Proprietățile tantalului metalului. Tantal. Descrierea și proprietățile tantalului metalului. Tantal pur sau aliaj

Descoperirea tantalului este strâns legată de descoperirea niobiului. Timp de câteva decenii, chimiștii au considerat elementul columbium, descoperit de chimistul englez Hatchett în 1802, și tantalul, descoperit în 1802 de suedezul Ekeberg, ca un element. Abia în 1844 chimistul german Rose a demonstrat în sfârșit că acestea sunt două elemente diferite, foarte asemănătoare în proprietățile lor. Și din moment ce tantalul a fost numit după erou mituri grecești antice Tantalus, a propus să numească niobiul „Columbium” după fiica lui Tantalus Niobe. Tantalul însuși și-a primit numele de la expresia „chinul tantalului”, datorită inutilității încercărilor lui Ekeberg de a dizolva oxidul acestui element pe care l-a obținut în acizi.

Chitanță:

Tantalul însoțește aproape întotdeauna niobiul în tantaliți și niobiți. Principalele zăcăminte de tantalit sunt situate în Finlanda, Scandinavia și America de Nord.
Descompunerea minereurilor de tantal în tehnologie se realizează prin încălzirea lor cu hidrogen sulfat de potasiu în vase de fier, leșierea aliajului. apa fierbinteşi HF care dizolvă restul de pulbere de acid tantalic rămas cu acid niobic contaminat. Apoi oxidul de tantal este redus cu cărbune la 1000°C și metalul rezultat este separat sub formă de pulbere neagră care conține o cantitate mică de oxid. Pulberea metalică poate fi obținută și prin reducerea TaCl 5 cu hidrogen sau magneziu, precum și fluorotantalat de potasiu cu sodiu: K 2 TaF 7 + 5Na = Ta + 2KF + 5NaF.
Pulberea metalică este procesată în metal compact folosind metode de metalurgie a pulberilor, presare în „stive”, urmată de topirea cu plasmă sau cu fascicul electric.

Proprietăți fizice:

Tantalul este un metal strălucitor, de culoare gri platină, cu o tentă albăstruie, destul de dur, dar extrem de maleabil și ductil; ductilitatea acestuia crește pe măsură ce este curățată. Topitură = 3027°C (a doua numai după wolfram și reniu). Greu, densitate 16,65 g/cm 3

Proprietăți chimice:

La temperatura camerei are o rezistență chimică excepțională. În afară de acidul fluorhidric, tantalul nu este afectat de alți acizi, nici măcar de acva regia. Interactioneaza cu un amestec de acizi fluorhidric si azotic, anhidrida sulfurica, solutii si topituri de alcali, cand este incalzit la 300-400°C cu halogeni, hidrogen, oxigen, azot, peste 1000°C - cu carbon.
În compuși prezintă o stare de oxidare de +5. Cu toate acestea, sunt cunoscuți și compuși de tantal cu stări de oxidare inferioare: TaCl 4, TaCl 3, TaCl 2.

Cele mai importante conexiuni:

Oxid de tantal(V). Ta 2 O 5 în stare pură este cel mai convenabil obținut prin calcinarea tantalului metalului pur într-un curent de oxigen sau prin descompunerea hidroxidului de Ta (OH) 5. Oxidul de tantal (V) este o pulbere albă, insolubilă în apă și acizi (cu excepția acidului fluorhidric), cu o greutate specifică de 8,02. Nu se modifică atunci când este calcinat în aer, într-o atmosferă de hidrogen sulfurat sau în vapori de sulf. Cu toate acestea, la temperaturi peste 1000°C, oxidul reacţionează cu clorul şi clorura de hidrogen. Oxidul de tantal(V) este dimorf. La temperaturi obișnuite, modificarea sa rombică este stabilă.

Tantalați și acid tantalic. Prin fuzionarea oxidului de tantal(V) cu alcalii sau carbonați de metale alcaline se obțin tantalați - săruri ale metatantalului HTaO 3 și acizii ortotantalici H 3 TaO 4 . Există şi săruri cu compoziţia M 5 TaO 5 . Substante cristaline. folosite ca feroelectrice.
Acizii tantalici sunt precipitate gelatinoase albe cu conținut variabil de apă; chiar și cei proaspăt preparati nu se dizolvă în acizi clorhidric și azotic. Se dizolvă bine în soluții de HF și alcaline. În tehnologie, acidul tantlic se obține de obicei prin descompunerea fluorurii duble de tantal și potasiu (heptafluorotantalat de potasiu) cu acid sulfuric.
Clorura de tantal(V)., cristale, higroscopice, hidrolizate cu apă, solubile în CS 2 și CCl 4. Este folosit în producția și acoperirea tantalului.
Pentafluorura de tantal. Poate fi obținut prin reacția pentaclorurii cu acid fluorhidric lichid. Formează prisme incolore și este hidrolizată de apă. Topire=96,8°С, fierbere=229°С. Folosit pentru aplicarea acoperirilor cu tantal.
heptafluorotantalat de potasiu- K 2 TaF 7 este un compus complex care poate fi obţinut prin reacţia pentafluorurii de tantal cu fluorură de potasiu. Cristale albe, stabile în aer. Hidrolizat cu apă: K 2 TaF 7 + H 2 O -> Ta 2 O 5 *nH 2 O + KF + HF

Aplicație:

Deoarece tantalul combină proprietăți metalice excelente cu rezistență chimică excepțională, s-a dovedit foarte potrivit pentru fabricarea instrumentelor chirurgicale și dentare, cum ar fi vârfuri de pensete, ace de injectare, ace etc. În unele cazuri, poate înlocui platina.
Ele sunt, de asemenea, utilizate pentru fabricarea de condensatoare, catozi de tuburi electronice, echipamente în industria chimică și energie nucleară și matrițe pentru producția de fibre artificiale. Carbură, siliciură, nitrură de tantal - materiale rezistente la căldură, componente din aliaje dure și rezistente la căldură.
Aliajele rezistente la căldură de tantal cu niobiu și wolfram sunt utilizate în tehnologia rachetelor și spațiale.

E. Rosenberg.

Surse: Tantal // Biblioteca populară de elemente chimice Editura „Știință”, 1977.
Tantal // Wikipedia. Data actualizării: 12.12.2017. (data acces: 20.05.2018).
// S. I. Levcenkov. O scurtă prezentare a istoriei chimiei/SFU.

Tantalul (Ta) este un element cu număr atomic 73 și greutate atomică 180,948. Este un element al unui subgrup secundar al celui de-al cincilea grup, a șasea perioadă a tabelului periodic al lui Dmitri Ivanovici Mendeleev. Tantalul în stare liberă în condiții normale este un metal gri platină cu o nuanță ușor plumb, care este o consecință a formării unui film de oxid (Ta 2 O 5). Tantalul este un metal greu, refractar, destul de dur, dar nu fragil, în același timp este foarte maleabil, ușor maleabil prelucrare, mai ales în forma sa pură.

În natură, tantalul se găsește sub formă de doi izotopi: stabil 181 Ta (99,99%) și radioactiv 180 Ta (0,012%) cu un timp de înjumătățire de 10 12 ani. Din radioactivul obținut artificial, 182 Ta (timp de înjumătățire 115,1 zile) este utilizat ca indicator izotop.

