Tantal, proprietăți chimice ale elementelor

Informații generale și metode de obținere

Tantal (Ta) -metal de culoare gri-oțel cu o nuanță albăstrui.

A fost descoperită în 1802 de chimistul suedez Ekeberg în mineralele găsite în Finlanda și Suedia; numit pentru eroul mitologiei antice grecești a lui Tantal, condamnat la setea veșnică, care se datora dificultăților care au apărut atunci când oxidul unui nou element a fost dizolvat în acizi. În forma sa pură, tantalul de plastic a fost obținut pentru prima dată în 1903 de către chimistul german Bolton. Producția industrială de tantal a început în 1922 în SUA.







Calea principală de îmbogățire a minereurilor care conțin tantalite și biți de columb este îmbogățirea prin gravitație (depunere umedă, îmbogățire

pe mese). Ca rezultat, de obicei, se obține un concentrat colectiv care conține, în plus față de tantalită și columbită, cassiterit, wolframite și alte minerale. Îmbogățirea ulterioară se realizează prin utilizarea flotării și separării electromagnetice.

Compoziția aproximativă a concentratelor de tantalit: 12-30% Nb2 05; j 8 59,6% Ta 2 Os; 2,09-15,7% Fe2 03; 2,95-17,2% MnO; 0,25-6,4%; 0,12-0,9% Si02.

Conform specificațiilor tehnice adoptate în țara noastră, concentratele tantalite I copra ar trebui să conțină 60-65% Ta2 05 și nu mai mult de 10% Nb2 05. Clasa II - nu mai puțin de 40% Ta2 05.

În plus față de concentratele de minereu, o sursă importantă de tantal (și niobiu) este zgura de plante de staniu, obținută prin topirea staniu din concentrate de cassiterit. Zgura conține 3 până la 15% (Ta, Nb) 2 05.

Procesarea concentratelor se face de obicei în trei etape: 1) deschidere sau descompunere; 2) separarea tantalului și a niobiului și producerea compușilor chimici puri; 3) restaurarea și rafinarea tantalului.

Pentru deschiderea concentratului de tantal se utilizează fuziunea cu alcalii (NaOH, KOH) sau descompunerea cu acid fluorhidric.

În prima metodă, ca urmare a topirii concentratului la 750- 800 „C cu un exces de alcalii ortosol formate (Na3 Ta04) și oxizi de fier, mangan. După aliaj workup format politantality pic solubil (Na 8 Ta60i -25H2 0 9), care se descompune cu clorhidric acid, pentru a produce oxizi tantali hidratați, care sunt apoi transformați în compuși puri.

Descompunerea acidului fluorhidric este în prezent principala metodă; în acest caz, concentratul taptalit fin divizat se descompune prin încălzire cu acid fluorhidric concentrat.

Concentratele de loparit sunt prelucrate utilizând două metode: clorurarea și acidul sulfuric. Esența primei este interacțiunea concentratului de minereu cu clor gazos la 749- 850 ° C în prezența cărbunelui sau a cocsului. Diferența în anii / onoarea clorurilor ne permite să împărțim principalele componente valoroase ale concentrației. Metoda cu acid sulfuric bazată pe descompunerea loparitovogo soluție concentrată de acid sulfuric și separarea componentelor cu cis-utilizare a diferențelor în solubilitatea titan sulfaților duble, niobiu, tantal, pământuri rare cu metale alcaline sau de amoniu.

Separarea tantalului și a niobiului datorită similarității proprietăților compușilor chimici este o sarcină dificilă,

Metodele cunoscute pentru separarea tantal și niobiu: cristalizarea fracționată a fluoruri valori complexe, extracție organizațiile CAL-solvenți, separarea prin rășini schimbătoare de ioni, clorura de rectificare, reducerea selectivă a pentaclorură niobiu.

Metoda de cristalizare fracționată suplinit în prezent mai perfectă - Extracția prin separarea de extracție a tantal și niobiu și purificarea lor simultană din mixturi de alte elemente (Si, Ti, Fe, Mn, etc.) pentru cea mai mare parte din soluțiile de fluor-unitate cu tantal și niobiu , conținând acid fluorhidric și acid sulfuric (soluțiile se obțin ca urmare a descompunerii concentratelor de minereu).

