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.
Приложения
Электроника
Танталовый электролитический конденсатор
В основном тантал в виде металлического порошка используется в производстве электронных компонентов, в основном конденсаторов и некоторых мощных резисторов . Танталовые электролитические конденсаторы используют тенденцию тантала к образованию защитного оксидного поверхностного слоя с использованием танталового порошка, спрессованного в форму таблетки, в качестве одной «пластины» конденсатора, оксида в качестве диэлектрика и электролитического раствора или проводящего твердого вещества в качестве другая “тарелка”. Поскольку диэлектрический слой может быть очень тонким (тоньше, чем аналогичный слой, например, в алюминиевом электролитическом конденсаторе), высокая емкость может быть достигнута в небольшом объеме. Из-за преимуществ в размере и весе танталовые конденсаторы привлекательны для портативных телефонов , персональных компьютеров , автомобильной электроники и фотоаппаратов .
Сплавы
Тантал также используется для производства различных сплавов с высокими температурами плавления, прочностью и пластичностью. Легированный другими металлами, он также используется в производстве твердосплавных инструментов для металлообрабатывающего оборудования и в производстве суперсплавов для компонентов реактивных двигателей, химического технологического оборудования, ядерных реакторов , деталей ракет, теплообменников, резервуаров и сосудов. Из-за своей пластичности тантал можно втянуть в тонкую проволоку или нити, которые используются для испарения металлов, таких как алюминий . Поскольку тантал устойчив к воздействию жидкостей организма и не вызывает раздражения, он широко используется при изготовлении хирургических инструментов и имплантатов. Например, пористые танталовые покрытия используются при изготовлении ортопедических имплантатов из-за способности тантала образовывать прямую связь с твердой тканью.
Тантал инертен по отношению к большинству кислот, за исключением плавиковой кислоты и горячей серной кислоты , а горячие щелочные растворы также вызывают коррозию тантала. Это свойство делает его полезным металлом для химических реакционных сосудов и труб для агрессивных жидкостей. Теплообменные змеевики для парового нагрева соляной кислоты изготовлены из тантала. Тантал широко использовался в производстве сверхвысокочастотных электронных ламп для радиопередатчиков. Тантал способен улавливать кислород и азот, образуя нитриды и оксиды, и поэтому помогает поддерживать высокий вакуум, необходимый для трубок, когда они используются для внутренних деталей, таких как решетки и пластины.
Другое использование
Биметаллические монеты отчеканены Банком Казахстана с серебряным кольцом и танталовым центром. В них есть Аполлон-Союз и Международная космическая станция.
Высокая температура плавления и стойкость к окислению позволяют использовать этот металл в производстве деталей вакуумных печей . Тантал чрезвычайно инертен и поэтому образует множество коррозионно-стойких деталей, таких как защитные гильзы , корпуса клапанов и танталовые крепежные детали. Из-за его высокой плотности кумулятивный заряд и гильзы пенетратора, образованные взрывчаткой , были изготовлены из тантала. Тантал значительно увеличивает бронепробиваемость кумулятивного заряда из-за его высокой плотности и высокой температуры плавления. Он также иногда используется в драгоценных часах, например, от Audemars Piguet , FP Journe , Hublot , Montblanc , Omega и Panerai . Тантал также очень биоинертен и используется в качестве материала для ортопедических имплантатов. Высокая жесткость тантала заставляет использовать его в качестве высокопористой пены или каркаса с меньшей жесткостью для имплантатов для замены тазобедренного сустава, чтобы избежать защиты от напряжений . Поскольку тантал является цветным немагнитным металлом, эти имплантаты считаются приемлемыми для пациентов, проходящих процедуры МРТ. Оксид используется для изготовления специальных стекол с высоким показателем преломления для объективов фотоаппаратов .
Металлургия тантала.