Elementul a fost descoperit în 1802 de chimistul suedez A. G. Ekeberg în două minerale găsite în Finlanda și Suedia. A fost numit după eroul miturilor antice grecești Tantalus din cauza dificultății de a-l izola. Multă vreme, mineralele columbita, care conține columbiu (niobiu) și tantalitul, care conține tantal, au fost considerate a fi unul și același. La urma urmei, aceste două elemente sunt însoțitoare frecvente unul de celălalt și sunt similare în multe privințe. Această opinie pentru o lungă perioadă de timp a fost considerată adevărată printre chimiștii din toate țările, abia în 1844 chimistul german Heinrich Rose a studiat din nou columbiții și tantaliții din diverse locuri și a găsit în ele un metal nou, asemănător ca proprietăți cu tantalul. Era niobiu. Tantalul din plastic pur metal a fost obținut pentru prima dată de omul de știință german W. von Bolton în 1903.

Principalele zăcăminte de minerale de tantal sunt situate în Finlanda, țările scandinave, America de Nord, Brazilia, Australia, Franța, China și o serie de alte țări.

Datorită faptului că tantalul are o serie de proprietăți valoroase - ductilitate bună, rezistență ridicată, sudabilitate, rezistență la coroziune la temperaturi moderate, refractaritate și o serie de alte calități importante - utilizarea elementului șaptezeci și trei este foarte largă. Cele mai importante domenii de aplicare a tantalului sunt electronica și ingineria mecanică. Aproximativ un sfert din producția mondială de tantal este destinată industriilor electrice și a vidului. În electronică, este utilizat pentru fabricarea de condensatoare electrolitice, anozi de lămpi de mare putere și rețele. În industria chimică, tantalul este folosit la fabricarea pieselor de mașini folosite la producerea acizilor, deoarece acest element are o rezistență chimică excepțională. Tantalul nu se dizolvă nici măcar într-un mediu atât de agresiv din punct de vedere chimic precum aqua regia! Metalele, cum ar fi pământurile rare, sunt topite în creuzete de tantal. Din el sunt fabricate încălzitoarele pentru cuptoare de înaltă temperatură. Datorită faptului că tantalul nu interacționează cu țesuturile vii ale corpului uman și nu le dăunează, este folosit în chirurgie pentru a ține oasele împreună în timpul fracturilor. Cu toate acestea, principalul consumator al unui metal atât de valoros este metalurgia (peste 45%). ÎN anul trecut tantalul este din ce în ce mai folosit ca element de aliere în oțelurile speciale - ultra-rezistente, rezistente la coroziune, rezistente la căldură. În plus, multe materiale structurale își pierd rapid conductivitatea termică: pe suprafața lor se formează o peliculă de oxid sau sare care conduce prost căldura. Structurile din tantal și aliajele sale nu se confruntă cu astfel de probleme. Filmul de oxid format pe ele este subțire și conduce bine căldura și are, de asemenea, proprietăți protectoare anticorozive.

Nu numai tantalul pur este valoros, ci și compușii săi. Astfel, duritatea mare a carburii de tantal este utilizată la fabricarea sculelor din carbură pentru tăierea de mare viteză a metalului. Aliajele de tantal-tungsten conferă rezistență la căldură pieselor fabricate din acestea.

Proprietăți biologice

Datorită compatibilității sale biologice ridicate - capacitatea de a se înțelege cu țesuturile vii fără a provoca iritații sau respingere din partea organismului - tantalul și-a găsit o utilizare largă în medicină, în principal în chirurgia reconstructivă - pentru restaurare corpul uman. Plăcile subțiri de tantal sunt folosite pentru deteriorarea craniului - închid rupturi în craniu. Medicina știe de un caz în care o ureche artificială a fost făcută dintr-o placă de tantal, iar pielea transplantată de la coapsă a prins rădăcini atât de bine și de repede încât în ​​curând organul artificial nu a putut fi distins de cel real. Firele de tantal sunt folosite pentru a reface țesutul muscular deteriorat. Chirurgii folosesc plăci de tantal pentru a fixa pereții cavității abdominale după operații. Chiar și vasele de sânge pot fi conectate folosind cleme de tantal. Rețelele realizate din acest material unic sunt folosite la fabricarea protezelor oculare. Firele din acest metal sunt folosite pentru a înlocui tendoanele și chiar pentru a coase împreună fibrele nervoase.

Nu mai puțin răspândită este utilizarea pentoxidului de tantal Ta 2 O 5 - amestecul acestuia cu o cantitate mică de trioxid de fier este propus a fi utilizat pentru a accelera coagularea sângelui.

În ultimul deceniu, s-a dezvoltat o nouă ramură a medicinei, bazată pe utilizarea câmpurilor electrice statice cu rază scurtă de acțiune pentru a stimula procesele biologice pozitive din corpul uman. în plus câmpuri electrice se formează nu datorită surselor tradiționale de energie electrică cu alimentare în rețea sau cu baterie, ci datorită acoperirilor cu electret care funcționează autonom (un dielectric care rămâne necompensat mult timp incarcare electrica), aplicat la implanturi în diverse scopuri, utilizat pe scară largă în medicină.

În prezent rezultate pozitive Aplicațiile filmelor electret de pentoxid de tantal au fost obținute în următoarele domenii ale medicinei: chirurgie maxilo-facială (folosirea implanturilor acoperite cu Ta 2 O 5 elimină apariția procese inflamatorii, reduce timpul de grefare a implantului); stomatologie ortopedică (acoperirea protezelor din materiale plastice acrilice cu o peliculă de pentoxid de tantal elimină toate manifestările patologice posibile cauzate de intoleranța la acrilați); chirurgie (utilizarea unui aplicator electret în tratamentul defectelor pielii și țesutului conjunctiv în procesele de lungă durată a rănilor care nu se vindecă, escare, ulcere neurotrofice, leziuni termice); traumatologie și ortopedie (accelerarea dezvoltării țesutului osos în tratamentul fracturilor și bolilor sistemului musculo-scheletic uman sub influența unui câmp static creat de un film de acoperire cu electret).

Toate aceste dezvoltări științifice unice au devenit posibile datorită munca stiintifica specialişti de la Universitatea Electrotehnică de Stat din Sankt Petersburg (LETI).

În plus față de zonele enumerate mai sus în care acoperiri unice de pentoxid de tantal sunt deja utilizate sau sunt introduse, există dezvoltări care sunt în stadii foarte incipiente. Acestea includ dezvoltări pentru următoarele domenii ale medicinei: cosmetologie (producția unui material pe bază de acoperiri cu pentoxid de tantal, care va înlocui „fire de aur”); chirurgie cardiacă (aplicarea de filme electret pe suprafața interioară a vaselor de sânge artificiale, prevenind formarea cheagurilor de sânge); endoprotetice (reducerea riscului de respingere a protezelor care se află în interacțiune constantă cu țesutul osos). În plus, este creat un instrument chirurgical acoperit cu peliculă de pentoxid.

Se știe că tantalul este foarte rezistent la medii agresive, fapt dovedit de o serie de fapte. Deci, la o temperatură de 200 °C, acest metal nu este afectat de acid azotic de șaptezeci la sută! În acidul sulfuric la o temperatură de 150 °C nu se observă nici coroziunea tantalului, iar la 200 °C metalul corodează, dar doar cu 0,006 mm pe an!