Separarea Extracția de tantal și niobiu include trei sute diy 1) coextraction de tantal și niobiu cu scopul de a le separa de elementele însoțitoare (Fe, Mn, Ti, Sn, Si, etc.). 2) striparea selectivă a niobiului din extract cu apă; 3) re-extragerea tantalului

din solvent cu apă sau soluții apoase de săruri, de exemplu fluorură de amoniu.

Separarea tantal și niobiu rectificare expedient ispol'uet-apel în cazul în care minereul concentratelor prelucrate metoda NYM clor pentru a obține un condensat de tantal și niobiu clorură (Lonar-Nels concentrate).

Când se separă amestecul de cloruri, schema de separare tehnologică constă în următoarele etape: 1) rectificarea preliminară pentru separarea clorurilor de tantal și niobiu de impuritățile însoțitoare; 2) rectificarea principală (producția de NbCb pur și concentrat de TaCb); 3) rectificarea fracțiunii de tantal (producerea TaC15 pură).

Metoda de rectificare se caracterizează prin eficiență ridicată și eficiență a separării.

Caracteristici atomice. numărul atomic 73, masa atomica 180.948, 10,88 atomic volum U -6 m 3 / mol, raza atomică de 0,146 nm, raza de ioni Ta 5+ 0.066 nm. Ta 4 + 0,077 nm, Ta2 + 0,088 nm. Configurarea curenților de electroni externi 5d 3 6s 2. Potențialele de ionizare J (eV): 7,7; 16.2; 22. Electronegativitate 1.5. tal bronz natural constă în izotop stabil 131 Ta (99,9877 ° / o) n radioactiv 180 Ta (0,0123 ° / o), cu un timp de înjumătățire 12 octombrie ani.

Potențialul electrod normal al reacției este Ta-Seq = * Ta 6 + φ0 = -1,126B.

În compuși se manifestă stări de oxidare - 1, +1, +2, +3, 4 -4, + 5; cel mai tipic este +5. Echivalentul electrochimic de 0,3749 mg / CI.

Tantalul este cel mai rezistent la coroziune al tuturor metalelor neprețioase. Este stabilă în acizi clorhidric, sulfuric, nitric, fosforic și organic la toate concentrațiile până la 100-150 ° C. În acizii fierți clorhidric și sulfuric tantal are o rezistență mai mare decât niobiul. Tantalul este dizolvat în acid fluorhidric și este deosebit de intens într-un amestec de acizi fluorhidric și azotic,







În alcali tantal este mai puțin stabil. Soluțiile fierbinți de alcaline caustice corodează metalul ametic; în alcaline topite și santan tantal se oxidează rapid pentru a forma sarea de sodiu a acidului tantalic.

La temperatura normală, taitalul este rezistent la oxidare în aer. Când se încălzește la 200-300 ° C, o peliculă de oxid subțire aderă ferm la metalul de bază de pe suprafața sa. Reactivii chimici acționează asupra metalului numai în cazurile în care reacționează cu acest film sau îl penetrează. O calitate bună este aceea că filmul de oxid interferează cu fluxul de curent electric de la metal la electrolit, dacă titalul servește ca un anod. Peste 500 ° C, filmul de oxid devine poros, delaminat și predispus la separarea de metalul de bază.

O creștere a rezistenței tantalului la oxidare este posibilă fie prin modificarea (schimbarea structurii oxidului format pe metal) prin doparea cu elemente adecvate, fie prin împiedicarea sau cel puțin a încetinirii contactului oxigenului cu suprafața metalică. În ambele cazuri, este necesară utilizarea acoperirilor protectoare pe metalul de bază sau în aliaj.