Существует множество химических реакций, по которым получение тантала из его окислов и галогеноидов оказывается термодинамически вероятным, однако почти весь промышленный тантал получают двумя методами : электролизом расплавленной смеси и натриетермическим восстановлением. Металлический тантал, осаждающийся на катоде в виде кека с дендритной структурой, дробят, промывают водой и царской водкой. Порошок затем прессуют, спекают и окончательно переплавляют дуговой или электронно-лучевой плавкой в вакууме. При получении тантала натриетермическим методом в стальную бомбу со свободно лежащей крышкой укладывают слоями натрий. Реакция инициируется нагреванием с помощью кольцевых нагревателей, расположенных в верхней части бомбы, и постепенно распространяется на весь объем шихты. Бомбу охлаждают, непрореагирующий натрий выщелачивают спиртом, а порошок тантала промывают поочередно водой, царской водкой и плавиковой кислотой, прессуют, спекают и переплавляют. Как показали эксперименты, проведенные в лабораторном масштабе, экономичным способом получения пластичного тантала может также оказаться кролль-процесс, с успехом применяемый для промышленного производства титана, циркония и гафния.Тантал подобно алюминию может быть подвергнут анодному окислению. Образующийся при этом плотно прилегающий поверхностный слой обладает такими же свойствами, что и окисный слой на поверхности алюминия. Одним из первых промышленных применений листового пластичного тантала, в частности в США, было использование его в качестве анодов и электролитических выпрямителей.Купить тантал по привлекательным ценам вы можете перейдя по ссылкам ниже.
Характеристики
Физические свойства
Тантал темный (сине-серый), плотный, пластичный, очень твердый, легко обрабатывается и обладает высокой проводимостью тепла и электричества. Металла известна своей устойчивостью к коррозии с помощью кислот ; Фактически, при температурах ниже 150 ° C тантал почти полностью невосприимчив к атакам со стороны обычно агрессивной царской водки . Его можно растворить с помощью плавиковой кислоты или кислых растворов, содержащих фторид- ион и триоксид серы , а также с помощью раствора гидроксида калия . Высокая температура плавления тантала 3017 ° C (точка кипения 5458 ° C) среди элементов превосходит только вольфрам , рений и осмий для металлов и углерод .
Тантал существует в двух кристаллических фазах, альфа и бета. Альфа-фаза относительно пластичная и мягкая; он имеет объемно -центрированную кубическую структуру ( пространственная группа Im3m , постоянная решетки a = 0,33058 нм), твердость по Кнупу 200–400 HN и удельное электрическое сопротивление 15–60 мкОм⋅см. Бета-фаза твердая и хрупкая; его кристаллическая симметрия тетрагональная (пространственная группа P42 / mnm , a = 1,0194 нм, c = 0,5313 нм), твердость по Кнупу составляет 1000–1300 HN, а удельное электрическое сопротивление относительно высокое – 170–210 мкОм⋅см. Бета-фаза метастабильна и превращается в альфа-фазу при нагревании до 750–775 ° C. Объемный тантал почти полностью является альфа-фазой, а бета-фаза обычно существует в виде тонких пленок, полученных магнетронным
распылением , химическим осаждением из паровой фазы или электрохимическим осаждением из эвтектического раствора расплавленной соли.
Изотопы
Природный тантал состоит из двух изотопов : 180m Ta (0,012%) и 181 Ta (99,988%). 181 Ta – стабильный изотоп . 180m Тот ( м обозначает метастабильное состояние) предсказываются распад три способов: изомерный переход к основному состоянию из 180 Ta, бета – распада до 180 Вт , или захвата электронов до 180 Hf . Однако радиоактивность этого ядерного изомера никогда не наблюдалась, и был установлен только нижний предел его периода полураспада 2,0 × 10 16 лет. Основное состояние 180 Ta имеет период полураспада всего 8 часов. 180m Ta – единственный встречающийся в природе ядерный изомер (за исключением радиогенных и космогенных короткоживущих нуклидов)
Это также самый редкий первичный изотоп во Вселенной, если принять во внимание элементарное содержание тантала и изотопное содержание 180m Ta в естественной смеси изотопов (и снова исключая радиогенные и космогенные короткоживущие нуклиды).
Тантал был теоретически исследован как « засаливающий » материал для ядерного оружия ( кобальт – наиболее известный гипотетический засолочный материал). Внешняя оболочка из 181 Ta будет облучена интенсивным потоком нейтронов высокой энергии от гипотетического взрывающегося ядерного оружия. Это преобразовало бы тантал в радиоактивный изотоп 182 Ta, который имеет период полураспада 114,4 дня и производит гамма-лучи с энергией примерно 1,12 миллиона электрон-вольт (МэВ) каждый, что значительно увеличивает радиоактивность ядерных осадков от взрыв в течение нескольких месяцев. Насколько известно, такое «соленое» оружие никогда не создавалось и не испытывалось, и уж точно никогда не использовалось в качестве оружия.
Тантал можно использовать в качестве материала мишени для пучков ускоренных протонов для производства различных короткоживущих изотопов, включая 8 Li, 80 Rb и 160 Yb.
