Tantál, az elemek kémiai tulajdonságai
Általános információk és a beszerzési módszerek
Tantál (Ta) -metál szürke-acél színű, kékes árnyalattal.
Az Ekeberg svéd vegyész 1802-ben fedezte fel Finnországban és Svédországban található ásványi anyagokat; a Tantalus ókori görög mitológiájának hősére, az örök szomjúság elítélésére, amelyet az új elem oxidja savakkal oldott fel. A tiszta formában a műanyag tantálat először 1903-ban szerezte meg a német Bolton vegyész. A tantál ipari termelése 1922-ben kezdődött az USA-ban.
A tantalin és columb bit tartalmú ércek gazdagításának fő módja a gravitációs dúsítás (nedves lerakódás, dúsítás
a táblákon). Ennek eredményeként általában a tantalin és kolumbit, a cassiterit, a wolframite és más ásványi anyagok mellett kollektív koncentrátumot kapunk. A további dúsítás flotációval és elektromágneses elválasztással történik.
A tantalinkoncentrátumok hozzávetőleges összetétele: 12-30% Nb2 05; j 8 59,6% Ta 2 Os; 2,09-15,7% Fe2O3; 2,95-17,2% MnO; 0,25-6,4% .O2; 0,12-0,9% Si02.
A hazánkban elfogadott műszaki előírások szerint a tantalin-koncentrátumok I copra 60-65% Ta2 05 és legfeljebb 10% Nb2 05-t kell tartalmazni. II. Osztály - legalább 40% Ta2 05.
Az érccentrátumok mellett a tantál (és a nióbium) jelentős forrása az ónnövények salakja, amelyet a kasíiterit koncentrátumokból készült ón okoz. A salak 3-15% -ot tartalmaz (Ta, Nb) 2 05.
A koncentrátumok feldolgozása általában három szakaszban történik: 1) nyílás vagy bomlás; 2) a tantál és a nióbium elválasztása és tiszta vegyipari vegyületek előállítása; 3) a tantál helyreállítása és finomítása.
A tantálkoncentrátum megnyitásához lúgokkal (NaOH, KOH) való fúzióval vagy hidrogén-fluoridos bomlással kell eljárni.
Az első módszer eredményeként olvadása a koncentrátumot 750- 800 „C-on fölös mennyiségű alkálifém képződött ortosol (Na3 Ta04) és vas-, mangán. A feldolgozás után ötvözetből kialakított kis oldható politantality (Na 8 Ta60i -25H2 0 9), amely elbontjuk sósavval reagáltatunk, a hidratált oxidok tantál, amelyeket aztán feldolgozunk, hogy tiszta vegyületek.
A fluor-sav bomlása jelenleg a fő módszer; ebben az esetben a finom eloszlású taptalit koncentrátumot koncentrált hidrogén-fluoriddal történő hevítéssel lebontják.
A loparit koncentrátumokat két módszerrel dolgozzák fel: klórozás és kénsav. Az első lényege az érccentrátum és a gázhalmazállapotú klór kölcsönhatása 749- 850 ° C-on, szén vagy koksz jelenlétében. Az évek közötti különbség / kloridok tiszteletben tartása lehetővé teszi számunkra, hogy a koncentráció legfontosabb komponenseit osszuk meg. Kénsav alapuló módszer a bomlási loparitovogo koncentrált kénsavat, és a komponensek elkülönítésére cisz-használata a különbségek a oldhatósága a titán kettős szulfátok, nióbium, tantál, a ritka földfémek alkálifémekkel vagy ammónium.
A tantál és a nióbium elválasztása kémiai vegyületek tulajdonságainak hasonlósága miatt nehéz feladat,
Ismert elválasztási módszerei tantál és nióbium: frakcionált kristályosításával komplex értékű fluoridok, extrakciós organi cal-oldószerek, elválasztás ioncserélő gyanták, egyenirányító-klorid, szelektív redukcióját nióbium-pentaklorid.
A módszer a frakcionált kristályosítással jelenleg kiszorítják tökéletesebb - Extrakció extrakciójával szétválasztása tantál és nióbium, egyidejű tisztítással adalékszerek egyéb elemeket (Si, Ti, Fe, Mn, stb) a legtöbb esetben a megoldás a fluor-egységben tantál és nióbium tartalmazó hidrogén-fluorid és kénsav (kapott oldatokat lebontásával érc koncentrátumok).
