Tantals. Tantala metāla apraksts un īpašības

Tantals (Ta) ir elements ar atomskaitli 73 un atommasu 180,948. Tas ir Dmitrija Ivanoviča Mendeļejeva periodiskās tabulas sestā perioda piektās grupas sekundārās apakšgrupas elements. Tantals brīvā stāvoklī normālos apstākļos ir platīna pelēks metāls ar nedaudz svina nokrāsu, kas ir oksīda plēves (Ta 2 O 5) veidošanās sekas. Tantals ir smags, ugunsizturīgs, diezgan ciets, bet ne trausls metāls, tajā pašā laikā tas ir ļoti kaļams, viegli apstrādājams, īpaši tīrā veidā.

Dabā tantals ir sastopams divu izotopu veidā: stabils 181 Ta (99,99%) un radioaktīvais 180 Ta (0,012%) ar pussabrukšanas periodu 10 12 gadi. No mākslīgi iegūtā radioaktīvā 182 Ta (pussabrukšanas periods 115,1 diena) tiek izmantots kā izotopu indikators.

Elementu 1802. gadā atklāja zviedru ķīmiķis A. G. Ekebergs divos minerālos, kas atrasti Somijā un Zviedrijā. Tas tika nosaukts seno grieķu mītu varoņa Tantala vārdā, jo bija grūti viņu izolēt. Ilgu laiku minerāli kolumbīts, kas satur kolumbiju (niobiju), un tantalīts, kas satur tantalu, tika uzskatīti par vienu un to pašu. Galu galā šie divi elementi ir bieži viens otra pavadoņi un daudzējādā ziņā ir līdzīgi. Šāds viedoklis ilgu laiku tika uzskatīts par pareizu visu valstu ķīmiķu vidū, tikai 1844. gadā vācu ķīmiķis Heinrihs Rouzs atkal pētīja kolumbītus un tantalītus no dažādām vietām un atrada tajos jaunu metālu, kas pēc īpašībām ir līdzīgs tantalam. Tas bija niobijs. Plastmasas tīra metāla tantalu pirmo reizi ieguva vācu zinātnieks V. fon Boltons 1903. gadā.

Galvenās tantala minerālu atradnes atrodas Somijā, Skandināvijas valstīs, Ziemeļamerikā, Brazīlijā, Austrālijā, Francijā, Ķīnā un vairākās citās valstīs.

Sakarā ar to, ka tantalam ir vairākas vērtīgas īpašības - laba elastība, augsta izturība, metināmība, izturība pret koroziju mērenās temperatūrās, ugunsizturība un vairākas citas svarīgas īpašības - septiņdesmit trešā elementa pielietojums ir ļoti plašs. Svarīgākās tantala pielietojuma jomas ir elektronika un mašīnbūve. Apmēram ceturtā daļa no pasaulē saražotā tantala nonāk elektriskajā un vakuuma rūpniecībā. Elektronikā to izmanto elektrolītisko kondensatoru, lieljaudas lampu anodu un režģu ražošanai. Ķīmiskajā rūpniecībā tantalu izmanto, lai izgatavotu mašīnu daļas, ko izmanto skābju ražošanā, jo šim elementam ir izcila ķīmiskā izturība. Tantals nešķīst pat tik ķīmiski agresīvā vidē kā aqua regia! Metālus, piemēram, retzemju metālus, izkausē tantala tīģeļos. No tā tiek izgatavoti sildītāji augstas temperatūras krāsnīm. Sakarā ar to, ka tantals nesadarbojas ar cilvēka ķermeņa dzīviem audiem un tiem nekaitē, to izmanto ķirurģijā, lai noturētu kaulus kopā lūzumu laikā. Tomēr galvenais šāda vērtīga metāla patērētājs ir metalurģija (vairāk nekā 45%). Pēdējos gados tantalu arvien vairāk izmanto kā leģējošu elementu īpašos tēraudos – īpaši izturīgos, korozijizturīgos, karstumizturīgos. Turklāt daudzi strukturālie materiāli ātri zaudē siltumvadītspēju: uz to virsmas veidojas oksīda vai sāls plēve, kas slikti vada siltumu. Konstrukcijas, kas izgatavotas no tantala un tā sakausējumiem, nesaskaras ar šādām problēmām. Uz tiem izveidotā oksīda plēve ir plāna un labi vada siltumu, kā arī tai piemīt aizsargājošas pretkorozijas īpašības.

Vērtīgs ir ne tikai tīrs tantals, bet arī tā savienojumi. Tādējādi tantala karbīda augstā cietība tiek izmantota karbīda instrumentu ražošanā metāla ātrgaitas griešanai. Tantala-volframa sakausējumi nodrošina karstumizturību no tiem izgatavotajām daļām.

Bioloģiskās īpašības

Pateicoties augstajai bioloģiskajai saderībai - spējai saprasties ar dzīviem audiem, neizraisot kairinājumu vai organisma atgrūšanu, tantals ir atradis plašu pielietojumu medicīnā, galvenokārt rekonstruktīvajā ķirurģijā - cilvēka ķermeņa atjaunošanai. Galvaskausa bojājumiem tiek izmantotas plānas tantala plāksnes - tās aizver galvaskausa lūzumus. Medicīna zina gadījumu, kad no tantala plāksnes tika izgatavota mākslīgā auss, un no augšstilba pārstādītā āda tik labi un ātri iesakņojās, ka drīz vien mākslīgo orgānu nevarēja atšķirt no īstā. Tantala pavedienus izmanto bojāto muskuļu audu atjaunošanai. Ķirurgi pēc operācijām izmanto tantala plāksnes, lai nostiprinātu vēdera dobuma sienas. Pat asinsvadus var savienot, izmantojot tantala klipus. No šī unikālā materiāla izgatavotie tīkli tiek izmantoti acu protēžu ražošanā. No šī metāla izgatavotie diegi tiek izmantoti, lai aizstātu cīpslas un pat sašūtu kopā nervu šķiedras.

Ne mazāk izplatīta ir tantala pentoksīda Ta 2 O 5 izmantošana - tā maisījumu ar nelielu daudzumu dzelzs trioksīda tiek ierosināts izmantot asins recēšanas paātrināšanai.

Pēdējās desmitgades laikā ir attīstījusies jauna medicīnas nozare, kuras pamatā ir neliela darbības rādiusa statisko elektrisko lauku izmantošana, lai stimulētu pozitīvus bioloģiskos procesus cilvēka organismā. Turklāt elektriskie lauki veidojas nevis no tradicionālajiem elektroenerģijas avotiem ar tīkla vai akumulatoru barošanu, bet gan autonomi funkcionējošu elektretu pārklājumu (dielektriķis, kas ilgstoši saglabā nekompensētu elektrisko lādiņu), ko plaši izmanto implantiem dažādiem mērķiem, dēļ. izmanto medicīnā.

Šobrīd pozitīvi rezultāti, izmantojot tantala pentoksīda elektretu plēvi, ir iegūti šādās medicīnas jomās: sejas žokļu ķirurģija (ar Ta 2 O 5 pārklātu implantu izmantošana novērš iekaisuma procesu rašanos un samazina implantu dzīšanas laiku) ; ortopēdiskā zobārstniecība (akrila plastmasas protēžu pārklāšana ar tantala pentoksīda plēvi novērš visas iespējamās patoloģiskās izpausmes, ko izraisa akrilātu nepanesamība); ķirurģija (elektreta aplikatora izmantošana ādas un saistaudu defektu ārstēšanā ilgstoši nedzīstošos brūču procesos, izgulējumos, neirotrofiskās čūlas, termiskās traumas); traumatoloģija un ortopēdija (kaulaudu attīstības paātrināšana cilvēka muskuļu un skeleta sistēmas lūzumu un slimību ārstēšanā elektreta pārklājuma plēves radītā statiskā lauka ietekmē).

Visas šīs unikālās zinātnes attīstības iespējas kļuva iespējamas, pateicoties Sanktpēterburgas Valsts elektrotehniskās universitātes (LETI) speciālistu zinātniskajam darbam.

Papildus iepriekš minētajām jomām, kurās jau tiek izmantoti vai tiek ieviesti unikāli tantala pentoksīda pārklājumi, ir attīstība, kas ir ļoti agrīnā stadijā. Tie ietver attīstību šādās medicīnas jomās: kosmetoloģija (materiāla ražošana uz tantala pentoksīda pārklājumiem, kas aizstās "zelta pavedienus"); sirds ķirurģija (elektretu plēvju uzlikšana mākslīgo asinsvadu iekšējai virsmai, novēršot asins recekļu veidošanos); endoprotezēšana (samazina protēžu noraidīšanas risku, kas pastāvīgi mijiedarbojas ar kaulaudiem). Turklāt tiek radīts ķirurģiskais instruments, kas pārklāts ar tantle pentoksīda plēvi.

Ir zināms, ka tantals ir ļoti izturīgs pret agresīvu vidi, par ko liecina vairāki fakti. Tātad 200 °C temperatūrā šo metālu neietekmē septiņdesmit procentu slāpekļskābe! Sērskābē 150 °C temperatūrā tantala korozija arī nav novērojama, un pie 200 °C metāls korodē, bet tikai par 0,006 mm gadā!

Ir zināms gadījums, kad vienā uzņēmumā, kas izmantoja hlorūdeņraža gāzi, nerūsējošā tērauda detaļas sabojājās jau pēc pāris mēnešiem. Taču, tiklīdz tērauds tika aizstāts ar tantalu, pat plānākās detaļas (0,3...0,5 mm biezas) izrādījās praktiski nenoteiktas - to kalpošanas laiks palielinājās līdz 20 gadiem!

Tantalu kopā ar niķeli un hromu plaši izmanto kā pretkorozijas pārklājumu. Tas aptver dažādu formu un izmēru daļas: tīģeļus, caurules, loksnes, raķešu sprauslas un daudz ko citu. Turklāt materiāls, uz kura tiek uzklāts tantala pārklājums, var būt ļoti dažāds: dzelzs, varš, grafīts, kvarcs, stikls un citi. Interesantākais ir tas, ka tantala pārklājuma cietība ir trīs līdz četras reizes lielāka nekā tehniskā tantala cietība atkausētā veidā!

