Металл тантал: открытие, применение, будущее

Тантал металл — серый, тяжелый и очень твердый металл с температурой плавления более 3000 С и назван в честь дочери Тантала. Он классифицируется как «тугоплавкий», поэтому может выдерживать высокие температуры и противостоять коррозии. Он хороший проводник тепла и электричества, что делает его полезным в современной электронике. Чистый тантал можно втянуть в тонкую проволочную нить, которая используется для испарения других металлов. Он почти невосприимчив к химическим воздействиям при температуре ниже 150 C. Пленки оксида тантала очень стабильны и имеют хорошие выпрямляющие и диэлектрические свойства. Превалирующий спрос на тантал связан с его промышленным применением в производстве танталовых конденсаторов, жизненно важного компонента для смартфона.

порошок
Тантал: конденсаторный порошок

Общие сведения и история

Тантал металл (Та) был обнаружен Андерсом Г. Экебергом в 1802 году в Уппсале (Швеция), в минералах танталите из Финляндии и иттротанталите из Швеции. К несчастью для Экеберга, в 1809 году известный английский химик Виллиан Волластон утверждал, что не было никакого открытия нового элемента.

Волластон считал, что новым элементом Экеберга был ниобий, который также был обнаружен в 1802 году. Научное сообщество в то время пришло к выводу, что Волластон был прав. На самом деле тантал и ниобий трудно отделить друг от друга, что привело к ошибке Волластона.

В 1846 году немецкий минералог Генрих Роуз окончательно доказал, что тантал и ниобий (дочь Тантала) являются разными элементами. В 1903 году Вернер фон Болтон впервые рафинировал металл Та. Экеберг назвал металл в честь дочки Тантала. Сегодня Та в основном получают из минералов: колумбит ((Fe, Mn, Mg) (Nb, Ta) 2 O 6), танталит ((Fe, Mn) (Ta, Nb) 2 O 6) и эвксенит ((Y, Ca, Er, La, Ce, U, Th) (Nb, Ta, Ti) 2 O 6).

Экеберг
Андерс Густав Экеберг – первооткрыватель тантала

Характеристика и свойства металла

Та представляет собой тяжелый сине-серый металлический элемент с температурой плавления 3 017 С. Он обладает отличной коррозионной стойкостью, хорошей пластичностью и устойчив к большинству кислот. В электронике он составляет основу высокопроизводительных конденсаторов, в химическом производстве, где при легировании железом обеспечивает превосходную коррозионную стойкость металлам, используемых в агрессивных средах, таких как нефте- и газопроводы. Свойства тантала в алюминиевых сплавах предотвращают окисление, позволяя безопасно использовать более легкие компоненты. Благодаря высокой температуре плавления его применяют для цементирования карбида вольфрама в станках и в сплавах для лопастей турбины реактивного двигателя.

Химические свойства:

  • Атомный номер: 73;
  • атомный вес: 180,94788;
  • температура плавления: 3290 К (3017 C или 5463 F);
  • точка кипения: 5731 К (5458 С или 9856 F);
  • плотность: 16,4 грамм /см3;
  • фаза при комнатной температуре: твердый;
  • классификация элементов: металл;
  • номер периода: 6;
  • номер группы: 5;
  • название группы: нет.
Тантал
Слиток тантала

Месторождения и добыча тантала

Та встречается в природе в минерале колумбит-танталит, который встречается в танталовых месторождениях в Австралии, Бразилии, Мозамбике, Таиланде, Португалии, Нигерии, Заире и Канаде. Для отделения Та от ниобия требуется либо электролиз, либо восстановление фтортанталата калия натрием, либо взаимодействие карбида с оксидом.

За последние 15 лет источник добычи Та изменился. Это связано с тем, что он находился в основном в Австралии, но добычу ведут преимущественно в Руанде и ДР Конго, что вызывает обеспокоенность по поводу его статуса в качестве конфликтного минерала в охваченных войной странах. Закон Додда-Франка означает, что компании должны отслеживать источник этих полезных ископаемых и использовать только аккредитованные ресурсы. Полезные ископаемые, используемые для финансирования вооруженных повстанцев и насилия, встречаются во всем мире. К ним относятся олово, вольфрам и тантал, присутствующих во многих остро популярных товарах, например, как смартфоны и ноутбуки.