Există un caz cunoscut în care la o întreprindere care a folosit gaz clorhidric, piesele din oțel inoxidabil s-au defectat după doar câteva luni. Cu toate acestea, de îndată ce oțelul a fost înlocuit cu tantal, chiar și cele mai subțiri părți (0,3...0,5 mm grosime) s-au dovedit a fi practic nedefinite - durata lor de viață a crescut la 20 de ani!

Tantalul, împreună cu nichelul și cromul, este utilizat pe scară largă ca acoperire anti-coroziune. Acoperă piese de o mare varietate de forme și dimensiuni: creuzete, țevi, foi, duze pentru rachete și multe altele. Mai mult, materialul pe care se aplică acoperirea cu tantal poate fi foarte divers: fier, cupru, grafit, cuarț, sticlă și altele. Cel mai interesant este că duritatea acoperirii cu tantal este de trei până la patru ori mai mare decât duritatea tantalului tehnic în formă recoaptă!

Datorită faptului că tantalul este un metal foarte valoros, căutarea materiilor sale prime continuă și astăzi. Mineralogii au descoperit că granitele obișnuite, pe lângă alte elemente valoroase, conțin și tantal. În Brazilia a fost făcută o încercare de extragere a tantalului din roci de granit, metalul a fost obținut, dar o astfel de extracție nu a atins o scară industrială - procesul s-a dovedit a fi extrem de costisitor și complex.

Condensatoarele electrolitice moderne de tantal sunt stabile, fiabile și durabile. Condensatoarele miniaturale realizate din acest material, utilizate in diverse sisteme electronice, pe langa avantajele de mai sus, au o calitate unica: isi pot efectua singuri reparatiile! Cum se întâmplă asta? Să presupunem că integritatea izolației este deteriorată din cauza unei căderi de tensiune sau dintr-un alt motiv - instantaneu se formează din nou o peliculă de oxid izolator la locul defecțiunii, iar condensatorul continuă să funcționeze ca și cum nimic nu s-ar fi întâmplat!

Fără îndoială, termenul „metal inteligent”, care a apărut la mijlocul secolului al XX-lea, adică un metal care ajută la funcționarea mașinilor inteligente, poate fi atribuit pe bună dreptate tantalului.

În unele zone, tantalul înlocuiește și uneori chiar concurează cu platina! Astfel, în lucrarea de bijuterii, tantalul înlocuiește adesea un metal nobil mai scump în fabricarea brățărilor, a carcasei de ceasuri și a altor bijuterii. Într-un alt domeniu, tantalul concurează cu succes cu platina - balanțe analitice standard realizate din acest metal nu sunt inferioare ca calitate față de cele din platină.

În plus, tantalul înlocuiește iridiul mai scump în producția de vârfuri pentru stilouri automate.

Datorită proprietăților sale chimice unice, tantul și-a găsit aplicație ca material pentru catozi. Astfel, catozii de tantal sunt utilizați în separarea electrolitică a aurului și argintului. Valoarea lor constă în faptul că sedimentele de metale nobile pot fi spălate cu aqua regia, care nu dăunează tantalului.

Se poate vorbi cu siguranță despre faptul că există ceva simbolic, dacă nu mistic, în faptul că chimistul suedez Ekeberg, încercând să sature o nouă substanță cu acizi, a fost lovit de „setea” sa și a dat noului element un nume în onoarea ticălosului mitic care și-a ucis propriul fiu și i-a trădat pe zei. Și două sute de ani mai târziu, s-a dovedit că acest element este capabil să „coseze” o persoană și chiar să „înlocuiască” tendoanele și nervii acestuia! Se dovedește că martirul, care lâncește în lumea interlopă, își ispășește vina ajutându-i pe om, încearcă să ceară iertare de la zei...

Poveste

Tantalus este un erou al miturilor antice grecești, un rege lidian sau frigian, fiul lui Zeus. El a divulgat secretele zeilor olimpici, a furat ambrozia de la sărbătoarea lor și i-a tratat pe olimpici cu un fel de mâncare preparat din trupul propriului său fiu Pelops, pe care l-a ucis. Pentru atrocitățile sale, Tantalus a fost condamnat de zei la chinul etern al foametei, setei și fricii în lumea interlopă a lui Hades. De atunci, stă până la gât în ​​apă transparentă, cristalină, cu ramurile îndoite spre cap sub greutatea fructelor coapte. Numai că nu își poate potoli setea sau foamea - apa coboară imediat ce încearcă să bea, iar ramurile sunt ridicate de vânt, din mâinile unui ucigaș înfometat. O stâncă atârnă deasupra capului lui Tantalus, care s-ar putea prăbuși în orice moment, forțându-l pe nefericitul păcătos să sufere pentru totdeauna de frică. Datorită acestui mit, a apărut expresia „chinul tantalului”, care denotă suferințe insuportabile, încercări eterice de a se elibera de chin. Aparent, în timpul încercărilor nereușite ale chimistului suedez Ekeberg de a dizolva „pământul” pe care l-a descoperit în 1802 în acizi și de a izola un nou element din acesta, această expresie i-a venit în minte. De mai multe ori, omul de știință a crezut că este aproape de obiectivul său, dar nu a reușit niciodată să izoleze noul metal în forma sa pură. Așa a apărut numele de „martiri” al noului element.

Descoperirea tantalului este strâns legată de descoperirea unui alt element - niobiul, care s-a născut cu un an mai devreme și a fost inițial numit Columbia, care i-a fost dat de descoperitorul său Hatchet. Acest element este un geamăn al tantalului și este aproape de acesta într-o serie de proprietăți. Tocmai această apropiere a indus în eroare chimiștii, care, după multe dezbateri, au ajuns la concluzia eronată că tantalul și columbiul sunt același element. Această concepție greșită a durat mai bine de patruzeci de ani, până când în 1844 celebrul chimist german Heinrich Rose, în timpul unui studiu repetat asupra columbiților și tantaliților din diverse zăcăminte, a demonstrat că columbiul este un element independent. Columbia studiată de Gatchet era niobiu cu un conținut ridicat de tantal, ceea ce a indus în eroare lumea științifică. În cinstea unei relații atât de strânse între cele două elemente, Rose a dat Columbiei noul nume Niobium - în onoarea fiicei regelui frigian Tantalus Niobia. Deși Rose a făcut și greșeala de a se presupune că a descoperit un alt element nou, pe care l-a numit Pelopius (după fiul lui Tantalus, Pelops), opera sa a devenit baza unei distincții stricte între niobiu (Columbium) și tantal. Numai că, chiar și după dovezile lui Rose, tantalul și niobiul au fost confundate mult timp. Deci tantalul a fost numit columbium, în Rusia columb. Hess, în „Principiile de chimie pură” până la a șasea ediție (1845), vorbește doar despre tantal, fără a menționa Columbia; Dvigubsky (1824) menționează numele de tantaliu. Astfel de erori și rezerve sunt de înțeles - metoda de separare a tantalului și niobiului a fost dezvoltată abia în 1866 de chimistul elvețian Marignac și, ca atare, tantalul elementar pur nu exista încă: la urma urmei, oamenii de știință au reușit să obțină acest metal în compactul său pur. se formează abia în secolul al XX-lea. Primul care a reușit să obțină tantal metal a fost chimistul german von Bolton, iar acest lucru s-a întâmplat abia în 1903. Anterior, desigur, s-au încercat să se obțină tantal pur, dar toate eforturile chimiștilor au fost fără succes. De exemplu, chimistul francez Moissan a obținut o pulbere metalică, despre care a pretins că este tantal pur. Totuși, această pulbere, obținută prin reducerea pentoxidului de tantal Ta 2 O 5 cu carbon într-un cuptor electric, nu era tantal pur; pulberea conținea 0,5% carbon.