Технические особенности тантала
Прежде всего, стоит понимать, что тантал – это металл серого цвета с блестящим оттенком, который легко поддается обработке механическим способом.
Среди особенностей металла стоит отметить ряд следующих немаловажных аспектов:
- порядковый номер в таблице Менделеева – 73;
- атомный вес – 180;
- плотность вещества составляет 60 г/см3;
- температура плавления – 3015 0С;
- температура кипения вещества составляет 5300 0С.
Свойства металла
Благодаря указанным характеристикам тантал, несомненно, обладает следующими преимущественными свойствами:
- Тантал является тугоплавким металлом, и, как следствие, элемент имеет следующие свойства:
- небольшой показатель линейного расширения;
- хороший уровень теплопроводности;
- высокая механическая прочность и пластичность.
- Имеет отличные антикоррозийные качества. Стоит отметить, что тантал при нормальных условиях практически инертен к морской воде, но если она насыщена кислородом, то металл в этом случае всего лишь тускнеет.
- Тантал имеет хорошую устойчивость к следующим видам солей:
- хлориды железа и меди;
- нитраты;
- сульфаты;
- соли органических кислот, однако, при условии, когда в своем составе не имеют фтора или фторидов.
- Тантал начинает терять свои характеристики прочности, когда вступает в реакцию с фтором. Также стоит учесть тот факт, что тантал не вступает в химическую реакцию с бромом, йодом и жидким хлором, если не достигнута температура на уровне 150 0С.
- Тантал достаточно устойчив к воздействию металлов жидкой структуры, имеющих низкую температуру расплавления.
- Тантал имеет прекрасные характеристики устойчивости на воздухе при температуре до 400 0С, при этом появляется защитная пленка из окисла, возникающая в процессе хранения или обработки.
- Тантал, выплавленный электроннолучевым способом, обладает увеличенным свойством пластичности, которое при деформации металла позволяет выполнять большую степень сжатий.
- Хорошо преобразуется в листовой прокат, который хорошо поддается ковке.
- Хорошо поддается обработке при холодной деформации. Однако нужно понимать, что этот металл не стоит деформировать в горячем состоянии, так как при нагреве тантал начинает поглощать азот, двуокись углерода, кислород, и, как следствие, материал стает достаточно хрупким.
- Одной из основных операций по обработке тантала является резка материала на высокоскоростном оборудовании.
Что же касается соединения танталовых деталей, то оно может быть выполнено следующими способами:
- сварка;
- пайка;
- соединение с помощью клепок.
Здесь стоит взять во внимание тот факт, что последние два способа применяются достаточно редко, так качество сварных соединений тантала всегда остается на высоком уровне
Статус как конфликтный ресурс
Тантал считается конфликтным ресурсом . Колтано , промышленное название для колумбита – танталит минерала , из которого ниобий и тантал извлекаются, также может быть найдено в Центральной Африке , поэтому тантал быть связан с войной в Демократической Республике Конго (бывший Заир ). Согласно докладу Организации Объединенных Наций от 23 октября 2003 года , контрабанда и экспорт колтана способствовали разжиганию войны в Конго, кризиса, в результате которого с 1998 года погибло около 5,4 миллиона человек, что делает его самым смертоносным документированным конфликтом в мире со времен Второй мировой войны. . Были подняты этические вопросы об ответственном корпоративном поведении, правах человека и угрозе дикой природе из-за эксплуатации таких ресурсов, как колтан, в регионах вооруженных конфликтов в бассейне Конго. Геологическая служба США сообщает в своем ежегоднике , что этот регион произвел чуть менее 1% от объема производства тантала в мире в 2002-2006 год, достигнув 10% в 2000 и 2008 USGS данные , опубликованном в январе 2021 года показал , что около 40% мировой добычи тантала приходится на Демократическую Республику Конго, еще 18% – на соседние Руанда и Бурунди .
Заявленная цель проекта « Решения для надежды на тантал» – «добывать бесконфликтный тантал из Демократической Республики Конго».
Производство тантала
Самыми большими запасами тантала обладает Австралия. Именно это государство по праву считается лидером по производству этого вещества.
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.
Шлакопортландцемент
Шлакопортландцементом называется искусственно полученное гидравлическое вещество, обладающее вяжущим эффектом.
Огнезащита 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.
Металлизированная краска
Настоящего золота или серебра в современных металлических печатных красках, конечно же, нет. Но они очень удачно имитируют благородные металлы, так как на треть состоят из металлических пигментов серебристого или золотистого цвета.
Свойства фенола
Фенолы и их производные содержатся в древесине, торфе, буром и кам. углях, нефтяных остатках. В живой природе фенолы, гл. обр. в виде производных, присутствуют в клетках растений.
Вещества ускоряющие высыхание красок
Сиккативы — соединения свинца, кобальта, марганца и цинка, которые, будучи добавлены в высыхающие масла, ускоряют их высыхание.
Цинкование металла
Для защиты от коррозии сегодня создано большое количество методов. Они направлены на то, чтобы с помощью специальных растворов или веществ на поверхности металлических изделий появлялась тонкая защитная пленка, которая препятствует попаданию на металл кислорода и продуктов, имеющихся в агрессивной среде.
Защита металла от коррозии
Слово коррозия произошло от латинского corrodere. Оно в переводе означает «разъедать». Чаще всего встречается коррозия металла. Однако есть случаи, когда от коррозии страдают и изделия из других материалов.
| Тантал |
|---|
| ← Гафний | Вольфрам → |
| 73 | Nb ↑Ta ↓ Db |
Внешний вид простого вещества
Тяжёлый твёрдый металл серого цвета
Свойства атома
Название, символ, номер
Танта́л / Tantalum (Ta), 73
Атомная масса (молярная масса)
180,94788(2) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация
4f 14 5d 3 6s 2
Радиус атома
149 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус
134 ? пм
Радиус иона
(+5e) 68 пм
Электроотрицательность
1,5 (шкала Полинга)
Электродный потенциал
−1,12
Степени окисления
5
Энергия ионизации (первый электрон)
760,1 (7,88) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)
16,65 г/см³
Температура плавления
3290 K (3017 °C)
Температура кипения
5731 K (5458 °C)
Уд. теплота плавления
24,7 кДж/моль
Уд. теплота испарения
758 кДж/моль
Молярная теплоёмкость
25,39 Дж/(K·моль)
Молярный объём
10,9 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки
кубическаяобъёмноцентрированая
Параметры решётки
3,310 Å
Температура Дебая
225,00 K
Прочие характеристики
Теплопроводность
(300 K) 57,5 Вт/(м·К)
Номер CAS
7440-25-7
Эмиссионный спектр
4f 14 5d 3 6s 2
Танта́л — химический элемент с атомным номером 73 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Ta (лат. Tantalum ). При стандартных условиях представляет собой блестящий серебристо-белый металл (со слабым свинцовым (синеватым) оттенком вследствие образования плотной оксидной плёнки).
Где применяется тантал?
Данный металл не является массовым, но сфер его использования очень много. В первую очередь это промышленность. Элемент задействуется в металлургии, в пищевом секторе, в обрабатывающих отраслях, радиотехнике, машиностроении и т. д. В строительной сфере этот металл не так востребован именно из-за ограниченности объемов добычи, но отдельные элементы конструкций все же выполняются из этого материала – как правило, метизы, предназначенные для ответственных задач усиления конструкций
Чтобы понять, где используется тантал, важно обращать внимание и на его эксплуатационные свойства. Уже отмечалось, что он может выступать неплохим проводником. Поэтому его используют в качестве сверхпроводника в электротехнике
Поэтому его используют в качестве сверхпроводника в электротехнике
С другой стороны, жаропрочность открывает возможности для его применения в термической обработке других металлов. Благодаря повышенной плотности тантал стал оптимальным решением и в оборонной промышленности. Из него делают снаряды, обладающие высокой пробивной мощностью
Поэтому его используют в качестве сверхпроводника в электротехнике. С другой стороны, жаропрочность открывает возможности для его применения в термической обработке других металлов. Благодаря повышенной плотности тантал стал оптимальным решением и в оборонной промышленности. Из него делают снаряды, обладающие высокой пробивной мощностью.
Основные виды танталового металлолома
Останавливаясь на элементе, как источнике вторичного редкого металла, можно определить несколько видов танталосодержащих отходов:
кусковой лом, включает прутья, листы, трубки, проволоку и прочее;
Так выглядит тантал – темный металлический цвет, на фото лист танталовый
сплавы с другими редкими металлами;
конденсаторы.
