Обзор тантала
Текстура тантала очень твёрдая, температура плавления достигает 2996 °C, уступая только углероду, вольфраму, рению и осмию. Тантал податлив, и его можно вытянуть в тонкую фольгу. Его коэффициент теплового расширения очень мал. Кроме того, он обладает высокой прочностью.
Физические свойства
Химические свойства
Он также обладает превосходными химическими свойствами и чрезвычайно устойчив к коррозии. Тантал не реагирует с соляной кислотой, концентрированной азотной кислотой и «царской водкой» как в холодных, так и в горячих условиях. Тантал разъедает концентрированная серная кислота только при температуре выше 150°С. Однако тантал быстро растворяется в смеси плавиковой и азотной кислот и может растворяться в плавиковой кислоте. Можно сказать, что тантал — один из наиболее химически стабильных металлов при температуре ниже 150 °С.
Как используется тантал
Тантал можно использовать для изготовления танталовых мишеней для напыления, испарительных сосудов, а также трубок, выпрямителей и электролитических конденсаторов. Танталовая мишень для распыления образует стабильную анодированную пленку в кислом электролите. Электролитический конденсатор из тантала обладает преимуществами большой емкости, небольшого размера и хорошей надежности. Танталовые конденсаторы являются одним из наиболее важных видов использования тантала, составляя около 2/3 от всего использования тантала. Тантал также является материалом для изготовления электронно-эмитирующих трубок и деталей мощных ламп. Антикоррозионное оборудование изготовленное из Тантала используется в химической промышленности, например, в производстве сильных кислот, брома и аммиака. Металлический тантал может быть использован в качестве конструкционного материала камеры сгорания авиационного двигателя. Тантал легко формуется, и его можно использовать в качестве опор, теплозащитных экранов, нагревателей и радиаторов в высокотемпературных вакуумных печах. Тантал также может использоваться в качестве ортопедических и хирургических материалов.
Получение тантала высокой чистоты
Химическая инертность и относительно невысокая цена тантала делают его хорошей альтернативой платине. Однако получить тантал высокой чистоты непросто, поскольку он всегда встречается вместе с ниобием в минеральных группах танталита, колумбита и колтана. Чтобы получить тантал высокой чистоты, существует несколько методов.
Термическое восстановление металла
Танталовый порошок можно получить методом термического восстановления металла (термического восстановления натрия). Флуотанталат калия восстанавливают металлическим натрием в инертной атмосфере: K2TaF7 + 5Na-→Ta+5NaF+2KF. Реакцию проводили в резервуаре из нержавеющей стали, и реакция быстро завершалась при повышении температуры до 900°С. Порошок, полученный этим методом, имеет неправильную форму зерен и мелкий размер частиц и пригоден для изготовления танталовых конденсаторов.
Электролиз расплавленных солей
В качестве электролита используют расплавленную соль смеси фторантимоната калия, фторида калия и хлорида калия, в которой растворяют пятиокись тантала (Ta2O5) и подвергают электролизу при 750 °С. Этим методом можно получить порошок висмута чистотой от 99,8 до 99,9%.
Карботермическое восстановление
Тантал также можно получить карботермическим восстановлением Та2О5. Восстановление обычно проводят в два этапа: сначала смесь определенного соотношения Та2О5 и углерода превращают в карбид тантала (ТаС) при температуре от 1800 до 2000°С в атмосфере водорода. Затем TaC и Ta2O5 смешивают в определенном соотношении и восстанавливают до тантала в вакууме.
Термическое разложение или водородное восстановление хлорида
Тантал также можно получить термическим разложением или восстановлением хлорида водородом. Тигель из плотного металла можно приготовить с помощью вакуумной дуги, электронного луча, плазменно-лучевой плавки или порошковой металлургии.