Extraction szétválasztása tantál és nióbium tartalmaz háromszáz-DIY 1) coextraction tantál és nióbium azzal a céllal, elválasztva ezeket kísérő elemek (Fe, Mn, a Ti, Sn, Si, stb). 2) a niobium szelektív eltávolítása a kivonattal vízzel; 3) a tantál újrahasznosítása
az oldószert vízzel vagy sók vizes oldatával, például ammónium-fluoriddal reagáltatjuk.
A szétválasztása tantál és nióbium kijavítása célszerű ispol'uet-hívás az esetben, ha az érc koncentrátumok feldolgozott klór NYM eljárást, hogy megkapjuk a kondenzátum a tantál és nióbium-klorid (Lonar-nels koncentrátumok).
Amikor a kloridok keverékét elkülönítik, a technológiai elválasztási séma a következő lépésekből áll: 1) a tantál és niobium-kloridok elkülönítésére vonatkozó előzetes helyesbítés a kísérő szennyeződésekből; 2) a fő helyesbítés (tiszta NbCb és TaCb koncentrátum előállítása); 3) a tantálfrakció helyreigazítása (tiszta TaC15 előállítása).
A helyesbítési eljárást a nagyfokú hatékonyság és az elválasztás hatékonysága jellemzi.
Atomi jellemzők. Atomszám: 73, atomtömeg: 180,948, atomi térfogat: 10,88 -10 -6 m3 / mol, atom sugar 0.146 nm, Ta 5 + 0.066 nm ionos sugár. Ta 4 + 0,077 nm, Ta 2 + 0,088 nm. Külső elektronhéjak konfigurálása 5d 3 6s 2. Az ionizációs potenciál J (eV): 7,7; 16,2; 22. Elektronegativitás 1.5. A természetes tan tart stabil izotóp 131 Ta (99,9877 ° / o) és radioaktív 180 Ta (0,0112 ° / o), felezési ideje 10 12 év.
A reakció normál elektróda potenciálja Ta-Seq = Ta6 + φ0 = -1.126B.
A vegyületekben oxidációs állapotokat mutat - 1, +1, +2, +3, 4 -4, + 5; a leginkább jellemző a +5. Elektrokémiai egyenérték 0,3749 mg / Cl.
A tantál a legtöbb korrózióálló nemesfém. Stabil, sósav, kénsav, salétromsav, foszforsav és szerves savak koncentrációja 100-150 ° C-ig. Forró hidrogén-klorid és kénsav esetén a tantál nagyobb ellenállást mutat, mint a niobium. A tantálot feloldjuk hidrogén-fluoridban, és különösen intenzív a hidrogén-fluorid és a salétromsav elegyében,
A lúgokban a tantál kevésbé stabil. A maró lúgok forró oldatai gyengén korrodálják a fémeket; az olvadt lúgokban és a szódatantánban gyorsan oxidálódik, így a tantálsav nátriumsóját képezi.
Normál hőmérsékleten a taital ellenáll az oxidációnak a levegőben. 200-300 ° C-ra hevítve egy vékony oxidfólia tapad szilárdan az alapfém felületén. A kémiai reagensek csak abban az esetben hatnak a fémre, ha reagálnak ezzel a filmmel vagy behatolnak. Értékes minőséget jelent, hogy az oxidfilm a fémtől az elektrolitig áramlik, ha a tital anódként szolgál. 500 ° C felett az oxidfilm porózus, delaminált és hajlamos az alapfémtől való elválasztásra.
Megnövekedett oxidációja ellenállása tantál lehetséges vagy módosításával (szerkezetének megváltoztatásával alakul ki a fém-Sida c), végzett adalékolásával a megfelelő elemek, vagy azáltal, hogy megakadályozza, vagy legalábbis lassítják a kapcsolattartó savanyú jellegű egy fémfelület. Mindkét esetben védő bevonatok használata az alapfémre vagy az ötvözetre.