Тантал обнаружен в залежах твердых пород, таких как граниты, карбониты и пегматиты — магматическая порода, состоящая из крупного гранита. Он не относится к широко распространённым металлам на планете, а добыча его сложна. Та происходит от переработки и рафинирования танталита — это общее название для любой его содержащей минеральной руды.

Большинство танталовых рудников находятся в открытых карьерах, некоторые находятся под землей. Процесс добычи Та включает взрыв, дробление и транспортировку полученной руды. Затем руда концентрируется на или вблизи площадки шахты, чтобы увеличить процентное содержание по весу оксида тантала и ниобия. Материал концентрируется с помощью методов мокрой гравитации, электростатики и электромагнетизма.

Танталовый концентрат транспортируется в процессор для химической обработки. Затем его обрабатывают смесью плавиковой и серной кислот при высоких температурах. Это приводит к тому, что Та и ниобий растворяются в виде фторидов. Концентрат переводят в жидкий раствор. Суспензия фильтруется и далее обрабатывается экстракцией растворителем.

Использование метилизобутилкетона (MIBK) или жидкого ионного обмена с применением аминного экстрагента в керосинах дает высокоочищенные растворы тантала и ниобия. Наконец, оксид тантала восстанавливается расплавленным натрием с образованием металлического Та.

Область применения тантала

В последнее время тантал вызвал большой интерес из-за его использования в конденсаторах в электронном оборудовании. Преимущество его в высокой объемной эффективности, которая обеспечивает миниатюризацию, высокую надежность и стабильность в широком диапазоне температур от -55 С до 125 С.

Тантал используется в различных сплавах для придания высокой прочности, пластичности и температуры плавления. При втягивании в тонкую проволоку она может использоваться в качестве нити для испарения металлов, таких как алюминий. Элемент также используется для изготовления химического технологического оборудования, ядерных реакторов, авиационных и ракетных деталей.

Оксид тантала используется для изготовления специального стекла с высоким показателем преломления для таких предметов, как, например, объективы камер. Та используется для изготовления электролитических проводников, авиационных двигателей, деталей вакуумных печей, ядерных реакторов и деталей ракет. Та не подвержен воздействию жидкостей организма и не вызывает раздражения, что делает его полезным для хирургических приборов.

Распространено его применение в производстве сотовых телефонов, персональных компьютеров, микросхем зажигания в автомобильных подушках безопасности, режущих инструментов, сверл, зубьев для экскаваторов, пуль и теплозащитных экранов. Поскольку металл является электрическим проводником, он полезен во многих электронных приборах, таких как микропроцессоры для плазменных телевизоров.

пруток
Танталовый пруток

Цена за грамм

Танталом не торгует ни одна товарная биржа. На самом деле, он не покупается и не продается в чистом виде, а только в виде танталитных руд, из которых затем можно извлечь металл. Цена определяется путем прямых переговоров между продавцом и покупателем, по многим оценкам, отправная точка сделок по прайсам в Москве составляет 150-170 дол. за кг.

В 2010 году сообщалось, что Бразилия и другие страны Южной Америки производят около 40% мирового годового предложения, Австралия занимает второе место с 21%, а на Центральную Африку приходится менее 10%.

Ученые считают, что в резерве Та осталось не более чем на 50 лет из учета достигнутого уровня современного потребления, и требуют выполнения мировой программы утилизации Та.

Цена на танталит очень сильно зависит от спроса. Цена на танталитовую руду выросла с примерно 75 дол. за кг в 2010 году до более чем 270 дол. за кг в 2011 и 2012 годах, но с тех пор цена снизилась и больше на рынке применяется договорная цена.

ОСТАВЬТЕ КОММЕНТАРИЙ

Please enter your comment!
Please enter your name here