Дополнительно, элемент содержится в сплавах вольфрам-титан-тантал, однако его содержание внутри соединения не превышает 14%. Еще один потенциальный источник обнаружить тантал – пылевые отходы. Они образуются при работе с твердосплавными материалами:
обработка пластин алмазным инструментом;
производство смесей.
Для первого случая процентная концентрация тантала составляет 2 – 6%, во втором варианте не более 1.5. Следует добавить, что подобные пылеобразные отходы принимаются, как лом вольфрама, поэтому сдать тантал подобным образом крайне проблематично.
Тугоплавкие металлы и сплавы
Мы предлагаем прокат и изделия из тугоплавких металлов и сплавов самого широкого спектра. Начиная от проката (пруток, лист, проволока, труба, фольга), заканчивая изделиями самой сложной конфигурации, в том числе по чертежам заказчика (тигли, электроды, лодочки, испарители, мишени, нагреватели и многое другое).
Литейные модификаторы
Наша компания специализируется, прежде всего, на поставках высококачественных литейных модификаторов на основе ферросилиция, которые являются неотъемлемой частью внепечной обработки расплава чугуна. Добавки таких модификаторов изменяют свойства расплава и позволяют получать необходимые структуры и свойства отливок.
Свойства тугоплавких металлов
За счёт того, что они расположены в соседних группах периодической таблицы, физические свойства у тугоплавких металлов достаточно близкие:
- Плотность металла колеблется в интервале от 6100 до 10000 кг/м3. По этому показателю выделяется только вольфрам. У него он равен 19000 кг/м3.
- Температура плавления. Она превышает температуру плавления железа и колеблется от 1950 °С у ванадия до 3395 °С у вольфрама.
- Удельная теплоёмкость у них незначительно отличается друг от друга и находится в пределах от 200 до 400 Дж/(кг-град).
- Коэффициент теплопроводности сильно меняется от элемента к элементу. Если у ванадия он равен 31 Вт/(м-град), то у вольфрама он достигает величины в 188 Вт/(м-град).
Физические свойства тугоплавких металлов
Химические свойства также достаточно схожие:
- Очень похожее строение атома.
- Обладают высокой химической активностью. Это свойство определяет основные трудности при сохранении стабильности их соединений.
- Прочность межатомных связей определяет высокую температуру плавления. Это обстоятельство объясняет высокую механическую прочность, твёрдость и электрические характеристики (в частности сопротивление).
- Проявляют хорошую устойчивость при воздействии различных кислот.
К основным недостаткам тугоплавких металлов относятся:
- Низкая коррозийная стойкость. Процесс окисления происходит достаточно быстро. Его разделяют на две последовательные стадии. Непосредственное взаимодействие металла с кислородом окружающего воздуха, что приводит к образованию оксидной плёнки. На второй стадии происходит процесс диффузии (проникновения) атомов кислорода через образовавшуюся оксидную плёнку.
- Трудности со свариваемостью тугоплавких металлов. Это вызвано высокой химической активностью к окружающему воздуху при высоких температурах, хрупкостью при насыщении различными примесями. Кроме того, трудно определить точку перегрева и практически невозможно контролировать повышение предела текучести.
- Трудности их получения использования в чистом виде без примесей.
- Необходимость применения специальных покрытий от быстрого окисления. Для сплавов, основу которых составляет вольфрам и молибден, разработаны силицидные покрытия.
- Трудности, связанные с механической обработкой. Для качественной обработки их сначала необходимо нагреть.
Нахождение в природе
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, а также 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.
Месторождения
Самые крупные месторождения танталовых руд находятся во Франции, Египте, Таиланде, Китае .
Также есть месторождения танталовых руд в Мозамбике, Австралии, Нигерии .
Крупнейшее мировое месторождение танталовых руд Гринбушес расположено в Австралии в штате Западная Австралия в 250 км к югу от Перта .
Сферы применения
Тантал – важный материал для разработки высоких технологий. Сегодня металл используют в электронике для создания конденсаторов. Их можно сделать очень маленькими, что удобно для производства гаджетов. Поэтому танталовые конденсаторы присутствуют практически в любых смартфонах, ноутбуках и планшетах.
Внутреннее удельное сопротивление металла почти как у стали, поэтому применение тантала логично там, где нужна высокая температура. Его используют в различных нагревательных элементах, например, для высокотемпературных печей.
Кроме того, металл полезен для изготовления линз. Добавление его оксида в стекло повышает их оптические качества. Из тантала с добавлением титана делают жаропрочные сплавы, стойкие к коррозиям. Из его карбида изготавливают инструменты для резки металлов.
Подходит он и для производства фильеров, лабораторной посуды, авиакосмической техники. В последнее время, тантал всё больше завоёвывает славу ювелирного металла и применяется для изготовления украшений.
Трубная продукция
Отдельной отраслью, использующей танталовые трубки, теплообменники выступает атомная энергетика. Обладая высокой жаропрочностью, низким сечением захвата нейтронов, элемент долгое время занимал основную долю в конструкционном материале ядерных установок.
Теплообменник из танталовых труб на одной из АЭС
Сегодня, тантал вытесняется из этой отрасли ниобием. Однако сдавать, списанные из атомно-энергетической сферы, танталовые изделия вряд ли получится в силу комплекса препятствий:
запрет на реализацию;
невозможность достать этот вид вторичного металла;
угроза для здоровья.
Напротив, исключительная инертность тантала относительно кислот находит применение редкому металлу в химической и лабораторной целях. Из танталовых трубок изготавливаются змеевики, магистрали для подачи соляной кислоты, мешалки. Некоторые разновидности лабораторной посуды также исполнены из этого материала. Несмотря на долгие термины службы, окупающие высокую стоимость танталовой продукции, изделия со временем изнашиваются и подлежат замене. Некоторая часть списанной трубной продукции успевает просочиться на пункты приема металлолома.
Изделия из тантала
Остается добавить, что не все трубы изготовлены из марки высокочистого тантала ТВЧ. Существенный процент этих изделий исполнен из сплава этого металла с вольфрамом. Марки этих жаропрочных соединений ТВ-5 (10,15) содержат тантала на уровне 95 – 85%.
Атом и молекула тантала. Формула тантала. Строение атома тантала:
Тантал (лат. Tantalum, назван по имени героя древнегреческой мифологии Тантала) – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Ta и атомным номером 73. Расположен в 5-й группе (по старой классификации – побочной подгруппе пятой группы), шестом периоде периодической системы.
Тантал – металл. Относится к переходным металлам.
Как простое вещество тантал при нормальных условиях представляет собой твёрдый, тяжёлый серебристо-белый металл со слабым свинцовым (синеватым) оттенком вследствие образования плотной оксидной плёнки.
Молекула тантала одноатомна.
Химическая формула тантала Ta.
Электронная конфигурация атома тантала 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d3 6s2. Потенциал ионизации (первый электрон) атома тантала равен 728,42 кДж/моль (7,549571(25) эВ).
Строение атома тантала. Атом тантала состоит из положительно заряженного ядра (+73), вокруг которого по шести оболочкам движутся 73 электрона. При этом 71 электрон находится на внутреннем уровне, а 2 электрона – на внешнем. Поскольку тантал расположен в шестом периоде, оболочек всего шесть. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлены s- и р-орбиталями. Третья и пятая – внутренние оболочки представлены s-, р- и d-орбиталями. Четвертая – внутренняя оболочка представлены s-, р-, d- и f-орбиталями. Шестая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внутреннем энергетическом уровне атома тантала на 5d-орбитали находится три неспаренных электрона. На внешнем энергетическом уровне атома тантала на 6s-орбитали находятся два спаренных электрона. В свою очередь ядро атома тантала состоит из 73 протонов и 108 нейтронов. Тантал относится к элементам d-семейства.
Радиус атома тантала (вычисленный) составляет 200 пм.
Атомная масса атома тантала составляет 180,94788(2) а. е. м.
Сплавы на основе тантала
Модифицированные легирующими компонентами сплавы преимущественно обретают более высокие качества физической прочности и жаростойкости. Достаточно сказать, что среднее по характеристикам изделие сможет выдерживать температурные воздействия в режиме 1650 °С, не утрачивая своих эксплуатационных качеств. Собственно, это и позволяет применять сплавы тантала в химической промышленности, энергетике, металлургии и приборостроении. Более того, некоторые предприятия используют данный материал в изготовлении элементов для ракетно-космической сферы. В зависимости от направления использования, технологи разрабатывают разные составы для легирования тантала. В одних случаях модификация позволяет добиться более высокой пластичности, а в других, к примеру, сделать материал пригодным для выполнения сварочных операций электронно-лучевым методом. Также и сам тантал может выступать в качестве легирующего компонента. Обычно такой способ улучшения эксплуатационных свойств используют для придания основным металлам антикоррозийности и жаропрочности.