Tā kā tantals ir ļoti vērtīgs metāls, tā izejvielu meklēšana turpinās arī šodien. Mineralogi atklājuši, ka parastajos granītos bez citiem vērtīgiem elementiem ir arī tantals. Brazīlijā tika mēģināts iegūt tantalu no granīta iežiem, metāls tika iegūts, taču šāda ieguve nesasniedza rūpnieciskus mērogus - process izrādījās ārkārtīgi dārgs un sarežģīts.

Mūsdienu elektrolītiskie tantala kondensatori ir stabili, uzticami un izturīgi. Miniatūrajiem kondensatoriem, kas izgatavoti no šī materiāla, ko izmanto dažādās elektroniskajās sistēmās, papildus iepriekšminētajām priekšrocībām ir viena unikāla kvalitāte: tie var paši veikt remontu! Kā tas notiek? Pieņemsim, ka izolācijas viengabalainība ir bojāta sprieguma krituma vai cita iemesla dēļ - uzreiz bojājuma vietā atkal veidojas izolējoša oksīda plēve, un kondensators turpina strādāt tā, it kā nekas nebūtu noticis!

Neapšaubāmi, jēdziens "gudrais metāls", kas parādījās 20. gadsimta vidū, tas ir, metāls, kas palīdz viedajām mašīnām darboties, var pamatoti attiecināt uz tantalu.

Dažās jomās tantals aizstāj platīnu un dažreiz pat konkurē ar to! Tādējādi juvelierizstrādājumos tantals bieži aizvieto dārgāku cēlmetālu aproču, pulksteņu korpusu un citu rotu ražošanā. Citā jomā tantals veiksmīgi konkurē ar platīnu - standarta analītiskie svari, kas izgatavoti no šī metāla, kvalitātes ziņā nav zemāki par platīna svariem.

Turklāt tantals aizstāj dārgāko irīdiju automātisko pildspalvu uzgaļu ražošanā.

Pateicoties savām unikālajām ķīmiskajām īpašībām, tantals ir atradis pielietojumu kā katodu materiāls. Tādējādi tantala katodus izmanto zelta un sudraba elektrolītiskajā atdalīšanā. To vērtība slēpjas apstāklī, ka cēlmetālu nogulsnes var nomazgāt ar aqua regia, kas nekaitē tantalam.

Noteikti var runāt par to, ka tajā ir kaut kas simbolisks, ja ne mistisks, ka zviedru ķīmiķis Ekebergs, mēģinot ar skābēm piesātināt jaunu vielu, pārsteidza tās “slāpes” un piešķīra jaunajam elementam nosaukumu. gods mītiskajam nelietim, kurš nogalināja savu dēlu un nodeva dievus. Un pēc divsimt gadiem izrādījās, ka šis elements spēj burtiski “šūt” cilvēku un pat “aizvietot” viņa cīpslas un nervus! Izrādās, ka moceklis, nīkuļodams pazemes pasaulē, izpērk savu vainu, palīdzot cilvēkam, mēģina izlūgties piedošanu no dieviem...

Stāsts

Tantals ir seno grieķu mītu varonis, Lidijas vai Frīģijas karalis, Zeva dēls. Viņš atklāja olimpiešu dievu noslēpumus, nozaga ambroziju viņu dzīrēs un pacienāja olimpiešus ar ēdienu, kas pagatavots no viņa paša dēla Pelopa ķermeņa, kuru viņš nogalināja. Par savām zvērībām Tantalu dievi piesprieda mūžīgām bada, slāpju un baiļu mokām Hades pazemes pasaulē. Kopš tā laika viņš stāv līdz kaklam caurspīdīgā kristāldzidrā ūdenī, zariem liecoties pret galvu zem gatavu augļu smaguma. Tikai viņš nevar remdēt ne slāpes, ne izsalkumu - ūdens nolaižas, tiklīdz viņš mēģina dzert, un zarus paceļ vējš, no izsalkušā slepkavas rokām. Virs Tantala galvas karājas klints, kas jebkurā brīdī var sabrukt, liekot nelaimīgajam grēciniekam mūžīgi ciest no bailēm. Pateicoties šim mītam, radās izteiciens “Tantāla mokas”, kas apzīmē nepanesamas ciešanas, ēteriskus mēģinājumus atbrīvoties no mokām. Acīmredzot zviedru ķīmiķa Ekeberga neveiksmīgajos mēģinājumos 1802. gadā atklāto “zemi” izšķīdināt skābēs un izolēt no tās jaunu elementu, viņam ienāca prātā tieši šis izteiciens. Vairāk nekā vienu reizi zinātnieks domāja, ka ir tuvu savam mērķim, taču viņš nekad nav spējis izolēt jauno metālu tīrā veidā. Tā radās jaunā elementa “moceklības” nosaukums.

Tantala atklāšana ir cieši saistīta ar cita elementa - niobija atklāšanu, kas dzimis gadu agrāk un sākotnēji tika nosaukts par Kolumbiju, ko tam piešķīris tā atklājējs Hečets. Šis elements ir tantala dvīnis un ir tam tuvs pēc vairākām īpašībām. Tieši šis tuvums maldināja ķīmiķus, kuri pēc ilgām debatēm nonāca pie kļūdaina secinājuma, ka tantals un kolumbijs ir viens un tas pats elements. Šis maldīgais priekšstats pastāvēja vairāk nekā četrdesmit gadus, līdz 1844. gadā slavenais vācu ķīmiķis Heinrihs Rouzs, atkārtoti pētot kolumbītus un tantalītus no dažādām atradnēm, pierādīja, ka kolumbijs ir neatkarīgs elements. Gačeta pētītā Kolumbija bija niobijs ar augstu tantala saturu, kas maldināja zinātnisko pasauli. Par godu tik ciešām abu elementu attiecībām Roza Kolumbijai piešķīra jauno nosaukumu Niobium – par godu Frīgu karaļa Tantala Niobija meitai. Lai gan Rouzs arī pieļāva kļūdu, it kā atklājot citu jaunu elementu, ko viņš nosauca par Pelopiju (Tanta dēla Pelopa vārdā), viņa darbs kļuva par pamatu striktai atšķirībai starp niobiju (kolumbiju) un tantalu. Tikai, pat pēc Rozes liecībām, tantals un niobijs ilgu laiku tika sajaukti. Tātad tantalu sauca par kolumbiju, Krievijā par kolumbu. Hess savā "Tīrās ķīmijas principos" līdz pat sestajam izdevumam (1845) runā tikai par tantalu, neminot Kolumbiju; Dvigubskis (1824) min tantālija nosaukumu. Šādas kļūdas un atrunas ir saprotamas - metodi tantala un niobija atdalīšanai tikai 1866. gadā izstrādāja Šveices ķīmiķis Marignac, un kā tāds tīrs elementārs tantals vēl nepastāvēja: galu galā zinātnieki varēja iegūt šo metālu tīrā kompaktā veidā. veidojās tikai 20. gadsimtā. Pirmais, kurš varēja iegūt tantalu, bija vācu ķīmiķis fon Boltons, un tas notika tikai 1903. gadā. Iepriekš, protams, tika mēģināts iegūt tīru tantalu, taču visi ķīmiķu centieni bija nesekmīgi. Piemēram, franču ķīmiķis Moissan ieguva metāla pulveri, kas, viņaprāt, ir tīrs tantals. Tomēr šis pulveris, kas iegūts, reducējot tantala pentoksīdu Ta 2 O 5 ar oglekli elektriskā krāsnī, nebija tīrs tantals, kas saturēja 0,5% oglekļa.

Rezultātā septiņdesmit trešā elementa fizikāli ķīmisko īpašību detalizēta izpēte kļuva iespējama tikai divdesmitā gadsimta sākumā. Vēl vairākus gadus tantals neatrada praktisku pielietojumu. Tikai 1922. gadā to varēja izmantot maiņstrāvas taisngriežos.

Atrodoties dabā

Septiņdesmit trešā elementa (klarka) vidējais saturs zemes garozā ir 2,5∙10 -4 masas%. Tantals ir raksturīgs skābo iežu elements - granīts un nogulumiežu čaumalas, kurās tā vidējais saturs sasniedz 3,5∙10 -4%, tāpat kā ultrabāziskajiem un bāziskajiem iežiem - mantijas augšdaļām un zemes garozas dziļajām daļām, tantala koncentrācija tur ir daudz zemāka: 1 ,8∙10 -6%. Tantals ir izkaisīts magmatiskās izcelsmes iežos, kā arī biosfērā, jo tas ir izomorfs ar daudziem ķīmiskiem elementiem.

Neskatoties uz zemo tantala saturu zemes garozā, tā minerāli ir ļoti plaši izplatīti - to ir vairāk nekā simts, gan paši tantala minerāli, gan tantalu saturošas rūdas, un tās visas radušās saistībā ar magmatisko darbību (tantalīts, kolumbīts, loparīts, pirohlors un citi). Visos minerālos tantala pavadonis ir niobijs, kas izskaidrojams ar elementu ārkārtējo ķīmisko līdzību un to jonu gandrīz identiskiem izmēriem.

Pašām tantala rūdām attiecība ir Ta 2 O 5: Nb 2 O 5 ≥1. Tantala rūdu galvenie minerāli ir kolumbīts-tantalīts (Ta 2 O 5 saturs 30-45%), tantalīts un manganotantalīts (Ta 2 O 5 45-80%), vodginīts (Ta, Mn, Sn) 3 O 6 (Ta 2 O 5 60-85%), mikrolīts Ca 2 (Ta, Nb) 2 O 6 (F, OH) (Ta 2 O 5 50-80%) un citi. Tantalītam (Fe, Mn)(Ta, Nb) 2 O 6 ir vairākas šķirnes: ferotantalīts (FeO>MnO), manganotantalīts (MnO>FeO). Tantalīts ir dažādos toņos no melna līdz sarkanbrūnai. Galvenie tantala-niobija rūdu minerāli, no kuriem kopā ar niobiju tiek iegūts daudz dārgāks tantals, ir kolumbīts (Ta 2 O 5 5-30%), tantalu saturošais pirohlors (Ta 2 O 5 1-4%). , loparīts (Ta 2 O 5 0,4–0,8 %), gačetolīts (Ca, Tr, U) 2 (Nb, Ta) 2 O 6 (F, OH)∙nH 2 O (Ta 2 O 5 8–28 %), iksiolīts (Nb , Ta, Sn, W, Sc) 3 O 6 un daži citi. Tantala-niobāti, kas satur U, Th, TR, ir metamiktiski, ļoti radioaktīvi un satur mainīgu ūdens daudzumu; bieži sastopamas polimorfās modifikācijas. Tantala-niobāti veido nelielu izplatību, lielas izdalīšanās ir reti sastopamas (kristāli raksturīgi galvenokārt loparītam, pirohloram un kolumbīta-tantalītam). Krāsa melna, tumši brūna, brūngani dzeltena. Parasti caurspīdīgs vai nedaudz caurspīdīgs.

Ir vairāki galvenie rūpnieciskie un ģenētiskie tantala rūdas atradņu veidi. Natro-litija tipa reto metālu pegmatītus attēlo zonēti vēnu ķermeņi, kas sastāv no albīta, mikroklīna, kvarca un mazākā mērā no spodumēna vai petalīta. Retmetālu tantalu saturošus granītus (apogranītus) attēlo nelieli mikroklīna-kvarca-albīta granītu krājumi un kupoli, kas bieži ir bagātināti ar topāzu un litija vizlām, kas satur plānu kolumbīta-tantalīta un mikrolīta izkliedi. Laikapstākļu garozas, delūviālie aluviālie un sanesumi, kas rodas saistībā ar pegmatītu iznīcināšanu, satur kasiterītu un kolumbītu-tantalītu grupas minerālus. Loparītu saturoši lujavrīta un foialīta sastāva nefelīna sienīti.

Turklāt rūpnieciskajā izmantošanā ir iesaistītas sarežģītu tantala-niobija rūdu atradnes, ko pārstāv karbonāti un ar tiem saistītie forsterīta-apatīta-magnetīta ieži; mikroklīna-albīta riebeckīta sārmainie granīti un granosienīti un citi. Daļu tantala iegūst no greisen nogulumu volframītiem.

Lielākās titāna rūdu atradnes atrodas Kanādā (Manitoba, Bernika ezers), Austrālijā (Grīnbušus, Pilbara), Malaizijā un Taizemē (tantalu saturoši alvas uzmetēji), Brazīlijā (Paraiba, Rio Grande do Norte) un vairākās Āfrikas valstīs. štati (Zaira, Nigērija, Dienvidrodēzija).

Pieteikums

Savu tehnisko pielietojumu tantals atrada diezgan vēlu - 20. gadsimta sākumā to izmantoja kā materiālu elektrisko spuldžu kvēldiegam, kas bija saistīts ar šī metāla kvalitāti, piemēram, ugunsizturību. Tomēr tas drīz zaudēja savu nozīmi šajā jomā, aizstājot ar lētāku un ugunsizturīgāku volframu. Tantals atkal kļuva “tehniski nepiemērots” līdz 20. gadsimta divdesmitajiem gadiem, kad to sāka izmantot maiņstrāvas taisngriežos (tantals, pārklāts ar oksīda plēvi, laiž strāvu tikai vienā virzienā), bet gadu vēlāk - radiolampās. . Pēc tam metāls ieguva atpazīstamību un drīz vien sāka iekarot arvien jaunas rūpniecības jomas.

Mūsdienās tantalu savu unikālo īpašību dēļ izmanto elektronikā (kondensatoru ar augstu īpatnējo kapacitāti ražošanā). Apmēram ceturtā daļa no pasaulē saražotā tantala nonāk elektriskajā un vakuuma rūpniecībā. Pateicoties gan paša tantala, gan tā oksīda plēves augstajai ķīmiskajai inercei, elektrolītiskie tantala kondensatori ir ļoti stabili darbībā, uzticami un izturīgi: to kalpošanas laiks var sasniegt vairāk nekā divpadsmit gadus. Radiotehnikā tantalu izmanto radara iekārtās. Tantala mini kondensatori tiek izmantoti radio raidītājos, radaru iekārtās un citās elektroniskās sistēmās.

Galvenais tantala patērētājs ir metalurģija, kas izmanto vairāk nekā 45% no saražotā metāla. Tantalu aktīvi izmanto kā leģējošu elementu īpašos tēraudos - īpaši izturīgi, izturīgi pret koroziju, karstumizturīgi. Šī elementa pievienošana parastajiem hroma tēraudiem palielina to izturību un samazina trauslumu pēc sacietēšanas un atkausēšanas. Karstumizturīgu sakausējumu ražošanai ir liela vajadzība pēc raķešu un kosmosa tehnoloģijām. Gadījumos, kad raķešu sprauslas atdzesē ar šķidru metālu, kas var izraisīt koroziju (litijs vai nātrijs), bez tantala-volframa sakausējuma vienkārši nav iespējams iztikt. Turklāt sildītāji augstas temperatūras vakuuma krāsnīm, sildītāji un maisītāji ir izgatavoti no karstumizturīga tērauda. Tantala karbīdu (kušanas temperatūra 3880 °C) izmanto cieto sakausējumu ražošanā (volframa un tantala karbīdu maisījumi - markas ar TT indeksu, vissarežģītākajiem metālapstrādes apstākļiem un stiprāko materiālu (akmens, kompozītmateriālu) rotācijas triecienurbšanai ).

Tēraudus, kas leģēti ar tantalu, plaši izmanto, piemēram, ķīmijas inženierijā. Galu galā šādiem sakausējumiem ir izcila ķīmiskā izturība, tie ir elastīgi, karstumizturīgi un karstumizturīgi, pateicoties šīm īpašībām, tantals ir kļuvis par neaizstājamu ķīmiskās rūpniecības strukturālo materiālu. Tantala iekārtas tiek izmantotas daudzu skābju ražošanā: sālsskābes, sērskābes, slāpekļa, fosforskābes, etiķskābes, kā arī broma, hlora un ūdeņraža peroksīda ražošanā. No tā tiek izgatavotas spoles, destilētājs, vārsti, maisītāji, aeratori un daudzas citas ķīmisko aparātu daļas. Dažreiz - veselas ierīces. Tantala katodus izmanto zelta un sudraba elektrolītiskajai atdalīšanai. Šo katodu priekšrocība ir tāda, ka zelta un sudraba nogulsnes var nomazgāt ar aqua regia, kas nekaitē tantalam.

Turklāt tantalu izmanto instrumentu izgatavošanā (rentgena iekārtas, kontroles instrumenti, diafragmas); medicīnā (materiāls rekonstruktīvajai ķirurģijai); kodolenerģētikā - kā siltummainis kodolenerģijas sistēmām (tantals ir visstabilākais no visiem metāliem pārkarsētās kausēs un cēzija-133 tvaikos). Tantala augstā spēja absorbēt gāzes tiek izmantota augsta vakuuma uzturēšanai (elektriskās vakuuma ierīces).

Pēdējos gados tantals tiek izmantots kā juvelierizstrādājumu materiāls, jo tas spēj uz virsmas veidot izturīgas jebkuras krāsas oksīda plēves.

Plaši tiek izmantoti arī tantala savienojumi. Tantala pentoksīdu izmanto kodoltehnoloģijā, lai kausētu stiklu, kas absorbē gamma starojumu. Kālija fluorotantalātu izmanto kā katalizatoru sintētiskā kaučuka ražošanā. Tantala pentoksīdam ir tāda pati loma, ražojot butadiēnu no etilspirta.

Ražošana

Ir zināms, ka tantalu saturošas rūdas ir reti sastopamas un šajā elementā ir sliktas. Galvenās izejvielas tantala un tā sakausējumu ražošanai ir tantalīta un loparīta koncentrāti, kas satur tikai 8% Ta 2 O 5 un vairāk nekā 60% Nb 2 O 5. Turklāt tiek apstrādātas pat tās rūdas, kurās ir tikai procenta simtdaļas (Ta, Nb) 2 O 5!

Tantala ražošanas tehnoloģija ir diezgan sarežģīta un tiek veikta trīs posmos: atvēršana vai sadalīšanās; tantala atdalīšana no niobija un to tīro ķīmisko savienojumu iegūšana; tantala atgūšana un attīrīšana.

Tantala koncentrāta atvēršana, citiem vārdiem sakot, tantala ekstrakcija no rūdām tiek veikta, izmantojot sārmus (kausēšana) vai fluorūdeņražskābi (sadalīšanās) vai fluorūdeņražskābes un sērskābes maisījumu. Pēc tam tie pāriet uz otro ražošanas posmu - ekstrakcijas ekstrakciju un tantala un niobija atdalīšanu. Pēdējais uzdevums ir ļoti grūts šo metālu ķīmisko īpašību līdzības un to jonu gandrīz identiskā izmēra dēļ. Vēl nesen metālus atdalīja tikai ar metodi, ko 1866. gadā ierosināja Šveices ķīmiķis Marignaks, kurš izmantoja kālija fluorotantalāta un kālija fluoroniobāta atšķirīgo šķīdību atšķaidītā fluorūdeņražskābē. Mūsdienu rūpniecībā tiek izmantotas vairākas tantala un niobija atdalīšanas metodes: ekstrakcija ar organiskiem šķīdinātājiem, niobija pentahlorīda selektīva reducēšana, komplekso fluorīda sāļu frakcionēta kristalizācija, atdalīšana, izmantojot jonu apmaiņas sveķus, hlorīdu rektifikācija. Pašlaik visbiežāk izmantotā atdalīšanas metode (tā ir arī vismodernākā) ir ekstrakcija no tantala un niobija fluorīda savienojumu šķīdumiem, kas satur fluorūdeņražskābi un sērskābi. Tajā pašā laikā tantals un niobijs tiek attīrīti arī no citu elementu piemaisījumiem: silīcija, titāna, dzelzs, mangāna un citiem saistītiem elementiem. Kas attiecas uz loparīta rūdām, to koncentrātus apstrādā, izmantojot hlora metodi, lai iegūtu tantala un niobija hlorīdu kondensātu, ko tālāk atdala rektificējot. Hlorīdu maisījuma atdalīšana sastāv no šādiem posmiem: sākotnējā rektifikācija (notiek tantala un niobija hlorīdu atdalīšana no pievienotajiem piemaisījumiem), galvenā rektifikācija (lai iegūtu tīru NbCl 5 un TaCl 5 koncentrātu) un tantala frakcijas galīgā rektifikācija (līdz iegūt tīru TaCl 5). Pēc saistīto metālu atdalīšanas tantala fāze tiek izgulsnēta un attīrīta, lai iegūtu paaugstinātas tīrības kālija fluorotantalātu (izmantojot KCl).