Az oxigénnel a tantál szilárd oldatot és Ta2Q5-oxidot képez. A tantálban lévő oxigéntartalom 1,5% -ra való emelkedése mellett, ötszörös erősság-növekedés következik be a duktilitás és a korrózióállóság erős csökkenésével. Az oldott oxigén felszabadul a fenti hőmérsékleten
2200 ° C-on vákuumban. A tantál-oxid (V) Ta2 05 két módosításban létezik. A Ta2 Os olvadáspontja 1620 ° C (más adatok szerint, 1872 ° C). A Ta2 05 savas jellegű.
A tantál rosszul reagál a hidrogénnel 350 ° C alatt; ezen hőmérséklet felett a reakciósebesség körülbelül 450 ° C-ra emelkedik; Ezen a hőmérsékleten a hidrogén a legnagyobb sebességgel abszorbeálódik, és ezenkívül keletkezik kémiai vegyület - a tantál alacsony hőmérsékletű (TaN) hidridje. Az abszorbeált hidrogén széttörte a fémet, de ha 800 ° C feletti vákuumban melegítik, akkor a hidrogén eltávolítása és a mechanikai tulajdonságok helyreállítása történik.
A tantál közvetlenül a nitrogénnel reagál három fázis létrehozására: a tantálban lévő nitrogén szilárd oldata és a Ta2N és TaN nitridek. A reakció körülbelül 300 ° C-on kezdődik, és annak hőmérséklete növekvő hőmérsékleten növekszik, amíg a TaN -1100 ° C-on van kialakítva. A tantálban felszívott nitrogén ismét nagyvákuum körülmények között szabadul fel
A fluorid szobahőmérsékleten tantálra hat. A tantál teljesen inert a nedves és száraz klór, bróm és jód hatására, 150 ° C-ig. A klór hatása körülbelül 250 ° C-on kezdődik, és mikor
500 ° C-on a reakció csaknem azonnal megy végbe. Vízgőz jelenlétében a klór okozta korrózió lelassul. A bromin -300 ° C hőmérsékleten, jódon, például ugyanazon a hőmérsékleten működik; Ennek eredményeként a TaBr5 és Talb alakulnak ki.
Szén és szén-tartalmú gázokkal (például, CH4, CO) át SZEZON Coy hőmérsékleten 1200-1400 ° C reagálnak a tantál szilárd anyagot képez, és tűzálló karbidok TaC, amelynek olvadáspontja 3880 ° C, és nagyon ellenálló a savakkal.
A bór-tantál formájú boridok TaB2. reprezentáló feszes-olvasztható és szilárd vegyületet (g N L „3000 ° C), ellenáll a WHO-akció a sósav és a salétromsav, és aqua regia, de lassú, de bomló az intézkedés alapján a forró kénsavval és fluorsav, borid tantál gyorsan disszociál olvadt lúgok, karbonátok, biszulfátok és peroxidvegyületek,
A szilíciummal a tantál szilícium-dioxidot képez, a legfontosabb a diszilicid TaSi2. Ennek a vegyületnek olvadáspontja van
2400 ° C, ellenáll az ásványi savak hatásának, de a fluorsav hatása alatt bomlik.
Sok fémeket izomorf kristályos szerkezettel atomok méret közel a méret a tantál atom, és szorosan egymás hozzá a sorban elektrootritsatelnostn, tantál képez egy folytonos szilárd oldatok. Ezek a fémek, a magán-sti közé nióbium, wolfram, molibdén, vanádium, B tntan et al. Limited szilárd oldatok és fémvegyületek tantál formák alumínium, berillium, arany, szilícium, a nikkel, t. E. Fémek, amely jelentősen eltérő atomi mérete és elektronegativitása a lítium, kálium, nátrium, magnézium és egy bizonyos más elemek torymi-tantál gyakorlatilag nem képez szilárd ötvözetet, szilárd oldatok vagy vegyületek.
A tantál műanyag tűzálló fém, amely minden meglévő módszerrel alkalmas a nyomáskezelésre. Pure tantál nagartovyvaetsya alatt lassan képlékeny deformáció alatt az átkristályosítási hőmérsékletet, amely lehetővé teszi, hogy ki nagy hideg deformáció (95%) nélkül közbenső-préselése pontos hőkezelés. Tantál tuskókat alá hidegalakító termelni lemezek, rudak és huzal, pre-héja egy eszterga. A VI csoportba tartozó tűzálló fémektől eltérően a tantál elegendő duktilitást mutat alacsony hőmérsékleten -196 ° C-ig.
