ТАНТАЛ, Ta (по имени героя древне-греческой мифологии Тантала; лат. Tantalum * а. tantalum; н. Tantal; ф. tantale; и. tantalo), — химический элемент V группы периодической системы Менделеева , атомный номер 73, атомная масса 180,9479. В природе встречается в виде двух изотопов: 181 Ta (99,9877%) и 180 Ta (0,0123%). Известно 13 искусственных радиоактивных изотопов тантала с массовыми числами от 172 до 186. Тантал открыт в 1802 шведским химиком А. Г. Экебергом. Пластичный металлический тантал впервые получен немецким учёным В. Больтеном в 1903.
Примнение и использование
Основной сырьём для производства тантала и его сплавов служат танталитовые и лопаритовые концентраты , содержащие около 8% Ta 2 O 5 , 60% и более Nb 2 O 5 . Концентраты разлагают кислотами или щелочами, лопаритовые — хлорируют. Разделение Ta и Nb производят с помощью экстракции . Металлический тантал обычно получают восстановлением Ta 2 O 5 углеродом , либо электрохимически из расплавов.
Компактный металл производят вакуумно-дуговой, плазменной плавкой или методом порошковой металлургии. Из тантала и его сплавов изготовляют коррозионно-устойчивую аппаратуру для химической промышленности, фильеры, лабораторную посуду и тигли; теплообменники для ядерно-энергетических систем. В хирургии листы, фольгу и проволоку из тантала используют для скрепления тканей, нервов, наложения швов, изготовления протезов, заменяющих повреждённые части костей (ввиду биологической совместимости). Карбид тантала применяется в производстве твёрдых сплавов.
Тантал
— светло-серый металл со слегка синеватым оттенком. По тугоплавкости (температура плавления около 3000°С) он уступает лишь вольфраму и рению. Высокая прочность и твердость сочетаются в нем с отличными пластическими характеристиками. Чистый тантал хорошо поддается различной механической обработке, легко штампуется, перерабатывается в тончайшие листы (толщиной около 0,04 миллиметра) и проволоку.
Тантал имеет кубическую объемноцентрированную решетку (а = 3,296 Å); атомный радиус 1,46 Å, ионные радиусы Та 2+ 0,88 Å, Та 5+ 0,66 Å; плотность 16,6 г/см 3 при 20 °С; t пл 2996 °С; Т кип 5300 °С; удельная теплоемкость при 0-100°С 0,142 кдж/(кг·К) ; теплопроводность при 20-100 °С 54,47 Вт/(м·К) . Температурный коэффициент линейного расширения 8,0·10 -6 (20-1500 °С); удельное электросопротивление при 0 °С 13,2·10 -8 ом·м, при 2000 °С 87·10 -8 ом·м.
При 4,38 К становится сверхпроводником. Тантал парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость 0,849·10 -6 (18 °С). Чистый тантал — пластичный металл, обрабатывается давлением на холоду без значительного наклепа. Его можно деформировать со степенью обжатия 99% без промежуточного отжига. Переход Тантала из пластичного в хрупкое состояние при охлаждении до -196 °С не обнаружен.
Модуль упругости тантала 190 Гн/м 2 (190·10 2 кгс/мм 2) при 25 °С. Предел прочности при растяжении отожженного Тантала высокой чистоты 206 Мн/м 2 (20,6 кгс/мм 2) при 27 °С и 190 Мн/м 2 (19 кгс/мм 2) при 490 °С; относительное удлинение 36% (27 °С) и 20% (490 °С). Твердость по Бринеллю чистого рекристаллизованного Тантала 500 Мн/м 2 (50 кгс/мм 2). Свойства тантала в большой степени зависят от его чистоты; примеси водорода, азота, кислорода и углерода делают металл хрупким.
Обнаружение тантала датируется 1802 годом. Впервые миру он был представлен ученым А. Г. Экебергом. Он обнаружил в Финляндии и Швеции два минерала. Именно в их составе было это вещество. Однако отдельно выделить его в то время не получилось. Именно из-за столь высокой сложности его добычи в чистом виде его и назвали в честь одного из героев мифов Древней Греции. Сегодня этот элемент нашел свое широкое применение во многих отраслях промышленности.