Tantala metālu iegūst, reducējot tā augstas tīrības pakāpes savienojumus, kam var izmantot vairākas metodes. Tā ir vai nu tantala reducēšana no pentoksīda ar kvēpiem 1800–2000 ° C temperatūrā (karbotermiskā metode), vai kālija fluorotantalāta reducēšana ar nātriju karsējot (nātrija termiskā metode), vai elektroķīmiskā reducēšana no kausējuma, kas satur kālija fluorotantalātu. un tantala oksīds (elektrolītiskā metode). Vienā vai otrā veidā metālu iegūst pulvera veidā ar tīrību 98-99%. Lai iegūtu metālu lietņos, to saķepina no pulvera iepriekš saspiestu sagatavju veidā. Saķepināšana notiek, izlaižot strāvu 2500–2700 °C temperatūrā vai karsējot vakuumā 2200–2500 °C temperatūrā. Pēc tam metāla tīrība ievērojami palielinās, kļūstot vienāda ar 99,9-99,95%.

Tālākai tantala lietņu attīrīšanai un ražošanai loka krāsnīs ar patērējamo elektrodu izmanto elektrisko vakuumkausēšanu, bet dziļākai attīrīšanai izmanto elektronu staru kausēšanu, kas būtiski samazina tantala piemaisījumu saturu, palielina tā elastību un samazina temperatūru. pāreja uz trauslu stāvokli. Šādas tīrības tantals saglabā augstu elastību temperatūrā, kas ir tuvu absolūtai nullei! Tantala lietņa virsmu izkausē (lai iegūtu lietņa virsmai nepieciešamās īpašības) vai apstrādā uz virpas.

Fizikālās īpašības

Tikai 20. gadsimta sākumā zinātnieki ķērās pie tīra tantala metāla un varēja detalizēti izpētīt šī gaiši pelēkā metāla ar nedaudz zilganu svina nokrāsu īpašības. Kādas īpašības piemīt šim elementam? Noteikti tantals ir smagais metāls: tā blīvums 20 ° C temperatūrā ir 16,6 g/cm 3 (salīdzinājumam, dzelzs blīvums ir 7,87 g/cm 3, svina blīvums ir 11,34 g/cm 3) un transportēšanai. kubikmetrs Šim elementam būtu nepieciešamas sešas trīs tonnas smagas kravas automašīnas. Augsta izturība un cietība ir apvienota ar izcilām plastmasas īpašībām. Tīrs tantals ir piemērots mehāniskai apstrādei, ir viegli štancējams, apstrādājams plānākajās loksnēs (apmēram 0,04 mm biezumā) un stieplē (tantala elastības modulis 190 Hn/m2 vai 190·102 kgf/mm2 25 °C temperatūrā). Aukstumā metālu var apstrādāt bez ievērojamas sacietēšanas un ir pakļauts deformācijai ar kompresijas pakāpi 99% bez starpapdedzināšanas. Tantala pāreja no plastmasas uz trauslu stāvokli netiek novērota pat tad, ja tas ir atdzesēts līdz -196 °C. Atkvēlināta augstas tīrības pakāpes tantala stiepes izturība ir 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) 27 °C temperatūrā un 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) 490 °C temperatūrā; relatīvais pagarinājums 36% (pie 27 °C) un 20% (pie 490 °C). Tantalam ir uz ķermeni centrēts kubiskais režģis (a = 3,296 A); atomu rādiuss 1,46 A, jonu rādiuss Ta 2+ 0,88 A, Ta 5+ 0,66 A.

Kā minēts iepriekš, tantals ir ļoti ciets metāls (tantala loksnes Brinela cietība atkvēlinātā stāvoklī ir 450-1250 MPa, deformētā stāvoklī 1250-3500 MPa). Turklāt ir iespējams palielināt metāla cietību, pievienojot tam vairākus piemaisījumus, piemēram, oglekli vai slāpekli (tantala loksnes Brinela cietība pēc gāzu absorbcijas karsēšanas laikā palielinās līdz 6000 MPa). Rezultātā intersticiālie piemaisījumi palielina Brinela cietību, stiepes izturību un tecēšanas izturību, bet samazina plastiskuma īpašības un palielina aukstuma trauslumu, citiem vārdiem sakot, tie padara metālu trauslu. Citas septiņdesmit trešā elementa raksturīgās iezīmes ir tā augstā siltumvadītspēja, 20–100 °C temperatūrā šī vērtība ir 54,47 W/(m∙K) vai 0,13 cal/(cm·sek·°С) un ugunsizturība (iespējams, lielākā). svarīga tantala fizikālā īpašība) - tas kūst gandrīz 3000 °C (precīzāk, 2996 °C) temperatūrā, otrajā vietā aiz volframa un rēnija. Arī tantala viršanas temperatūra ir ārkārtīgi augsta: 5300 °C.

Attiecībā uz citām tantala fizikālajām īpašībām tā īpatnējais siltums temperatūrā no 0 līdz 100 °C ir 0,142 kJ/(kg K) vai 0,034 cal/(g °C); tantala lineārās izplešanās temperatūras koeficients ir 8,0·10 -6 (20–1500 °C temperatūrā). Septiņdesmit trešā elementa elektriskā pretestība 0 °C temperatūrā ir 13,2 10 -8 omi m, 2000 °C temperatūrā 87 10 -8 omi m. Pie 4,38 K metāls kļūst par supravadītāju. Tantals ir paramagnētisks, īpatnējā magnētiskā jutība 0,849·10 -6 (pie 18 °C).

Tātad tantalam ir unikāls fizikālo īpašību kopums: augsts siltuma pārneses koeficients, augsta spēja absorbēt gāzes, karstumizturība, ugunsizturība, cietība un plastiskums. Turklāt tas izceļas ar augstu izturību - tas ir labi piemērots apstrādei ar spiedienu, izmantojot visas esošās metodes: kalšanu, štancēšanu, velmēšanu, vilkšanu, vīšanu. Tantalam ir raksturīga laba metināmība (metināšana un lodēšana argonā, hēlijā vai vakuumā). Turklāt tantalam ir izcila ķīmiskā un korozijas izturība (ar anodiskas plēves veidošanos), zems tvaika spiediens un zema elektronu darba funkcija, turklāt tas labi sader ar dzīvajiem ķermeņa audiem.

Ķīmiskās īpašības

Viena no tantala vērtīgākajām īpašībām neapšaubāmi ir tā izcilā ķīmiskā izturība: šajā ziņā tas ir otrajā vietā aiz cēlmetāliem, un pat tad ne vienmēr. Tas ir izturīgs pret visu koncentrāciju sālsskābi, sērskābi, slāpekļskābi, fosforskābi un organiskajām skābēm (līdz 150 ° C temperatūrai). Pēc ķīmiskās stabilitātes tantals ir līdzīgs stiklam - nešķīst skābēs un to maisījumos, to nešķīdina pat ūdens regija, pret kuru bezspēcīgi ir zelts un platīns un virkne citu vērtīgu metālu. Septiņdesmit trešais elements šķīst tikai fluorūdeņražskābes un slāpekļskābes maisījumā. Turklāt reakcija ar fluorūdeņražskābi notiek tikai ar metāla putekļiem, un to pavada sprādziens. Pat karstā sālsskābē un sērskābē tantals ir izturīgāks nekā tā dvīņubrālis niobijs. Taču tantals ir mazāk izturīgs pret sārmiem – karstie kodīgo sārmu šķīdumi metālu korodē. Tantalskābju sāļus (tantalātus) izsaka ar vispārīgo formulu: xMe 2 O yTa 2 O 5 H 2 O, tie ietver metatantalātus MeTaO 3, ortotantalātus Me 3 TaO 4, sāļus, piemēram, Me 5 TaO 5, kur Me ir sārmu metāls. ; ūdeņraža peroksīda klātbūtnē veidojas arī pertantalāti. Svarīgākie sārmu metālu tantalāti ir KTaO 3 un NaTaO 3; šie sāļi ir feroelektriķi.

Par tantala augsto izturību pret koroziju liecina arī tā mijiedarbība ar atmosfēras skābekli, pareizāk sakot, tā augstā izturība pret šo ietekmi. Metāls sāk oksidēties tikai 280 °C temperatūrā, pārklājoties ar Ta 2 O 5 aizsargplēvi (tantala pentoksīds ir vienīgais stabilais metāla oksīds), kas aizsargā metālu no ķīmisko reaģentu iedarbības un novērš elektriskās strāvas plūsmu. no metāla uz elektrolītu. Tomēr, paaugstinoties temperatūrai līdz 500 ° C, oksīda plēve pakāpeniski kļūst poraina, atslāņojas un atdalās no metāla, atņemot virsmai aizsargslāni pret koroziju. Tāpēc karstā spiediena apstrādi ieteicams veikt vakuumā, jo gaisā metāls oksidējas ievērojamā dziļumā. Slāpekļa un skābekļa klātbūtne palielina tantala cietību un stiprību, vienlaikus samazinot tā elastību un padara metālu trauslu, un, kā minēts iepriekš, tantals veido cietu šķīdumu un oksīda Ta 2 O 5 ar skābekli (palielinot O 2 saturs tantalā, strauji palielinās stiprības īpašības un strauji samazinās elastība un izturība pret koroziju). Tantals reaģē ar slāpekli, veidojot trīs fāzes - cietu slāpekļa šķīdumu tantalā, tantala nitrīdus: Ta 2 N un TaN - temperatūras diapazonā no 300 līdz 1100 ° C. Ir iespējams atbrīvoties no tantala slāpekļa un skābekļa augsta vakuuma apstākļos (temperatūrā virs 2000 °C).

Tantals vāji reaģē ar ūdeņradi, līdz tiek uzkarsēts līdz 350 °C, reakcijas ātrums ievērojami palielinās tikai no 450 °C (veidojas tantala hidrīds un tantals kļūst trausls). Tāda pati karsēšana vakuumā (virs 800 °C) palīdz atbrīvoties no ūdeņraža, kuras laikā tiek atjaunotas tantala mehāniskās īpašības un pilnībā izvadīts ūdeņradis.

Fluors iedarbojas uz tantalu jau istabas temperatūrā, un arī ūdeņradis reaģē ar metālu. Sausais hlors, broms un jods ķīmiski iedarbojas uz tantalu temperatūrā no 150 °C un augstāk. Hlors sāk aktīvi mijiedarboties ar metālu 250 °C temperatūrā, broms un jods 300 °C temperatūrā. Tantals sāk mijiedarboties ar oglekli ļoti augstā temperatūrā: 1200–1400 °C, un veidojas ugunsizturīgi tantala karbīdi, kas ir ļoti izturīgi pret skābēm. Tantals savienojas ar boru, veidojot borīdus – cietus, ugunsizturīgus savienojumus, kas ir izturīgi pret ūdens regija iedarbību. Tantals veido nepārtrauktus cietus šķīdumus ar daudziem metāliem (molibdēnu, niobiju, titānu, volframu, vanādiju un citiem). Tantals veido ierobežotus cietus šķīdumus ar zeltu, alumīniju, niķeli, beriliju un silīciju. Tantals neveido savienojumus ar magniju, litiju, kāliju, nātriju un dažiem citiem elementiem. Tīrs tantals ir izturīgs pret daudziem šķidriem metāliem (Na, K, Li, Pb, U-Mg un Pu-Mg sakausējumiem).

Tantals ir ķīmisks elements ar kodollādiņu 73, normālos apstākļos tas ir pelēks metāls.

Tantala sastopamība dabā

Dabā tas sastopams divu izotopu veidā: stabils 181 Ta (99,9877%) un radioaktīvs ar pussabrukšanas periodu 10 12 gadi 180 Ta (0,0123%).

Ir zināmi aptuveni 20 faktiskie tantala minerāli - kolumbīta sērija - tantalīts, vodginīts, loparīts, manganotantalīts un citi. un vairāk nekā 60 minerālvielu, kas satur tantalu. Visi no tiem ir saistīti ar endogēno minerālu veidošanos. Minerāļos tantals vienmēr ir atrodams kopā ar niobiju to fizikālo un ķīmisko īpašību līdzības dēļ. Tantals parasti ir mikroelements, jo tas ir izomorfs ar daudziem ķīmiskiem elementiem. Tantala nogulsnes aprobežojas ar granīta pegmatītiem, karbonātiem un sārmainiem slāņiem.

• zemes garozā 2,4 10 −4%
• ultramafiskajos iežos 1,10–6%
• pamata iežos 4,8·10–5%
• skābajos iežos 3,5 10 −4%
• pusskābos iežos 7,10 -4%

Tantala fizikālās īpašības

Tam ir augsta kušanas temperatūra (3015°C), krāsa tīrā veidā ir tēraudpelēka, blīvums 16,6, neskatoties uz cietību tas ir plastisks, piemēram, zelts.

Parastā temperatūrā tantals ir stabils gaisā. Oksidācijas sākums tiek novērots, uzkarsējot līdz 200 - 300°C. Virs 500° notiek strauja oksidēšanās, veidojoties Ta 2 O 5 oksīdam.

Tantalam ir uz ķermeni centrēts kubiskais režģis (a = 3,296 Å); atomu rādiuss 1,46 Å, jonu rādiuss Ta 2+ 0,88 Å, Ta 5+ 0,66 Å; blīvums 16,6 g/cm 3 20 °C temperatūrā; t pl 2996 °C; Kipa temperatūra 5300 °C; īpatnējā siltumietilpība pie 0-100°C 0,142 kJ/(kg K); siltumvadītspēja pie 20-100 °C 54,47 W/(m K). Lineārās izplešanās temperatūras koeficients 8,0·10 -6 (20-1500 °C); īpatnējā elektriskā pretestība pie 0 °C 13,2·10 -8 omi·m, pie 2000 °С 87·10 -8 omi·m. Pie 4,38 K tas kļūst par supravadītāju. Tantals ir paramagnētisks, īpatnējā magnētiskā jutība 0,849·10 -6 (18 °C). Tīrs tantals ir kaļamais metāls, ko var apstrādāt ar spiedienu aukstumā bez būtiskas sacietēšanas. To var deformēt ar samazinājuma ātrumu 99% bez starpposma atkausēšanas. Tantala pāreja no kaļamā uz trauslu stāvokli, atdzesējot līdz -196 °C, netika konstatēta. Tantala elastības modulis ir 190 H/m 2 (190·10 2 kgf/mm 2) 25 °C temperatūrā. Atkvēlināta augstas tīrības pakāpes tantala stiepes izturība ir 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) 27 °C temperatūrā un 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) 490 °C temperatūrā; relatīvais pagarinājums 36% (27 °C) un 20% (490 °C). Tīra pārkristalizēta tantala Brinela cietība ir 500 Mn/m2 (50 kgf/mm2). Tantala īpašības lielā mērā ir atkarīgas no tā tīrības; ūdeņraža, slāpekļa, skābekļa un oglekļa piemaisījumi padara metālu trauslu.

Tantala ķīmiskās īpašības

Normālos apstākļos tantals ir neaktīvs gaisā, tas oksidējas tikai temperatūrā virs 280 °C, pārklājoties ar Ta 2 O 5 aizsargplēvi; Reaģē ar halogēniem temperatūrā virs 250 °C. Sildot, tas reaģē ar C, B, Si, P, Se, Te, H 2 O, CO, CO 2, NO, HCl, H 2 S.

Ķīmiski tīrs tantals ir īpaši izturīgs pret šķidriem sārmu metāliem, lielāko daļu neorganisko un organisko skābju, kā arī daudzām citām agresīvām vidēm (izņemot kausētus sārmus).

Ķīmiskās izturības pret reaģentiem ziņā tantals ir līdzīgs stiklam. Tantals nešķīst skābēs un to maisījumos pat ūdens regija to nešķīst. Šķīst tikai fluorūdeņražskābes un slāpekļskābes maisījumā. Reakcija ar fluorūdeņražskābi notiek tikai ar metāla putekļiem, un to pavada sprādziens. Tas ir ļoti izturīgs pret jebkuras koncentrācijas un temperatūras sērskābes iedarbību, stabils deoksigenētos izkausētos sārmu metālos un to pārkarsētajos tvaikos (litijs, nātrijs, kālijs, rubīdijs, cēzijs-133).

Tantalam raksturīga īpašība ir tā spēja absorbēt gāzes: ūdeņradi, slāpekli un skābekli. Šo elementu nelieli piemaisījumi lielā mērā ietekmē metāla mehāniskās un elektriskās īpašības. Zemās temperatūrās ūdeņradis uzsūcas lēni aptuveni 500°C temperatūrā, ūdeņradis uzsūcas ar maksimālo ātrumu, un notiek ne tikai adsorbcija, bet arī veidojas ķīmiskie savienojumi - hidrīdi (TaH). Absorbētais ūdeņradis padara metālu trauslu, bet, karsējot vakuumā virs 600°C, izdalās gandrīz viss ūdeņradis un tiek atjaunotas iepriekšējās mehāniskās īpašības.

Tantals absorbē slāpekli jau pie 600°C augstākā temperatūrā, veidojas nitrīds TaN, kas kūst pie 3087°C.

Oglekļa un oglekli saturošas gāzes (CH 4, CO) augstā temperatūrā 1200–1400 ° C mijiedarbojas ar metālu, veidojot cietu un ugunsizturīgu karbīdu TaC (kūst 3880 ° C temperatūrā).

Ar boru un silīciju tantals veido ugunsizturīgu un cietu borīdu un silicīdu: TaB 2 (kūst 3000°C) un NaSi 2 (kūst 3500°C).

Tantals ir izturīgs pret jebkuras koncentrācijas sālsskābes, sērskābes, slāpekļskābes, fosforskābes un organisko skābju iedarbību aukstumā un 100 - 150°C temperatūrā. Tantals ir pārāks par niobija izturību pret karsto sālsskābi un sērskābi. Tantals šķīst fluorūdeņražskābē un ir īpaši intensīvs fluorūdeņražskābes un slāpekļskābes maisījumā.

Tantals ir mazāk stabils sārmos. Karsti kaustisko sārmu šķīdumi jūtami korodē metālu izkausētā sārmā un sodā, tas ātri oksidējas, veidojot tantālskābes nātrija sāli.

Tantala iegūšana

Galvenās izejvielas tantala un tā sakausējumu ražošanai ir tantalīta un loparīta koncentrāti, kas satur apmēram 8% Ta 2 O 5, 60% vai vairāk Nb 2 O 5. Koncentrātus sadala skābes vai sārmi, bet loparīta koncentrāti tiek hlorēti. Ta un Nb atdalīšana tiek veikta, izmantojot ekstrakciju. Metālisko tantalu parasti iegūst, reducējot Ta 2 O 5 ar oglekli vai elektroķīmiski no kausējumiem. Kompakto metālu ražo ar vakuuma loka, plazmas kausēšanas vai pulvermetalurģijas palīdzību.

Pasaulē lielākā tantala rūdas atradne Greenbushes atrodas Austrālijā Rietumaustrālijas štatā, 250 km uz dienvidiem no Pērtas.

Piemaisījumu masas daļa tantalā % ne vairāk kā
Nb (niobijs) 0,05	O (skābeklis) 0,01	Na (nātrijs) 0,0002	Mn (mangāns) 0,0001	Sn (alva) 0,0001
Fe (dzelzs) 0,0015	N (slāpeklis) 0,01	Mg (magnijs) 0,0002	Co (kobalts) 0,0001	Cr (hroms) 0,0005
Ti (titāns) 0,0005	C (ogleklis) 0,005	Al (alumīnijs) 0,0005	Ni (niķelis) 0,0003	Zr (cirkonijs) 0,0005
Si (silīcijs) 0,0015	H (ūdeņradis) 0,0005	Ca (kalcijs) 0,001	Cu (varš) 0,0005	W (volframs) 0,01

Tantala pielietojumi

Sākotnēji izmantoja kvēlspuldžu stieples izgatavošanai.

Tantalu pirmo reizi izmantoja 1900. - 1903. gadā. kvēldiegu ražošanai elektriskajās lampās, bet vēlāk, 1909. - 1910. gadā, to nomainīja ar volframu.

Tantala plašā izmantošana bija saistīta ar elektrovakuuma tehnoloģiju attīstību, kas ietvēra radiotehnikas, radaru un rentgena iekārtu ražošanu.

Tantalam ir vērtīgu īpašību kombinācija (augsta kušanas temperatūra, augsta izstarojuma spēja un spēja absorbēt gāzes), kas ļauj to izmantot elektrisko vakuuma iekārtu detaļu ražošanā. Spēja absorbēt gāzes tiek izmantota, lai uzturētu dziļu vakuumu radiolampās un citās elektriskās vakuuma ierīcēs.

Tantala loksnes un stieņus izmanto “karsto veidgabalu” (apsildāmo daļu) - anodu, režģu, netieši apsildāmu katodu un citu elektronisko lampu daļu, īpaši jaudīgu ģeneratoru, izgatavošanai.

Papildus tīriem metāliem tiem pašiem mērķiem izmanto tantalona-bija sakausējumus.

50. gadu beigās un 60. gadu sākumā kļuva svarīga tantala izmantošana elektrolītisko kondensatoru un strāvas taisngriežu ražošanā. Šeit tiek izmantota tantala spēja anodiskās oksidācijas laikā veidot stabilu oksīda plēvi. Oksīda plēve ir stabila skābos elektrolītos un laiž strāvu tikai virzienā no elektrolīta uz metālu. Ta 2 O 5 plēves elektriskā pretestība virzienā, kas nevada strāvu, ir ļoti liela (7,5 - 10 12 om. cm), plēves dielektriskā konstante ir 11,6.

Tantala kondensatoriem ar cietu elektrolītu ir raksturīga liela kapacitāte ar maziem izmēriem, augsta izolācijas pretestība (2-3 reizes lielāka nekā alumīnija kondensatoriem) un plēves pretestība. Šo kondensatoru pozitīvā plāksne ir izgatavota tabletes veidā, presēta no tantala pulvera un saķepināta neitrālā vidē augstā temperatūrā. Šādas porainas tabletes efektīvā virsma ir 50 - 100 reizes lielāka par ģeometrisko, kas ļauj iegūt ļoti mazus kondensatora kopējos izmērus ar salīdzinoši lielu ietilpību. Pozitīvā plāksne tiek ievietota korpusā, kas piepildīts ar elektrolītu, kas kalpo kā negatīvā plāksne, kas savienota ar korpusu. ETO tipa kondensatori tika ražoti četros veidos: ETO-1 (ETO-S), ETO-2, ETO-3, ETO-4. ETO-1 tipa kondensatori, kas paredzēti izmantošanai iekārtās īpaši kritiskiem mērķiem, ir apzīmēti ar ETO-S. Ir arī ET un ETN tipa kondensatori: elektrolītiskais tantals un nepolārais elektrolītiskais tantals. Kondensatorus var izmantot plašā temperatūras diapazonā no -80 līdz +200°C. Tantala kondensatorus plaši izmanto radiostacijās, dažādās militārajās iekārtās un citās ierīcēs.

Tantala izturība pret koroziju skābēs un citās vidēs apvienojumā ar augstu siltumvadītspēju un elastību padara to par vērtīgu strukturālo materiālu iekārtām ķīmiskajā un metalurģijas rūpniecībā. Tantals kalpo kā vērpšanas materiāls (platīna vietā) šķiedru veidošanai viskozes ražošanā.

Tantals ir dažādu karstumizturīgu sakausējumu sastāvdaļa reaktīvo dzinēju gāzturbīnām. Molibdēna, titāna, cirkonija, alumīnija un vara sakausēšana ar tantalu ievērojami uzlabo šo metālu, kā arī to sakausējumu īpašības.

Tantala karbīdi ir iekļauti dažu kategoriju metālkeramikas karbīdos, kuru pamatā ir volframa karbīds, ko izmanto tēraudu griešanai. Tantalu izmanto kā leģējošu piedevu tēraudos. Tantals ir iekļauts arī dažādos karstumizturīgos tēraudos (piemēram, gāzturbīnām), kā arī instrumentu un magnētiskajos tēraudos.

Tantalu stieples un lokšņu veidā izmanto medicīnā - kaulu un plastiskajā ķirurģijā (kaulu savienošana, “plāksteri” galvaskausa bojājumiem, šūšana utt.). Metāls nemaz nekairina dzīvos audus un nekaitē organisma dzīvībai svarīgām funkcijām.

Organiskajā sintēzē kā katalizatorus izmanto dažus tantala savienojumus (fluorīdu kompleksu sāļus, oksīdus).

Mūsdienās tantalu un tā sakausējumus izmanto, lai izgatavotu:

• karstumizturīgi un korozijizturīgi sakausējumi;
• korozijizturīgas iekārtas ķīmiskajai rūpniecībai, presformas, laboratorijas stikla trauki un tīģeļi retzemju elementu, kā arī itrija un skandija iegūšanai, kausēšanai un liešanai;
• kodolenerģijas sistēmu siltummaiņi (tantals ir visstabilākais no visiem metāliem pārkarsētajos kausējumos un cēzija-133 tvaikos);
• ķirurģijā izmanto loksnes, foliju un stiepli no tantala audu, nervu nostiprināšanai, šūšanai, protēžu izgatavošanai, kas aizvieto bojātās kaulu daļas (bioloģiskās saderības dēļ);
• tantala karbīdu (kušanas temperatūra 3880 °C) izmanto cieto sakausējumu (volframa un tantala karbīdu maisījumi - markas ar TT indeksu, vissarežģītākajiem metālapstrādes apstākļiem un stiprāko materiālu (akmens, kompozītmateriālu) triecienurbšanai) ražošanā. );
• munīcijas ražošanā tantalu izmanto daudzsološas formas lādiņu metāla oderējumu izgatavošanai, kas uzlabo bruņu iespiešanos;
• no tantala un niobija tiek ražoti elektrolītiskie kondensatori ar augstu īpatnējo kapacitāti (bet tantals ļauj ražot augstākas kvalitātes kondensatorus);
• tantalu pēdējos gados izmanto kā juvelierizstrādājumu metālu, jo tas spēj uz virsmas veidot izturīgas jebkuras krāsas oksīda plēves;
• tantalu-182 izmanto Iekšlietu ministrijas kodolfizikas laboratorijās.
• Kodolizomērs tantals-180m2, kas uzkrājas kodolreaktoru strukturālajos materiālos, kopā ar hafniju-178m2 var kalpot kā gamma staru un enerģijas avots ieroču un speciālo transportlīdzekļu izstrādē.

Tantala berilīds ir ārkārtīgi ciets un izturīgs pret oksidāciju gaisā līdz 1650 °C, un to izmanto kosmosa inženierijā.

Tantala pentoksīdu izmanto kodoltehnoloģijā, lai kausētu stiklu, kas absorbē gamma starojumu. Viena no visplašāk izmantotajām šāda stikla kompozīcijām ir: silīcija dioksīds - 2%, svina monoksīds (vieglais) - 82%, bora oksīds - 14%, tantala pentoksīds - 2%.

Tantalam ir augsta kušanas temperatūra – 3290 K (3017 °C); vārās 5731 K (5458 °C) temperatūrā.

Tantala blīvums ir 16,65 g/cm. Neskatoties uz cietību, tas ir tikpat elastīgs kā zelts. Tīrs tantals ir piemērots apstrādei, ir viegli apzīmogojams, velmēts stieplē un plānās loksnēs, kuru biezums ir milimetra simtdaļas. Tantals ir lielisks geteris (gāzes absorbētājs 800 °C temperatūrā tas spēj absorbēt 740 tilpumus gāzes). Tantalam ir uz ķermeni vērsts kubiskais režģis. Piemīt paramagnētiskas īpašības. Pie 4,38 K tas kļūst par supravadītāju. Tīrs tantals ir kaļamais metāls, ko var apstrādāt ar spiedienu aukstumā bez būtiskas sacietēšanas. To var deformēt ar samazinājuma ātrumu 99% bez starpposma atkausēšanas. Tantala pāreja no kaļamā uz trauslu stāvokli, atdzesējot līdz -196 °C, netika konstatēta. Tantala īpašības lielā mērā ir atkarīgas no tā tīrības; ūdeņraža, slāpekļa, skābekļa un oglekļa piemaisījumi padara metālu trauslu.

Atoma elektroniskā struktūra.

1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d3

sērijas numurs-73

Pieder grupai - A

d-elements

Tantala (V) oksīds ir balts pulveris, kas nešķīst ne ūdenī, ne skābēs (izņemot H2F2). Ļoti ugunsizturīgs (kušanas temperatūra = 1875°C). Oksīda skābā daba ir diezgan vāji izteikta un galvenokārt izpaužas reakcijā ar sārmu kausējumiem: niobija oksidēšanās ar tantala atomu.

Ta2O5 + 2NaOH = 2NaTaO3 + H2O

vai karbonāti:

Ta2O5 + 3Na2CO3 = 2Na3TaO4 + 3CO2

Sāļi, kas satur tantalu oksidācijas stāvoklī -4, -5, var būt vairāku veidu: metatantalāti NaTaO3, ortotantalāti Na3TaO4, bet ir polijoni penta- un heksa-, kristalizējoties kopā ar ūdens molekulām, 7- un 8-. Piecu lādiņu tantals veido TaO3+ katjonu un sāļus TaO(NO3)3 vai Nb2O5(SO4)3 reakcijās ar skābēm, turpinot vanādija jona VO2+ ieviesto sānu apakšgrupas “tradīciju”.

1000°C temperatūrā Ta2O5 reaģē ar hloru un hlorūdeņradi:

Ta2O5+ 10HC1==2ТаС15+5Н2О

Līdz ar to var apgalvot, ka tantala (V) oksīdam ir raksturīga arī amfoteritāte ar labākām skābes īpašībām salīdzinājumā ar bāzes īpašībām.

Hidroksīdu, kas atbilst tantala (V) oksīdam, iegūst, neitralizējot skābos tantala tetrahlorīda šķīdumus. Šī reakcija arī apstiprina +4 oksidācijas stāvokļa nestabilitāti.

Zemos oksidācijas pakāpēs visstabilākie savienojumi ir halogenīdi (sk. 3. att. Vienkāršākais veids, kā tos iegūt, izmantojot piridīna kompleksus). Pentahalīdus TaX5 (kur X ir C1, Br, I) viegli reducē piridīns (apzīmē ar Py), veidojot kompozīcijas MX4(Py)2 kompleksus.

Tantala sāļi. Sestās apakšgrupas sāļi pārsvarā ir bezkrāsaini kristāli vai balti pulveri. Daudzi no tiem ir ļoti higroskopiski un izkliedēti gaisā. Šo metālu oksīdiem ir amfoteriskas īpašības, tāpēc lielākā daļa to sāļu ir viegli hidrolizējami, pārvēršoties bāziskos sāļos, kas nedaudz vai pilnībā nešķīst ūdenī. Sāļi ir zināmi arī tad, ja šie metāli ir daļa no anjoniem (piemēram, niobāti un tantalāti ) Hidratācija un dehidratācija. Visiem šīs klases katalizatoriem ir spēcīga afinitāte pret ūdeni. Galvenais b klases pārstāvis ir alumīnija oksīds. Fosforskābi vai tās skābes sāļus izmanto arī uz tādiem nesējiem kā alumīnijasilikāta gēls un silikagels ar tantala, cirkonija vai hafnija oksīdiem. Pirmajos darbos par tantala un niobija atdalīšanu ar frakcionētu ekstrakciju tika piedāvātas sistēmas sālsskābe-ksilēns-metildioktilamīns (1952), kā arī sālsskābe-fluorūdeņražskābe-diizopropilketons (1953). Abi metāli tiek izšķīdināti skābes ūdens šķīdumos kā sāļi, un pēc tam tantalu ekstrahē ar organisko šķīdinātāju. Sistēmā 6/W sērskābe--9 Ai fluorūdeņražskābe

7. Tantalu izmanto, lai izgatavotu presformas diegu vilkšanai mākslīgo šķiedru ražošanā. Iepriekš šādas presformas bija izgatavotas no platīna un zelta. Cietākie sakausējumi ir izgatavoti no tantala karbīda ar niķeli kā cementa piedevu. Tie ir tik cieti, ka atstāj skrāpējumus pat uz dimanta, kas tiek uzskatīts par cietības standartu.

Pirmā vieta kritiskās temperatūras ziņā pārejai uz supravadītāja stāvokli tika piešķirta niobija germanīdam Nb3Ge. Tā kritiskā temperatūra ir 23,2 K (apmēram -250 °C). Cits savienojums, niobija stannīds, kļūst par supravadītāju nedaudz zemākā temperatūrā -255 °C. Lai pilnīgāk novērtētu šo faktu, mēs norādām, ka lielākā daļa supravadītāju ir zināmi tikai šķidrā hēlija (2,172 K) temperatūrām. No niobija materiāliem izgatavotie supravadītāji ļauj ražot magnētiskas spoles, kas rada ārkārtīgi spēcīgus magnētiskos laukus. Magnēts ar diametru 16 cm un augstumu 11 cm, kur tinums ir no šāda materiāla izgatavota lente, spēj radīt kolosālas intensitātes lauku. Ir nepieciešams tikai pārnest magnētu supravadītā stāvoklī, tas ir, to atdzesēt, un atdzesēšana līdz zemākai temperatūrai, protams, ir vieglāk izdarāma.

Svarīga ir niobija loma metināšanā. Kamēr tika metināts parasts tērauds, šis process nesagādāja īpašas grūtības un neradīja nekādas grūtības. Tomēr, kad viņi sāka metināt konstrukcijas, kas izgatavotas no īpašiem tēraudiem ar sarežģītu ķīmisko sastāvu, metinātās šuves sāka zaudēt daudzas vērtīgas metināmā metāla īpašības. Nekādas ietekmes nebija ne elektrodu sastāva izmaiņām, ne metināšanas iekārtu konstrukciju uzlabojumiem, ne metināšanai inertu gāzu atmosfērā. Šeit palīgā nāk niobijs. Tēraudu, kurā kā neliela piedeva tiek ievadīts niobijs, var metināt, nebaidoties par metinājuma kvalitāti (4. att.). Metinātās šuves trauslumu rada metināšanas laikā radušies karbīdi, taču situāciju izglāba niobija spēja savienoties ar oglekli un novērst citu metālu karbīdu veidošanos, kas pārkāpj sakausējumu īpašības. Pašiem niobija karbīdiem, tāpat kā tantalam, ir pietiekama viskozitāte. Tas ir īpaši vērtīgi, metinot katlus un gāzes turbīnas, kas darbojas zem spiediena un agresīvā vidē.

Niobijs un tantals spēj absorbēt ievērojamu daudzumu gāzu, piemēram, ūdeņraža, skābekļa un slāpekļa. Istabas temperatūrā 1 g niobija spēj absorbēt 100 cm3 ūdeņraža. Bet pat ar spēcīgu apkuri šis īpašums praktiski nesamazinās. Pie 500°C niobijs joprojām spēj absorbēt 75 cm3 ūdeņraža un tantals 10 reizes vairāk. Šo īpašību izmanto, lai radītu augstu vakuumu vai elektroniskās ierīcēs, kur nepieciešams uzturēt precīzus raksturlielumus augstā temperatūrā. Niobijs un tantals, kas nogulsnējas uz detaļu virsmas kā sūklis, absorbē gāzes, nodrošinot stabilu ierīču darbību. Ar šo metālu palīdzību rekonstruktīvā ķirurģija ir guvusi lielus panākumus. Medicīnas praksē bija ne tikai tantala plāksnes, bet arī tantala un niobija pavedieni. Ķirurgi ir veiksmīgi izmantojuši šādus pavedienus, lai sašūtu kopā plīsušās cīpslas, asinsvadus un nervus. Tantala “dzija” kalpo, lai kompensētu muskuļu spēku. Ar tās palīdzību ķirurgi pēc operācijas nostiprina vēdera dobuma sienas. Tantalam ir ārkārtīgi spēcīgas saites starp atomiem. Tas izraisa tā ārkārtīgi augstu kušanas un viršanas temperatūru. Mehāniskās īpašības un ķīmiskā izturība pietuvina tantalu platīnam. Ķīmiskā rūpniecība izmanto šo labvēlīgo tantala īpašību kombināciju. To izmanto, lai sagatavotu detaļas ķīmisko rūpnīcu skābes izturīgām iekārtām, apkures un dzesēšanas ierīcēm, kas nonāk saskarē ar agresīvu vidi.

Strauji augošajā kodolenerģijas nozarē tiek izmantotas divas niobija īpašības. Niobijam ir pārsteidzoša termisko neitronu "caurspīdīgums", tas ir, tas spēj izlaist tos caur metāla slāni, praktiski nereaģējot ar neitroniem. Niobija mākslīgā radioaktivitāte (rodas saskarē ar radioaktīviem materiāliem) ir zema. Tāpēc no tā var izgatavot konteinerus radioaktīvo atkritumu uzglabāšanai un iekārtas to pārstrādei. Vēl viena tikpat vērtīga (kodolreaktoram) niobija īpašība ir manāmas mijiedarbības trūkums ar urānu un citiem metāliem pat 1000 ° C temperatūrā. °C. Izkausēts nātrijs un kālijs, ko izmanto kā dzesēšanas šķidrumus dažu veidu kodolreaktoros, var brīvi cirkulēt pa niobija caurulēm, neradot tiem nekādu kaitējumu.

TANTALS, Ta (nosaukts sengrieķu mitoloģijas varoņa Tantala vārdā; lat. Tantals * a. tantals; n. Tantal; f. tantale; i. tantalo), ir Mendeļejeva periodiskās sistēmas V grupas ķīmiskais elements, atoms. numurs 73, atommasa 180 ,9479. Dabā tas sastopams divu izotopu veidā: 181 Ta (99,9877%) un 180 Ta (0,0123%). Ir zināmi 13 tantala mākslīgie radioaktīvie izotopi ar masu skaitļiem no 172 līdz 186. Tantalu 1802. gadā atklāja zviedru ķīmiķis A. G. Ekebergs. Plastmasas metāla tantalu pirmo reizi ieguva vācu zinātnieks V. Boltens 1903. gadā.

Pielietojums un lietošana

Galvenās izejvielas tantala un tā sakausējumu ražošanai ir tantalīta un loparīta koncentrāti, kas satur apmēram 8% Ta 2 O 5, 60% vai vairāk Nb 2 O 5. Koncentrātus sadala skābes vai sārmi, bet loparīta koncentrāti tiek hlorēti. Ta un Nb atdalīšana tiek veikta, izmantojot ekstrakciju. Metālisko tantalu parasti iegūst, reducējot Ta 2 O 5 ar oglekli vai elektroķīmiski no kausējumiem.

Kompakto metālu ražo ar vakuuma loka, plazmas kausēšanas vai pulvermetalurģijas palīdzību. No tantala un tā sakausējumiem tiek izgatavotas korozijizturīgas iekārtas ķīmiskajai rūpniecībai, presformas, laboratorijas stikla trauki un tīģeļi; siltummaiņi kodolenerģijas sistēmām. Ķirurģijā no tantala izgatavotas loksnes, folija un stieples izmanto audu, nervu nostiprināšanai, šuvju uzlikšanai, protēžu izgatavošanai, kas aizvieto bojātās kaulu daļas (bioloģiskās saderības dēļ). Tantala karbīdu izmanto cieto sakausējumu ražošanā.

Tantals ieņem īpašu vietu zināmo ķīmisko elementu grupā. Šis metāls nav cēls, taču tā veiktspējas īpašības padara to pieprasītu dažādās jomās. Turklāt tas attiecas ne tikai uz būvniecības un ražošanas nozari, bet arī uz juvelierizstrādājumiem. Mūsdienās paša tantala izmantošana ir ļoti ierobežota tā retuma dēļ. Un tomēr tirgū ir pieejams plašs produktu klāsts, kas izgatavots no šī materiāla.

Vispārīga informācija par metālu

Tantals dabā neeksistē tīrā veidā. To parasti iegūst kopā ar citiem minerāliem ar līdzīgām īpašībām. Šī elementa iezīme izraisīja tā diezgan vēlu atklāšanu. Bet mūsdienās ir efektīvi veidi, kā izolēt tantalu, no kuriem viens ir ekstrakcijas metode. Elektrolīzi izmanto arī metāla materiālu ražošanai. Izmantojot grafīta tīģeli, elementu saturošā bāze tiek izkausēta, pēc tam pulveris paliek uz tvertnes sieniņām. Turpmākā izejvielu apstrādes tehnoloģija ir atkarīga no tā, kā tantals tiks izmantots: to var piešķirt lietņa, stieples, loksnes, noteiktas formas daļas formā vai atstāt maisījuma formā izsmidzināšanai. Populāras ir arī tehnoloģijas sakausējumu veidošanai no tantala pulvera. Kombinācija ar leģējošām vielām ļauj uzlabot materiāla individuālās īpašības.

Fizikālās īpašības

Metālam ir augsta kušanas temperatūra aptuveni 3017 °C, kas ļauj to ražošanā izmantot ekstremālos termiskajos apstākļos. Tajā pašā laikā tai ir reta elastības un cietības īpašību kombinācija. Kas attiecas uz pirmo, tas ir mīksts kā zelts. Šajā gadījumā tantala cietība ir 16,65 g/cm 3 . Šī fizisko īpašību kombinācija ļauj viegli apstrādāt materiālu, piešķirot tam dažādas formas un izmērus, kā arī izmantot to kritiskos mehānismos un konstrukcijās. Mazie elementi labi darbojas kā zobrati un elektrisko ierīču daļas. Tantals ir nodilumizturīgs un izturīgs, tāpēc no tā tiek izgatavotas patērējamās sastāvdaļas, cerot uz ilgstošu darbību. Turklāt šis metāls var darboties kā efektīvs gāzes absorbētājs. Augstās temperatūrās tantala daļām ir arī augstas vadītspējas īpašības.

Ķīmiskās īpašības

Tīrā veidā metāls efektīvi iztur sārmu, organisko un neorganisko skābju vielu, kā arī citu aktīvo vielu ietekmi. Ja vien kausētā veidā sārmiem nav jūtama ietekme uz tantalu. Oksidācijas procesi notiek temperatūrā, kas nav zemāka par 280 °C, un tā reaģē ar halogēna komponentiem 250 °C temperatūrā. Tantala ķīmiskās īpašības saskarē ar reaģentiem var salīdzināt ar stiklu. Tas nešķīst skābā vidē, izņemot slāpekļskābi un fluorūdeņražskābi. Šis materiāls ir izturīgs arī pret sērskābi neatkarīgi no tā koncentrācijas. Tomēr aktivitātes procesiem vairumā gadījumu ir nenozīmīga ietekme uz metāla struktūru. Parasti izmaiņas parādās vai nu plēves pārklājuma, vai korozijas veidā.

Kur izmanto tantalu?

Šis metāls nav plaši izplatīts, taču ir daudz tā izmantošanas jomu. Pirmkārt, tā ir rūpniecība. Elementu izmanto metalurģijā, pārtikas sektorā, apstrādes rūpniecībā, radiotehnikā, mašīnbūvē u.c. Būvniecības nozarē šis metāls nav tik pieprasīts tieši ierobežoto ražošanas apjomu dēļ, taču atsevišķi konstrukcijas elementi joprojām tiek izgatavoti no šis materiāls - kā likums, aparatūra, kas paredzēta kritiskiem konstrukciju nostiprināšanas uzdevumiem. Lai saprastu, kur tiek izmantots tantals, ir svarīgi pievērst uzmanību tā veiktspējas īpašībām. Jau tika atzīmēts, ka viņš var darboties kā labs diriģents. Tāpēc elektrotehnikā to izmanto kā supravadītāju. No otras puses, tā karstumizturība paver iespējas to izmantot citu metālu termiskajā apstrādē. Pateicoties palielinātajam blīvumam, tantals ir kļuvis par optimālu risinājumu aizsardzības nozarē. To izmanto, lai izgatavotu šāviņus ar augstu caurlaidības spēju.

Tantala stieple

Velmētais metāls kopumā ir plašākais šī materiāla noformējuma veids tirgū. Stieples segmentā ieņem ievērojamu nišu. Tas ir neparasts ar to, ka tā pieticīgā izmēra dēļ to var izmantot kā pavedienu. Tas izskaidro tantala vērtību medicīnas jomā – šāda veida izstrādājumus izmanto šuvēm un pārsējiem. Bet šis ir tikai piemērs, kas parāda vienu no šāda stieples raksturīgajām īpašībām. Lielākus formātus izmanto mašīnbūvē, aviācijā, darbgaldos un kapitālbūvē. Turklāt atkarībā no mērķa var izmantot mīkstu un cietu metālu. Tantals, pateicoties tā elastībai apstrādē, ļauj izgatavot garus vadus no 1500 cm ar biezumu 0,15 mm vai vairāk. Gatavos izstrādājumos, kā atzīmē lietotāji, reti tiek konstatēti urbumi, plaisas un citi defekti. Tomēr plānā konstrukcija joprojām uzliek prasības attiecībā uz uzglabāšanas un transportēšanas apstākļiem - jo īpaši nav ieteicams pakļaut vadu saskarei ar mitrumu un agresīvu vidi.

Tantala lente

Plaši izplatīts ir arī šāds velmētu metāla izstrādājumu ražošanas formāts. Lentes tiek izmantotas medicīnā, naftas rūpniecībā, mašīnbūvē un pat enerģētikā. Patērētāji novērtē šo produktu, ņemot vērā tā bioloģisko saderību, augstu izturību ar smalku struktūru, labu apstrādājamību un izturību pret korozijas procesiem. Ja salīdzinām līdzīgus tantala izstrādājumus ar analogiem no tērauda vai alumīnija, tad priekšplānā izvirzīsies nodilumizturība un izturība. Lente var izturēt lielas stiepes slodzes un ķīmiskas ietekmes. No otras puses, augsta plastika neļauj šādiem izstrādājumiem stabili saglabāt noteiktu formu. Pat neliels spiediens noved pie deformācijas.

Tantala sakausējumi

Sakausējumi, kas modificēti ar leģējošām sastāvdaļām, pārsvarā iegūst augstākas fiziskās izturības un karstumizturības īpašības. Pietiek pateikt, ka produkts ar vidējiem raksturlielumiem spēs izturēt 1650 °C temperatūru, nezaudējot savas veiktspējas īpašības. Faktiski tas ļauj izmantot tantala sakausējumus ķīmiskajā rūpniecībā, enerģētikā, metalurģijā un instrumentu ražošanā. Turklāt daži uzņēmumi izmanto šo materiālu raķešu un kosmosa sfēras elementu ražošanā. Atkarībā no lietošanas virziena tehnologi izstrādā dažādus sastāvus tantala leģēšanai. Dažos gadījumos modifikācijas ļauj sasniegt lielāku elastību, bet citos, piemēram, padarīt materiālu piemērotu metināšanas darbībām, izmantojot elektronu staru metodi. Pats tantals var darboties arī kā sakausējuma sastāvdaļa. Parasti šo veiktspējas īpašību uzlabošanas metodi izmanto, lai parastajiem metāliem nodrošinātu pretkorozijas un karstumizturību.

Tantals radiotehnikā

Elektrisko ierīču un detaļu ražošanā priekšplānā izvirzās spēja uzturēt optimālu strāvas vadītspēju un uzturēt frekvences signālus, vienlaikus samazinot elementu bāzes izmērus. Šī iemesla dēļ tantalu bieži izmanto kondensatoru, tiristoru, tranzistoru un semistoru ražošanā. Iepriekš tiem pašiem kondensatoriem tika izmantoti alumīnija loksnes ruļļi. Šis risinājums paredzēja iespēju palielināt darbības parametrus tikai tad, ja tiek palielināts pašas daļas izmērs. Un tas nemaz nerunājot par citu īpašību apgriezto samazināšanos, kas saistīta ar kondensatora tilpuma palielināšanu. Tantala izmantošana, kas ir izturīgs arī pret negatīviem procesiem, kuros piedalās radioelektroniskie komponenti, ļāva palielināt elektrisko tilpumu, saglabājot detaļas izmērus. Vēl viena lieta ir tāda, ka alumīnijs šajā jomā neizdodas, jo tas ir lētāks.

Secinājums

Šim metālam vispār nav unikālu vai nestandarta īpašību. Tam ir daudz pievilcīgu īpašību, tostarp pretkorozijas, cietības vai karstumizturība. Bet šīs īpašības atsevišķi ir citos metālos. Turklāt dažos tie ir daudz izteiktāki. Tomēr šķietami pretēju īpašību kombinācija vienā elementā ir patiesi unikāla. Tehnologi cenšas panākt īpašas materiālu darba kvalitātes kombinācijas ar mākslīgiem līdzekļiem, un šajā gadījumā tās nosaka izcelsmes raksturs. Piemēram, tantala izmantošanai medicīnā un metalurģijā ir pilnīgi atšķirīgi mērķi. Vienā gadījumā tiek novērtēta augsta izturība ar maziem izstrādājumu izmēriem, bet otrajā - apstrādes elastība. Bet ir arī negatīva tantala īpašība, kas attiecas uz visām tā izmantošanas jomām - tas ir augstas izmaksas un dažos gadījumos fiziska nepieejamība.