Cu oxigen, tantalul formează o soluție solidă și oxidul Ta2 Q5. Cu o creștere a conținutului de oxigen în tantal la 1,5% (la.), Se produce o creștere de 5 ori a proprietăților de rezistență, cu o scădere puternică a ductilității și a rezistenței la coroziune. Oxigenul dizolvat este eliberat la o temperatură mai mare

2200 ° C în vid. Oxidul de tantal (V) Ta2 05 există în două modificări. Punctul de topire al Ta2 Os este de 1620 ° C (conform altor date, 1872 ° C). Ta2 05 are un caracter acid.

Tantalul reacționează slab la hidrogen sub 350 ° C; peste această temperatură, viteza de reacție crește până la aproximativ 450 ° C; La această temperatură, hidrogenul este absorbit la viteza maximă și, în plus, se formează un compus chimic - hidrura de temperatură joasă a tantalului (TaN). Hidrogenul absorbit dă metalului o fragilitate, dar când este încălzit într-un vid peste 800 ° C, hidrogenul este îndepărtat și proprietățile mecanice sunt restaurate.

Tantalul reacționează direct cu azotul pentru a forma trei faze: o soluție solidă de azot în tantal și nitruri Ta2N și TaN. Reacția începe la aproximativ 300 ° C, iar viteza sa crește odată cu creșterea temperaturii până la formarea TaN la -1100 ° C. Azotul absorbit de tantal este din nou eliberat în condiții de vid înalt la o temperatură de

Fluorul acționează asupra tantalului la temperatura camerei. Tantalul este complet inert față de acțiunea clorului, bromului și iodului umed și uscat până la 150 ° C. Efectul clorului începe la aproximativ 250 ° C și când

500 ° C, reacția are loc aproape instantaneu. În prezența vaporilor de apă, coroziunea cauzată de clor încetinește brusc. Bromul acționează asupra tan-tal la -300 ° C, iod - de exemplu, la aceeași temperatură; Ca rezultat, se formează, respectiv, TaBr5 și Talb.

Carbon și gazele cu conținut de carbon (de exemplu, CH4, CO) la SEASON Coy Temperatura 1200-1400 ° C, reacționează cu tantal pentru a forma un solid și refractare carburile Tác, care se topesc la 3880 ° C și sunt foarte rezistente la acizi.

Cu tantal de bor formează borurile TaB2. reprezentând compusul strâns-fuzibil și solid (g n l „3000 ° C), rezistent la OMS-acțiune de acid clorhidric și acid azotic și apă regală, dar lent, dar se descompune sub acțiunea acidului sulfuric fierbinte și acid fluorhidric, boruri de tantal disociază rapid în alcalii topite, carbonați, bisulfați și compuși de peroxid,

Cu siliciu, tantalul formează silicide, principala fiind disilicidul TaSi2. Acest compus are un punct de topire

2400 ° C, este rezistent la acțiunea acizilor minerali, dar se descompune sub influența acidului fluoric.

Cu multe metale cu atomi izomorf structura cristalină dimensiona apropiată de mărimea tantal atom, și la acesta strâns distanțate în elektrootritsatelnostn ​​rând, tantal formează o soluții solide continue. Aceste metale, în privat-IFPS includ niobiu, wolfram, molibden, vanadiu, B tntan și colab., Limited soluții și compuși metalici Forme de tantal cu aluminiu, beriliu, aur, siliciu, nichel, t. E. Metale solide care semnificativ diferite în mărime atomică și electronegativitatea de litiu, potasiu, sodiu, magneziu și alte elemente torymi-tantal, practic, nu formează nici un aliaj solid, soluții solide sau compuși.

Tantalul este un metal refractar din plastic, fiind potrivit pentru tratarea sub presiune prin toate metodele existente. tantal pur nagartovyvaetsya lent în timpul deformării plastice sub temperatura de recristalizare, ceea ce permite de a expune deformare la rece mare (95%), fără recoacere intermediară precisă-sertizare. Lingourile de tantal, supuse la deformare la rece pentru a produce foi, tije și fire, sunt pre-decojite pe un strung. Spre deosebire de metalele refractare din grupa VI, tantalul are o ductilitate suficientă la temperaturi scăzute până la -196 ° C.