Тантал относится к разряду металлов. Он обладает серебристо-белым оттенком. Он чем-то по своему внешнему виду напоминает свинец, потому что на нем имеется прочная оксидная пленка.
Данный металл относится к категории наиболее редко встречающихся в природе. На сегодняшний день известно лишь двадцать минералов тантала. Однако есть еще шестьдесят минералов, в которых имеется данный металл. Наряду с ним в таких минералах обязательно присутствует ниобий. Он обладает с ним похожими химическими свойствами.
Месторождения тантала
Танталовые руды встречаются очень редко.
Однако самые крупные из них расположены в таких странах, как:
- Египет,
Франция,
Таиланд,
Австралия,
Мозамбик.
В мире самая крупная танталова руда находится в Гринбуше в Австралии.
Танталу присуща высокая температура плавления. Она составляет более трех тысяч градусов Цельсия. Температура кипения данного металла превышает пяти тысяч градусов Цельсия. Свойства тантала представлены и другими характеристиками. Это вещество обладает достаточно твердой структурой. Однако металл имеет высокий уровень пластичности. По этому своему параметру он сравним с золотом. Он отлично подходит для механической обработки изделий. Благодаря нему можно создавать тончайшие виды проволоки или листы для отделки изделий.
Тантал относится к разряду малоактивных металлов. Его скорость окисления под воздействием воздуха является довольно не высокой. На воздухе он подвергается окислению только, если его температура достигает 250 градусов Цельсия.
Таблица. Характеристики слюдяных конденсаторов на основе поликарбоната, полистирена и тантала.
Изначально в промышленности данный металл применялся только в целях созданий тонкой проволоки для производства всем известных ламп накаливания. Сегодня же тантал применение имеет достаточно широкое. Его используют и для производства промышленных и бытовых предметов, и при создании новых видов оружия в военной промышленности.
Такой металл, как тантал незаменим при производстве предметов и оборудования, которые были бы устойчивы к появлению коррозии. К тому же многие из этих изделий обладают высоким уровнем жаропрочности.
В медицинской отрасли использование тантала давно уже считается нормой. Фольга и проволока из этого уникального материала применяются для того, что восстановить деятельность тканей, нервов пациентов. Также они активно используются для того, чтобы наложить пострадавшему швы.
Из-за прочности тантала его начали использовать для производства космических аппаратов. Бериллид тантала имеет отличную сопротивляемость к процессу окисления на воздухе.
Данный металл нашел свое применение в металлургической промышленности. Его используют для того чтобы производить твердые сплавы для металлообработки. Смесь тантала, карбидов вольфрама применяется для создания твердых сплавов, которые можно использовать для бурения отверстий самых прочных материалов, представленных камнями и композитами.
Данный материал приобрел широкую популярность военной промышленности. С его помощью создаются боевые припасы, которые обладают высоким уровнем прочности. Их практически невозможно пробить. Металл применяется в лабораториях при МВД для создания ядерного оружия.
Самыми большими запасами тантала обладает Австралия. Именно это государство по праву считается лидером по производству этого вещества.
Важно:
В нашей стране тоже ест возможность добывать тантал. Однако есть ряд сложностей, которые объясняются труднодоступностью месторождений.
Производство тантала в России
В нашей стране уже многие производство тантала лежит на плечах Соликамского магниевого завода. Здесь данный металл получают из лопаритовых концентратов. Они поступают на завод из Ловозерского месторождения. В некоторых случаях для этой цели используется импортное сырье, которое представлено такими веществами, как рутил, колумбит, танталит, стрюверит.
Лидерами в области производства тантала являются Соединенные Штаты Америки, Китай и Япония. В мире насчитывается приблизительно сорок компаний, которые занимаются изготовления такого материала, как тантал. Крупнейшей фирмой по изготовлению этого металла является компания из Соединенных Штатов Америки Cabot Corporation. Ее филиалы открыты на территориях разных стран мира.
Тантал цена за грамм является достаточно не высокой. В среднем производители продают тантал в размере одного грамма за пол доллара. Килограмм обходится сегодня более одной тысячи долларов.
Статьи по темеОгнезащита металлоконструкций
Ни для кого не секрет, что металлу не свойственна горючесть. Однако, не смотря на это, воздействие высоких температур приводит к изменению его твердости, в результате чего металл становится мягким, гибким и в результате способен деформироваться. Все это является причинами, по которым несущая способность металла утрачивается, что может стать причиной обрушения целого здания или его отдельной части во время пожара. Несомненно, это очень опасно для человеческой жизни. Для того, чтобы не допустить такого, при строительстве применяются разнообразные составы, способные сделать металлоконструкцию более устойчивой к высоким температурам.
Тантал — химический элемент с зарядом ядра 73, при
обычных условиях — металл серого цвета.
Нахождение в природе тантала
В природе встречается в виде двух изотопов: стабильного
181 Та
(99,9877 %) и радиоактивного с периодом полураспада 10 12
лет 180 Та (0,0123 %).
Известно около 20 собственно минералов тантала — серия колумбит — танталит, воджинит, лопарит, манганотанталит и другие. и более 60 минералов,
содержащих тантал. Все они связаны с эндогенным минералообразованием. В
минералах тантал всегда находится совместно с ниобием вследствие сходства их физических и химических
свойств. Тантал — типично рассеянный элемент, так как изоморфен со многими
химическими элементами. Месторождения тантала приурочены к гранитным
пегматитам, карбонатитам и щелочным расслоенным интрузиям.
- в земной коре 2,4·10 −4 %
в ультраосновных породах
1·10 −6 %
в основных породах 4,8·10 −5 %
в кислых породах 3,5·10 −4 %
в полукислых породах 7·10 −4 %
Физические свойства тантала
Обладает высокой температурой плавления (3015°С), цвет в
чистом виде серо-стальной, плотность 16,6, несмотря на твёрдость пластичен, как
золото.
При обычной температуре
тантал устойчив на воздухе. Начало окисления наблюдается при нагревании до 200
— 300°С. Выше 500° происходит быстрое окисление с образованием окисла Ta 2 O 5 .
Тантал имеет кубическую объемноцентрированную решетку (а = 3,296 Å);
атомный радиус 1,46 Å, ионные радиусы Та 2+ 0,88 Å, Та 5+
0,66 Å; плотность 16,6 г/см 3 при 20 °С; t пл 2996
°С; Т кип 5300 °С; удельная теплоемкость при 0-100°С 0,142 кдж/(кг·К)
; теплопроводность при 20-100 °С 54,47 Вт/(м·К) . Температурный коэффициент линейного расширения 8,0·10 -6
(20-1500 °С); удельное электросопротивление при 0 °С 13,2·10 -8 ом·м,
при 2000 °С 87·10 -8 ом·м. При 4,38 К становится сверхпроводником.
Тантал парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость 0,849·10 -6
(18 °С). Чистый Тантал — пластичный металл, обрабатывается давлением на холоду
без значительного наклепа. Его можно деформировать со степенью обжатия 99% без
промежуточного отжига. Переход Тантала из пластичного в хрупкое состояние при
охлаждении до -196 °С не обнаружен. Модуль упругости Тантала 190 Гн/м 2
(190·10 2 кгс/мм 2) при 25 °С. Предел прочности при
растяжении отожженного Тантала высокой чистоты 206 Мн/м 2 (20,6
кгс/мм 2) при 27 °С и 190 Мн/м 2 (19 кгс/мм 2)
при 490 °С; относительное удлинение 36% (27 °С) и 20% (490 °С). Твердость по
Бринеллю чистого рекристаллизованного Тантала 500 Мн/м 2 (50 кгс/мм 2).
Свойства Тантала в большой степени зависят от его чистоты; примеси водорода,
азота, кислорода и углерода делают металл хрупким.
Химические свойства тантала
При нормальных условиях тантал малоактивен, на воздухе окисляется лишь при
температуре свыше 280 °C, покрываясь защитной плёнкой
Ta 2 O 5 ;
с галогенами реагирует при температуре свыше 250 °C. При
нагревании реагирует с С, В, Si, P, Se, Те, Н 2 О,
СО, СО 2 , NO, HCl, H 2 S.
Химически чистый тантал исключительно устойчив к действию жидких щелочных металлов, большинства неорганических и
органических кислот, а также многих других агрессивных сред (за исключением
расплавленных щелочей).
В отношении химической устойчивости к реагентам, тантал подобен стеклу.
Тантал нерастворим в кислотах и их смесях, его не растворяет даже царская водка. Растворим только в смеси плавиковой и азотной кислот. Реакция с плавиковой кислотой идет
только с пылью металла и сопровождается взрывом.
Очень устойчив к воздействию серной кислоты любой концентрации и температуры,
устойчив в обескислороженных расплавленных щелочных металлах и перегретых парах
их — (литий, натрий, калий, рубидий, цезий-133).
Характерное
свойство тантала — способность поглощать газы: водород, азот и кислород.
Небольшие примеси этих элементов сильно влияют на механические и электрические
свойства металла. При низкой температуре водород поглощается медленно, при
температуре примерно 500°С водород поглощается с максимальной скоростью, причём
происходит не только адсорбция, но и образуются химические соединения — гидриды
(ТаН). Поглощённый водород придаёт металлу хрупкость, но при нагревании в
вакууме выше 600°С почти весь водород выделяется и прежние механические
свойства восстанавливаются.
Тантал поглощает азот уже при 600°С, при более высокой температуре образуется
нитрид TaN, который плавится при 3087°С.
Углерод и углеродсодержащие газы (СН 4 , СО) при высокой температуре в
1200 — 1400°С взаимодействуют с металлом с образованием твёрдого и тугоплавкого
карбида ТаС (плавится при 3880°С).
С бором и кремнием тантал образует тугоплавкий и твёрдый борид и силицид: ТаВ 2
(плавится при 3000°С) и NaSi 2 (плавится при 3500°С).
Тантал устойчив против действия соляной, серной, азотной,
фосфорной и органических кислот любой концентрации на холоду и при 100 — 150°С.
По стойкости в горячих соляной и серной кислотах
тантал превосходит ниобий.
Тантал растворяется в плавиковой кислоте и особенно интенсивно — в смеси
плавиковой и азотной
кислот.
Менее устойчив тантал в щелочах. Горячие растворы едких щелочей заметно
разъедают металл, в расплавленных щелочах и соде он быстро окисляется с
образованием натриевой соли танталовой кислоты.
Получение тантала
Основным сырьём для производства тантала и его сплавов служат танталитовые и
лопаритовые концентраты, содержащие около 8 %
Та 2 О 5 ,
60 % и более Nb 2 O 5 . Концентраты разлагают
кислотами или щелочами, лопаритовые — хлорируют. Разделение
Та и Nb
производят с помощью экстракции. Металлический тантал обычно получают
восстановлением Ta 2 O 5 углеродом, либо электрохимически из расплавов. Компактный
металл производят вакуумно дуговой, плазменной плавкой или методом порошковой металлургии.
Крупнейшее мировое месторождение танталовых руд Гринбушес расположено в Австралии в штате Западная Австралия в 250 км к югу от Перта.
Массовая доля примесей в тантале в % не
более
Nb (ниобий) 0,05
O (кислород) 0,01
Na (натрий) 0,0002
Mn (марганец) 0,0001
Sn (олово) 0,0001
Fe (железо) 0,0015
N (азот) 0,01
Mg (магний) 0,0002
Co (кобальт) 0,0001
Cr (хром) 0,0005
Ti (титан) 0,0005
C (углерод) 0,005
Al (алюминий) 0,0005
Ni (никель) 0,0003
Zr (цирконий) 0,0005
Si (кремний) 0,0015
H (водород) 0,0005
Ca (кальций) 0,001
Cu (медь) 0,0005
W (вольфрам) 0,01
Применение тантала
Первоначально использовался для изготовления проволоки для
ламп накаливания.
Тантал впервые был применён в 1900 — 1903 гг. для
изготовления нитей накаливания в электролампах, но позже, в 1909 — 1910 гг.,
его заменили вольфрамом.