Ca urmare, un studiu detaliat al proprietăților fizico-chimice ale elementului șaptezeci și trei a devenit posibil abia la începutul secolului al XX-lea. Timp de câțiva ani, tantalul nu și-a găsit utilizare practică. Abia în 1922 a putut fi folosit în redresoare de curent alternativ.

Fiind în natură

Conținutul mediu al elementului șaptezeci și trei din scoarța terestră (clarke) este de 2,5∙10 -4% din masă. Tantalul este un element caracteristic al rocilor acide - granit și cochilii sedimentare, în care conținutul său mediu ajunge la 3,5∙10 -4%, ca și în cazul rocilor ultrabazice și bazice - părțile superioare ale mantalei și părțile profunde ale scoarței terestre, concentrația de tantal acolo este mult mai mică: 1 .8∙10 -6%. Tantalul este împrăștiat în rocile de origine magmatică, precum și în biosferă, deoarece este izomorf cu multe elemente chimice.

În ciuda conținutului scăzut de tantal din scoarța terestră, mineralele sale sunt foarte răspândite - există mai mult de o sută de ele, atât minerale de tantal în sine, cât și minereuri care conțin tantal, toate formate în legătură cu activitatea magmatică (tantalit, columbit, loparit, piroclor și altele). În toate mineralele, însoțitorul tantalului este niobiul, ceea ce se explică prin similitudinea chimică extremă a elementelor și dimensiunile aproape identice ale ionilor lor.

Minereurile de tantal în sine au un raport de Ta 2 O 5: Nb 2 O 5 ≥1. Principalele minerale ale minereurilor de tantal sunt columbit-tantalitul (conținut în Ta 2 O 5 30-45%), tantalitul și manganotantalitul (Ta 2 O 5 45-80%), wodginitul (Ta, Mn, Sn) 3 O 6 (Ta 2). O5 60-85%), microlit Ca2 (Ta, Nb)2O6 (F, OH) (Ta2O5 50-80%) şi altele. Tantalitul (Fe, Mn)(Ta, Nb) 2 O 6 are mai multe varietăți: ferotantalitul (FeO>MnO), manganotantalitul (MnO>FeO). Tantalitul se întâmplă diferite nuanțe de la negru la roșu-maro. Principalele minerale ale minereurilor de tantal-niobiu, din care, alături de niobiu, se extrage tantalul mult mai scump, sunt columbitul (Ta 2 O 5 5-30%), piroclorul care conține tantal (Ta 2 O 5 1-4%). , loparit (Ta 2O 5 0,4-0,8%), gatchettolit (Ca, Tr, U) 2 (Nb, Ta) 2O 6 (F, OH)∙nH 2O (Ta 2O 5 8-28%), ixiolit (Nb , Ta, Sn, W, Sc) 3 O 6 și alții. Tantal-niobații care conțin U, Th, TR sunt metamicți, foarte radioactivi și conțin cantități variabile de apă; modificările polimorfe sunt frecvente. Tantal-niobații formează mici diseminare, alocările mari sunt rare (cristalele sunt tipice în principal pentru loparit, piroclor și columbit-tantalit). Culoare negru, maro închis, galben maronie. De obicei translucid sau ușor translucid.

Există mai multe tipuri principale industriale și genetice de zăcăminte de minereu de tantal. Pegmatitele de metal rare de tip natro-litiu sunt reprezentate de corpuri de vene zonate constând din albit, microclin, cuarț și, într-o măsură mai mică, spodumen sau petalit. Granitele (apogranite) cu metale rare purtătoare de tantal sunt reprezentate de mici stocuri și cupole de granite microclinale-cuart-albit, adesea îmbogățite în topaz și mica de litiu care conțin diseminare subțire de columbit-tantalit și microlit. Crustele de intemperii, placerii deluvio-aluvionali și aluvionali care apar în legătură cu distrugerea pegmatitelor conțin casiterit și minerale din grupul columbite-tantalit. Sienite nefeline purtătoare de loparit din compoziție de lujavrit și foyalit.

În plus, în utilizare industrială sunt implicate zăcăminte de minereuri complexe de tantal-niobiu, reprezentate de carbonatiți și roci asociate forsterită-apatită-magnetită; microclin-albite riebeckite granite alcaline și granosyenite și altele. O parte din tantal este extras din wolframites din depozitele de greisen.

Cele mai mari zăcăminte de minereuri de titan sunt situate în Canada (Manitoba, Lacul Bernick), Australia (Greenbushes, Pilbara), Malaezia și Thailanda (placere de staniu purtătoare de tantalu), Brazilia (Paraiba, Rio Grande do Norte) și o serie de țări africane. state (Zaire, Nigeria, Rhodesia de Sud).

Aplicație

Tantalul și-a găsit aplicație tehnică destul de târziu - la începutul secolului al XX-lea a fost folosit ca material pentru filamentele incandescente ale lămpilor electrice, ceea ce s-a datorat calității acestui metal, cum ar fi refractaritatea. Cu toate acestea, în curând și-a pierdut importanța în acest domeniu, înlocuit de wolfram mai puțin costisitor și mai refractar. Tantalul a devenit din nou „nepotrivit din punct de vedere tehnic” până în anii douăzeci ai secolului XX, când a început să fie folosit în redresoare de curent alternativ (tantalul, acoperit cu o peliculă de oxid, trece curentul într-o singură direcție), iar un an mai târziu - în tuburi radio . După care metalul a câștigat recunoaștere și în curând a început să cucerească din ce în ce mai multe noi domenii ale industriei.

În zilele noastre, datorită proprietăților sale unice, tantul este utilizat în electronică (producția de condensatoare cu capacitate specifică mare). Aproximativ un sfert din producția mondială de tantal este destinată industriilor electrice și a vidului. Datorită inerției chimice ridicate atât a tantalului în sine, cât și a filmului său de oxid, condensatoarele electrolitice de tantal sunt foarte stabile în funcționare, fiabile și durabile: durata de viață a acestora poate ajunge la mai mult de doisprezece ani. În inginerie radio, tantalul este utilizat în echipamentele radar. Minicondensatoarele de tantal sunt utilizate în transmițătoare radio, instalații radar și alte sisteme electronice.

Principalul consumator de tantal este metalurgia, care folosește peste 45% din metalul produs. Tantalul este utilizat în mod activ ca element de aliere în oțelurile speciale - ultra-rezistente, rezistente la coroziune, rezistente la căldură. Adăugarea acestui element la oțelurile convenționale cu crom crește rezistența acestora și reduce fragilitatea după întărire și recoacere. Producția de aliaje rezistente la căldură este o mare nevoie de rachete și tehnologie spațială. În cazurile în care duzele rachetei sunt răcite cu metal lichid care poate provoca coroziune (litiu sau sodiu), este pur și simplu imposibil să se facă fără un aliaj de tantal-tungsten. În plus, încălzitoarele pentru cuptoare cu vid de înaltă temperatură, încălzitoarele și mixerele sunt fabricate din oțeluri rezistente la căldură. Carbura de tantal (punct de topire 3.880 °C) este utilizată în producția de aliaje dure (amestecuri de carburi de wolfram și tantal - calități cu indice TT, pentru cele mai dificile condiții de prelucrare a metalelor și găurire cu percuție rotativă a celor mai rezistente materiale (piatră, compozite). ).

