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.

  • А для надежного использования этих электронных приборов используют промышленные источники бесперебойного питания. Такие ИБП устойчивы к скачкам напряжения в сети, предотвращают остановку оборудования, поддерживают автономную работу электрооборудования, которая критически важна для предприятия.
    Приобрести их можно тут:https://e-solarpower.ru/faq/promyshlennye-istochniki-bespereboynogo-pitaniya/
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