Тантал – цінний метал для сучасної промисловості. Що таке тантал

Тантал - "розумний метал"

Тантал, властивості та характеристики якого виявилися справді унікальними, у наш час отримав назву «розумний метал».

Трохи історії

Тантал було відкрито 1802 р. Шведський хімік А.Г. Екеберг вивчав знайдені мінерали і виявив, що в них знаходиться невідомий на той час елемент, але виділити його в чистому вигляді не зміг. Невідомий метал було названо на честь давньогрецького міфологічного героя Тантала. Протягом 4-х десятиліть хіміки помилково вважали, що тантал і відомий на той час ніобій - це і той самий хімічний елемент. Отримати його в чистому вигляді вдалося німецьким хімікам у 1903 р., а в промислових цілях він почав активно використовуватись у роки Другої світової війни.

Опис та властивості танталу

У періодичної таблиціцей метал займає 73 позицію, позначається Ta.

При нормальних умовахмає сріблястий колір, зовні схожий на срібло та деякі інші шляхетні метали. За рахунок окислення в повітрі покривається оксидною плівкою, темніє, стає схожим на свинець. При кімнатній температуріокислення протікає дуже повільно, тому метал довго зберігає характерний колір. Активне окислення повітря починається при температурі вище 280°С.

З галогенами метал вступає в реакції при низьких температурахале відразу покривається поверхневою плівкою, яка захищає його від подальших реакцій по всьому об'єму.

Температура плавлення відносно висока становить 3017°С. Вона набагато вища, ніж у багатьох металів. Для порівняння:

свинець - 327 ° С;
алюміній - 660 ° С;
латунь – до 1000°С;
золото - 1064 ° С;
мідь - 1083 ° С;
залізо – 1540°С.

Завдяки високій міцності металу танталу, його використовують у багатьох галузях виробництва.

Серед матеріалів, що широко використовуються в промисловості, за температурою плавлення тантал поступається вольфраму, у якого ця величина дорівнює 3420°С.

Щільність танталу дорівнює 16700 кг/м3, цей метал набагато щільніший, ніж поширені залізо та мідь, у яких вона дорівнює відповідно 7870 та 8940 кг/м3. За щільністю його можна порівняти із золотом, густиною якого 19320 кг/м3. Тантал має високу твердість. Незважаючи на властивості, це дуже пластичний метал. Матеріал можна розкачати до товщини 1 мкм. Таку пластичність має тільки золото.

Прокат матеріалу проводиться без нагрівання, що спрощує його обробку. Механічну міцність можна підвищити наклепом. При температурі нижче - 196 ° С властивість пластичності зникає, метал стає крихким.

За магнітними властивостями тантал відносять до парамагнетики. Властивості парамагнетика добре виявляються при температурах нижче 3420 ° С, потім метал стає феромагнетиком.

Тантал має високу стійкість до агресивних дій середовища. Його не руйнує азотна кислота із концентрацією 70%. На нього не діє сірчана кислота, нагріта до 150 ° С, але при підвищенні температури кислоти до 200 ° С починається повільне руйнування металу.

Така антикорозійна стійкість металу, що перевищує стійкість нержавіючої сталі, зробила його незамінним у низці виробничих процесів.

Для виділення дорогоцінних металів із розчинів та розплавів їх солей застосовується електроліз. Але катоди, на які осідають благородні метали, при цьому швидко руйнуються. Заміна катодів, виготовлених із звичайних металів, на танталові зробила процес електролізу набагато ефективнішим і дешевшим. Цей спосіб застосовується і для виділення з руд рідкісноземельних елементів.

Тантал має високу біологічну сумісність, тому отримав широке застосування в медицині. Протези та імплантати з нього не надають хімічної дії на організми, не окислюються, тому організмом не відкидаються.

До добрих провідників електричного струмутантал віднести не можна, його питомий опірпри 20°С становить 0,13 Ом*мм²/м, воно більше, ніж у заліза (0,1 Ом*мм²/м). Але він має відносно високу температуру переходу в стан надпровідності, вона дорівнює 4,5К. При більш високій температурі стан надпровідності переходять ванадій (5,3К), свинець (7,2К) і його «близнюк» ніобій (9,2К). Ця властивість танталу зробила його затребуваною у виробництві надпровідників кріотонів, що використовуються в електронно-обчислювальній техніці. У радіоелектроніці використовують конденсатори з танталовими обкладками. Вони виявилися найефективнішими, але можуть працювати при невеликих значеннях напруги.

У військовій промисловості сплави танталу використовуються для збільшення пробивної спроможності снарядів.

У наукових та військових цілях радіоактивні ізотопи використовуються для створення джерел гамма-випромінювання. Радіоактивні ізотопи входять до складу копалин, але в більшій концентрації вони містяться у відходах, що залишаються після роботи ядерних реакторів.

Тантал застосовується при будівництві захисту ядерних реакторів, так як це один з небагатьох елементів, що не руйнуються від дії парів цезію.

На поверхні ріжучого інструменту надання йому особливої міцності наноситься карбід танталу. Такий інструмент використовується для різання та свердління особливо міцних матеріалів, при бурінні глибинних свердловину твердих породах.

Тантал завдяки найвищій міцності, стійкості до окислення та високій температурі плавлення використовується у виробництві авіаційних та ракетних двигунів.

Деталі, виготовлені з танталу, в агресивних середовищах служать на десятки років довше, ніж виготовлені з інших матеріалів високої корозійної стійкості.

Усі фізичні характеристики матеріалу можна змінювати, вносячи до нього легуючі добавки.

Видобуток танталу

Завдяки дослідницьким роботам було знайдено нові родовища металу тантал

У земній корі танталу міститься близько 0,0002%, тому він відноситься до рідкісним елементам. Але практично у всіх країнах є родовища його з'єднань. У Європі найбільші та найбагатші родовища знаходяться у Франції, невеликі родовища є в більшості країн колишнього СРСР. Серед африканських країн найбільшими запасами сировини має Єгипет. Але найбільші і найбагатші родовища, відомі та розроблені на сьогоднішній день розташовуються в Австралії.

Зустрічається елемент як власні солі, чи він входить до складу інших мінералів. У другому випадку йому обов'язково супроводжує ніобій. Мінерали можуть бути стабільними та радіоактивними.

Видобуток цього металу складає 420 тонн на рік. Лідируючі держави з видобутку та переробки - США та ФРН.

Через світову кризу попит на тантал дещо знизився, але з 2010 р. знову зріс. У Останнім часомпроводяться активні розвідувальні роботи. Завдяки їм було відкрито нові родовища США, Бразилії, ПАР.

У наукомістких та стратегічних галузях промисловості провідних країн світу безперервно зростає. Динаміка цього зростання пояснюється двома взаємозалежними причинами. Перша полягає у необхідності підвищення якісних характеристик високотехнологічної продукції цивільного та військового призначення. Друга ж, у тому, що тантал найкращим чиномпідходить для вирішення першого завдання, оскільки має значний перелік найцінніших властивостей, серед яких:

виняткова корозійна стійкість;
унікальна стійкість до хімічного впливу газів та кислот;
висока щільність (16,6 г/см 3) та питома електроємність;
надтвердість та пластичність;
хороша технологічність (механічна оброблюваність, зварюваність);
жароміцність та жаростійкість (температура плавлення 3000°C);
здатність поглинати гази (в сотні разів більше за власний обсяг);
високий коефіцієнт теплопередачі;
унікальна біологічна сумісність та багато іншого.

Форми випуску танталу

Для виробництва високотехнологічних виробів тантал застосовується як чистому вигляді, і у вигляді сплавів. Широким спектромйого застосування обумовлений великий вибір танталових і напівфабрикатів, що тантал містять. Для подальшої обробки випускається танталовий пруток та стрічка, пластини, диски, зливки (марки ЕЛП-1, ЕЛП-2, ЕЛП-3). Найбільш затребувані танталовий дріт та листи, а також фольга (марки ТВЧ та ТВЧ-1) та металевий порошок конденсаторної кваліфікації. На порошок припадає близько 60% світового виробництва танталу, який споживається радіоелектронною галуззю до створення елементної бази сучасної «розумної» техніки. Близько 25% ринку займає танталовий лист та дріт, плюс фольга.

Малюнок 1. Продукція із танталу.

Області застосування танталу

виробництво електровакуумних приладів;
електротехніка та електроніка;
телекомунікації та зв'язок;
аерокосмічна промисловість;
хімічне машинобудування;
ядерна промисловість;
металургія твердих сплавів;
медицина і т.д.

Тантал в електровакуумних приладах

Робочий простір електровакуумних приладів заповнений спеціальним газом або вакуумом, в якому знаходяться два (анод і катод) або більше електрода, що утворюють у просторі струм емісії. До таких пристроїв відносяться електровакуумні НВЧ-прилади магнетронного типу, радіолокаційні, навігаційні та гідроакустичні станції, осцилографи, лічильники. елементарних частинок, електровакуумні фотоелементи, рентгенівська апаратура, електронні лампи та багато іншого. У ряді електровакуумних пристроїв тантал є матеріалом для гетерів – газопоглиначів, що підтримують у камерах стан глибокого вакууму. У деяких приладах електроди дуже швидко і сильно нагріваються, тому в них, як «гаряча арматура», застосовується тонка танталова стрічка (марка Т або ТВЧ) або дріт (марка ТВЧ), здатна довго (десятки тисяч годин) і стабільно працювати при високих напругахта пульсуючих температурах.

Тантал у металургії твердих сплавів

У металургійній промисловості тантал використовують для створення надтвердих тугоплавких сплавів, компонентами яких виступають карбіди танталу (марки ТТ) та вольфраму. З танталовольфрамових сплавів (марки ТВ-15, ТВ-10, ТВ-5) виробляють металорізальний та обробний інструмент, надміцні «коронки» для буріння отворів у камені та композитах. Сплави з карбіду танталу та нікелю з легкістю обробляють поверхню алмазів, не поступаючись їм у твердості. З танталу (твердість по Брінеллю до 1250-3500 МПа) роблять деталі кріогенних установок, фільєри та тиглі для плавки та очищення рідкісноземельних металів, судини для холодного пресування металевих порошків.

Тантал у хімічному машинобудуванні

У хімічному машинобудуванні безшовна холоднодеформована танталова труба (марка ТВЧ) та лист застосовуються в конструкціях корозійностійкої апаратури, що працює в хімічно агресивному середовищі. З танталу виробляють різні кислототривкі конструкції (змійовики, мішалки, дистилятори, аератори, трубопроводи), лабораторне обладнання, пристрої нагрівання та охолодження, що функціонують в контакті з кислотами, у тому числі, з концентрованими субстанціями. Танталова фольга використовується для плакування (тонкого термомеханічного покриття) поверхні деталей та обладнання на лініях з виробництва сірчаної кислоти, аміаку тощо.

Тантал у медицині

Тантал має унікальну сумісність з живими тканинами і не відкидається ними. У медицині танталовий дріт застосовується у вигляді ниток і скоб для скріплення м'язових тканин, сухожиль, нервових волокон, кровоносних судин. З неї роблять сітки для очних протезів, а з листа - корпуси серцевих електростимуляторів. У відновлювальній хірургії танталовий пруток та стрічка вважаються безальтернативними матеріалами для кісткового протезування та заміщення. Виняткову важливість танталовий лист представляє як ремонтний матеріал при пошкодженнях черепа.

Тантал в аерокосмічній промисловості

Як високотемпературний конструкційний матеріал, в аерокосмічній промисловості танталовий лист застосовується для відповідальних компонентів ракет і літаків. Наприклад, з танталу виготовляють носові частини ракет та жароміцні лопатки газових турбін турбореактивних двигунів на рідкому паливі. З танталових сплавів виробляють соплові деталі, форсажні камери і т.д.

Тантал у ядерній індустрії

З танталової труби (марка ТВЧ) виготовляють теплообмінники для ядерно-енергетичних систем, стійкі до перегрітих розплавів та пар цезію. З танталу виробляються дифузійні бар'єри для надпровідників термоядерних реакторів. Радіоактивний ізотоп тантал-182 використовується в променевої терапії. Тонка танталова дріт (50-100 мкм) з покриттям з платини застосовується як внутрішньотканинний джерело гамма-випромінювання, що точково впливає на ракові клітини. На початку 2018 року в ЗМІ з'явилася інформація, що китайські вчені проводять досліди з тантал-182 у військових цілях. Суть експериментів не розголошується, але, швидше за все, може йтися про використання ізотопу танталу як «розмножувального» агента для «брудних» бомб.

Тантал в електротехніці та електроніці

Порошок танталовий (ТУ95.250-74) використовують при виготовленні сучасних конденсаторів для телекомунікаційного, мікроелектронного та комп'ютерного обладнання. При мініатюрних розмірах вони перевершують більшість інших електролітичних конденсаторів за питомою ємністю на одиницю об'єму, що відрізняються великим діапазоном робочих температур, високою надійністю. Танталові конденсатори зберігають свої характеристики до 25 років у режимі зберігання, а в режимі експлуатації здатні працювати до 150 тисяч годин. Сьогодні танталові конденсатори є на мікросхемах практично кожного смартфона, комп'ютера, ігрової приставки, а також у військовій апаратурі. Тантал використовується у випрямлячах електричного струму, оскільки він має здатність пропускати його лише в одному напрямку.

Малюнок 2. Конденсатор із танталу.

Висновок

Крім перерахованого, танталовий пруток та лист, фольга, дріт, порошок, використовуються для вирішення десятків та сотень інших завдань. У металургії тантал застосовується як легуючий стабілізуючий компонент при виробництві надміцних, корозійностійких, жароміцних сталей і сплавів. Сполуки танталу виступають у ролі каталізаторів у процесах хімічних виробництв, наприклад, синтетичного каучуку. Тантал показав високу ефективність в оптиці, оскільки при додаванні в скло він збільшує його коефіцієнт заломлення, що дозволяє робити лінзи не сферичними, а більш тонкими і плоскими, навіть при великих діоптріях. У ювелірній справі тантал використовується нарівні з платиною під час виробництва браслетів, годинників, пір'я авторучок. Немає жодних сумнівів, що тантал є одним із найбільш затребуваних та перспективних металів, що використовуються у високотехнологічних галузях промисловості, і як ми бачимо, не тільки в них.

Тантал займає особливе місцеу групі відомих хімічних елементів. Даний метал не відноситься до шляхетних, проте експлуатаційні якості роблять його затребуваним у самих різних сферах. Причому це стосується не лише будівельних та виробничих галузей, а й ювелірного мистецтва. На сьогоднішній день саме застосування танталу дуже обмежене через його рідкість. І все ж таки на ринку представлений широкий асортимент виробів з цього матеріалу.

Загальні відомості про метал

У природі немає танталу в чистому вигляді. Зазвичай його видобувають разом з іншими мінералами, схожими з ним за характеристиками. Ця особливість елемента і зумовила його пізнє відкриття. Але в наші дні існують ефективні способивиділення танталу, одним із яких є екстракційний метод. Спеціально для одержання металевого матеріалу застосовується також електроліз. За допомогою графітового тигля основу із вмістом елемента розплавляють, після чого на стінках ємності залишається порошок. Подальша технологія обробки вихідної сировини залежить від того, яким буде застосування танталу: йому можна надавати вид зливка, дроту, листа, деталі певної форми або залишити у формі суміші для розпилення. Популярні й технології формування сплавів із порошку танталу. Комбінація з легуючими речовинами дає змогу посилити окремі властивості матеріалу.

Фізичні властивості

Метал відрізняється підвищеною температуроюплавлення близько 3017 ° C, що дозволяє його використовувати в екстремальних термічних умовах виробництва. У той же час він має рідкісну комбінацію властивостей пластичності та твердості. Щодо першого, то він м'який як золото. У цьому твердість танталу становить 16,65 г/см 3 . Таке поєднання фізичних якостей дозволяє з легкістю обробляти матеріал, надаючи йому різні форми та розміри, а також використовувати у відповідальних механізмах та конструкціях. Дрібні елементи добре себе проявляються як шестірня та деталі електроприладів. Тантал стійкий до зношування та довговічний, тому з нього роблять витратні компоненти з розрахунком на тривалу експлуатацію. Крім того, цей метал може бути ефективним поглиначем газу. При високих температурах деталей з танталу також розкриваються високі струмопровідні властивості.

Хімічні властивості

У чистому вигляді метал ефективно протистоїть впливу лугів, органічних та неорганічних кислотних речовин, а також впливу інших активних середовищ. Хіба що в розплавленому вигляді луги мають на тантал помітний вплив. Процеси окислення відбуваються при температурному режиміне нижче 280 °C, а з галогенними компонентами він вступає в реакцію при 250 °C. Хімічні властивості танталу в контактах із реагентами можна порівняти зі склом. Він не розчиняється в кислотних середовищах за винятком азотної та плавикової. Виявляє стійкість даний матеріал до сірчаної кислоти незалежно від її концентрації. Однак процеси активності в більшості випадків несуттєво впливають на структуру металу. Зазвичай зміни проявляються або у формі покриття плівкою, або у вигляді кородування.

Де застосовується тантал?

Цей метал не є масовим, але сфер його використання дуже багато. Насамперед це промисловість. Елемент задіюється в металургії, в харчовому секторі, в обробних галузях, радіотехніці, машинобудуванні і т. д. У будівельній сфері цей метал не так затребуваний саме через обмеженість обсягів видобутку, але окремі елементи конструкцій все ж таки виконуються з цього матеріалу - як правило , металовироби, призначені для відповідальних завдань посилення конструкцій Щоб зрозуміти де використовується тантал, важливо звертати увагу і на його експлуатаційні властивості. Вже зазначалося, що може виступати непоганим провідником. Тому його використовують як надпровідник в електротехніці. З іншого боку, жароміцність відкриває можливості для його застосування в термічній обробці інших металів. Завдяки підвищеної щільностіТантал став оптимальним рішенням і в оборонній промисловості. З нього роблять снаряди, що мають високу пробивну потужність.

Дріт із танталу

Металопрокат загалом є найбільшою формою представлення даного матеріалу на ринку. Істотну нішу у сегменті займає дріт. Вона незвичайна тим, що завдяки скромним розмірам може використовуватися як нитка. Це пояснює цінність танталу для медичної сфери- Вироби такого роду застосовуються для накладання швів і пов'язок. Але це лише приклад, який демонструє одну з відмінних якостей такого дроту. Найбільші формати застосовуються в машино-, авіа-, верстатобудуванні та капітальному будівництві. Причому залежно від призначення може використовуватись м'який та твердий метал. Тантал завдяки податливості з точки зору обробки дозволяє випускати довгий дріт від 1500 см при товщині від 0,15 мм і більше. На готових виробах, як відзначають користувачі, рідко зустрічаються задирки, тріщини та інші дефекти. Однак тонка структура все ж таки накладає вимоги на умови зберігання та транспортування - зокрема, дріт не рекомендується піддавати контактам з вологою та агресивними середовищами.

Стрічка з танталу

Цей формат випуску металопрокату також має широке поширення. Стрічки застосовуються в тій же медицині, нафтової промисловості, машинобудування та навіть в енергетичній галузі. Споживачі цінують цей продукт за біосумісність, високу міцність при тонкій структурі, хорошу оброблюваність та стійкість до процесів корозії. Якщо порівнювати подібні вироби з танталу з аналогами зі сталі або алюмінію, то на перший план вийде зносостійкість та довговічність. Стрічка здатна витримувати великі навантаженняна розрив та хімічні дії. З іншого боку, висока пластичність не дозволяє таким виробам стабільно підтримувати певну форму. Навіть незначний тиск призводить до деформації.

Сплави на основі танталу

Модифіковані легуючими компонентами сплави переважно набувають більш високих якостей фізичної міцності та жаростійкості. Досить сказати, що середній за характеристиками виріб зможе витримувати температурні дії у режимі 1650 °С, не втрачаючи своїх експлуатаційних якостей. Власне, це дозволяє застосовувати сплави танталу в хімічній промисловості, енергетиці, металургії та приладобудуванні. Більше того, деякі підприємства використовують даний матеріал у виготовленні елементів ракетно-космічної сфери. Залежно від напряму використання, технологи розробляють різні складидля легування танталу. В одних випадках модифікація дозволяє досягти більш високої пластичності, а в інших, наприклад, зробити матеріал придатним для виконання зварювальних операцій електронно-променевим способом. Також і сам тантал може виступати як легуючий компонент. Зазвичай такий спосіб поліпшення експлуатаційних властивостей використовують для надання основним металам антикорозійності та жароміцності.

Тантал у радіотехніці

У сферах виробництва електротехнічних пристроїв та деталей на перший план виходить можливість збереження оптимальної струмопровідності та підтримка частотних сигналів при скороченні розмірів елементної бази. З цієї причини тантал часто використовується у виготовленні конденсаторів, тиристорів, транзисторів та семисторів. Насамперед для тих самих конденсаторів застосовувалися рулони листового алюмінію. Це рішення передбачало можливість підвищення експлуатаційних параметрів у разі збільшення розмірів самої деталі. І це не говорячи про зворотне зниження інших параметрів, пов'язаних з нарощуванням обсягу конденсатора. Збільшити електричний об'єм при збереженні розмірів деталі дозволило застосування танталу, який також відрізняється стійкістю до негативних процесів, які беруть участь радіоелектронні компоненти. Інша справа, що і алюміній не виходить з ладу в цій галузі, оскільки він доступніший за ціною.

Висновок

Цей метал зовсім не має унікальних або нестандартних властивостей. У нього чимало привабливих якостей, серед яких та ж антикорозійність, твердість чи жаростійкість. Але ці характеристики окремо присутні й інших металах. Причому в деяких вони виражені набагато сильніше. Однак поєднання, на перший погляд, протилежних властивостей в одному елементі справді є унікальним. Технологи прагнуть досягати особливих комбінацій у робочих якостях матеріалів штучними способами, а в даному випадку вони зумовлюються природою походження. Наприклад, застосування танталу в медицині та в металургії ставить за мету абсолютно різні завдання. У одному випадку цінується висока міцність при невеликих розмірах вироби, тоді як у другому - податливість у обробці. Але є й негативна властивість танталу, яка поширюється на всі сфери його використання – це висока вартість, а деяких випадках і фізична недоступність.

Виявлення танталу датується 1802 роком. Вперше у світі він був представлений вченим А. Г. Екебергом. Він виявив у Фінляндії та Швеції два мінерали. Саме в їхньому складі була ця речовина. Однак окремо виділити його на той час не вдалося. Саме через таку високу складність його видобутку в чистому вигляді його і назвали на честь одного з героїв міфів Стародавню Грецію. Сьогодні цей елемент знайшов своє широке застосування у багатьох галузях промисловості.

Тантал відноситься до розряду металів. Він має сріблясто-білий відтінок. Він чимось по-своєму зовнішньому виглядунагадує свинець, тому що на ньому є міцна оксидна плівка.

Цей метал відноситься до категорії найбільш рідко зустрічаються в природі. На сьогоднішній день відомо лише двадцять мінералів танталу. Однак є ще шістдесят мінералів, у яких є метал. Поряд із ним у таких мінералах обов'язково присутній ніобій. Він має з ним схожі хімічні властивості.

Родовища танталу

Танталові руди трапляються дуже рідко.

Однак найбільші з них розташовані в таких країнах, як:

Єгипет,
Франція,
Таїланд,
Австралія,
Мозамбік.

У світі найбільша танталова руда знаходиться у Грінбуші в Австралії.

Танталу властива висока температура плавлення. Вона становить понад три тисячі градусів Цельсія. Температура кипіння даного металу перевищує п'ять тисяч градусів за Цельсієм. Властивості танталу представлені іншими характеристиками. Ця речовина має досить тверду структуру. Однак метал має високий рівень пластичності. За цим параметром він порівняний із золотом. Він чудово підходить для механічної обробки виробів. Завдяки ньому можна створювати найтонші види дроту або листи для обробки виробів.

Тантал відноситься до розряду малоактивних металів. Його швидкість окислення під впливом повітря є досить високою. На повітрі він окислюється тільки, якщо його температура досягає 250 градусів Цельсія.

Таблиця. Характеристики слюдяних конденсаторів на основі полікарбонату, полістирену та танталу.

Спочатку в промисловості даний метал застосовувався тільки з метою створення тонкого дроту для виробництва всіх відомих ламп розжарювання. Сьогодні тантал застосування має досить широке. Його використовують і для виробництва промислових та побутових предметів, і при створенні нових видів зброї у військовій промисловості.

Такий метал, як тантал незамінний при виробництві предметів та обладнання, які були б стійкими до появи корозії. До того ж багато з цих виробів мають високим рівнемжароміцності.

У медичній галузі використання танталу давно вже вважається нормою. Фольга та дріт з цього унікального матеріалу застосовуються для того, щоб відновити діяльність тканин, нервів пацієнтів. Також вони активно використовуються для того, щоб накласти потерпілому шви.

Через міцність танталу його почали використовуватиме виробництво космічних апаратів. Берилід тантал має відмінну опірність до процесу окислення на повітрі.

Цей метал знайшов своє застосування в металургійній промисловості. Його використовують для того, щоб виробляти тверді сплави для металообробки. Суміш танталу, карбідів вольфраму застосовується для створення твердих сплавів, які можна використовувати для буріння отворів міцних матеріалів, представлених камінням і композитами.

Цей матеріал набув широкої популярності військової промисловості. З його допомогою створюються бойові припаси, які мають високий рівень міцності. Їх практично неможливо пробити. Метал застосовується у лабораторіях при МВС до створення ядерної зброї.

Найбільшими запасами танталу має Австралія. Саме ця держава по праву вважається лідером у виробництві цієї речовини.

Важливо: У нашій країні також є можливість добувати тантал. Проте є низка складнощів, які пояснюються важкодоступністю родовищ.

Виробництво танталу в Росії

У нашій країні вже багато виробництв танталу лежить на плечах Солікамського магнієвого заводу. Тут цей метал отримують з лопаритових концентратів. Вони надходять на завод із Ловозерського родовища. У деяких випадках для цієї мети використовується імпортна сировина, представлена такими речовинами, як рутил, колумбіт, танталіт, стрюверит.

Лідерами в галузі виробництва танталу є Сполучені Штати Америки, Китай та Японія. У світі налічується приблизно сорок компаній, які займаються виготовленням такого матеріалу, як тантал. Найбільшою фірмою виготовлення цього металу є компанія зі Сполучених Штатів Америки Cabot Corporation. Її філії відкрито на територіях різних країнсвіту.

Тантал ціна за грам є досить високою. У середньому виробники продають тантал у розмірі одного грама за півдолара. Кілограм коштує сьогодні понад одну тисячу доларів.

Статті по темі

Вогнезахист металоконструкцій

Ні для кого не секрет, що металу не властива горючість. Однак, не дивлячись на це, вплив високих температур призводить до зміни його твердості, внаслідок чого метал стає м'яким, гнучким і здатний деформуватися. Все це є причинами, через які несуча здатність металу втрачається, що може стати причиною обвалення цілої будівлі або її окремої частини під час пожежі. Безперечно, це дуже небезпечно для людського життя. Для того, щоб не допустити такого, при будівництві застосовуються різноманітні склади, здатні зробити металоконструкцію стійкішою до високих температур.

Тантал(Лат. Tantalum), Та, хімічний елемент V групи періодичної системиМенделєєва; атомний номер 73, атомна маса 180,948; метал сірого кольору із злегка свинцевим відтінком. У природі знаходиться у вигляді двох ізотопів: стабільного 181 Та (99,99%) та радіоактивного 180 Та (0,012%; T ½ = 10 12 років). З штучно отриманих радіоактивний 182 Та (Т ½ = 115,1 діб) використовують як радіоактивний індикатор.

Елемент відкритий у 1802 році шведським хімікомА. Г. Ексбергом; названий на ім'я героя давньогрецької міфологіїТантала (через труднощі отримання Tантала в чистому вигляді). Пластичний металевий Тантал уперше отримав у 1903 році німецький хімік В. Больтон.

Поширення Тантала у природі.Середній вміст Тантала у земній корі (кларк) 2,5 · 10 -4 % за масою. Характерний елемент гранітної та осадової оболонок (середній вміст досягає 3,5 · 10 -4%); у глибинних частинах земної кориі особливо вгору, мантії тантал мало (в ультраосновних породах 1,8 · 10 -6%). У більшості магматичних порід та біосфері Тантал розсіяний; його вміст у гідросфері та організмах не встановлено. Відомо 17 власних мінералів Тантал і більше 60 мінералів, що містять тантал; всі вони утворилися у зв'язку з магматичною діяльністю (танталіт, колумбіт, лопарит, пірохлор та інші). У мінералах Тантал знаходиться разом із ніобієм внаслідок подібності їх фізичних та хімічних властивостей. Руди Тантала відомі в пегматитах гранітних та лужних порід, карбонатитах, гідротермальних жилах, а також у розсипах, які мають найбільше практичне значення.

Фізичні властивості тантал.Тантал має кубічні об'ємноцентровані грати (а = 3,296 Å); атомний радіус 1,46 Å, іонні радіуси Та 2+ 0,88 Å, Та 5+ 0,66 Å; густина 16,6 г/см 3 при 20 °С; t пл 2996 ° С; Т кіп 5300 ° С; питома теплоємністьпри 0-100 ° С 0,142 кдж / (кг К); теплопровідність за 20-100 °С 54,47 Вт/(м·К) . Температурний коефіцієнт лінійного розширення 8,0 · 10 -6 (20-1500 ° С); питомий електроопір при 0 ° С 13,2 · 10 -8 ом · м, при 2000 ° С 87 · 10 -8 ом · м. При 4,38 К стає надпровідником. Тантал парамагнітний, питома магнітна сприйнятливість 0,849 · 10 -6 (18 ° С). Чистий Тантал – пластичний метал, обробляється тиском на холоду без значної наклепу. Його можна деформувати зі ступенем обтиснення 99% без проміжного відпалу. Перехід Тантала із пластичного в крихкий стан при охолодженні до -196 °С не виявлено. Модуль пружності Тантала 190 Гн/м 2 (190 10 2 кгс/мм 2) при 25 °С. Межа міцності при розтягуванні відпаленого Танталу високої чистоти 206 Мн/м 2 (20,6 кгс/мм 2) за 27 °С та 190 Мн/м 2 (19 кгс/мм 2) за 490 °С; відносне подовження 36% (27 ° С) та 20 % (490 ° С). Твердість по Брінеллю чистого рекристалізованого Танталу 500 Мн/м2 (50 кгс/мм2). Властивості Тантала великою мірою залежить від його чистоти; домішки водню, азоту, кисню та вуглецю роблять метал крихким.

Хімічні властивості тантал.Конфігурація зовнішніх електронів атома Та 5d 3 6s 2 . Найбільш характерна міра окислення Тантала +5; відомі сполуки з нижчим ступенем окислення (наприклад, ТаСl 4 , ТаСl 3 , ТаCl 2), проте їх утворення для Тантал менш характерне, ніж для ніобію.

У хімічному відношенні Тантал за звичайних умов малоактивний (подібний до ніобію). На повітрі чистий компактний тантал стійкий; окислюватися починає за 280 °С. Має лише один стабільний оксид - (V) Та 2 Про 5 який існує у двох модифікаціях: α-формі білого кольорунижче 1320 °С та β-формі сірого кольору вище 1320 °С; має кислотний характер. З воднем за нормальної температури близько 250 °З Тантал утворює твердий розчин, що містить до 20 ат.% водню при 20 °З; при цьому Тантал стає крихким; при 800-1200 ° С у високому вакуумі водень виділяється з металу та його пластичність відновлюється. З азотом при температурі близько 300 ° С утворює твердий розчин та нітриди Ta 2 N та TaN; у глибокому вакуумі вище 2200 °З поглинений азот знову виділяється з металу. У системі Та - З при температурі до 2800 ° С встановлено існування трьох фаз: твердого розчину вуглецю в Танталі, нижчого карбіду Т 2 З та вищого карбіду ТаС. Тантал реагує з галогенами при температурі вище 250 С (з фтором при кімнатній температурі), утворюючи галогеніди переважно типу ТаХ 3 (де X = F, Cl, Вг, I). При нагріванні Та взаємодіє з, В, Si, Р, Se, Ті, водою, СО, 2 , NO, HCl, H 2 S.

Чистий Тантал винятково стійкий до дії багатьох рідких металів: Na, К та їх сплавів, Li, Pb та інших, а також сплавів U – Mg та Pu – Mg. Тантал характеризується надзвичайно високою корозійною стійкістю до дії більшості неорганічних та органічних кислот: азотної, соляної, сірчаної, хлорної та інших, царської горілки, а також багатьох інших агресивних середовищ. Діють на Тантал фтор, фтористий водень, плавикова кислота та її суміш азотною кислотою, розчини та розплави лугів. Відомі солі танталових кислот - танталати загальної формули xMe 2 O·yТа 2 Про 5 ·H 2 O: метатанталати МеТаО 3 , ортотанталати Ме 3 ТаО 4 , солі типу Me 5 TaO 5 де Me - лужний метал; у присутності перекису водню утворюються також пертанталати. Найбільш важливі танталати лужних металів - КТаО 3 і NaTaO 3; ці солі-сегнетоелектрики.

Здобуття Тантала.Руди, що містять тантал, рідкісні, комплексні, бідні тантал; переробляють руди, що містять до сотих часток відсотка (Та, Nb) 2 O 5 і шлаки відновної плавки олов'яних концентратів. Основною сировиною для виробництва Танталу, його сплавів та сполук служать танталітові та лопаритові концентрати, що містять відповідно близько 8% Ta 2 O 5 і 60% і більше Nb 2 O 5 . Концентрати переробляють зазвичай у три стадії: 1) розтин, 2) поділ Та та Nb та отримання їх чистих сполук, 3) відновлення та рафінування Та. Танталітові концентрати розкладають кислотами чи лугами, лопаритові – хлорують. Розділяють Та і Nb з одержанням чистих сполук екстракцією, наприклад, трибутилфосфатом з плавиковокислих розчинів, або ректифікацією хлоридів.

Для виробництва металевого Тантала застосовують відновлення його з Ta 2 O 5 сажі в одну або дві стадії (з попереднім отриманням ТаС із суміші Ta 2 O 5 з сажею в атмосфері СО або Н 2 при 1800-2000 °С); електрохімічне відновлення з розплавів, що містять K 2 TaF 7 і Та 2 Про 5 і відновлення натрієм K 2 TaF 7 при нагріванні. Можливі також процеси термічної дисоціації хлориду або відновлення Танталу з нього воднем. Компактний метал виробляють або вакуумною дуговою, електроннопроменевою або плазмовою плавкою, або методами порошкової металургії. Злитки або спечені із порошків штабики обробляють тиском; монокристали особливо чистого Тантала одержують безтигельною електроннопроменевою зонною плавкою.

Застосування тантал.Тантал має комплекс цінних властивостей - хорошу пластичність, міцність, зварюваність, корозійну стійкість при помірних температурах, тугоплавкість, низький тиск пари, високий коефіцієнт теплопередачі, невелику роботу виходу електронів, здатність утворювати анодну плівку (Та 2 Про 5) з особливими діелектричними характеристиками та " уживатися з живою тканиною організму. Завдяки цим властивостям Тантал знаходить застосування в електроніці, хімічному машинобудуванні, ядерній енергетиці, металургії (виробництво жароміцних сплавів, нержавіючих сталей), в медицині; як ТаС його застосовують у виробництві твердих сплавів. З чистого Танталу виготовляють електричні конденсатори для напівпровідникових приладів, деталі електронних ламп, корозійностійку апаратуру. хімічні промисловості, фільєри у виробництві штучного волокна, лабораторний посуд, тиглі для плавки металів (наприклад, рідкісноземельних) та сплавів, нагрівачі високотемпературних печей; теплообмінники для ядерно-енергетичних систем У хірургії листи, фольгу, дріт із Тантала застосовують для скріплення кісток, нервів, накладання швів та ін. Застосування знаходять танталові сплави та з'єднання.