Oțelurile aliate cu tantal sunt utilizate pe scară largă, de exemplu în inginerie chimică. La urma urmei, astfel de aliaje au o rezistență chimică excepțională, sunt ductile, rezistente la căldură și rezistente la căldură; datorită acestor proprietăți, tantalul a devenit un material structural indispensabil pentru industria chimică. Echipamentele cu tantal sunt utilizate în producerea multor acizi: clorhidric, sulfuric, nitric, fosforic, acetic, precum și brom, clor și peroxid de hidrogen. Din el sunt fabricate bobine, distilatoare, supape, mixere, aeratoare și multe alte părți ale aparatului chimic. Uneori - dispozitive întregi. Catozii de tantal sunt utilizați în separarea electrolitică a aurului și argintului. Avantajul acestor catozi este că depozitele de aur și argint pot fi spălate cu aqua regia, care nu dăunează tantalului.

În plus, tantalul este utilizat la fabricarea instrumentelor (echipamente cu raze X, instrumente de control, diafragme); în medicină (material pentru chirurgia reconstructivă); în energia nucleară - ca schimbător de căldură pentru sistemele de energie nucleară (tantalul este cel mai stabil dintre toate metalele din topiturile supraîncălzite și vaporii de cesiu-133). Capacitatea mare a tantalului de a absorbi gaze este folosită pentru a menține vidul ridicat (dispozitive electrice de vid).

În ultimii ani, tantalul a fost folosit ca material de bijuterii datorită capacității sale de a forma filme durabile de oxid de orice culoare la suprafață.

Compușii de tantal sunt, de asemenea, utilizați pe scară largă. Pentoxidul de tantal este folosit în tehnologia nucleară pentru a topi sticla care absoarbe radiațiile gamma. Fluorotantalatul de potasiu este utilizat ca catalizator în producția de cauciuc sintetic. Pentoxidul de tantal joacă, de asemenea, același rol atunci când produce butadienă din alcool etilic.

Productie

Se știe că minereurile care conțin tantal sunt rare și sărace în acest element. Principalele materii prime pentru producerea tantalului și a aliajelor acestuia sunt concentratele de tantalit și loparit care conțin doar 8% Ta 2 O 5 și mai mult de 60% Nb 2 O 5. În plus, chiar și acele minereuri care conțin doar sutimi de procent (Ta, Nb) 2 O 5 sunt prelucrate!

Tehnologia de producere a tantalului este destul de complexă și se realizează în trei etape: deschidere sau descompunere; separarea tantalului de niobiu și obținerea compușilor chimici puri ai acestora; recuperarea și rafinarea tantalului.

Deschiderea concentratului de tantal, cu alte cuvinte, extracția tantalului din minereuri se realizează folosind alcali (fuziune) sau folosind acid fluorhidric (descompunere) sau un amestec de acizi fluorhidric și sulfuric. După care trec la a doua etapă de producție - extracția extracției și separarea tantalului și a niobiului. Ultima sarcină este foarte dificilă din cauza asemănării proprietăților chimice ale acestor metale și a dimensiunii aproape identice a ionilor lor. Până de curând, metalele erau separate doar prin metoda propusă încă din 1866 de chimistul elvețian Marignac, care a profitat de solubilitatea diferită a fluorotantalatului de potasiu și a fluoroniobatului de potasiu în acid fluorhidric diluat. Industria modernă folosește mai multe metode pentru separarea tantalului și niobiului: extracția cu solvenți organici, reducerea selectivă a pentaclorurii de niobiu, cristalizarea fracționată a sărurilor complexe de fluorură, separarea cu rășini schimbătoare de ioni, rectificarea clorurilor. În prezent, metoda de separare cea mai des folosită (este și cea mai avansată) este extracția din soluții de compuși de fluorură de tantal și niobiu care conțin acizi fluorhidric și sulfuric. În același timp, tantalul și niobiul sunt, de asemenea, purificate din impuritățile altor elemente: siliciu, titan, fier, mangan și alte elemente înrudite. În ceea ce privește minereurile de loparit, concentratele lor sunt prelucrate prin metoda clorului pentru a produce un condensat de cloruri de tantal și niobiu, care sunt separate în continuare prin rectificare. Separarea unui amestec de cloruri constă în următoarele etape: rectificarea preliminară (se produce separarea clorurilor de tantal și niobiu de impuritățile însoțitoare), rectificarea principală (pentru a obține concentrat pur de NbCl 5 și TaCl 5) și rectificarea finală a fracției de tantal (pentru a obţine TaCl pur 5). În urma separării metalelor înrudite, faza de tantal este precipitată și purificată pentru a produce fluorotantalat de potasiu de puritate crescută (folosind KCl).

Tantalul metal se obține prin reducerea compușilor săi de înaltă puritate, pentru care se pot folosi mai multe metode. Aceasta este fie reducerea tantalului din pentoxid cu funingine la o temperatură de 1800-2000 ° C (metoda carbotermică), fie reducerea fluorotantalatului de potasiu cu sodiu atunci când este încălzit (metoda termică a sodiului), fie reducerea electrochimică dintr-o topitură care conține fluorotantalat de potasiu. și oxid de tantal (metoda electrolitică). Într-un fel sau altul, metalul se obține sub formă de pulbere cu o puritate de 98-99%. Pentru a obține metal în lingouri, acesta este sinterizat sub formă de țagle precomprimate din pulbere. Sinterizarea are loc prin trecerea curentului la o temperatură de 2.500–2.700 °C sau prin încălzire în vid la 2.200–2.500 °C. După care puritatea metalului crește semnificativ, devenind egală cu 99,9-99,95%.

Pentru rafinarea și producerea ulterioară a lingourilor de tantal, topirea electrică în vid este utilizată în cuptoarele cu arc cu un electrod consumabil, iar pentru o rafinare mai profundă, se utilizează topirea cu fascicul de electroni, care reduce semnificativ conținutul de impurități din tantal, crește ductilitatea acestuia și reduce temperatura. de trecere la o stare fragilă. Tantalul de o asemenea puritate păstrează o ductilitate ridicată la temperaturi apropiate de zero absolut! Suprafața unui lingou de tantal este topită (pentru a da caracteristicile necesare suprafeței lingoului) sau prelucrată la strung.

Proprietăți fizice

Abia la începutul secolului al XX-lea, oamenii de știință au pus mâna pe tantal pur și au putut studia în detaliu proprietățile acestui metal gri deschis cu o nuanță de plumb ușor albăstruie. Ce calități are acest element? Cu siguranță, tantalul este un metal greu: densitatea sa este de 16,6 g/cm 3 la 20 ° C (pentru comparație, fierul are o densitate de 7,87 g/cm 3, densitatea plumbului este de 11,34 g/cm 3) și pentru transportul unuia. metru cub Acest element ar necesita șase camioane de trei tone. Rezistența și duritatea ridicate sunt combinate cu caracteristici plastice excelente. Tantalul pur se pretează bine prelucrărilor mecanice, este ușor ștanțat, prelucrat în cele mai subțiri foi (aproximativ 0,04 mm grosime) și sârmă (modul de elasticitate al tantalului 190 Hn/m2 sau 190·102 kgf/mm2 la 25 °C). La rece, metalul poate fi prelucrat fără întărire prin muncă semnificativă și este supus deformării cu un raport de compresie de 99% fără ardere intermediară. Trecerea tantalului de la o stare plastică la o stare fragilă nu se observă nici măcar atunci când este răcit la -196 °C. Rezistența la tracțiune a tantalului recoapt de înaltă puritate este de 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) la 27 °C și 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) la 490 °C; alungire relativă 36% (la 27 °C) și 20% (la 490 °C). Tantalul are o rețea cubică centrată pe corp (a = 3,296 A); raza atomică 1,46 A, raze ionice Ta 2+ 0,88 A, Ta 5+ 0,66 A.

După cum sa menționat mai devreme, tantalul este un metal foarte dur (duritatea Brinell a foilor de tantal în stare recoaptă este de 450-1250 MPa, în stare deformată 1250-3500 MPa). Mai mult, este posibilă creșterea durității metalului prin adăugarea unui număr de impurități la acesta, de exemplu carbon sau azot (duritatea Brinell a unei foi de tantal după absorbția gazelor în timpul încălzirii crește la 6000 MPa). Drept urmare, impuritățile interstițiale contribuie la creșterea durității Brinell, a rezistenței la tracțiune și a limitei de curgere, dar reduc caracteristicile de plasticitate și cresc fragilitatea la rece; cu alte cuvinte, fac metalul fragil. Alte caracteristici ale elementului șaptezeci și trei sunt conductivitatea termică ridicată, la 20–100 °C această valoare este de 54,47 W/(m∙K) sau 0,13 cal/(cm·sec·°С) și refractaritatea (poate cea mai mare). o proprietate fizică importantă a tantalului) - se topește la aproape 3.000 °C (mai precis, la 2.996 °C), pe locul doi după wolfram și reniu. Punctul de fierbere al tantalului este, de asemenea, extrem de ridicat: 5.300 °C.

În ceea ce privește alte proprietăți fizice ale tantalului, căldura sa specifică la temperaturi de la 0 la 100 °C este de 0,142 kJ/(kg K) sau 0,034 cal/(g °C); coeficient de temperatură expansiunea liniară a tantalului 8,0·10 -6 (la temperaturi 20–1.500 °C). Rezistivitatea electrică a elementului șaptezeci și trei la 0 °C este de 13,2 10 -8 ohm m, la 2000 °C 87 10 -8 ohm m. La 4,38 K metalul devine supraconductor. Tantalul este paramagnetic, susceptibilitate magnetică specifică 0,849·10 -6 (la 18 °C).

Deci, tantalul are un set unic de proprietăți fizice: coeficient ridicat de transfer de căldură, capacitate mare de absorbție a gazelor, rezistență la căldură, refractaritate, duritate și plasticitate. În plus, se distinge prin rezistență ridicată - se pretează bine la tratarea sub presiune folosind toate metodele existente: forjare, ștanțare, laminare, tragere, răsucire. Tantalul se caracterizează printr-o bună sudabilitate (sudare și lipire în argon, heliu sau în vid). În plus, tantalul are o rezistență chimică și la coroziune excepțională (cu formarea unui film anodic), presiune scăzută de vapori și funcție de lucru scăzută a electronilor și, în plus, se înțelege bine cu țesutul viu al corpului.

Proprietăți chimice

Cu siguranță, una dintre cele mai valoroase proprietăți ale tantalului este rezistența sa chimică excepțională: în acest sens, este al doilea după metalele nobile și chiar și atunci nu întotdeauna. Este rezistent la acizii clorhidric, sulfuric, nitric, fosforic și organic de toate concentrațiile (până la o temperatură de 150 ° C). În ceea ce privește stabilitatea sa chimică, tantalul este similar cu sticla - este insolubil în acizi și amestecurile acestora, chiar și aqua regia nu o dizolvă, față de care aurul și platina și o serie de alte metale valoroase sunt neputincioși. Elementul șaptezeci și trei este solubil numai într-un amestec de acizi fluorhidric și acizi azotic. Mai mult, reacția cu acidul fluorhidric are loc numai cu praful metalic și este însoțită de o explozie. Chiar și în acizii clorhidric și sulfuric fierbinți, tantalul este mai rezistent decât niobiul, fratele său geamăn. Cu toate acestea, tantalul este mai puțin rezistent la alcaline - soluțiile fierbinți de alcaline caustice corodează metalul. Sărurile acizilor tantalici (tantalații) sunt exprimate prin formula generală: xMe 2 O yTa 2 O 5 H 2 O, acestea includ metatantalații MeTaO 3, ortotantalații Me 3 TaO 4, săruri precum Me 5 TaO 5, unde Me este un metal alcalin ; în prezența peroxidului de hidrogen se formează și pertantalații. Cei mai importanți tantați de metale alcaline sunt KTaO3 și NaTaO3; aceste săruri sunt feroelectrice.

Rezistența ridicată la coroziune a tantalului este indicată și de interacțiunea sa cu oxigenul atmosferic, sau mai degrabă, rezistența sa ridicată la această influență. Metalul începe să se oxideze abia la 280 °C, devenind acoperit cu o peliculă protectoare de Ta 2 O 5 (pentoxidul de tantal este singurul oxid de metal stabil), care protejează metalul de acțiunea reactanților chimici și împiedică curgerea curentului electric. de la metal la electrolit. Cu toate acestea, odată cu creșterea temperaturii la 500 ° C, pelicula de oxid devine treptat poroasă, se delaminează și se separă de metal, privând suprafața stratului protector împotriva coroziunii. Prin urmare, este recomandabil să se efectueze tratamentul sub presiune la cald în vid, deoarece în aer metalul se oxidează la o adâncime semnificativă. Prezența azotului și a oxigenului mărește duritatea și rezistența tantalului, reducând în același timp ductilitatea acestuia și făcând metalul fragil și, așa cum am menționat mai devreme, tantalul formează o soluție solidă și oxidează Ta 2 O 5 cu oxigen (cu o creștere a Conținutul de O 2 în tantal, are loc o creștere bruscă a proprietăților de rezistență și o scădere puternică a ductilității și rezistenței la coroziune). Tantalul reacționează cu azotul pentru a forma trei faze - o soluție solidă de azot în tantal, nitruri de tantal: Ta 2 N și TaN - în intervalul de temperatură de la 300 la 1.100 ° C. Este posibil să scăpați de azotul și oxigenul din tantal în condiții de vid înalt (la temperaturi de peste 2.000 °C).

Tantalul reacționează slab cu hidrogenul până când este încălzit la 350 °C; viteza de reacție crește semnificativ doar de la 450 °C (se formează hidrură de tantal și tantalul devine casant). Aceeași încălzire în vid (peste 800 °C) ajută la eliminarea hidrogenului, timp în care proprietățile mecanice ale tantalului sunt restaurate și hidrogenul este complet îndepărtat.

Fluorul acționează asupra tantalului deja la temperatura camerei, iar fluorura de hidrogen reacționează și cu metalul. Clorul uscat, bromul și iodul au un efect chimic asupra tantalului la temperaturi de 150 °C și peste. Clorul începe să interacționeze activ cu metalul la o temperatură de 250 °C, bromul și iodul la o temperatură de 300 °C. Tantalul începe să interacționeze cu carbonul la temperaturi foarte ridicate: 1.200–1.400 °C, și are loc formarea de carburi de tantal refractare, care sunt foarte rezistente la acizi. Tantalul se combină cu borul pentru a forma boruri - compuși solizi, refractari, care sunt rezistenți la efectele acva regiei. Tantalul formează soluții solide continue cu multe metale (molibden, niobiu, titan, wolfram, vanadiu și altele). Tantalul formează soluții solide limitate cu aur, aluminiu, nichel, beriliu și siliciu. Tantalul nu formează niciun compus cu magneziu, litiu, potasiu, sodiu și alte elemente. Tantalul pur este rezistent la multe metale lichide (aliaje Na, K, Li, Pb, U-Mg și Pu-Mg).

Biblioteca Populară de Elemente Chimice conține informații despre toate elementele cunoscute omenirii. Astăzi sunt 107 dintre ele, unele obținute artificial.

Așa cum proprietățile fiecăreia dintre „cărămizile universului” sunt diferite, istoriile și destinele lor sunt, de asemenea, diferite. Unele elemente, precum cuprul, fierul, sulful, carbonul, sunt cunoscute încă din timpuri preistorice. Vârsta celorlalți se măsoară doar pe secole, în ciuda faptului că acestea, nedescoperite încă, au fost folosite de omenire în timpuri imemoriale. Este suficient să ne amintim de oxigen, care a fost descoperit abia în secolul al XVIII-lea. Altele au fost descoperite acum 100 - 200 de ani, dar abia în vremea noastră au căpătat o importanță capitală. Acestea sunt uraniu, aluminiu, bor, litiu beriliu. Pentru alții, cum ar fi europiul și scandiul, istoria lor de lucru este abia la început. Cele cinci au fost obținute artificial prin metode de sinteză fizică nucleară: tehnețiu, plutoniu, mendeleviu, kurchatovium... Într-un cuvânt, atâtea elemente, atâtea indivizi, atâtea povești, atâtea combinații unice de proprietăți.

Prima carte cuprindea materiale despre primele 46 de elemente, în ordinea numerelor atomice, a doua despre toate celelalte

Carte:

Specialități secundare de tantal

Tantalul este un oaspete destul de frecvent în atelierele de bijuterii; în multe cazuri este folosit pentru a înlocui platina. Tantalul este folosit pentru a face cutii de ceasuri, brățări și alte bijuterii. Și într-un alt domeniu, elementul nr. 73 concurează cu platina: balanțele analitice standard realizate din acest metal nu sunt inferioare ca calitate față de cele din platină. În producția de vârfuri pentru stilouri automate, tantalul este înlocuit cu iridiu mai scump. Dar palmaresul tantalului nu se oprește aici. Experții în tehnologie militară consideră că este recomandabil să se realizeze unele părți ale proiectilelor ghidate și motoarelor cu reacție din tantal.

Compușii de tantal sunt, de asemenea, utilizați pe scară largă. Astfel, fluorotantalatul de potasiu este utilizat ca catalizator în producerea cauciucului sintetic. Pentoxidul de tantal joacă, de asemenea, același rol atunci când produce butadienă din alcool etilic.

Oxidul de tantal este uneori folosit în fabricarea sticlei - pentru producerea de ochelari cu un indice de refracție ridicat. S-a propus să fie utilizat un amestec de pentoxid de tantal Ta 2 O 5 cu o cantitate mică de trioxid de fier pentru a accelera coagularea sângelui. Hidrururile de tantal sunt folosite cu succes pentru lipirea contactelor pe semiconductori de siliciu.

Cererea de tantal este în continuă creștere și, prin urmare, nu există nicio îndoială că în următorii ani producția acestui minunat metal va crește mai repede decât acum.

TANTALUL E MAI GREU... TANTALUL. Acoperirile cu tantal nu sunt mai puțin atractive decât, să zicem, nichelul și cromul. Atrăgător nu numai ca aspect. Au fost dezvoltate metode care fac posibilă acoperirea unui produs de grosimi variabile cu un strat de tantal. dimensiuni mari(creuzete, țevi, foi, duze de rachetă), iar acoperirea poate fi aplicată pe o mare varietate de materiale - oțel, fier, cupru, nichel, molibden, oxid de aluminiu, grafit, cuarț, sticlă, porțelan și altele. Este caracteristic că duritatea acoperirii cu tantal, conform lui Brinell, este de 180–200 kg/mm2, în timp ce duritatea tantalului tehnic sub formă de tije sau foi recoapte variază între 50–80 kg/mm2. .

PLATINA MAI IEFTIN, ARGINT MAI SCUMP. Înlocuirea platinei cu tantal, de regulă, este foarte profitabilă - este de câteva ori mai ieftină. Cu toate acestea, tantalul nu poate fi numit ieftin. Costul relativ ridicat al tantalului se explică prin prețul ridicat al materialelor utilizate în producția sa și prin complexitatea tehnologiei de obținere a elementului nr. 73: pentru a obține o tonă de concentrat de tantal, este necesar să se proceseze până la 3 mii de tone. de minereu.

GRANIT METAL. Căutarea materiilor prime de tantal continuă și astăzi. Elementele valoroase, inclusiv tantalul, se găsesc în granitele obișnuite. În Brazilia, au încercat deja să extragă tantal din granite. Adevărat, acest proces de obținere a tantalului și a altor elemente nu are încă semnificație industrială - este foarte complicat și costisitor, dar au reușit să obțină tantal din materii prime atât de neobișnuite.

DOAR UN OXIDAT. Se credea anterior că, la fel ca multe alte metale de tranziție, tantalul, atunci când interacționează cu oxigenul, poate forma mai mulți oxizi. compoziție diferită. Cu toate acestea, studiile ulterioare au arătat că oxigenul oxidează întotdeauna tantalul la pentoxid de Ta 2 O 5. Confuzia existentă se explică prin formarea de soluții solide de oxigen în tantal. Oxigenul dizolvat este îndepărtat prin încălzire peste 2200°C în vid. Formarea de soluții solide de oxigen are un efect puternic asupra proprietăți fizice tantal. Forța, duritatea și rezistența sa electrică cresc, dar susceptibilitatea sa magnetică și rezistența la coroziune scad.

ACOPERIRE DE TANTAL. Placarea (acest termen este de origine franceză) este aplicarea unor straturi subțiri de alt metal pe produse metalice prin metode termomecanice. Cititorul știe deja despre rezistența chimică remarcabilă a tantalului. Faptul că acest metal este scump și nu foarte accesibil este și adevărat. Desigur, placarea cu tantal a suprafețelor metalice mai puțin rezistente ar fi foarte benefică, dar aplicarea acestor acoperiri prin metode electrolitice este dificilă din multe motive. De aceea apelează la placare. Se crede că oțelul placat cu tantal prin explozie va deveni în cele din urmă mai important pentru industria chimică decât oțelul placat cu sticlă, deși, desigur, prețurile sticlei și tantalului sunt incomensurabile. Un astfel de oțel este deja folosit în producția de reactoare nucleare.

Tantal metalic deschis destul de recent, și anume în 1802. Chimistul suedez A.G. a avut norocul să descopere acest metal. Ekeberg. La studierea a două minerale noi care au fost găsite în țările scandinave, s-a dovedit că, pe lângă elementele cunoscute, acestea conțineau și altele nestudiate anterior. Omul de știință nu a reușit niciodată să izoleze metalul de mineral în forma sa pură, deoarece au apărut mari dificultăți în acest sens.

În acest sens, metalul neexplorat a fost numit după un erou din mitologia Greciei Antice și după care a fost scris mitul lui Tantalus. După aceasta, timp de mai bine de 40 de ani, s-a crezut că tantal și niobiu- acestea sunt același metal. Cu toate acestea, un chimist german a dovedit diferența dintre metale și, după aceea, un alt german a izolat tantalul în forma sa pură, iar acest lucru s-a întâmplat abia în 1903.

Producția în serie de produse laminate și produse din tantal a început abia în timpul celui de-al Doilea Război Mondial. Astăzi, acest element primește numele de „metal inteligent”, deoarece electronicele care se dezvoltă rapid nu se pot descurca fără el.

Descrierea și proprietățile tantalului

Tantal este un metal cu duritate mare și densitate atomică. În elementele chimice periodice, tantalul este situat la poziția 73. În practica mondială, se obișnuiește să se desemneze acest metal printr-o combinație de două litere, și anume Ta. La presiune atmosferică La temperatura camerei, tantalul are o culoare caracteristică argintiu-metalic. Filmul de oxid care se formează pe suprafața metalului îi va da o nuanță de plumb.

Element de tantal inactiv la temperatura camerei. Oxidarea suprafeței acestui metal prin aer este posibilă numai la temperaturi de peste 280 de grade. Tantalul reacționează cu halogenii la o temperatură cu 30 de grade mai mică decât cu aerul. În acest caz, pe suprafață se formează o peliculă de protecție, care împiedică pătrunderea în continuare a elementelor oxidante pe toată adâncimea metalului.

Tantal element chimic cu un punct de topire destul de ridicat. Deci, este 3290 K, iar punctul de fierbere ajunge la 5731 K. În ciuda densității mari (16,7 g/cm3) și durității, este destul de plastic. În ceea ce privește ductilitatea, tantalul poate fi comparat cu. Metalul pur este foarte ușor și convenabil de lucrat.

Este ușor de prelucrat, de exemplu, poate fi rulat la o grosime de 1-10 microni. De asemenea, trebuie remarcat faptul că tantalul este paramagnetic. Caracteristică interesantă Acest metal începe să apară la o temperatură de 800 de grade: tantalul absoarbe 740 din volumele sale de gaz.

Există deja o serie de fapte în practica mondială care indică durabilitatea excelentă a acestui metal în medii foarte agresive. De exemplu, se știe că tantalul nu este deteriorat nici măcar de acid azotic 70%. Acidul sulfuric până la 150 de grade, de asemenea, nu duce la distrugeri corozive, dar deja la 200 de grade metalul va începe să se dizolve cu o rată de 0,006 mm/an.

Unele date de producție indică, de asemenea, că tantalul este mult mai rezistent decât oțelurile inoxidabile austenitice. Prin urmare, există un caz cunoscut în care piese de tantal a durat cu 20 de ani mai mult decât piesele din oțel inoxidabil.

Încă una fapt interesant este că tantalul este folosit pentru separarea catalitică și aur. Din el se fac catozi, pe care metalul nobil este la rândul său depus și apoi spălat cu apă regia. În acest caz, catodul și tantalul, datorită rezistenței sale excelente la acizi, rămân intacte.

Aplicații ale tantalului

Cu mult timp în urmă, acest metal a fost folosit pentru a produce filamente în lămpile cu incandescență. Astăzi tantal şi aliaje de tantal utilizate în următoarele industrii și produse:

— la topirea aliajelor rezistente la căldură și la coroziune (de exemplu, piesele motoarelor de aeronave);

— în industria chimică pentru a crea echipamente rezistente la coroziune;

— în producția metalurgică pentru producția de metale din pământuri rare;

— în timpul construcției reactoarelor nucleare (tantalul este metalul cel mai rezistent la vaporii de cesiu);

— datorită biocompatibilității ridicate, tantalul este utilizat pentru fabricarea implanturilor și protezelor medicale;

- pentru producerea de supraconductori - criotroni (acestea sunt elemente ale tehnologiei informatice);

- folosit în industria militară pentru fabricarea obuzelor. Utilizarea acestui metal crește puterea de penetrare a muniției;

- condensatoarele de joasa tensiune mai eficiente sunt fabricate din tantal;

- Recent, tantul a devenit ferm stabilit în afaceri. Acest lucru se datorează capacității metalului de a forma pelicule puternice de oxid la suprafață, care pot fi de diferite culori și nuanțe;

- un numar mare de modificări ale tantalului se acumulează în reactoare nucleare. În scopuri de laborator sau militare, această modificare a metalului poate fi folosită ca sursă de radiații gamma;

— acest metal este folosit ca principal (după platină) pentru fabricarea standardelor de masă, care au o precizie sporită;

- unele intermetalice compuși de tantal au duritate și rezistență foarte mare, precum și rezistență crescută la oxidare. Acești compuși sunt utilizați în industria aviației și spațiale;

— carburile de tantal se folosesc la fabricarea sculelor așchietoare cu rezistență sporită la roșu. Instrumentul se obține prin sinterizarea unui amestec de pulberi de carbură. Aceste unelte sunt folosite în condiții foarte dificile, de exemplu, în timpul găuririi cu percuție;

- pentavalent oxid de tantal necesare pentru sudarea sticlei în tehnologia nucleară.

Zăcăminte de tantal și minerit

Tantalul este un metal rar. Cantitatea sa în scoarța terestră este de numai 0,0002%. Această cantitate include două modificări ale metalului: stabil și radioactiv. Acest metal rar apare sub forma propriilor compuși și face parte din multe minerale. Dacă tantalul este inclus într-un mineral, acesta va fi întotdeauna împreună cu niobiul.

Depozite de compuși de tantal iar mineralele se găsesc în multe țări. Cel mai mare depozit al acestui element din Europa se află în Franța. Pe continentul african, Egiptul are cel mai mult tantal. China și Thailanda au, de asemenea, rezerve mari din acest metal. Depozitele mai mici sunt situate în CSI, Nigeria, Canada, Australia și alte țări. Cu toate acestea, cele mai mari zăcăminte descoperite până în prezent se află în Australia.

Aproximativ 420 de tone de tantal sunt extrase anual în lume. Principalele fabrici de prelucrare pentru acest metal sunt situate în SUA și Germania. Este de remarcat faptul că comunitatea internațională declară necesitatea creșterii producției acestui metal rar. Astfel de afirmații sunt legate în primul rând de creșterea producției de electronice, în care acest element este utilizat intens.

Astfel, numărul câmpurilor dezvoltate crește în fiecare an. De exemplu, la principalele domenii în curs de dezvoltare din lume s-au adăugat mai multe locuri în Brazilia, SUA și Africa de Sud. Cu toate acestea, este de remarcat faptul că în ultimii 10 ani a fost o intensă reducerea producției de tantal. Cea mai mică cifră de producție din secolul 21 a avut loc în 2010.

Prețul tantalului

Costul tantalului a fluctuat foarte mult în ultimii 15 ani. Deci, în 2002-2003 cumpără tantal a fost posibil la cel mai mic pret. Anul acesta prețul tantalului a variat de la 340 la 375 de dolari pe kilogram. În Rusia astăzi puteți cumpăra tantal, preț care este de 2950 de ruble pe kilogram.