Akár 1600 ° C-os lángolási hőmérsékleten a szemcseméret gyakorlatilag változatlan marad. A hidegen deformálódott tantál lágyítása során jelentős mértékű növekedés figyelhető meg 2400 ° C-on.
A hőkezelés fő típusa a hőkezelés. A hőkezelésre szolgáló fűtést csak vákuumban kell elvégezni, mivel a tantál a közömbös gázokból abszorbeálja a bevezetés szennyeződését
nagy sebességű acélból készült szerszám, amely jelentős elő- és hátsó sarkokkal van megmunkálva, ami nagy élességet biztosít a forgácsoló élnek.
A tantál őrlést kerülni kell, amikor csak lehetséges, mert a csiszoló kerék őrlésének tendenciája miatt a fém fonódik.
A tantálot jó hegeszthetőség jellemzi. A technikai tantál fúziós hegesztése, amely légköri gázoktól óvatos védelem mellett készült, lehetővé teszi a műanyag varratok megszerzését, lehetővé téve akár 180 ° -os hajlítást is.
A tantál forrasztást vagy inert tápanyagok (argon, hélium) vagy vákuum környezetében végezzük.
A tantál forrasztása ezüst forrasztással csak réz, nikkel vagy ezüst bevonattal készülhet.
Tantál együtt volfrám, molibdén és nióbium nevezik „Big Four” fémek, a legígéretesebb létrehozására azok alapján magas hőmérsékletű szerkezeti anyagok repülőgépek, rakéták, űrhajók, és így tovább. §. Általában tantál ötvözött W, Mo, V, Nb, Ti , Zr, Hf, Re, Cr, Cu és egyéb elemek.
A tantál körülbelül 60-70% -át elektro-vákuumtechnikában és elektrotechnikában alkalmazzák rádióberendezések, radarok és röntgenberendezések gyártásához.
A tantálnak a gázok elnyelésére való nagy képességét arra használják, hogy mély vákuumot tartsanak fenn a rádiócsövekben és más elektroacukális készülékekben.
Tantál termék betonacél, vetjük alá a hőt a pro-átengedését kiaknázása - anódok, a rács, katódok közvetett fűtésű és Dru-Gia részleteit elektroncsövek, különösen a magas erőátviteli csövek
A közelmúltban a tantál fontos szerepet játszott az elektrolitikus kondenzátorok villamos energia tárolóeszközök, valamint az áram egyenirányítóinak előállításához. A miniatűr tantál kondenzátorokat széles körben használják rádióadókban, radarberendezésekben, elektronikus számláló gépekben és más eszközökben.
Az elektrotechnika területén a tantállemezeket magas hőmérsékletű vákuumkemencék gyártására használják.
A korrózióállóság savakban tantál és más környezetben a ko-kombinálva magas hővezető és alakíthatóság teszi ár NYM szerkezeti anyag a berendezés számára, és a vegyipar Me-tallurgicheskih Tantál használják kondenzátorok, melegítők, bevonóbe, keverők és más alkatrészek .
A tantál-karbidok a volfrámkarbid alapú szinterezett kemény ötvözetek egy részének részét képezik, amelyeket acélok vágására használnak.
A tantálot a rekonstrukciós sebészet protézisanyagaként ismerik el.
A tantál és ötvözetei széles körben használatosak a nukleáris energiatermelésben és az űrtechnológiában. Azt is használják, hogy szerszámokat készítsenek a viszkóz, a tantál hősziták, a kontroll eszköz, a membránok és a komplex mechanizmusok előállításában, ahol a korrózióállóság különösen fontos. A tantál tégelyt a ritkaföldfémek tisztítására használják. A volán és molibdén tantál a 2273 K feletti hőmérséklet mérésére szolgáló elemek egyikeként is használható.
Bizonyos esetekben a tantál a volfrám- és volfrámötvözeteket helyettesíti a repülőgépek és rakéták ellenőrzési mechanizmusainak ellensúlyozására.