Широкое применение тантала
было связано с развитием электровакуумной техники, к которой относится
производство радиотехнической, радиолокационной и рентгеновской аппаратуры.
Тантал обладает сочетанием
ценных свойств (высокой температурой плавления, высокой эмиссионной
способностью и способностью поглощать газы), позволяющих применять его для
изготовления деталей электровакуумной аппаратуры. Способность поглощать газы
используется для поддержания глубокого вакуума в радиолампах и других
электровакуумных приборах.
Из танталовых листов и
штабиков изготовляют «горячую арматуру» (нагреваемые детали) — аноды, сетки,
катоды косвенного накала и другие детали электронных ламп, особенно мощных
генераторных ламп.
Кроме чистых металлов для тех
же целей применяют танталониобиевые сплавы.
В конце 50-х — начале 60-х
годов важное значение приобрело применение тантала для изготовления
электролитических конденсаторов и выпрямителей тока. Здесь использована
способность тантала к образованию устойчивой окисной плёнки при анодном
окислении. Окисная плёнка устойчива в кислых электролитах и пропускает ток
только в направлении от электролита к металлу. Удельное электросопротивление
плёнки Та 2 О 5 в направлении, не проводящем ток, очень
высокое (7, 5 . 10 12 ом. см), диэлектрическая
постоянная плёнки 11, 6.
Танталовые конденсаторы с
твёрдым электролитом отличаются высокой ёмкостью при малых размерах, высоким
сопротивлением изоляции (в 2 — 3 раза выше, чем у алюминиевых конденсаторов),
стойкостью плёнки. Положительная обкладка у этих конденсаторов выполнена в виде
таблетки, спрессованной из танталового порошка и спечённой в нейтральной среде
при высокой температуре. Эффективная поверхность такой пористой таблетки в 50 —
100 раз больше, чем геометрическая, что позволяет получить очень малые
габаритные размеры конденсатора при относительно большой ёмкости его.
Положительная обкладка помещается в корпус, заполненный электролитом, служащим
отрицательной обкладкой, соединённой с корпусом. Выпускались конденсаторы типа ЭТО
четырёх видов: ЭТО-1 (ЭТО-С), ЭТО-2, ЭТО-3, ЭТО-4. Конденсаторы вида ЭТО-1,
предназначенные для использования в аппаратуре особо ответственного назначения,
обозначаются ЭТО-С. Также существуют конденсаторы типа ЭТ и ЭТН:
электролитические танталовые и электролитические танталовые неполярные.
Конденсаторы можно применять в широком интервале температур от -80 до +200°С.
Танталовые конденсаторы широко используют в радиостанциях, различной военной
аппаратуре и других приборах.
Коррозионная стойкость тантала
в кислотах и других средах, в сочетании с высокой теплопроводностью и
пластичностью делает его ценным конструкционным материалом для аппаратуры в
химических и металлургических производствах. Тантал служит материалом фильер
(взамен платины)
для формирования волокон в производстве искусственного шёлка.
Тантал входит в состав
различных жаропрочных сплавов для газовых турбин реактивных двигателей.
Легирование танталом молибдена, титана, циркония, алюминия и меди резко улучшает
свойства этих металлов, а также их сплавов.
Карбиды тантала входят в
состав некоторых марок металлокерамических твёрдых сплавов на основе карбида вольфрама,
используемых для резания сталей. Тантал используется как легирующая добавка в
сталях. Также тантал входит в состав различных жаропрочных сталей (например,
для газовых турбин), в состав инструментальных и магнитных сталей.
Тантал в виде проволоки и
листов применяют в медицине — в костной и пластической хирургии (скрепление
костей, «заплатки» при повреждении черепа, наложение швов и т.д.). Металл
совершенно не раздражает живую ткань и не вредит жизнедеятельности организма.
В органическом синтезе
применяют некоторые соединения тантала (фтористые комплексные соли, окислы) как
катализаторы.
Сегодня из тантала и его сплавов изготовляют:
- жаропрочные и
коррозионностойкие сплавы;
коррозионно-устойчивую
аппаратуру для химической промышленности, фильеры, лабораторную посуду и тигли для получения, плавки, и
литья редкоземельных элементов, а так же иттрия и скандия;
теплообменники для
ядерно-энергетических систем (тантал наиболее из всех металлов устойчив в
перегретых расплавах и парах цезия-133);
в хирургии листы, фольгу и
проволоку из тантала используют для скрепления тканей, нервов, наложения
швов, изготовления протезов, заменяющих повреждённые части костей (ввиду
биологической совместимости);
карбид тантала (температура
плавления 3880 °С) применяется в производстве твёрдых сплавов (смеси карбидов вольфрама и
тантала — марки с индексом ТТ, для тяжелейших условий металлообработки и
ударно поворотного бурения крепчайших материалов (камень, композиты);
в производстве боеприпасов
тантал применяется для изготовления металлической облицовки перспективных
кумулятивных зарядов улучшающей бронепробиваемость;
тантал и ниобий используют
для производства электролитических конденсаторов высокой удельной емкости (но тантал
позволяет производить более качественные конденсаторы);
тантал используется в
последние годы в качестве ювелирного металла, в связи с его способностью
образовывать на поверхности прочные пленки оксида любого цвета;
тантал-182 используется в
ядерно-физических лабораториях МВД.
ядерный изомер
тантал-180m2, накапливающийся в конструкционных материалах атомных
реакторов, может наряду с гафнием-178m2 служить источником гамма-лучей и энергии при
разработке оружия и специальных транспортных средств.
Бериллид тантала чрезвычайно тверд и устойчив к окислению на воздухе до
1650 °C, применяется в авиакосмической технике.
Пятиокись тантала используется в атомной технике для варки стекла
поглощающего гамма-излучение. Один из наиболее широко применяемых
составов такого стекла: кремния двуокись — 2%, монооксид свинца (глет) — 82%,
оксид бора — 14%, пятиокись тантала — 2%.
Тантал – особый вид металла, который относиться к группе благородных. Был открыт в далеком 1802 году, но считается молодым элементом. Несмотря на свою редкость, он широко используется не только в ювелирном деле, но и в промышленности. Особенно часто встречается в электронике — практически каждое устройство содержит его в составе.
Массовое использование этого металла началось в 40-х годах прошлого века и продолжается до сих пор. Свою популярность он обрел благодаря повышенным прочностным свойствам. При этом он имеет множество уникальных физических и химических свойств.
Физические и химические свойства
Среди физических свойств этого металла следует выделить высокую температуру плавления, которая составляет 3017 градусов Цельсия, что выделяет его среди многих аналогов. Благодаря этому его используют в тех сферах, где необходима повышенная устойчивость к экстремальным условиям. При этом к характеристикам тантала стоит отнести пластичность и твердость, сочетание которых довольно редко встречается в природе.
Температура плавления тантала 3017 °C.
Вышеупомянутые свойства тантала позволяют обрабатывать металл без особых усилий, создавать необходимые формы и размеры. Особое строение атома очень важно для создания деталей и механизмов конструкций повышенной ответственности. Тантал хорошо поддается ковке и прокату. При этом можно также успешно использовать метод холодной деформации. Следует выделить высокую теплопроводность.
Благодаря высокой плотности металл можно использовать для производства мелких шестеренок, деталей электроприборов, которые устойчивы к износу и не подвергаются разрушению после длительного периода использования.
В некоторых случаях его используют как поглотитель газа. Следует выделить электронную конфигурацию: металл имеет различные свойства электропроводности в обычном состоянии и при высоких температурах.
Соединение танталовых деталей можно проводить с помощью пайки, сварки или клепочным методом. Наиболее часто используют метод сваривания, так как качество сварного шва отличается высокой прочностью и стойкостью к физическому напряжению.
Среди химических свойств стоит выделить высокую устойчивость к окислению и воздействию щелочи. Однако, при расплавлении он частично подвержен воздействию щелочи. Окисление невозможно при температуре менее 250 градусов.
Химическими свойствами этот металл очень похож на стекло. Его практически невозможно растворить в кислоте, если не использовать плавиковую и азотную. Даже воздействие серной кислоты не влияет на структуру и форму металла. Возможно лишь появление небольшой пленки на поверхности. Также он не подвержен разрушению при длительном воздействии морской водой.
Нахождение в природе и производство тантала
Тантал, как химический элемент, очень редко встречается в природе, составляет всего 0,0002% от земной коры. Очень редко встречается в чистом виде, чаще всего в составе различных минералов, в соседстве с другим металлом – ниобием.
Месторождения этого элемента встречаются в многих странах. Большие месторождения встречаются во Франции, Египте, Китае и Таиланде. Но наибольшие залежи этого элемента находятся в Австралии. Тантал добывается в размерах более чем 400 тонн ежегодно. При этом потребность в его использовании постоянно растет, что связано с увеличением объема производимой электротехники с использованием данного метала. Исходя из этого, наблюдается постоянная разработка новых месторождений.
В нашей стране производство тантала сосредоточено на Соликамском магниевом заводе. Металл получают после переработки лопаритовых концентратов. В других странах используют также другие минералы, такие как рутил, стрюверит, танталит и колумбит.
Крупнейшими производителями этого металла в мире являются США, Япония и Китай. Количество мировых производителей не превышает 40 фирм. Стоимость — от 1000 долларов за кг.
Сплавы на основе тантала
Благодаря особым физическим свойствам данный металл в чистом виде очень часто используется в промышленности. Однако для повышения прочности и устойчивость к высоким температурам могут использоваться сплавы на его основе, добавляться соответствующие легирующие компоненты.
Сплавы тантала могут сохранять твердое состояние при температуре около 1700 градусов. Это необходимо при использовании соединений тантала в энергетической сфере, химической промышленности, производстве приборов повышенной точности и металлургии. Очень часто различные сплавы используются при строении космических ракет.
Тип используемых легирующих компонентов зависит от требуемых конечных свойств. Для повышения качества работ используют элементы, придающие сплаву улучшенные свойства пластичности.
Следует отметить, что очень часто тантал в сплавах используется не как основа, а как легирующий компонент. Его добавление к различным материалам позволяет добиться повышенной устойчивости к высоким температурам и коррозии.
Схема танталового конденсатора
Тантал ТАВ-10 – широко используемый сплав на основе этого металла. Его производят с добавлением вольфрама, количество которого в составе около 10%. Благодаря этому получается материал с улучшенными показателями жаропрочности. Его применяют для производства нагревательных элементов и в медицинских целях, так как его компоненты не раздражают кожный покров человека.
Применение тантала
Применение тантала не ограничивается одной сферой. Следует выделить сферы, в которых наиболее широко используются изделия из тантала:
Металлургия. Практически половина этого металла используется в металлургической промышленности. Это связано с тем, что его легко использовать для создания различных сплавов, особенно антикоррозийных марок стали, устойчивых к высоким температурам. Проволоку из тантала используют в различных сферах, где требуется повышенная прочность и жаростойкость. Также широко используется карбид тантала при производстве тиглей для тугоплавких металлов.Электротехника. Около 25% применяет при производстве электротехники и электроприборов. Конденсаторы с использованием этого элемента отличаются повышенной стабильностью функционирования. Причем в случае разрушения поверхности конденсатора, образуется пленка из оксида тантала, которая защищает его. Также следует выделить такие элементы, как аноды, катоды, лампы и другие металлические детали, которые также производятся на его основе.Химическая промышленность. Пятая часть производимого объема применяется в химической отрасли. Это связано с тем, что он устойчив к воздействию большинства кислот, солей и щелочей.Медицина. Тантал в медицине применяется в таких отраслях, как костная и пластическая хирургия. Элементами из этого материала скрепляют кости для достижения повышенной прочности без раздражения органической ткани.Военная сфера. В военной сфере производят мишени из тантала и оболочку кумулятивных снарядов.Приборостроение. Этот метал применяется для производства точных приборов, контрольного оборудования и различных диафрагм, а также вакуумных приборов, так как он отличается свойством поглощения газов.Ядерная энергетика. В этой сфере металл выступает в качестве теплообменника.
Следует отметить, что сфера применения тантала ограничивается лишь малым объемом его добычи. Если объем добычи вырастет, область применения значительно расширится.
Источник: