่อถือได้สำหรับแม่พิมพ์เหล็กในโรงหล่อ

อุตสาหกรรมไฟฟ้า

ประการแรกเป็นที่น่าสังเกตว่าหนึ่งในสี่ของแทนทาลัมที่ผลิตในโลกนั้นใช้ในอุตสาหกรรมไฟฟ้า และนี่ก็ไม่น่าแปลกใจเพราะผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้าประเภทต่อไปนี้ผลิตขึ้นโดยใช้โลหะนี้:

• ตัวเก็บประจุแทนทาลัมด้วยไฟฟ้ามีลักษณะการทำงานที่มั่นคง
• ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตองค์ประกอบโครงสร้างของโคมไฟเช่นขั้วบวกแคโทดและกริดที่ให้ความร้อนทางอ้อม
• ลวดแทนทาลัมใช้ในการผลิตชิ้นส่วนไครโอตรอนซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์
• เครื่องทำความร้อนสำหรับเตาเผาที่มีสภาวะการทำงานที่อุณหภูมิสูงนั้นทำจากโลหะนี้ได้อย่างประสบความสำเร็จ

ความจริงที่น่าสนใจ!ตัวเก็บประจุแทนทาลัมมีแนวโน้มที่จะซ่อมแซมตัวเองได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อเกิดไฟฟ้าแรงสูงกะทันหัน ประกายไฟได้ทำลายชั้นฉนวน ในกรณีนี้ ฟิล์มฉนวนออกไซด์จะเกิดขึ้นทันทีที่บริเวณที่เกิดข้อบกพร่อง ในขณะที่ตัวเก็บประจุจะยังคงทำงานในโหมดการทำงานปกติ!

อุตสาหกรรมเคมีภัณฑ์

ก่อนอื่นต้องสังเกตความจริงที่ว่า 20% ของแทนทาลัมที่ใช้นั้นตรงตามความต้องการของอุตสาหกรรมเคมี โดยเฉพาะโลหะนี้ใช้ในกรณีต่อไปนี้:

• การผลิตกรดชนิดต่างๆ ดังต่อไปนี้

1. ไนโตรเจน;
2. โอลยานายา;
3. กำมะถัน;
4. ฟอสฟอรัส;
5. น้ำส้มสายชู

• การผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ โบรมีน และคลอรีน
• การผลิตอุปกรณ์เคมีประเภทต่างๆ ดังต่อไปนี้

1. เครื่องเติมอากาศ;
2. โรงงานกลั่น;
3. คอยล์ประเภทต่างๆ
4. เครื่องกวน;
5. วาล์ว

ใน อุตสาหกรรมการแพทย์ใช้แทนทาลัมที่ขุดได้ในโลกไม่เกิน 5% ในทางการแพทย์ โลหะนี้ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในการทำศัลยกรรมพลาสติกและกระดูก ดังนั้นจึงใช้ธาตุแทนทาลัมเพื่อยึดกระดูก เย็บแผล ฯลฯ สิ่งนี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากแทนทาลัมไม่เป็นอันตรายต่อการทำงานที่สำคัญของร่างกายและไม่ระคายเคืองต่อเนื้อเยื่อที่มีชีวิต

แทนทาลัม, ตา (ตั้งชื่อตามวีรบุรุษในตำนานเทพเจ้ากรีกโบราณ Tantalus; lat. แทนทาลัม * a. แทนทาลัม; n. Tantal; f. tantale; i. tantalo) เป็นองค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม V ของระบบธาตุของ Mendeleev อะตอม หมายเลข 73 มวลอะตอม 180 ,9479 มันเกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปของไอโซโทปสองชนิด: 181 Ta (99.9877%) และ 180 Ta (0.0123%) มีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเทียมที่รู้จัก 13 ไอโซโทปของแทนทาลัมที่มีเลขมวลตั้งแต่ 172 ถึง 186 แทนทาลัมถูกค้นพบในปี 1802 โดยนักเคมีชาวสวีเดน A. G. Ekeberg แทนทาลัมโลหะพลาสติกได้รับครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน W. Bolten ในปี 1903

การใช้งานและการใช้งาน

วัตถุดิบหลักสำหรับการผลิตแทนทาลัมและโลหะผสมคือแทนทาไลต์และโลพาไรต์เข้มข้นที่มีประมาณ 8% Ta 2 O 5, 60% หรือมากกว่า Nb 2 O 5 สารเข้มข้นจะถูกสลายตัวด้วยกรดหรือด่าง ในขณะที่โลพาไรต์เข้มข้นจะถูกคลอรีน การแยก Ta และ Nb ทำได้โดยใช้การสกัด แทนทาลัมโลหะมักจะได้มาจากการลด Ta 2 O 5 ด้วยคาร์บอนหรือทางเคมีไฟฟ้าจากการหลอม

โลหะคอมแพ็คผลิตโดยอาร์กสุญญากาศ การหลอมพลาสมา หรือโลหะวิทยาแบบผง อุปกรณ์ที่ทนต่อการกัดกร่อนสำหรับอุตสาหกรรมเคมี แม่พิมพ์ เครื่องแก้วในห้องปฏิบัติการ และถ้วยใส่ตัวอย่างทำจากแทนทาลัมและโลหะผสม เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับระบบพลังงานนิวเคลียร์ ในการผ่าตัด แผ่น ฟอยล์ และลวดที่ทำจากแทนทาลัมถูกนำมาใช้เพื่อยึดเนื้อเยื่อ เส้นประสาท การเย็บแผล และสร้างขาเทียมที่ใช้ทดแทนส่วนที่เสียหายของกระดูก (เนื่องจากความเข้ากันได้ทางชีวภาพ) แทนทาลัมคาร์ไบด์ใช้ในการผลิตโลหะผสมแข็ง

แทนทาลัม (Ta) เป็นองค์ประกอบที่มีเลขอะตอม 73 และน้ำหนักอะตอม 180.948 มันเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยรองของกลุ่มที่ห้าซึ่งเป็นช่วงที่หกของตารางธาตุของ Dmitry Ivanovich Mendeleev แทนทาลัมในสถานะอิสระภายใต้สภาวะปกติเป็นโลหะสีเทาแพลตตินัมที่มีสีตะกั่วเล็กน้อยซึ่งเป็นผลมาจากการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์ (Ta 2 O 5) แทนทาลัมเป็นโลหะที่หนัก ทนไฟ ค่อนข้างแข็ง แต่ไม่เปราะ ขณะเดียวกันก็อ่อนตัวได้มาก และกลึงง่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปแบบที่บริสุทธิ์

ในธรรมชาติ แทนทาลัมพบอยู่ในรูปของไอโซโทปสองชนิด: เสถียร 181 Ta (99.99%) และกัมมันตภาพรังสี 180 Ta (0.012%) โดยมีครึ่งชีวิต 10 12 ปี จากกัมมันตภาพรังสีที่ได้รับเทียม 182 Ta (ครึ่งชีวิต 115.1 วัน) ใช้เป็นตัวบ่งชี้ไอโซโทป

ธาตุนี้ถูกค้นพบในปี 1802 โดยนักเคมีชาวสวีเดน A. G. Ekeberg ในแร่ธาตุ 2 ชนิดที่พบในฟินแลนด์และสวีเดน มันถูกตั้งชื่อตามวีรบุรุษในตำนานกรีกโบราณ แทนทาลัส เนื่องจากความยากลำบากในการแยกเขาออกจากกัน เป็นเวลานานที่แร่ธาตุ columbite ซึ่งมี columbium (ไนโอเบียม) และแทนทาไลต์ซึ่งมีแทนทาลัมถือเป็นสิ่งเดียวกัน ท้ายที่สุดแล้วทั้งสององค์ประกอบนี้เป็นเพื่อนกันบ่อยครั้งและมีความคล้ายคลึงกันหลายประการ ความคิดเห็นนี้ถือว่าถูกต้องมาเป็นเวลานานในหมู่นักเคมีของทุกประเทศ มีเพียงในปี ค.ศ. 1844 นักเคมีชาวเยอรมัน Heinrich Rose ได้ศึกษาโคลัมไบต์และแทนทาไลต์จากที่ต่างๆ อีกครั้ง และพบโลหะใหม่ในนั้นซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายกับแทนทาลัม มันคือไนโอเบียม แทนทาลัมโลหะบริสุทธิ์จากพลาสติกได้รับครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน W. von Bolton ในปี 1903

แหล่งแร่แทนทาลัมหลักตั้งอยู่ในฟินแลนด์ ประเทศสแกนดิเนเวีย อเมริกาเหนือ บราซิล ออสเตรเลีย ฝรั่งเศส จีน และประเทศอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง

เนื่องจากแทนทาลัมมีคุณสมบัติที่มีคุณค่ามากมาย - ความเหนียวที่ดี, ความแข็งแรงสูง, การเชื่อมได้, ความต้านทานการกัดกร่อนที่อุณหภูมิปานกลาง, การหักเหของแสงและคุณสมบัติที่สำคัญอื่น ๆ อีกหลายประการ - การใช้องค์ประกอบที่เจ็ดสิบสามนั้นกว้างมาก การใช้แทนทาลัมที่สำคัญที่สุดคือวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์และวิศวกรรมเครื่องกล ประมาณหนึ่งในสี่ของการผลิตแทนทาลัมของโลกไปที่อุตสาหกรรมไฟฟ้าและสุญญากาศ ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มันถูกใช้สำหรับการผลิตตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า แอโนดของหลอดไฟกำลังสูง และกริด ในอุตสาหกรรมเคมี แทนทาลัมใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรที่ใช้ในการผลิตกรด เนื่องจากองค์ประกอบนี้มีความทนทานต่อสารเคมีเป็นพิเศษ แทนทาลัมไม่ละลายแม้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงทางเคมีเช่น aqua regia! โลหะ เช่น ธาตุหายาก จะถูกหลอมในถ้วยใส่ตัวอย่างแทนทาลัม เครื่องทำความร้อนสำหรับเตาเผาอุณหภูมิสูงทำจากมัน เนื่องจากแทนทาลัมไม่มีปฏิกิริยากับเนื้อเยื่อที่มีชีวิตในร่างกายมนุษย์และไม่เป็นอันตรายต่อเนื้อเยื่อ จึงใช้ในการผ่าตัดเพื่อยึดกระดูกไว้ด้วยกันในระหว่างการแตกหัก อย่างไรก็ตาม ผู้บริโภคหลักของโลหะมีค่าดังกล่าวคือโลหะวิทยา (มากกว่า 45%) ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แทนทาลัมถูกนำมาใช้เป็นองค์ประกอบโลหะผสมในเหล็กพิเศษมากขึ้น ซึ่งมีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษ ทนต่อการกัดกร่อน และทนความร้อน นอกจากนี้ วัสดุโครงสร้างจำนวนมากสูญเสียการนำความร้อนอย่างรวดเร็ว: ฟิล์มออกไซด์หรือเกลือที่นำความร้อนได้ไม่ดีจะเกิดขึ้นบนพื้นผิว โครงสร้างที่ทำจากแทนทาลัมและโลหะผสมไม่ประสบปัญหาดังกล่าว ฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นมีความบางและนำความร้อนได้ดีและยังมีคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อนอีกด้วย

แทนทาลัมบริสุทธิ์ไม่เพียงแต่มีคุณค่าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสารประกอบของมันด้วย ดังนั้นแทนทาลัมคาร์ไบด์ที่มีความแข็งสูงจึงถูกนำมาใช้ในการผลิตเครื่องมือคาร์ไบด์สำหรับการตัดโลหะด้วยความเร็วสูง โลหะผสมแทนทาลัม-ทังสเตนให้ความต้านทานความร้อนแก่ชิ้นส่วนที่ทำจากพวกมัน

คุณสมบัติทางชีวภาพ

เนื่องจากความเข้ากันได้ทางชีวภาพสูง - ความสามารถในการเข้ากับเนื้อเยื่อที่มีชีวิตโดยไม่ก่อให้เกิดการระคายเคืองหรือการปฏิเสธโดยร่างกาย - แทนทาลัมพบว่ามีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในทางการแพทย์ โดยเฉพาะในการผ่าตัดสร้างใหม่ - เพื่อฟื้นฟูร่างกายมนุษย์ แทนทาลัมแผ่นบางใช้เพื่อสร้างความเสียหายให้กับกะโหลกศีรษะ - พวกมันปิดการแตกของกะโหลกศีรษะ แพทย์ทราบกรณีที่มีการทำหูเทียมจากแผ่นแทนทาลัม และผิวหนังที่ปลูกถ่ายจากต้นขาก็หยั่งรากได้ดีและรวดเร็วจนในไม่ช้าอวัยวะเทียมก็ไม่สามารถแยกแยะจากของจริงได้ ด้ายแทนทาลัมใช้เพื่อฟื้นฟูเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อที่เสียหาย ศัลยแพทย์ใช้แผ่นแทนทาลัมเพื่อยึดผนังช่องท้องหลังการผ่าตัด แม้แต่หลอดเลือดก็สามารถเชื่อมต่อได้โดยใช้คลิปแทนทาลัม เครือข่ายที่ทำจากวัสดุพิเศษนี้ใช้ในการผลิตตาเทียม ด้ายที่ทำจากโลหะนี้ใช้แทนเส้นเอ็นและแม้แต่เย็บเส้นใยประสาทเข้าด้วยกัน

การใช้แทนทาลัมเพนท็อกไซด์ Ta 2 O 5 แพร่หลายไม่น้อย - เสนอให้ผสมกับเหล็กไตรออกไซด์จำนวนเล็กน้อยเพื่อเร่งการแข็งตัวของเลือด

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา การแพทย์สาขาใหม่ได้รับการพัฒนาโดยอาศัยการใช้สนามไฟฟ้าสถิตระยะสั้นเพื่อกระตุ้นกระบวนการทางชีวภาพเชิงบวกในร่างกายมนุษย์ ยิ่งไปกว่านั้น สนามไฟฟ้าไม่ได้เกิดขึ้นจากแหล่งพลังงานไฟฟ้าแบบดั้งเดิมที่มีเครือข่ายหรือแหล่งจ่ายไฟแบตเตอรี่ แต่เกิดจากการเคลือบอิเล็กเตรตที่ทำงานอัตโนมัติ (อิเล็กทริกที่เก็บประจุไฟฟ้าที่ไม่มีการชดเชยเป็นเวลานาน) นำไปใช้กับการปลูกถ่ายเพื่อวัตถุประสงค์ต่าง ๆ อย่างกว้างขวาง ใช้ในการแพทย์

ปัจจุบันได้รับผลลัพธ์เชิงบวกจากการใช้ฟิล์มอิเล็กเตรตของแทนทาลัมเพนท็อกไซด์ในด้านการแพทย์ต่อไปนี้: การผ่าตัดใบหน้าขากรรไกร (การใช้รากฟันเทียมที่เคลือบด้วย Ta 2 O 5 ช่วยลดการเกิดกระบวนการอักเสบและลดเวลาในการรักษารากฟันเทียม) ; ทันตกรรมออร์โธปิดิกส์ (การเคลือบฟันปลอมที่ทำจากพลาสติกอะคริลิกด้วยฟิล์มแทนทาลัมเพนท็อกไซด์ช่วยขจัดอาการทางพยาธิวิทยาที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่เกิดจากการแพ้อะคริเลต) การผ่าตัด (การใช้ electret applicator ในการรักษาข้อบกพร่องของผิวหนังและเนื้อเยื่อเกี่ยวพันในกระบวนการบาดแผลที่ไม่ได้รับการรักษาในระยะยาว, แผลกดทับ, แผลกดทับ, แผลในระบบประสาท, การบาดเจ็บจากความร้อน); การบาดเจ็บและศัลยกรรมกระดูก (การเร่งการพัฒนาเนื้อเยื่อกระดูกในการรักษากระดูกหักและโรคของระบบกล้ามเนื้อและกระดูกของมนุษย์ภายใต้อิทธิพลของสนามคงที่ที่สร้างขึ้นโดยฟิล์มเคลือบอิเล็กเตรต)

การพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นเอกลักษณ์ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นได้ด้วยผลงานทางวิทยาศาสตร์ของผู้เชี่ยวชาญจากมหาวิทยาลัยเทคนิคไฟฟ้าแห่งรัฐเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก (LETI)

นอกเหนือจากพื้นที่ที่ระบุไว้ข้างต้นซึ่งมีการใช้หรือกำลังแนะนำการเคลือบแทนทาลัมเพนทอกไซด์ที่เป็นเอกลักษณ์แล้ว ยังมีการพัฒนาที่ยังอยู่ในระยะเริ่มต้นอีกด้วย ซึ่งรวมถึงการพัฒนาในด้านการแพทย์ดังต่อไปนี้: การทำให้งาม (การผลิตวัสดุจากการเคลือบแทนทาลัมเพนท็อกไซด์ซึ่งจะมาแทนที่ "ด้ายสีทอง") การผ่าตัดหัวใจ (การใช้ฟิล์มอิเล็กเตรตกับพื้นผิวด้านในของหลอดเลือดเทียมเพื่อป้องกันการเกิดลิ่มเลือด) endoprosthetics (ลดความเสี่ยงของการปฏิเสธขาเทียมที่มีปฏิสัมพันธ์กับเนื้อเยื่อกระดูกอย่างต่อเนื่อง) นอกจากนี้ ยังมีการสร้างเครื่องมือผ่าตัดที่เคลือบด้วยฟิล์มเพนท็อกไซด์แทนเทิลอีกด้วย

เป็นที่ทราบกันดีว่าแทนทาลัมมีความทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าวได้มากตามที่เห็นได้จากข้อเท็จจริงหลายประการ ดังนั้นที่อุณหภูมิ 200 °C โลหะนี้จึงไม่ได้รับผลกระทบจากกรดไนตริกเจ็ดสิบเปอร์เซ็นต์! ในกรดซัลฟิวริกที่อุณหภูมิ 150 °C จะไม่พบการกัดกร่อนของแทนทาลัม และที่อุณหภูมิ 200 °C โลหะจะกัดกร่อน แต่เพียง 0.006 มม. ต่อปี!

มีกรณีที่ทราบกันดีว่าในองค์กรแห่งหนึ่งที่ใช้ก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์ ชิ้นส่วนสแตนเลสเสียหายภายในเวลาเพียงไม่กี่เดือน อย่างไรก็ตาม ทันทีที่เหล็กถูกแทนที่ด้วยแทนทาลัม แม้แต่ชิ้นส่วนที่บางที่สุด (หนา 0.3...0.5 มม.) ก็กลับกลายเป็นว่าไม่มีกำหนด - อายุการใช้งานของพวกมันก็เพิ่มขึ้นเป็น 20 ปี!

แทนทาลัม พร้อมด้วยนิกเกิลและโครเมียม ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการเคลือบป้องกันการกัดกร่อน โดยครอบคลุมชิ้นส่วนที่มีรูปร่างและขนาดหลากหลาย: ถ้วยใส่ตัวอย่าง ท่อ แผ่น หัวฉีดจรวด และอื่นๆ อีกมากมาย นอกจากนี้ วัสดุที่ใช้เคลือบแทนทาลัมยังมีความหลากหลายมาก เช่น เหล็ก ทองแดง กราไฟท์ ควอตซ์ แก้ว และอื่นๆ สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือความแข็งของการเคลือบแทนทาลัมนั้นสูงกว่าความแข็งของแทนทาลัมทางเทคนิคในรูปแบบอบอ่อนสามถึงสี่เท่า!

เนื่องจากแทนทาลัมเป็นโลหะที่มีคุณค่ามาก การค้นหาวัตถุดิบจึงดำเนินต่อไปจนถึงทุกวันนี้ นักแร่วิทยาได้ค้นพบว่าหินแกรนิตธรรมดา นอกเหนือจากองค์ประกอบที่มีคุณค่าอื่นๆ แล้ว ยังมีแทนทาลัมด้วย ความพยายามที่จะสกัดแทนทาลัมจากหินแกรนิตเกิดขึ้นในบราซิลได้รับโลหะ แต่การสกัดดังกล่าวไม่ถึงระดับอุตสาหกรรม - กระบวนการนี้มีราคาแพงและซับซ้อนมาก

ตัวเก็บประจุแทนทาลัมด้วยไฟฟ้าสมัยใหม่มีความเสถียร เชื่อถือได้ และทนทาน ตัวเก็บประจุขนาดเล็กที่ทำจากวัสดุนี้ซึ่งใช้ในระบบอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ นอกเหนือจากข้อดีข้างต้นแล้วยังมีคุณสมบัติพิเศษอย่างหนึ่งคือสามารถซ่อมแซมได้ด้วยตัวเอง! สิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร? สมมติว่าความสมบูรณ์ของฉนวนได้รับความเสียหายเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าตกหรือด้วยเหตุผลอื่น - ทันทีที่เกิดฟิล์มฉนวนออกไซด์อีกครั้งในบริเวณที่เกิดการพังทลายและตัวเก็บประจุยังคงทำงานต่อไปราวกับว่าไม่มีอะไรเกิดขึ้น!

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าคำว่า "โลหะอัจฉริยะ" ซึ่งปรากฏในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 นั่นคือโลหะที่ช่วยให้เครื่องจักรอัจฉริยะทำงานสามารถกำหนดให้แทนทาลัมได้อย่างถูกต้อง

ในบางพื้นที่แทนทาลัมเข้ามาแทนที่และบางครั้งก็แข่งขันกับแพลตตินัมด้วยซ้ำ! ดังนั้นในงานจิวเวลรี่ แทนทาลัมมักจะใช้แทนโลหะมีตระกูลที่มีราคาแพงกว่าในการผลิตสร้อยข้อมือ ตัวเรือนนาฬิกา และเครื่องประดับอื่นๆ ในอีกด้านหนึ่ง แทนทาลัมสามารถแข่งขันกับแพลตตินัมได้สำเร็จ - เครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์มาตรฐานที่ทำจากโลหะนี้มีคุณภาพไม่ด้อยไปกว่าแพลตตินัม

นอกจากนี้ แทนทาลัมกำลังเข้ามาแทนที่อิริเดียมที่มีราคาแพงกว่าในการผลิตหัวปากกาสำหรับปากกาอัตโนมัติ

เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ แทนทาลัมจึงพบว่าสามารถใช้เป็นวัสดุสำหรับแคโทดได้ ดังนั้นแคโทดแทนทาลัมจึงถูกนำมาใช้ในการแยกทองคำและเงินด้วยไฟฟ้า คุณค่าของมันอยู่ที่ความจริงที่ว่าตะกอนของโลหะมีตระกูลสามารถล้างออกด้วยน้ำกัดทองซึ่งไม่เป็นอันตรายต่อแทนทาลัม

เราสามารถพูดได้อย่างแน่นอนเกี่ยวกับความจริงที่ว่ามีบางสิ่งที่เป็นสัญลักษณ์หากไม่ลึกลับในความจริงที่ว่านักเคมีชาวสวีเดน Ekeberg พยายามทำให้สารใหม่อิ่มตัวด้วยกรดถูก "กระหาย" ของมันและตั้งชื่อองค์ประกอบใหม่ให้กับ เพื่อเป็นเกียรติแก่จอมวายร้ายในตำนานที่ฆ่าลูกชายของตัวเองและทรยศต่อเทพเจ้า และสองร้อยปีต่อมาปรากฎว่าองค์ประกอบนี้สามารถ "เย็บ" บุคคลได้อย่างแท้จริงและแม้กระทั่ง "เปลี่ยน" เส้นเอ็นและเส้นประสาทของเขาด้วย! ปรากฎว่าผู้พลีชีพผู้อิดโรยในยมโลก ชดใช้ความผิดด้วยการช่วยเหลือมนุษย์ พยายามขอการอภัยจากเทพเจ้า...

เรื่องราว

แทนทาลัสเป็นวีรบุรุษแห่งตำนานกรีกโบราณ เป็นกษัตริย์ลิเดียนหรือฟรีเจียน บุตรของซุส เขาเปิดเผยความลับของเทพเจ้าแห่งโอลิมปิกขโมยแอมโบรเซียจากงานเลี้ยงของพวกเขาและเลี้ยงนักกีฬาโอลิมปิกด้วยจานที่เตรียมจากร่างของ Pelops ลูกชายของเขาเองซึ่งเขาสังหาร ด้วยความโหดร้ายของเขา แทนทาลัสถูกเหล่าทวยเทพตัดสินให้ต้องทนทุกข์ทรมานจากความหิวโหย ความกระหาย และความกลัวชั่วนิรันดร์ในนรกขุมนรก ตั้งแต่นั้นมา เขาก็ยืนคออยู่ในน้ำใสราวคริสตัล กิ่งก้านโน้มไปทางศีรษะภายใต้น้ำหนักของผลไม้สุก มีเพียงเขาเท่านั้นที่ไม่สามารถดับความกระหายหรือความหิวได้ - น้ำจะลดลงทันทีที่เขาพยายามจะดื่ม และกิ่งก้านก็ถูกลมพัดจากมือของนักฆ่าผู้หิวโหย ก้อนหินห้อยอยู่เหนือหัวของแทนทาลัส ซึ่งอาจพังทลายลงได้ทุกเมื่อ บังคับให้คนบาปผู้โชคร้ายต้องทนทุกข์ทรมานจากความกลัวตลอดไป ต้องขอบคุณตำนานนี้ สำนวน "การทรมานของแทนทาลัม" จึงเกิดขึ้นซึ่งแสดงถึงความทุกข์ทรมานที่ทนไม่ได้และความพยายามอันไม่มีตัวตนที่จะปลดปล่อยตัวเองจากการทรมาน เห็นได้ชัดว่าในระหว่างความพยายามที่ไม่ประสบความสำเร็จของนักเคมีชาวสวีเดน Ekeberg ที่จะละลาย "โลก" ที่เขาค้นพบในปี 1802 ด้วยกรดและแยกองค์ประกอบใหม่ออกจากมันมันเป็นการแสดงออกนี้ที่เข้ามาในใจของเขา นักวิทยาศาสตร์คิดว่าเขาเข้าใกล้เป้าหมายของเขามากกว่าหนึ่งครั้ง แต่เขาไม่สามารถแยกโลหะใหม่ในรูปแบบบริสุทธิ์ได้ นี่คือลักษณะที่ชื่อ "ความทุกข์ทรมาน" ขององค์ประกอบใหม่ปรากฏขึ้น

การค้นพบแทนทาลัมมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการค้นพบธาตุอื่น - ไนโอเบียม ซึ่งเกิดเมื่อปีที่แล้วและเดิมชื่อโคลัมเบีย ซึ่งมอบให้โดยผู้ค้นพบแฮทเช็ต องค์ประกอบนี้เป็นแฝดของแทนทาลัมและมีคุณสมบัติใกล้เคียงกันหลายประการ ความใกล้ชิดนี้นี่เองที่ทำให้นักเคมีเข้าใจผิด ซึ่งหลังจากการถกเถียงกันมาก จึงได้ข้อสรุปที่ผิดพลาดว่าแทนทาลัมและโคลัมเบียมเป็นองค์ประกอบเดียวกัน ความเข้าใจผิดนี้กินเวลานานกว่าสี่สิบปีจนกระทั่งในปี พ.ศ. 2387 นักเคมีชาวเยอรมันชื่อ Heinrich Rose ในระหว่างการศึกษา columbites และแทนทาไลต์จากแหล่งสะสมต่าง ๆ ซ้ำ ๆ ได้พิสูจน์ว่า columbium เป็นองค์ประกอบอิสระ โคลัมเบียที่ Gatchet ศึกษาคือไนโอเบียมที่มีปริมาณแทนทาลัมสูง ซึ่งทำให้โลกวิทยาศาสตร์เข้าใจผิด เพื่อเป็นเกียรติแก่ความสัมพันธ์อันใกล้ชิดระหว่างองค์ประกอบทั้งสองนี้ โรสจึงตั้งชื่อใหม่ให้โคลอมเบียว่าไนโอเบียม เพื่อเป็นเกียรติแก่ลูกสาวของกษัตริย์ Phrygian Tantalus Niobia แม้ว่าโรสยังทำผิดพลาดในการค้นพบองค์ประกอบใหม่อีกอย่างหนึ่ง ซึ่งเขาตั้งชื่อว่าเพโลเปียส (ตามชื่อเพลอปส์ ลูกชายของแทนทาลัส) งานของเขากลายเป็นพื้นฐานสำหรับความแตกต่างที่เข้มงวดระหว่างไนโอเบียม (โคลัมเบียม) และแทนทาลัม แม้ว่าหลังจากหลักฐานของโรสแล้ว แทนทาลัมและไนโอเบียมก็สับสนมาเป็นเวลานาน แทนทาลัมจึงถูกเรียกว่า columbium ในโคลัมบัสของรัสเซีย เฮสส์ใน "หลักการเคมีบริสุทธิ์" จนถึงฉบับพิมพ์ครั้งที่ 6 (พ.ศ. 2388) พูดถึงเฉพาะแทนทาลัมเท่านั้น โดยไม่เอ่ยถึงโคลัมเบีย Dvigubsky (1824) กล่าวถึงชื่อแทนทาเลียม ข้อผิดพลาดและการจองดังกล่าวเป็นที่เข้าใจได้ - วิธีการแยกแทนทาลัมและไนโอเบียมได้รับการพัฒนาในปี 1866 โดยนักเคมีชาวสวิส Marignac เท่านั้น และเนื่องจากแทนทาลัมธาตุบริสุทธิ์ดังกล่าวยังไม่มีอยู่จริง ท้ายที่สุดแล้ว นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถได้รับโลหะนี้ในขนาดกะทัดรัดที่บริสุทธิ์ เกิดขึ้นในศตวรรษที่ 20 เท่านั้น คนแรกที่สามารถได้รับโลหะแทนทาลัมคือนักเคมีชาวเยอรมันฟอนโบลตันและสิ่งนี้เกิดขึ้นในปี 1903 เท่านั้น แน่นอนว่าก่อนหน้านี้มีความพยายามเพื่อให้ได้โลหะแทนทาลัมบริสุทธิ์ แต่ความพยายามทั้งหมดของนักเคมีกลับไม่ประสบผลสำเร็จ ตัวอย่างเช่น นักเคมีชาวฝรั่งเศส Moissan ได้รับผงโลหะซึ่งเขาอ้างว่าเป็นแทนทาลัมบริสุทธิ์ อย่างไรก็ตาม ผงนี้ที่ได้จากการลดแทนทาลัมเพนท็อกไซด์ Ta 2 O 5 ด้วยคาร์บอนในเตาไฟฟ้า ไม่ใช่แทนทาลัมบริสุทธิ์ ผงมีคาร์บอน 0.5%

เป็นผลให้การศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ขององค์ประกอบที่เจ็ดสิบสามเป็นไปได้เฉพาะในช่วงต้นศตวรรษที่ยี่สิบเท่านั้น เป็นเวลาหลายปีที่แทนทาลัมไม่พบการใช้งานจริง เฉพาะในปี 1922 เท่านั้นที่สามารถนำมาใช้ในวงจรเรียงกระแสไฟ AC

อยู่ในธรรมชาติ

ปริมาณเฉลี่ยของธาตุที่เจ็ดสิบสามในเปลือกโลก (คลาร์ก) อยู่ที่ 2.5∙10 -4% โดยมวล แทนทาลัมเป็นองค์ประกอบลักษณะของหินที่เป็นกรด - หินแกรนิตและเปลือกตะกอนซึ่งมีปริมาณเฉลี่ยถึง 3.5 ∙ 10 -4% สำหรับหินอัลตร้าเบสิกและหินพื้นฐาน - ส่วนบนของเนื้อโลกและส่วนลึกของเปลือกโลก ความเข้มข้นของแทนทาลัม ต่ำกว่ามาก: 1 .8∙10 -6% แทนทาลัมกระจัดกระจายอยู่ในหินที่มีต้นกำเนิดจากหินอัคนีเช่นเดียวกับในชีวมณฑลเนื่องจากเป็นไอโซมอร์ฟิกที่มีองค์ประกอบทางเคมีมากมาย

แม้จะมีปริมาณแทนทาลัมในเปลือกโลกต่ำ แต่แร่ธาตุของมันก็แพร่หลายมาก - มีมากกว่าร้อยชนิดทั้งแร่แทนทาลัมเองและแร่ที่มีแทนทาลัมซึ่งทั้งหมดนี้เกิดขึ้นจากกิจกรรมแม็กมาติก (แทนทาไลต์, โคลัมไบต์, โลพาไรต์ ไพโรคลอร์ และอื่นๆ) ในแร่ธาตุทุกชนิด แทนทาลัมมีสหายคือไนโอเบียม ซึ่งอธิบายได้จากความคล้ายคลึงกันทางเคมีของธาตุและไอออนที่มีขนาดใกล้เคียงกัน

แร่แทนทาลัมมีอัตราส่วน Ta 2 O 5: Nb 2 O 5 ≥1 แร่ธาตุหลักของแร่แทนทาลัมคือ columbite-tantalite (Ta 2 O 5 เนื้อหา 30-45%), tantalite และ manganotantalit (Ta 2 O 5 45-80%), wodginite (Ta, Mn, Sn) 3 O 6 (Ta 2 O 5 60-85%), ไมโครไลท์ Ca 2 (Ta, Nb) 2 O 6 (F, OH) (Ta 2 O 5 50-80%) และอื่น ๆ แทนทาไลต์ (Fe, Mn)(Ta, Nb) 2 O 6 มีหลายพันธุ์: ferrotantalite (FeO>MnO), manganotantalit (MnO>FeO) แทนทาไลท์มีเฉดสีต่างๆ ตั้งแต่สีดำไปจนถึงสีน้ำตาลแดง แร่ธาตุหลักของแร่แทนทาลัม - ไนโอเบียมซึ่งเมื่อรวมกับไนโอเบียมแล้วจึงสกัดแทนทาลัมที่มีราคาแพงกว่ามาก ได้แก่ โคลัมไบต์ (ตา 2 O 5 5-30%) ไพโรคลอร์ที่ประกอบด้วยแทนทาลัม (ตา 2 O 5 1-4%) , โลพาไรต์ (Ta 2 O 5 0.4-0.8%), gatchettolite (Ca, Tr, U) 2 (Nb, Ta) 2 O 6 (F, OH) ∙ nH 2 O (Ta 2 O 5 8-28%), ixiolite (Nb , Ta, Sn, W, Sc) 3 O 6 และอื่น ๆ อีกมากมาย แทนทาลัม-ไนโอเบตที่มี U, Th, TR เป็นสาร metamict มีกัมมันตภาพรังสีสูงและมีปริมาณน้ำที่แปรผัน การปรับเปลี่ยนโพลีมอร์ฟิกเป็นเรื่องปกติ แทนทาลัม-ไนโอเบตก่อให้เกิดการแพร่กระจายเล็กน้อย การจัดสรรจำนวนมากนั้นหาได้ยาก (ผลึกมักพบในโลพาไรต์ ไพโรคลอร์ และโคลัมไบต์-แทนทาไลต์) สี ดำ น้ำตาลเข้ม น้ำตาลเหลือง มักจะโปร่งแสงหรือโปร่งแสงเล็กน้อย

มีแหล่งแร่แทนทาลัมทางอุตสาหกรรมและทางพันธุกรรมหลายประเภท เพกมาไทต์โลหะหายากประเภทนาโตรลิเธียมจะแสดงด้วยส่วนหลอดเลือดดำที่แบ่งโซนซึ่งประกอบด้วยอัลไบท์ ไมโครไคลน์ ควอตซ์ และสปอดูมีนหรือเพทาไลต์ในระดับที่น้อยกว่า หินแกรนิตที่มีโลหะแทนทาลัมที่มีโลหะหายาก (apogranites) จะถูกแสดงด้วยสต๊อกขนาดเล็กและโดมของหินแกรนิต microcline-quartz-albite ซึ่งมักจะเสริมสมรรถนะด้วยโทปาซและลิเธียมไมกาซึ่งมีการแพร่กระจายของโคลัมไบต์-แทนทาไลต์และไมโครไลต์บางๆ เปลือกโลกที่ผุกร่อน ตะกอนลุ่มน้ำลุ่มน้ำและตะกอนลุ่มน้ำที่เกิดขึ้นจากการทำลายเพกมาไทต์ประกอบด้วยแคสซิเทอไรต์และแร่ธาตุของกลุ่มโคลัมไบต์-แทนทาไลต์ เนฟิลีนไซไนต์ที่มีส่วนประกอบของลูจาฟไรต์และโฟยาไลท์ที่มีโลพาไรต์

นอกจากนี้ การสะสมของแร่แทนทาลัม-ไนโอเบียมที่ซับซ้อน ซึ่งแสดงโดยคาร์บอเนตและหิน forsterite-อะพาไทต์-แมกนีไทต์ที่เกี่ยวข้อง เกี่ยวข้องกับการใช้ในอุตสาหกรรม หินแกรนิตอัลคาไลน์ไรเบคไคต์แบบไมโครไคลน์-อัลไบต์ และแกรโนไซไนต์และอื่นๆ แทนทาลัมบางชนิดสกัดจากวุลแฟรไมต์ของตะกอน Greisen

แหล่งแร่ไทเทเนียมที่ใหญ่ที่สุดตั้งอยู่ในแคนาดา (แมนิโทบา, ทะเลสาบเบอร์นิค), ออสเตรเลีย (กรีนบุช, พิลบารา), มาเลเซียและไทย (ที่วางดีบุกที่มีแทนทาลัม), บราซิล (ปาไรบา, ริโอแกรนด์โดนอร์เต) และแร่ไททาเนียมอีกจำนวนหนึ่ง รัฐ (ซาอีร์ ไนจีเรีย โรดีเซียตอนใต้)

แอปพลิเคชัน

แทนทาลัมพบว่าการประยุกต์ใช้ทางเทคนิคค่อนข้างช้า - ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 มันถูกใช้เป็นวัสดุสำหรับไส้หลอดไฟฟ้าซึ่งเป็นผลมาจากคุณภาพของโลหะนี้เช่นการหักเหของแสง อย่างไรก็ตาม ในไม่ช้ามันก็สูญเสียความสำคัญในพื้นที่นี้ โดยแทนที่ด้วยทังสเตนที่มีราคาถูกกว่าและทนไฟมากกว่า แทนทาลัมกลายเป็น "ไม่เหมาะสมทางเทคนิค" อีกครั้งจนกระทั่งศตวรรษที่ยี่สิบของศตวรรษที่ 20 เมื่อมันเริ่มถูกนำมาใช้ในวงจรเรียงกระแสกระแสสลับ (แทนทาลัมเคลือบด้วยฟิล์มออกไซด์ผ่านกระแสในทิศทางเดียวเท่านั้น) และอีกหนึ่งปีต่อมา - ในหลอดวิทยุ . หลังจากนั้นโลหะก็ได้รับการยอมรับและในไม่ช้าก็เริ่มพิชิตพื้นที่อุตสาหกรรมใหม่ ๆ มากขึ้นเรื่อย ๆ

ปัจจุบันแทนทาลัมถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะตัว (การผลิตตัวเก็บประจุที่มีความจุจำเพาะสูง) ประมาณหนึ่งในสี่ของการผลิตแทนทาลัมของโลกไปที่อุตสาหกรรมไฟฟ้าและสุญญากาศ เนื่องจากความเฉื่อยทางเคมีสูงของทั้งแทนทาลัมและฟิล์มออกไซด์ของมัน ตัวเก็บประจุแทนทาลัมด้วยไฟฟ้าจึงมีความเสถียรในการทำงาน เชื่อถือได้ และทนทาน: อายุการใช้งานสามารถเข้าถึงได้มากกว่าสิบสองปี ในงานวิศวกรรมวิทยุ แทนทาลัมถูกใช้ในอุปกรณ์เรดาร์ ตัวเก็บประจุแทนทาลัมขนาดเล็กใช้ในเครื่องส่งสัญญาณวิทยุ การติดตั้งเรดาร์ และระบบอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ

ผู้บริโภคหลักของแทนทาลัมคือโลหะวิทยา ซึ่งใช้โลหะมากกว่า 45% ที่ผลิตได้ แทนทาลัมถูกใช้อย่างแข็งขันเป็นองค์ประกอบโลหะผสมในเหล็กพิเศษ - แข็งแกร่งเป็นพิเศษ, ทนต่อการกัดกร่อน, ทนความร้อน การเพิ่มองค์ประกอบนี้ลงในเหล็กโครเมียมทั่วไปจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงและลดการเปราะหลังจากการชุบแข็งและการอบอ่อน การผลิตโลหะผสมทนความร้อนเป็นความต้องการเทคโนโลยีจรวดและอวกาศอย่างมาก ในกรณีที่หัวฉีดจรวดถูกทำให้เย็นลงด้วยโลหะเหลวที่สามารถทำให้เกิดการกัดกร่อน (ลิเธียมหรือโซเดียม) จะเป็นไปไม่ได้เลยหากไม่มีโลหะผสมแทนทาลัม-ทังสเตน นอกจากนี้ เครื่องทำความร้อนสำหรับเตาสุญญากาศ เครื่องทำความร้อน และเครื่องผสมที่อุณหภูมิสูงยังทำจากเหล็กทนความร้อน แทนทาลัมคาร์ไบด์ (จุดหลอมเหลว 3,880 °C) ใช้ในการผลิตโลหะผสมแข็ง (ส่วนผสมของทังสเตนและแทนทาลัมคาร์ไบด์ - เกรดที่มีดัชนี TT สำหรับสภาวะที่ยากลำบากที่สุดของงานโลหะและการเจาะกระแทกแบบหมุนของวัสดุที่แข็งแกร่งที่สุด (หิน คอมโพสิต ).

เหล็กที่ผสมกับแทนทาลัมมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย เช่น ในงานวิศวกรรมเคมี ท้ายที่สุดแล้วโลหะผสมดังกล่าวมีความทนทานต่อสารเคมีเป็นพิเศษ มีความเหนียว ทนความร้อน และทนความร้อน ต้องขอบคุณคุณสมบัติเหล่านี้ที่ทำให้แทนทาลัมกลายเป็นวัสดุโครงสร้างที่ขาดไม่ได้สำหรับอุตสาหกรรมเคมี อุปกรณ์แทนทาลัมใช้ในการผลิตกรดหลายชนิด: ไฮโดรคลอริก, ซัลฟิวริก, ไนตริก, ฟอสฟอริก, อะซิติกรวมถึงโบรมีน, คลอรีนและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ คอยล์ เครื่องกลั่น วาล์ว เครื่องผสม เครื่องเติมอากาศ และชิ้นส่วนอื่นๆ ของอุปกรณ์เคมีทำมาจากมัน บางครั้ง - อุปกรณ์ทั้งหมด แคโทดแทนทาลัมใช้ในการแยกทองคำและเงินด้วยไฟฟ้า ข้อดีของแคโทดเหล่านี้คือสามารถชะล้างคราบทองคำและเงินออกได้ด้วยน้ำกัดทอง ซึ่งไม่เป็นอันตรายต่อแทนทาลัม

นอกจากนี้ แทนทาลัมยังใช้ในการผลิตเครื่องมือ (อุปกรณ์เอ็กซ์เรย์ เครื่องมือควบคุม ไดอะแฟรม) ในทางการแพทย์ (วัสดุสำหรับการผ่าตัดเสริมสร้าง); ในพลังงานนิวเคลียร์ - เป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับระบบพลังงานนิวเคลียร์ (แทนทาลัมเป็นโลหะที่มีความเสถียรมากที่สุดในบรรดาโลหะทั้งหมดในโลหะหลอมที่ให้ความร้อนยวดยิ่งและไอของซีเซียม-133) ความสามารถสูงของแทนทาลัมในการดูดซับก๊าซถูกนำมาใช้เพื่อรักษาสุญญากาศสูง (อุปกรณ์สุญญากาศไฟฟ้า)

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แทนทาลัมถูกใช้เป็นวัสดุเครื่องประดับ เนื่องจากสามารถสร้างฟิล์มออกไซด์ที่ทนทานได้ทุกสีบนพื้นผิว

สารประกอบแทนทาลัมยังใช้กันอย่างแพร่หลาย แทนทาลัมเพนท็อกไซด์ใช้ในเทคโนโลยีนิวเคลียร์เพื่อละลายแก้วที่ดูดซับรังสีแกมมา โพแทสเซียมฟลูออโรแทนทาเลตใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการผลิตยางสังเคราะห์ แทนทาลัมเพนท็อกไซด์ยังมีบทบาทเช่นเดียวกันในการผลิตบิวทาไดอีนจากเอทิลแอลกอฮอล์

การผลิต

เป็นที่ทราบกันว่าแร่ที่มีแทนทาลัมนั้นหายากและยากจนในองค์ประกอบนี้ วัตถุดิบหลักสำหรับการผลิตแทนทาลัมและโลหะผสมคือแทนทาไลต์และโลพาไรต์เข้มข้นที่มีเพียง 8% Ta 2 O 5 และมากกว่า 60% Nb 2 O 5 นอกจากนี้แม้แต่แร่ที่มีเพียงร้อยเปอร์เซ็นต์ (Ta, Nb) 2 O 5 ก็ยังได้รับการประมวลผล!

เทคโนโลยีการผลิตแทนทาลัมค่อนข้างซับซ้อนและดำเนินการในสามขั้นตอน: การเปิดหรือการสลายตัว การแยกแทนทาลัมออกจากไนโอเบียมและรับสารประกอบเคมีบริสุทธิ์ การฟื้นตัวและการกลั่นแทนทาลัม

กล่าวอีกนัยหนึ่งการเปิดแทนทาลัมเข้มข้นคือการสกัดแทนทาลัมจากแร่โดยใช้อัลคาลิส (ฟิวชั่น) หรือใช้กรดไฮโดรฟลูออริก (การสลายตัว) หรือส่วนผสมของกรดไฮโดรฟลูออริกและกรดซัลฟิวริก หลังจากนั้นพวกเขาไปยังขั้นตอนที่สองของการผลิต - การสกัด การสกัดและการแยกแทนทาลัมและไนโอเบียม งานสุดท้ายเป็นเรื่องยากมากเนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีของโลหะเหล่านี้มีความคล้ายคลึงกันและมีไอออนที่มีขนาดเท่ากัน จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ โลหะถูกแยกออกโดยวิธีการที่เสนอย้อนกลับไปในปี 1866 โดยนักเคมีชาวสวิส Marignac ซึ่งใช้ประโยชน์จากความสามารถในการละลายที่แตกต่างกันของโพแทสเซียมฟลูออโรแทนทาเลตและโพแทสเซียมฟลูออโรนิโอเบตในกรดไฮโดรฟลูออริกเจือจาง อุตสาหกรรมสมัยใหม่ใช้วิธีการหลายวิธีในการแยกแทนทาลัมและไนโอเบียม: การสกัดด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ การลดไนโอเบียมเพนตะคลอไรด์แบบเลือก การตกผลึกแบบเศษส่วนของเกลือฟลูออไรด์เชิงซ้อน การแยกโดยใช้เรซินแลกเปลี่ยนไอออน การแก้ไขคลอไรด์ ปัจจุบันวิธีการแยกที่ใช้กันมากที่สุด (เป็นวิธีการที่ทันสมัยที่สุด) คือการสกัดจากสารละลายแทนทาลัมและสารประกอบไนโอเบียมฟลูออไรด์ที่มีกรดไฮโดรฟลูออริกและกรดซัลฟิวริก ในเวลาเดียวกัน แทนทาลัมและไนโอเบียมยังถูกทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งสกปรกขององค์ประกอบอื่น ๆ เช่น ซิลิคอน ไทเทเนียม เหล็ก แมงกานีส และองค์ประกอบอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง สำหรับแร่โลพาไรต์นั้น สารเข้มข้นจะถูกประมวลผลโดยใช้วิธีคลอรีนเพื่อผลิตคอนเดนเสทของแทนทาลัมและไนโอเบียมคลอไรด์ ซึ่งแยกออกจากกันเพิ่มเติมโดยการแก้ไข การแยกส่วนผสมของคลอไรด์ประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้: การแก้ไขเบื้องต้น (การแยกแทนทาลัมและไนโอเบียมคลอไรด์ออกจากสิ่งเจือปนที่ตามมา) การแก้ไขหลัก (เพื่อให้ได้ความเข้มข้น NbCl 5 และ TaCl 5 บริสุทธิ์) และการแก้ไขขั้นสุดท้ายของเศษส่วนแทนทาลัม (เป็น จะได้ TaCl 5 บริสุทธิ์) หลังจากการแยกโลหะที่เกี่ยวข้องกัน เฟสแทนทาลัมจะถูกตกตะกอนและทำให้บริสุทธิ์เพื่อผลิตโพแทสเซียมฟลูออโรแทนทาเลตที่มีความบริสุทธิ์เพิ่มขึ้น (โดยใช้ KCl)

โลหะแทนทาลัมได้มาจากการลดสารประกอบที่มีความบริสุทธิ์สูงลง ซึ่งสามารถใช้ได้หลายวิธี นี่คือการลดลงของแทนทาลัมจากเพนท็อกไซด์ด้วยเขม่าที่อุณหภูมิ 1,800-2,000 ° C (วิธีคาร์บอเทอร์มิก) หรือการลดลงของโพแทสเซียมฟลูออโรแทนทาเลตด้วยโซเดียมเมื่อถูกความร้อน (วิธีความร้อนด้วยโซเดียม) หรือการลดเคมีไฟฟ้าจากการหลอมที่มีโพแทสเซียมฟลูออโรแทนทาเลต และแทนทาลัมออกไซด์ (วิธีอิเล็กโทรไลต์) ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งโลหะจะได้มาในรูปผงที่มีความบริสุทธิ์ 98-99% เพื่อให้ได้โลหะในแท่งโลหะ มันจะถูกเผาในรูปของแท่งเหล็กที่อัดไว้ล่วงหน้าจากผง การเผาผนึกเกิดขึ้นโดยการส่งกระแสไฟฟ้าที่อุณหภูมิ 2,500–2,700 °C หรือโดยการให้ความร้อนในสุญญากาศที่อุณหภูมิ 2,200–2,500 °C หลังจากนั้นความบริสุทธิ์ของโลหะจะเพิ่มขึ้นอย่างมากจนมีค่าเท่ากับ 99.9-99.95%

สำหรับการกลั่นและการผลิตแท่งแทนทาลัมเพิ่มเติมนั้น การหลอมสูญญากาศด้วยไฟฟ้าจะใช้ในเตาอาร์คที่มีอิเล็กโทรดสิ้นเปลือง และสำหรับการกลั่นที่ลึกยิ่งขึ้นนั้น จะใช้การหลอมลำแสงอิเล็กตรอน ซึ่งช่วยลดปริมาณสิ่งเจือปนในแทนทาลัมลงอย่างมาก เพิ่มความเหนียวและลดอุณหภูมิ ไปสู่ภาวะเปราะบาง แทนทาลัมที่มีความบริสุทธิ์ดังกล่าวยังคงความเหนียวสูงที่อุณหภูมิใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์! พื้นผิวของแท่งแทนทาลัมถูกละลาย (เพื่อให้มีลักษณะเฉพาะที่ต้องการกับพื้นผิวของแท่งโลหะ) หรือแปรรูปบนเครื่องกลึง

คุณสมบัติทางกายภาพ

เฉพาะตอนต้นศตวรรษที่ 20 เท่านั้นที่นักวิทยาศาสตร์ได้ครอบครองโลหะแทนทาลัมบริสุทธิ์ และสามารถศึกษารายละเอียดคุณสมบัติของโลหะสีเทาอ่อนนี้ซึ่งมีสีตะกั่วสีน้ำเงินเล็กน้อยได้ องค์ประกอบนี้มีคุณสมบัติอะไรบ้าง? แน่นอนว่าแทนทาลัมเป็นโลหะหนัก: ความหนาแน่นของมันคือ 16.6 g/cm 3 ที่ 20 ° C (สำหรับการเปรียบเทียบ เหล็กมีความหนาแน่น 7.87 g/cm 3 ความหนาแน่นของตะกั่วคือ 11.34 g/cm 3) และสำหรับการขนส่ง ลูกบาศก์เมตร องค์ประกอบนี้ต้องใช้รถบรรทุกขนาดสามตันจำนวนหกคัน ความแข็งแรงและความแข็งสูงผสมผสานกับลักษณะพลาสติกที่ยอดเยี่ยม แทนทาลัมบริสุทธิ์เข้ากันได้ดีกับกระบวนการทางกล สามารถประทับตราได้ง่าย และแปรรูปเป็นแผ่นที่บางที่สุด (หนาประมาณ 0.04 มม.) และลวด (โมดูลัสยืดหยุ่นของแทนทาลัม 190 Hn/m2 หรือ 190·102 kgf/mm2 ที่ 25 °C) ในความเย็นโลหะสามารถแปรรูปได้โดยไม่ต้องชุบแข็งงานอย่างมีนัยสำคัญและอาจเกิดการเสียรูปด้วยอัตราส่วนการบีบอัด 99% โดยไม่ต้องเผากลาง การเปลี่ยนแปลงของแทนทาลัมจากพลาสติกไปเป็นสถานะเปราะจะไม่ถูกสังเกต แม้ว่าจะเย็นลงถึง -196 °C ก็ตาม ความต้านทานแรงดึงของแทนทาลัมที่มีความบริสุทธิ์สูงอบอ่อนคือ 206 MN/m2 (20.6 kgf/mm2) ที่ 27 °C และ 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) ที่ 490 °C; การยืดตัวสัมพัทธ์ 36% (ที่ 27 °C) และ 20% (ที่ 490 °C) แทนทาลัมมีโครงตาข่ายลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางลำตัว (a = 3.296 A); รัศมีอะตอม 1.46 A, รัศมีไอออนิก Ta 2+ 0.88 A, Ta 5+ 0.66 A.

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น แทนทาลัมเป็นโลหะที่แข็งมาก (ความแข็งของบริเนลของแผ่นแทนทาลัมในสถานะอบอ่อนคือ 450-1250 MPa ในสถานะผิดรูป 1250-3500 MPa) ยิ่งไปกว่านั้น ยังสามารถเพิ่มความแข็งของโลหะได้โดยการเพิ่มสิ่งเจือปนจำนวนหนึ่ง เช่น คาร์บอนหรือไนโตรเจน (ความแข็งของบริเนลของแผ่นแทนทาลัมหลังจากดูดซับก๊าซระหว่างการให้ความร้อนเพิ่มขึ้นเป็น 6,000 MPa) เป็นผลให้สิ่งเจือปนคั่นระหว่างหน้ามีส่วนทำให้ความแข็งของบริเนล ความต้านทานแรงดึง และความแข็งแรงของผลผลิตเพิ่มขึ้น แต่จะลดลักษณะความเป็นพลาสติกลงและเพิ่มความเปราะบางเมื่อเย็น กล่าวอีกนัยหนึ่ง พวกมันทำให้โลหะเปราะ คุณลักษณะเฉพาะอื่นๆ ขององค์ประกอบที่เจ็ดสิบสามคือค่าการนำความร้อนสูง ที่ 20–100 °C ค่านี้คือ 54.47 W/(m∙K) หรือ 0.13 cal/(cm·sec·°С) และการหักเหของแสง (อาจมากที่สุด คุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญของแทนทาลัม) - มันละลายที่อุณหภูมิเกือบ 3,000 °C (แม่นยำยิ่งขึ้นที่ 2,996 °C) รองจากทังสเตนและรีเนียมเท่านั้น จุดเดือดของแทนทาลัมก็สูงมากเช่นกัน: 5,300 °C

สำหรับคุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ ของแทนทาลัม ความร้อนจำเพาะที่อุณหภูมิ 0 ถึง 100 °C คือ 0.142 kJ/(kg K) หรือ 0.034 cal/(g °C) ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นของแทนทาลัมคือ 8.0·10 -6 (ที่อุณหภูมิ 20–1,500 °C) ความต้านทานไฟฟ้าขององค์ประกอบเจ็ดสิบสามที่ 0 °C คือ 13.2 10 -8 ohm m ที่ 2000 °C 87 10 -8 ohm m ที่ 4.38 K โลหะจะกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด แทนทาลัมเป็นแบบพาราแมกเนติก มีความไวต่อแม่เหล็กจำเพาะ 0.849·10 -6 (ที่ 18 °C)

ดังนั้นแทนทาลัมจึงมีชุดคุณสมบัติทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์: สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูง ความสามารถในการดูดซับก๊าซสูง ทนความร้อน การหักเหของแสง ความแข็ง และความเป็นพลาสติก นอกจากนี้ยังมีความโดดเด่นด้วยความแข็งแรงสูง - สามารถรักษาแรงดันได้ดีโดยใช้วิธีการที่มีอยู่ทั้งหมด: การตี, การตอก, การรีด, การดึง, การบิด แทนทาลัมมีคุณสมบัติในการเชื่อมที่ดี (การเชื่อมและการบัดกรีในอาร์กอน ฮีเลียม หรือในสุญญากาศ) นอกจากนี้ แทนทาลัมยังมีความทนทานต่อสารเคมีและการกัดกร่อนเป็นพิเศษ (ด้วยการก่อตัวของฟิล์มขั้วบวก) ความดันไอต่ำ และฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนต่ำ และยังเข้ากันได้ดีกับเนื้อเยื่อที่มีชีวิตของร่างกายอีกด้วย

คุณสมบัติทางเคมี

แน่นอนว่าหนึ่งในคุณสมบัติที่มีค่าที่สุดของแทนทาลัมก็คือความทนทานต่อสารเคมีที่ยอดเยี่ยม ในแง่นี้มันเป็นรองจากโลหะมีตระกูลเท่านั้น และถึงแม้จะไม่เสมอไปก็ตาม ทนต่อกรดไฮโดรคลอริก ซัลฟิวริก ไนตริก ฟอสฟอริก และกรดอินทรีย์ทุกความเข้มข้น (สูงสุดอุณหภูมิ 150 ° C) ในแง่ของความเสถียรทางเคมี แทนทาลัมนั้นคล้ายกับแก้ว - มันไม่ละลายในกรดและของผสม แม้แต่น้ำกัดทองก็ไม่ละลาย ซึ่งเมื่อเทียบกับทองคำและแพลตตินัมและโลหะมีค่าอื่น ๆ อีกจำนวนหนึ่งไม่มีอำนาจ องค์ประกอบที่เจ็ดสิบสามสามารถละลายได้ในส่วนผสมของกรดไฮโดรฟลูออริกและกรดไนตริกเท่านั้น นอกจากนี้ปฏิกิริยากับกรดไฮโดรฟลูออริกเกิดขึ้นเฉพาะกับฝุ่นโลหะและเกิดการระเบิดตามมาด้วย แม้ในกรดไฮโดรคลอริกและซัลฟิวริกร้อน แทนทาลัมยังมีความทนทานมากกว่าไนโอเบียมพี่น้องฝาแฝด อย่างไรก็ตามแทนทาลัมมีความทนทานต่อด่างน้อยกว่า - สารละลายร้อนของด่างกัดกร่อนกัดกร่อนโลหะ เกลือของกรดแทนทาลิก (แทนทาเลต) แสดงโดยสูตรทั่วไป: xMe 2 O yTa 2 O 5 H 2 O ซึ่งรวมถึง metatantalates MeTaO 3, orthotantalates Me 3 TaO 4, เกลือเช่น Me 5 TaO 5 โดยที่ Me เป็นโลหะอัลคาไล ; เมื่อมีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะเกิดเปอร์แทนทาเลตด้วย แทนทาเลตโลหะอัลคาไลที่สำคัญที่สุดคือ KTaO 3 และ NaTaO 3; เกลือเหล่านี้เป็นเฟอร์โรอิเล็กทริก

ความต้านทานการกัดกร่อนสูงของแทนทาลัมยังระบุได้จากปฏิกิริยากับออกซิเจนในบรรยากาศหรือความต้านทานสูงต่ออิทธิพลนี้ โลหะเริ่มออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิ 280 °C เท่านั้น และถูกเคลือบด้วยฟิล์มป้องกัน Ta 2 O 5 (แทนทาลัมเพนท็อกไซด์เป็นโลหะออกไซด์ที่เสถียรเพียงชนิดเดียว) ซึ่งช่วยปกป้องโลหะจากการกระทำของสารเคมีและป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้า จากโลหะสู่อิเล็กโทรไลต์ อย่างไรก็ตามเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 500 ° C ฟิล์มออกไซด์จะค่อยๆ มีรูพรุน แยกตัวและแยกออกจากโลหะ ทำให้พื้นผิวของชั้นป้องกันไม่เกิดการกัดกร่อน ดังนั้นจึงแนะนำให้ทำการบำบัดด้วยแรงดันร้อนในสุญญากาศเนื่องจากโลหะจะออกซิไดซ์ในอากาศในระดับความลึกที่สำคัญ การปรากฏตัวของไนโตรเจนและออกซิเจนจะเพิ่มความแข็งและความแข็งแรงของแทนทาลัมในขณะเดียวกันก็ลดความเหนียวและทำให้โลหะเปราะและดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้แทนทาลัมก่อให้เกิดสารละลายของแข็งและออกไซด์ Ta 2 O 5 ด้วยออกซิเจน (ด้วยการเพิ่มขึ้นของ ปริมาณ O 2 ในแทนทาลัมมีคุณสมบัติความแข็งแรงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและความเหนียวและความต้านทานการกัดกร่อนลดลงอย่างมาก) แทนทาลัมทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนเพื่อสร้างสามเฟส - สารละลายไนโตรเจนที่เป็นของแข็งในแทนทาลัม, แทนทาลัมไนไตรด์: Ta 2 N และ TaN - ในช่วงอุณหภูมิ 300 ถึง 1,100 ° C สามารถกำจัดไนโตรเจนและออกซิเจนในแทนทาลัมภายใต้สภาวะสุญญากาศสูง (ที่อุณหภูมิสูงกว่า 2,000 °C)

แทนทาลัมทำปฏิกิริยาอย่างอ่อนกับไฮโดรเจนจนได้รับความร้อนถึง 350 °C อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นอย่างมากจาก 450 °C เท่านั้น (แทนทาลัมไฮไดรด์เกิดขึ้นและแทนทาลัมจะเปราะ) การให้ความร้อนแบบเดียวกันในสุญญากาศ (มากกว่า 800 °C) จะช่วยกำจัดไฮโดรเจน ซึ่งในระหว่างนั้นคุณสมบัติทางกลของแทนทาลัมจะกลับคืนมาและไฮโดรเจนจะถูกกำจัดออกไปจนหมด

ฟลูออรีนทำปฏิกิริยากับแทนทาลัมที่อุณหภูมิห้องอยู่แล้ว และไฮโดรเจนฟลูออไรด์ก็ทำปฏิกิริยากับโลหะเช่นกัน คลอรีนแห้ง โบรมีน และไอโอดีนมีผลทางเคมีต่อแทนทาลัมที่อุณหภูมิ 150 °C ขึ้นไป คลอรีนเริ่มทำปฏิกิริยากับโลหะที่อุณหภูมิ 250 °C โบรมีนและไอโอดีนที่อุณหภูมิ 300 °C แทนทาลัมเริ่มทำปฏิกิริยากับคาร์บอนที่อุณหภูมิสูงมาก: 1,200–1,400 °C และเกิดการก่อตัวของแทนทาลัมคาร์ไบด์ที่ทนไฟ ซึ่งมีความทนทานต่อกรดมาก แทนทาลัมรวมกับโบรอนเพื่อสร้างโบไรด์ซึ่งเป็นสารประกอบแข็งและทนไฟที่ทนทานต่อผลกระทบของน้ำกัดทอง แทนทาลัมก่อให้เกิดสารละลายของแข็งอย่างต่อเนื่องด้วยโลหะหลายชนิด (โมลิบดีนัม ไนโอเบียม ไทเทเนียม ทังสเตน วาเนเดียม และอื่นๆ) แทนทาลัมก่อให้เกิดสารละลายของแข็งที่มีข้อจำกัดด้วยทองคำ อลูมิเนียม นิกเกิล เบริลเลียม และซิลิคอน แทนทาลัมไม่ก่อให้เกิดสารประกอบใดๆ กับแมกนีเซียม ลิเธียม โพแทสเซียม โซเดียม และธาตุอื่นๆ แทนทาลัมบริสุทธิ์ทนทานต่อโลหะเหลวหลายชนิด (โลหะผสม Na, K, Li, Pb, U-Mg และ Pu-Mg)

แทนทาลัมเป็นโลหะชนิดพิเศษที่อยู่ในกลุ่มขุนนาง มันถูกค้นพบในปี 1802 แต่ถือว่าเป็นองค์ประกอบอายุน้อย แม้จะหายาก แต่ก็มีการใช้กันอย่างแพร่หลายไม่เพียงแต่ในเครื่องประดับเท่านั้น แต่ยังใช้ในอุตสาหกรรมด้วย เป็นเรื่องปกติโดยเฉพาะในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ - เกือบทุกอุปกรณ์มีอุปกรณ์ดังกล่าว

การใช้โลหะนี้เป็นจำนวนมากเริ่มขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 40 ของศตวรรษที่ผ่านมาและดำเนินต่อไปจนถึงทุกวันนี้ ได้รับความนิยมเนื่องจากคุณสมบัติด้านความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เป็นเอกลักษณ์มากมาย

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

ในบรรดาคุณสมบัติทางกายภาพของโลหะนี้ จุดหลอมเหลวสูงควรเน้นที่ 3,017 องศาเซลเซียส ซึ่งทำให้แตกต่างจากอะนาล็อกอื่นๆ ด้วยเหตุนี้จึงใช้ในพื้นที่ที่ต้องการความต้านทานต่อสภาวะที่รุนแรงมากขึ้น ในเวลาเดียวกันลักษณะของแทนทาลัม ได้แก่ ความเหนียวและความแข็งซึ่งรวมกันค่อนข้างหายากในธรรมชาติ

จุดหลอมเหลวของแทนทาลัมคือ 3017 °C

คุณสมบัติแทนทาลัมดังกล่าวข้างต้นช่วยให้คุณสามารถแปรรูปโลหะได้โดยไม่ต้องใช้ความพยายามมากนักและสร้างรูปร่างและขนาดที่ต้องการ โครงสร้างพิเศษของอะตอมมีความสำคัญมากในการสร้างชิ้นส่วนและกลไกของโครงสร้างที่มีความรับผิดชอบเพิ่มขึ้น แทนทาลัมเหมาะกับการตีและรีด ในกรณีนี้สามารถใช้วิธีการเปลี่ยนรูปเย็นได้สำเร็จ ควรเน้นการนำความร้อนสูง

เนื่องจากมีความหนาแน่นสูง โลหะจึงสามารถนำมาใช้ผลิตเกียร์ขนาดเล็กและชิ้นส่วนของเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ทนทานต่อการสึกหรอและไม่เสื่อมสภาพหลังจากใช้งานเป็นเวลานาน

ในบางกรณีจะใช้เป็นตัวดูดซับก๊าซ ควรเน้นการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์: โลหะมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่แตกต่างกันในสถานะปกติและที่อุณหภูมิสูง

ชิ้นส่วนแทนทาลัมสามารถเชื่อมต่อได้ด้วยการบัดกรี การเชื่อม หรือการตอกหมุดย้ำ วิธีการเชื่อมมักใช้บ่อยที่สุดเนื่องจากคุณภาพของการเชื่อมนั้นมีความแข็งแรงสูงและทนต่อความเค้นทางกายภาพ

ในบรรดาคุณสมบัติทางเคมีนั้นควรค่าแก่การเน้นย้ำถึงความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและด่างสูง อย่างไรก็ตาม เมื่อละลาย จะมีความไวต่ออัลคาไลบางส่วน ออกซิเดชันเป็นไปไม่ได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 250 องศา

คุณสมบัติทางเคมีของโลหะนี้คล้ายกับแก้วมาก แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะละลายในกรด เว้นแต่คุณจะใช้กรดไฮโดรฟลูออริกและกรดไนตริก แม้แต่การสัมผัสกับกรดซัลฟิวริกก็ไม่ส่งผลกระทบต่อโครงสร้างและรูปร่างของโลหะ อาจมีเพียงฟิล์มเล็กๆ ปรากฏบนพื้นผิว นอกจากนี้ยังไม่ถูกทำลายเมื่อสัมผัสกับน้ำทะเลเป็นเวลานาน

การเกิดขึ้นตามธรรมชาติและการผลิตแทนทาลัม

แทนทาลัมเป็นองค์ประกอบทางเคมี ซึ่งหาได้ยากในธรรมชาติ โดยคิดเป็นสัดส่วนเพียง 0.0002% ของเปลือกโลก ไม่ค่อยพบในรูปแบบบริสุทธิ์ซึ่งส่วนใหญ่มักอยู่ในองค์ประกอบของแร่ธาตุต่าง ๆ ใกล้กับโลหะอื่น - ไนโอเบียม

เงินฝากขององค์ประกอบนี้พบได้ในหลายประเทศ พบแหล่งเงินฝากขนาดใหญ่ในฝรั่งเศส อียิปต์ จีน และไทย แต่เงินฝากที่ใหญ่ที่สุดขององค์ประกอบนี้อยู่ในออสเตรเลีย แทนทาลัมมีการขุดในปริมาณมากกว่า 400 ตันต่อปี ในขณะเดียวกันความต้องการใช้งานก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องซึ่งสัมพันธ์กับปริมาณอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ผลิตโดยใช้โลหะนี้เพิ่มขึ้น ด้วยเหตุนี้จึงมีการพัฒนาเงินฝากใหม่อย่างต่อเนื่อง

ในประเทศของเรา การผลิตแทนทาลัมกระจุกตัวอยู่ที่โรงงานแมกนีเซียม Solikamsk จะได้โลหะหลังจากแปรรูปโลพาไรต์เข้มข้น ในประเทศอื่นๆ มีการใช้แร่ธาตุอื่นๆ เช่น รูไทล์ สตรูเวไรต์ แทนทาไลต์ และโคลัมไบต์

ผู้ผลิตโลหะรายใหญ่ที่สุดในโลก ได้แก่ สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และจีน จำนวนผู้ผลิตทั่วโลกไม่เกิน 40 บริษัท ราคา - จาก 1,000 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัม

โลหะผสมที่มีแทนทาลัม

เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพพิเศษ โลหะนี้ในรูปแบบบริสุทธิ์จึงมักใช้ในอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม เพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง สามารถใช้โลหะผสมที่ขึ้นอยู่กับมันและสามารถเพิ่มส่วนประกอบโลหะผสมที่เหมาะสมได้

โลหะผสมแทนทาลัมสามารถคงสถานะของแข็งได้ที่อุณหภูมิประมาณ 1,700 องศา นี่เป็นสิ่งจำเป็นเมื่อใช้สารประกอบแทนทาลัมในภาคพลังงาน อุตสาหกรรมเคมี การผลิตเครื่องมือที่มีความแม่นยำสูง และโลหะวิทยา บ่อยครั้งที่มีการใช้โลหะผสมหลายชนิดในการสร้างจรวดอวกาศ

ประเภทของส่วนประกอบโลหะผสมที่ใช้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติขั้นสุดท้ายที่ต้องการ เพื่อปรับปรุงคุณภาพของงาน มีการใช้องค์ประกอบที่ทำให้โลหะผสมมีคุณสมบัติความเหนียวที่ดีขึ้น

ควรสังเกตว่าแทนทาลัมในโลหะผสมมักไม่ได้ใช้เป็นฐาน แต่เป็นส่วนประกอบของโลหะผสม การเพิ่มวัสดุต่างๆ ช่วยเพิ่มความทนทานต่ออุณหภูมิและการกัดกร่อนสูง

วงจรตัวเก็บประจุแทนทาลัม

แทนทาลัม TAV-10 เป็นโลหะผสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งมีพื้นฐานจากโลหะนี้ ผลิตด้วยการเติมทังสเตนซึ่งมีปริมาณประมาณ 10% ส่งผลให้วัสดุมีความต้านทานความร้อนดีขึ้น ใช้สำหรับการผลิตองค์ประกอบความร้อนและเพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์ เนื่องจากส่วนประกอบไม่ทำให้ผิวหนังของมนุษย์ระคายเคือง

การประยุกต์แทนทาลัม

การใช้แทนทาลัมไม่ได้จำกัดอยู่เพียงพื้นที่เดียว เป็นการเน้นย้ำถึงพื้นที่ที่ใช้ผลิตภัณฑ์แทนทาลัมกันอย่างแพร่หลาย:

1. โลหะวิทยา. โลหะนี้เกือบครึ่งหนึ่งใช้ในอุตสาหกรรมโลหะวิทยา เนื่องจากใช้สร้างโลหะผสมต่างๆ ได้ง่าย โดยเฉพาะเกรดเหล็กป้องกันการกัดกร่อนที่ทนทานต่ออุณหภูมิสูง ลวดแทนทาลัมถูกนำมาใช้ในด้านต่าง ๆ ที่ต้องการความแข็งแรงและทนความร้อนเพิ่มขึ้น แทนทาลัมคาร์ไบด์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตถ้วยใส่ตัวอย่างสำหรับโลหะทนไฟ
2. วิศวกรรมไฟฟ้า. ประมาณ 25% ใช้ในการผลิตวิศวกรรมไฟฟ้าและเครื่องใช้ไฟฟ้า ตัวเก็บประจุที่ใช้องค์ประกอบนี้มีลักษณะความเสถียรในการทำงานที่เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ในกรณีที่พื้นผิวของตัวเก็บประจุถูกทำลายจะเกิดฟิล์มแทนทาลัมออกไซด์ซึ่งช่วยปกป้องมัน คุณควรเน้นองค์ประกอบต่างๆ เช่น แอโนด แคโทด โคมไฟ และชิ้นส่วนโลหะอื่น ๆ ซึ่งผลิตขึ้นบนพื้นฐานของมันเช่นกัน
3. อุตสาหกรรมเคมีภัณฑ์ หนึ่งในห้าของปริมาณที่ผลิตได้ใช้ในอุตสาหกรรมเคมี เนื่องจากสามารถทนต่อกรดเกลือและด่างส่วนใหญ่ได้
4. ยา. แทนทาลัมในทางการแพทย์ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ศัลยกรรมกระดูกและพลาสติก องค์ประกอบที่ทำจากวัสดุนี้ใช้ในการยึดกระดูกเพื่อเพิ่มความแข็งแรงโดยไม่ระคายเคืองต่อเนื้อเยื่ออินทรีย์
5. ทรงกลมทางทหาร ในขอบเขตทางทหารจะมีการสร้างเป้าหมายแทนทาลัมและกระสุนสำหรับขีปนาวุธสะสม
6. เครื่องมือวัด โลหะนี้ใช้สำหรับการผลิตเครื่องมือที่มีความแม่นยำ อุปกรณ์ควบคุม และไดอะแฟรมต่างๆ รวมถึงเครื่องมือสุญญากาศ เนื่องจากมีคุณสมบัติการดูดซับก๊าซที่แตกต่างกัน
7. พลังงานนิวเคลียร์. ในบริเวณนี้โลหะจะทำหน้าที่เป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อน

ควรสังเกตว่าขอบเขตของการใช้แทนทาลัมนั้นถูก จำกัด ด้วยปริมาณการผลิตเพียงเล็กน้อยเท่านั้น หากปริมาณการผลิตเพิ่มขึ้น ขอบเขตการใช้งานก็จะขยายออกไปอย่างมาก

การค้นพบแทนทาลัมมีอายุย้อนไปถึงปี 1802 ได้รับการแนะนำให้รู้จักกับโลกครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ A. G. Ekeberg เขาค้นพบแร่ธาตุสองชนิดในฟินแลนด์และสวีเดน อยู่ในองค์ประกอบที่มีสารนี้อยู่ อย่างไรก็ตาม ในขณะนั้นไม่สามารถแยกออกแยกกันได้ เป็นเพราะความซับซ้อนสูงในการสกัดในรูปแบบบริสุทธิ์จึงได้รับการตั้งชื่อตามหนึ่งในวีรบุรุษแห่งตำนานของกรีกโบราณ ปัจจุบันองค์ประกอบนี้พบว่ามีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในหลายอุตสาหกรรม

แทนทาลัมอยู่ในหมวดหมู่ของโลหะ มีโทนสีขาวเงิน มันค่อนข้างชวนให้นึกถึงตะกั่วเนื่องจากมีฟิล์มออกไซด์ที่เข้มข้นอยู่

โลหะนี้เป็นของประเภทที่ไม่ค่อยพบในธรรมชาติ จนถึงปัจจุบันมีแร่ธาตุแทนทาลัมเพียงยี่สิบชนิดเท่านั้นที่รู้ อย่างไรก็ตาม มีแร่ธาตุอีกหกสิบชนิดที่มีโลหะนี้อยู่ นอกจากนี้ไนโอเบียมยังจำเป็นต้องมีอยู่ในแร่ธาตุดังกล่าวด้วย มีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายคลึงกัน

เงินฝากแทนทาลัม

แร่แทนทาลัมนั้นหายากมาก

อย่างไรก็ตาม ใหญ่ที่สุดอยู่ในประเทศต่างๆ เช่น:

• อียิปต์,
• ฝรั่งเศส,
• ประเทศไทย,
• ออสเตรเลีย,
• โมซัมบิก

แร่แทนทาลัมที่ใหญ่ที่สุดในโลกตั้งอยู่ที่เมืองกรีนบุช ประเทศออสเตรเลีย

แทนทาลัมมีจุดหลอมเหลวสูง อุณหภูมิสามพันกว่าองศาเซลเซียส จุดเดือดของโลหะนี้เกินห้าพันองศาเซลเซียส คุณสมบัติของแทนทาลัมก็แสดงด้วยคุณสมบัติอื่นเช่นกัน สารนี้มีโครงสร้างค่อนข้างแข็ง อย่างไรก็ตาม โลหะมีความเหนียวในระดับสูง ในพารามิเตอร์นี้เทียบได้กับทองคำ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับผลิตภัณฑ์เครื่องจักร ด้วยเหตุนี้ คุณจึงสามารถสร้างลวดหรือแผ่นชนิดที่ดีที่สุดสำหรับผลิตภัณฑ์ตกแต่งขั้นสุดท้ายได้

แทนทาลัมอยู่ในหมวดหมู่ของโลหะที่มีฤทธิ์ต่ำ อัตราการเกิดออกซิเดชันภายใต้อิทธิพลของอากาศค่อนข้างต่ำ ในอากาศจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นก็ต่อเมื่ออุณหภูมิสูงถึง 250 องศาเซลเซียส

โต๊ะ. ลักษณะของตัวเก็บประจุไมก้าที่มีโพลีคาร์บอเนต โพลีสไตรีน และแทนทาลัม

ในขั้นต้นในอุตสาหกรรมโลหะนี้ใช้เพื่อสร้างลวดเส้นเล็กสำหรับการผลิตหลอดไส้ที่มีชื่อเสียงเท่านั้น ปัจจุบันแทนทาลัมมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย ใช้สำหรับการผลิตสิ่งของอุตสาหกรรมและของใช้ในครัวเรือน และในการสร้างอาวุธประเภทใหม่ในอุตสาหกรรมทหาร

โลหะเช่นแทนทาลัมเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในการผลิตวัตถุและอุปกรณ์ที่ทนทานต่อการกัดกร่อน นอกจากนี้ผลิตภัณฑ์เหล่านี้หลายชนิดยังมีคุณสมบัติทนความร้อนสูงอีกด้วย

ในอุตสาหกรรมการแพทย์ การใช้แทนทาลัมถือเป็นบรรทัดฐานมานานแล้ว ฟอยล์และลวดที่ทำจากวัสดุพิเศษนี้ใช้เพื่อฟื้นฟูการทำงานของเนื้อเยื่อและเส้นประสาทของผู้ป่วย พวกเขายังใช้ในการเย็บเหยื่ออีกด้วย

เนื่องจากความแข็งแกร่งของแทนทาลัมจึงเริ่มใช้ในการผลิตยานอวกาศ แทนทาลัมเบริลไลด์มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันในอากาศได้ดีเยี่ยม

โลหะนี้พบการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมโลหะวิทยา ใช้ในการผลิตโลหะผสมแข็งสำหรับงานโลหะ ส่วนผสมของแทนทาลัมและทังสเตนคาร์ไบด์ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างโลหะผสมแข็งที่สามารถใช้ในการเจาะรูในวัสดุที่ทนทานที่สุด เช่น หินและวัสดุผสม

วัสดุนี้ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมการทหาร ด้วยความช่วยเหลือทำให้เกิดกระสุนที่มีความทนทานในระดับสูง แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทะลุผ่าน โลหะดังกล่าวถูกใช้ในห้องปฏิบัติการของกระทรวงกิจการภายในเพื่อสร้างอาวุธนิวเคลียร์

ออสเตรเลียมีปริมาณสำรองแทนทาลัมที่ใหญ่ที่สุด เป็นสถานะนี้ที่ถือว่าถูกต้องเป็นผู้นำในการผลิตสารนี้

สำคัญ: ประเทศของเราก็มีโอกาสขุดแทนทาลัมด้วย อย่างไรก็ตาม มีปัญหาหลายประการที่อธิบายได้เนื่องจากการไม่สามารถเข้าถึงเงินฝากได้

การผลิตแทนทาลัมในรัสเซีย

ในประเทศของเรา การผลิตแทนทาลัมส่วนใหญ่อยู่บนไหล่ของโรงงานแมกนีเซียม Solikamsk แล้ว ที่นี่โลหะนี้ได้มาจากความเข้มข้นของโลพาไรต์ พวกเขามาที่โรงงานจากแหล่งสะสม Lovozero ในบางกรณีวัตถุดิบที่นำเข้าจะถูกนำมาใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ซึ่งมีสารต่างๆ เช่น rutile, columbite, tantalite, struverite

ผู้นำในการผลิตแทนทาลัม ได้แก่ สหรัฐอเมริกา จีน และญี่ปุ่น มีบริษัทประมาณสี่สิบแห่งในโลกที่ผลิตวัสดุ เช่น แทนทาลัม บริษัทที่ใหญ่ที่สุดที่ผลิตโลหะนี้คือบริษัทจากสหรัฐอเมริกา Cabot Corporation มีสาขาเปิดในประเทศต่างๆ ทั่วโลก

ราคาแทนทาลัมต่อกรัมไม่สูงมาก โดยเฉลี่ยแล้วผู้ผลิตขายแทนทาลัมหนึ่งกรัมในราคาครึ่งดอลลาร์ วันนี้กิโลกรัมมีราคามากกว่าหนึ่งพันดอลลาร์

บทความในหัวข้อ

การป้องกันอัคคีภัยของโครงสร้างโลหะ

ไม่มีความลับว่าโลหะไม่ติดไฟ อย่างไรก็ตามถึงแม้จะเป็นเช่นนี้ การสัมผัสกับอุณหภูมิสูงจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความแข็ง ซึ่งส่งผลให้โลหะมีความอ่อน ยืดหยุ่น และส่งผลให้สามารถเปลี่ยนรูปได้ ทั้งหมดนี้เป็นสาเหตุที่ทำให้ความสามารถในการรับน้ำหนักของโลหะสูญเสียไป ซึ่งอาจทำให้อาคารทั้งหลังพังหรือแยกส่วนระหว่างเกิดเพลิงไหม้ได้ ไม่ต้องสงสัยเลยว่านี่เป็นอันตรายต่อชีวิตมนุษย์มาก เพื่อป้องกันสิ่งนี้ จึงมีการใช้สารประกอบหลายชนิดในระหว่างการก่อสร้างที่สามารถทำให้โครงสร้างโลหะทนทานต่ออุณหภูมิสูงได้มากขึ้น