La temperaturi de recoacere până la 1600 ° C dimensiunea granulelor rămâne practic neschimbată. Creșterea semnificativă a boabelor în timpul recoacerii tantalului deformat la rece se observă la 2400 ° C.

Principalul tip de tratament termic este recoacerea. Încălzirea pentru tratamentul termic se recomandă să fie efectuată numai în vid, deoarece tantalul absoarbe din gazele inerte impuritățile introducerii

unealtă din oțel de mare viteză, ascuțită cu colțuri din față și din spate semnificative, asigurând o rezistență ridicată a marginii de tăiere.

Îndepărtarea tantalului trebuie evitată ori de câte ori este posibil datorită tendinței sale de a șlefui roata de șlefuit, ceea ce duce la spărturi pe metal.

Tantalul este caracterizat de o bună sudabilitate. Sudarea prin fuziune a tantalului tehnic, realizată în condiții de protecție atentă față de gazele atmosferice, permite obținerea cusăturilor din plastic, care permit îndoirea până la 180 °.

Soluția de lipit de tantal se realizează fie în mediul nutritiv inert (argon, heliu) sau în vid.

Lipirea tantalului cu aliaje de argint poate fi realizată numai pe acoperiri placate din cupru, nichel sau argint.

Tantal împreună cu tungsten, molibden și niobiu denumite metale „Big Four“, cea mai promițătoare pentru a crea pe baza lor de temperaturi ridicate materiale structurale pentru avioane, rachete, nave spațiale, și așa mai departe. §. De obicei, tantal aliat cu W, Mo, V, Nb, Ti , Zr, Hf, Re, Cr, Cu și alte elemente.

Aproximativ 60-70% din tantal este utilizat în tehnologia electrovacuumului și în ingineria electrică pentru fabricarea echipamentelor de radiotelefonie, radar și radiografie.

Capacitatea mare de absorbție a gazelor de tantal este utilizată pentru a menține un vacuum profund în tuburi radio și alte dispozitive electrovacuum.

Tantal produc armăturilor este supus la căldură în exploatarea pro-cesiuni - anozi, grila, catozi indirect încălzite și Dru-Gia detaliile de tuburi electronice, in special tuburile de transmisie de mare putere

Recent, tantal a devenit important pentru producerea de condensatori electrolitici ca dispozitive de stocare pentru energie electrică, precum și pentru redresoare de curent. Conductoarele cu tantal miniatural sunt utilizate pe scară largă în emițătoare radio, instalații radar, mașini de numărare electronică și alte dispozitive.

În ingineria electrică, foile de tantal sunt utilizate pentru fabricarea încălzitoarelor pentru cuptoare de vid în condiții de temperatură ridicată.

Rezistența la coroziune în acizi tantal și alte medii în co-combinație cu conductivitate termică ridicată și ductilitate face material structural preț NYM pentru aparatul și în industria chimică Me-tallurgicheskih Tantal este utilizat pentru condensatori, încălzitoare, aparate de placare, mixere și alte piese .

Componentele carburilor din tantal fac parte din anumite tipuri de aliaje dure sinterizate, pe bază de carbură de tungsten, utilizate pentru tăierea oțelurilor.

Tantal a fost recunoscut ca un material protetic pentru chirurgia reconstructivă.

Tantal și aliajele sale sunt utilizate pe scară largă în ingineria energetică nucleară și tehnologia spațială. Este, de asemenea, utilizat pentru fabricarea de matrițe în producția de viscoză, scuturi tantal căldură, instrumente de inspecție, diafragme și mecanisme complexe, în care rezistența la coroziune este deosebit de importantă. Creuzetele tantalului sunt folosite în purificarea elementelor de pământuri rare. Tantal cu tungsten și molibden este, de asemenea, folosit ca unul dintre elementele pentru măsurarea temperaturilor peste 2273 K.

În unele cazuri, tantal înlocuiește tungstenul și aliajele de tungsten pentru producerea de contragreutăți în mecanismele de control ale avioanelor și rachetelor.







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: