Tantaalkristallvõre. Tantaal - rakendus

Tantaal on eriline metall, mis kuulub üllasse rühma. See avastati juba 1802. aastal, kuid seda peetakse nooreks elemendiks. Vaatamata haruldusele kasutatakse seda laialdaselt mitte ainult ehete valmistamisel, vaid ka tööstuses. Eriti levinud on see elektroonikas – peaaegu iga seade sisaldab seda.

Selle metalli massiline kasutamine algas eelmise sajandi 40ndatel ja jätkub tänapäevani. See saavutas oma populaarsuse tänu suurenenud tugevusomadustele. Lisaks on sellel palju ainulaadseid füüsikalisi ja keemilisi omadusi.

Füüsikalised ja keemilised omadused

Selle metalli füüsikaliste omaduste hulgas tuleks esile tõsta kõrget sulamistemperatuuri, mis on 3017 kraadi Celsiuse järgi, mis eristab seda paljudest analoogidest. Tänu sellele kasutatakse seda piirkondades, kus on vaja suuremat vastupidavust ekstreemsetele tingimustele. Samas kuuluvad tantaali omaduste hulka plastilisus ja kõvadus, mille kombinatsioon on looduses üsna haruldane.

Tantaali sulamistemperatuur on 3017 °C.

Tantaali ülalmainitud omadused võimaldavad teil metalli ilma suurema vaevata töödelda ning luua vajalikke kujundeid ja suurusi. Aatomi eriline struktuur on väga oluline kõrgendatud vastutusvõimega struktuuride osade ja mehhanismide loomisel. Tantaal sobib hästi sepistamiseks ja valtsimiseks. Sel juhul saab edukalt kasutada ka külmdeformatsiooni meetodit. Esile tuleks tõsta kõrge soojusjuhtivus.

Tänu suurele tihedusele saab metallist toota väikeseid hammasrattaid ja elektriseadmete detaile, mis on kulumiskindlad ja ei rikne pikaajalisel kasutamisel.

Mõnel juhul kasutatakse seda gaasiabsorberina. Esile tuleks tõsta elektrooniline konfiguratsioon: metallil on normaalses olekus ja kõrgetel temperatuuridel erinevad elektrijuhtivusomadused.

Tantaaldetaile saab ühendada jootmise, keevitamise või neetimise teel. Kõige sagedamini kasutatakse keevitusmeetodit, kuna keevisõmbluse kvaliteeti iseloomustab kõrge tugevus ja vastupidavus füüsilisele pingele.

Keemiliste omaduste hulgas tasub esile tõsta selle kõrget oksüdatsiooni- ja leeliskindlust. Kuid sulades on see osaliselt leelisetundlik. Oksüdatsioon on võimatu temperatuuril alla 250 kraadi.

Selle metalli keemilised omadused on väga sarnased klaasiga. Seda on peaaegu võimatu happes lahustada, välja arvatud juhul, kui kasutate vesinikfluoriid- ja lämmastikhapet. Isegi kokkupuude väävelhappega ei mõjuta metalli struktuuri ja kuju. Pinnale võib tekkida ainult väike kile. Samuti ei hävine see pikaajalisel mereveega kokkupuutel.

Tantaali esinemine ja tootmine

Tantaal kui keemiline element on looduses väga haruldane, moodustades vaid 0,0002% maakoorest. Seda leidub väga harva puhtal kujul, kõige sagedamini mitmesuguste mineraalide koostises, teise metalli - nioobiumi - läheduses.

Selle elemendi hoiuseid leidub paljudes riikides. Suuri maardlaid leidub Prantsusmaal, Egiptuses, Hiinas ja Tais. Kuid selle elemendi suurimad leiukohad on Austraalias. Tantaali kaevandatakse aastas üle 400 tonni. Samal ajal kasvab vajadus selle kasutamise järele pidevalt, mis on seotud seda metalli kasutades toodetavate elektriseadmete mahu suurenemisega. Sellest lähtuvalt toimub pidev uute maardlate areng.

Meie riigis on tantaali tootmine koondunud Solikamski magneesiumitehasesse. Metall saadakse pärast lopariidikontsentraatide töötlemist. Teistes riikides kasutatakse ka muid mineraale, näiteks rutiili, struveriiti, tantaliiti ja kolumbiiti.

Suurimad selle metalli tootjad maailmas on USA, Jaapan ja Hiina. Ülemaailmsete tootjate arv ei ületa 40 ettevõtet. Maksumus - alates 1000 dollarist kilogrammi kohta.

Tantaalipõhised sulamid

Tänu oma erilistele füüsikalistele omadustele kasutatakse seda metalli puhtal kujul tööstuses väga sageli. Tugevuse ja kõrgete temperatuuride vastupidavuse suurendamiseks võib aga kasutada sellel põhinevaid sulameid ning lisada sobivaid legeerivaid komponente.

Tantaalisulamid võivad jääda tahkeks temperatuuril umbes 1700 kraadi. See on vajalik tantaaliühendite kasutamisel energeetikas, keemiatööstuses, ülitäpsete instrumentide tootmisel ja metallurgias. Väga sageli kasutatakse kosmoserakettide ehitamisel erinevaid sulameid.

Kasutatavate legeerivate komponentide tüüp sõltub nõutavatest lõppomadustest. Töö kvaliteedi parandamiseks kasutatakse elemente, mis annavad sulamile paremad elastsuse omadused.

Tuleb märkida, et väga sageli kasutatakse tantaali sulamites mitte alusena, vaid legeeriva komponendina. Selle lisamine erinevatele materjalidele võimaldab suurendada vastupidavust kõrgetele temperatuuridele ja korrosioonile.

Tantaalkondensaatori ahel

Tantaal TAV-10 on sellel metallil põhinev laialdaselt kasutatav sulam. Seda toodetakse volframi lisamisega, mille kogus on umbes 10%. Selle tulemuseks on parema kuumakindlusega materjal. Seda kasutatakse kütteelementide tootmiseks ja meditsiinilistel eesmärkidel, kuna selle komponendid ei ärrita inimese nahka.

Tantaali rakendused

Tantaali kasutamine ei piirdu ühe valdkonnaga. Tasub esile tuua valdkonnad, kus tantaalitooteid kõige laialdasemalt kasutatakse:

1. Metallurgia. Peaaegu pool sellest metallist kasutatakse metallurgiatööstuses. See on tingitud asjaolust, et seda on lihtne kasutada mitmesuguste sulamite, eriti kõrgetele temperatuuridele vastupidavate korrosioonivastaste teraste klasside valmistamiseks. Tantaaltraati kasutatakse erinevates valdkondades, kus on vaja suurendada tugevust ja kuumakindlust. Tantaalkarbiidi kasutatakse laialdaselt ka tulekindlate metallide tiiglite tootmisel.
2. Elektrotehnika. Umbes 25% kasutatakse elektrotehnika ja elektriseadmete tootmisel. Seda elementi kasutavaid kondensaatoreid iseloomustab suurenenud töö stabiilsus. Veelgi enam, kondensaatori pinna hävimise korral moodustub tantaaloksiidi kile, mis kaitseb seda. Samuti peaksite esile tõstma selliseid elemente nagu anoodid, katoodid, lambid ja muud metallosad, mida samuti toodetakse selle baasil.
3. Keemiatööstus. Viiendik toodetud mahust kasutatakse keemiatööstuses. See on tingitud asjaolust, et see on vastupidav enamikule hapetele, sooladele ja leelistele.
4. Ravim. Tantaali kasutatakse meditsiinis sellistes tööstusharudes nagu luu- ja plastiline kirurgia. Sellest materjalist valmistatud elemente kasutatakse luude kinnitamiseks, et saavutada suurem tugevus ilma orgaanilisi kudesid ärritamata.
5. Sõjaline sfäär. Sõjalises sfääris toodetakse tantalist sihtmärke ja kumulatiivsete mürskude kestasid.
6. Instrumentatsioon. Seda metalli kasutatakse täppisinstrumentide, juhtimisseadmete ja erinevate membraanide, aga ka vaakuminstrumentide tootmiseks, kuna seda eristab gaasi neeldumisomadus.
7. Tuumaenergia. Selles piirkonnas toimib metall soojusvahetina.

Tuleb märkida, et tantaali kasutusala piirab ainult selle väike tootmismaht. Kui tootmismaht suureneb, laieneb rakendusala oluliselt.

Tantaal- kergelt sinaka varjundiga helehall metall. Tulekindluse poolest (sulamistemperatuur umbes 3000 °C) on see volframi ja reeniumi järel teisel kohal. Kõrge tugevus ja kõvadus on ühendatud suurepäraste plastiliste omadustega. Puhas tantaal sobib hästi mitmesuguseks mehaaniliseks töötlemiseks, seda on lihtne tembeldada ja töödelda kõige õhemateks lehtedeks (paksus umbes 0,04 millimeetrit) ja traadiks.

Tantaalil on kehakeskne kuupvõre (a = 3,296 Å); aatomiraadius 1,46 Å, ioonraadiused Ta 2+ 0,88 Å, Ta 5+ 0,66 Å; tihedus 16,6 g/cm3 20 °C juures; t pl 2996 °C; Kipi temperatuur 5300 °C; erisoojusvõimsus 0-100°C juures 0,142 kJ/(kg K); soojusjuhtivus 20-100 °C juures 54,47 W/(m K). Temperatuuri lineaarpaisumise koefitsient 8,0·10 -6 (20-1500 °C); elektriline eritakistus temperatuuril 0 °C 13,2·10 -8 oomi·m, temperatuuril 2000 °С 87·10 -8 oomi·m.

Temperatuuril 4,38 K muutub see ülijuhiks. Tantaal on paramagnetiline, spetsiifiline magnetiline vastuvõtlikkus 0,849·10 -6 (18 °C). Puhas tantaal on plastiline metall, mida saab külmas surve all töödelda ilma olulise kõvenemiseta. Seda saab deformeerida 99% redutseerimismääraga ilma vahepealse lõõmutamiseta. Tantaali üleminekut plastilisest olekust rabedaks jahutamisel temperatuurini -196 °C ei tuvastatud.

Tantaali elastsusmoodul on 25 °C juures 190 H/m 2 (190·10 2 kgf/mm 2). Lõõmutatud kõrge puhtusastmega tantaali tõmbetugevus on 27 °C juures 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) ja 490 °C juures 190 MN/m2 (19 kgf/mm2); suhteline pikenemine 36% (27 °C) ja 20% (490 °C). Puhta ümberkristalliseeritud tantaali Brinelli kõvadus on 500 Mn/m2 (50 kgf/mm2). Tantaali omadused sõltuvad suuresti selle puhtusest; vesiniku, lämmastiku, hapniku ja süsiniku lisandid muudavad metalli hapraks.

Nutikas metall. See termin ilmus ärimaailma 20. sajandi keskel. Nutikaid metalle on kasutatud kõrgtehnoloogiliste materjalidena, mida kasutatakse elektroonikas ja robootikas. Tantaalist sai üks neist kõrgtehnoloogilistest metallidest. Tänapäeval on see lahutamatult seotud selliste mõistetega nagu satelliitside, pardasüsteemid ja telekommunikatsiooniseadmed.

Mis on tantaal? Ajaloolised faktid

Tantaali avastas esmakordselt 1802. aastal Rootsi teadlane A.G. Ekeberg kahe Rootsis ja Soomes leiduva mineraali koostises. Selle elemendi oksiid oli väga stabiilne ja isegi suur hulk hapet ei suutnud selle struktuuri hävitada. Teadlasele jäi mulje, et metalli ei saa happega küllastada. Ekeberg mäletas legendi kuningas Tantalusest, kes oli Zeusi poeg ega suutnud karistuse tõttu nälga ja janu kustutada. Tema kannatusi nimetati tantaalipiinaks.

Nii et teadlane, ükskõik kui kõvasti ta ka püüdis, ei suutnud oksiidist puhast metalli eraldada, mistõttu võrdles ta oma tööd tantaalijahuga. Ta andis keemilisele elemendile nimetuse tantaal ja nimetas seda metalli sisaldavat mineraali tantaliidiks. Alles 1903. aastal sai sakslane Bolton V. plastilise metalli tantaali puhtal kujul. Selle tööstuslik tootmine algas alles 1922. aastal. Esimene näide tantaali tööstuslikust tootmisest oli vaid tikupea suurune. Esimesena tootsid selle USA ja 1942. aastal käivitati tehas selle metalli tootmiseks.

Tantaali füüsikalised omadused

Mis on tantaal? hõbe-valge värv. Sellel olev vastupidav oksiidkile annab sellele pliiga sarnase välimuse. Metallil on kõrge tugevus ja kõvadus ning samal ajal elastsus. Oma elastsuse poolest võrreldakse seda kullaga.

Puhtal kujul allub see suurepäraselt mehaanilisele töötlemisele. Seda on lihtne tembeldada ja see rullub väga õhukeseks kuni 0,04 mm paksuseks kihiks. See toodab kvaliteetset traati. Tantaal, mis see on? See on tulekindel metall, mille sulamistemperatuur on ligikaudu 3000 kraadi. Selles omaduses ületavad seda ainult volfram ja reenium. Üks selle spetsiifilisi omadusi on selle kõrge soojusjuhtivus. Isegi sellele tekkiv oksiidkile ei vähenda seda omadust.

Keemilised omadused

Paljud orgaanilised ja anorgaanilised happed – perkloor-, väävel-, vesinikkloriid-, lämmastik- ja muud agressiivsed keskkonnad – ei põhjusta tantaali korrosiooni. Metall oksüdeerub kuumutamisel 200–300 kraadini ja oksiidkile alla tekib gaasiga küllastunud kiht. Tantaali nõrgad keemilised omadused ei lase sellel lahustuda isegi plaatinat ja kulda sulatavas vees.

Praktikas on tõestatud, et roostevaba teras on töötamise ajal vähem vastupidav ning nendest valmistatud osad kestavad oluliselt vähem aega kui tantaalist valmistatud tooted. Kõigist olemasolevatest hapetest suudab seda metalli lahustada ainult vesinikfluoriidhape.

Sulamid

Tantaali tugev vastupidavus hapetele võimaldab seda kasutada lisandina erinevatele metallkonstruktsioonide valmistamisel kasutatavatele sulamitele. Valtsitud toodete - traadi, ribade, lehtede, torude - tootmiseks kasutatakse tantaali ja hafniumi sulamit. Volframit ja tantaali kasutatakse erinevatel eesmärkidel lõiketerade valmistamiseks. Selliseid sulameid iseloomustavad:

• kõrge tugevus;
• suurenenud kõvadus;
• mitte oksüdeeruda;
• on kõrge abrasiivse vastupidavusega;
• on kulumiskindlad;
• neil on märkimisväärne viskoossus;
• tagavad tööriista lõikeserva suurepärase tugevuse.

Tantaali-volframi sulam, mis sisaldab 7% volframi, talub kuni 1900 kraadi temperatuuri. See äratab spetsialistide seas märkimisväärset huvi. Ja rakettmootorite düüsid on valmistatud tantaali sulamist, milles on 10% volframit. Kosmosetehnoloogias kasutatakse materjale, millel on hea soojusmahtuvus või tulekindlus, mistõttu kasutatakse selle valmistamiseks laialdaselt tantaalisulameid.

Vanametalli roll

Tantaalijäägid moodustavad olulise osa, kuni 30% turutarnetest kogumahust. Suurem osa metallist pärineb vanarauatest kondensaatoritest. Seetõttu sõltub selle tarnimine otseselt elektroonikatööstuse tegevusest.

Ja selle omakorda määravad globaalsed majandustingimused. Muud vanaraua allikad on kasutatud karbiidid. Vanametalli sulamid, mille põhielement on nikkel, sisaldavad ka tantaali. Tulevikus on tarbijajäätmed selle metalli oluliseks allikaks.

Tantaali kasutusalad

Metalli ennast ja selle sulameid kasutatakse tööstuses laialdaselt. Seda kasutatakse valmistamiseks:

• kuivad elektrolüütkondensaatorid;
• vaakumahjude küttekehad;
• kaudse kuumutuskatoodid;
• korrosioonivastased seadmed;
• tuumareaktorid;
• ülijuhid;
• suurenenud läbitungimisvõimega laskemoon;
• massistandardid, millel on suur täpsus;
• kõrge vastupidavusega lõikeriistad.

Metalli kõrge korrosioonikindlus aitab pikendada tantaalkondensaatorite kasutusiga elektroonikasüsteemides kuni 12 aastani.

Juveelitööstus kasutab seda metalli plaatina asemel kellakorpuste ja käevõrude valmistamiseks. Tantaalitooteid kasutatakse ka meditsiinitööstuses. Inimkeha ei lükka seda tagasi, seetõttu kasutatakse seda:

• plaadid kolju ja kõhuõõne jaoks;
• kirjaklambrid, mida kasutatakse anumate ühendamiseks;
• paksud niidid, mis asendavad kõõluseid;
• õhukesed niidid närvikiudude õmblemiseks.

GOST metall

Tantaali ja selle oksiidi GOST-i standardite kehtestamiseks on mitu meetodit, näiteks fotomeetriline ja spektraalne.

Spektraalmeetodil (GOST 18904.8) määratakse kaltsiumi, volframi, vase, koobalti, naatriumi ja molübdeeni lisandite sisaldus tantaalis ja selle oksiidis. Analüüsi tulemuseks on aritmeetiline keskmine, mis on saadud 2 erineva proovi määramisel.

Fotomeetriline meetod (GOST 18904.1) määrab volframi ja molübdeeni massiosa sisalduse tantaalis ja oksiidis. Sel juhul arvutatakse analüüsi tulemus 3 määramise aritmeetilise keskmisena, mis tehakse eraldi proovidest.

Tantaalimaardlad ja kaevandamine

Mis on tantaal? See on väga haruldane metall. Puhtal kujul seda praktiliselt ei täheldata. Seda võib leida mineraalides ja oma ühendite kujul. Mineraalides leidub seda alati koos nioobiumiga, mis on omadustelt väga sarnane tantaaliga. Tantaaliühendite ja mineraalidega maardlad asuvad paljudes riikides üle maailma.

Suurim asub Prantsusmaal. Selle metalli varud on Hiinas ja Tais suured. SRÜ riikides on hoiused palju väiksemad. Aastas toodetakse maailmas umbes 420 tonni tantaali. Peamised metalli töötlevad tehased asuvad Saksamaal ja USA-s. Seoses elektroonika kiire arenguga, milles tantaali kasutamine pole vähimgi tähtsus, on sellest haruldasest metallist puudus, mistõttu hakatakse otsima uusi maardlaid.

Tantaali hinnad

Suurem osa tantaalist ja see on kuni 60%, kulub selle kasutamisel umbes 20%. Selle haruldase metalli hinnad võivad kiiresti muutuda. Nõudlus selle järele kas taastub või langeb uuesti. Analüütikud ennustavad, et pakkumine ja nõudlus on lähiaastatel kõikuvad, sõltudes peamiselt majanduslikest teguritest.

Tantaali ligikaudne hind 1 kg kohta rublades Venemaa turul on:

• leht - 65 660;
• varrastes - 73 030;
• traat - 73 700.

Väljavaated

Üha enam inimesi hakkab seda nutikat metalli meditsiinitööstuses rekonstrueeriva kirurgia vajadusteks kasutama. Seda kasutatakse implantaatide valmistamiseks. Tantaallõnga kasutatakse lihaskoe asendamiseks, traati kasutatakse luude kinnitamiseks ja niitide õmblemiseks. Seoses maailma lennufirmade ulatusliku ümbervarustusega lennukitööstuse vajadusteks, kasvab see jätkuvalt. Lennundustööstuses kasutatakse sulameid lennukimootorite jaoks. Lisaks kasutatakse tantaali jätkuvalt aktiivselt arvutiseadmete tootmiseks: protsessorid, printerid.

Nõudlus selle metalli järele ei vähene ka keemiatööstuses. Seda kasutatakse laialdaselt kloori, vesinikperoksiidi ja paljude hapete tootmiseks. Keemiatehnika kasutab seda laialdaselt agressiivse keskkonnaga kokkupuutuvate seadmete valmistamisel. Metallurgiatööstus on jätkuvalt kõige tõsisem tantaalisulamite tarbija. Nõudlus selle järele kasvab ka tuumaenergeetikas, kus peamiselt kasutatakse soojusjuhtivust koos tantaali elastsuse ja kõvadusega.

Metallist tantaal avati üsna hiljuti, nimelt 1802. aastal. Rootsi keemikul A.G. oli õnn selle metalli avastada. Ekeberg. Kahte uut Skandinaaviamaadest leitud mineraali uurides selgus, et lisaks teadaolevatele elementidele sisaldasid need ka seni uurimata. Teadlane ei suutnud kunagi metalli puhtal kujul mineraalist eraldada, kuna sellega tekkisid suured raskused.

Sellega seoses sai uurimata metall nime Vana-Kreeka mütoloogiast pärit kangelase järgi ja mille järgi see on kirjutatud müüt Tantalusest. Pärast seda rohkem kui 40 aastat usuti, et tantaal ja nioobium- need on sama metall. Üks saksa keemik tõestas aga metallide erinevust ja pärast seda eraldas teine ​​sakslane tantaali puhtal kujul ja see juhtus alles 1903. aastal.

Valtsitud toodete seeriatootmine ja tantaali tooted sai alguse alles Teise maailmasõja ajal. Tänapäeval nimetatakse seda elementi nutikaks metalliks, kuna kiiresti arenev elektroonika ei saa ilma selleta hakkama.

Tantaali kirjeldus ja omadused

Tantaal on suure kõvaduse ja aatomitihedusega metall. Perioodilistes keemilistes elementides asub tantaal positsioonil 73. Maailmapraktikas on tavaks seda metalli tähistada kahe tähe kombinatsiooniga, nimelt Ta. Atmosfäärirõhul ja toatemperatuuril on tantaal iseloomulik hõbedaselt metalliline värvus. Metalli pinnale tekkiv oksiidkile annab sellele pliivärvi.

Tantaali element toatemperatuuril mitteaktiivne. Selle metalli pinna oksüdeerimine õhuga on võimalik ainult temperatuuril üle 280 kraadi. Tantaal reageerib halogeenidega 30 kraadi madalamal temperatuuril kui õhuga. Sel juhul moodustub pinnale kaitsekile, mis takistab oksüdeerivate elementide edasist tungimist metalli sügavusse.

Tantaali keemiline elementüsna kõrge sulamistemperatuuriga. Niisiis, see on 3290 K ja keemistemperatuur ulatub 5731 K-ni. Vaatamata suurele tihedusele (16,7 g/cm3) ja kõvadusele on see üsna plastiline. Plastilisuse poolest võib tantaali võrrelda. Puhta metalliga on väga lihtne ja mugav töötada.

Seda on lihtne töödelda, näiteks saab rullida 1-10 mikroni paksuseks. Samuti tuleb märkida, et tantaal on paramagnetiline. Selle metalli huvitav omadus hakkab ilmnema temperatuuril 800 kraadi: tantaal neelab 740 oma gaasimahust.

Maailma praktikas on juba mitmeid fakte, mis viitavad selle metalli suurepärasele vastupidavusele väga agressiivses keskkonnas. Näiteks on teada, et tantaali ei kahjusta isegi 70% lämmastikhape. Ka kuni 150 kraadine väävelhape ei too kaasa söövitavat hävimist, kuid juba 200 kraadi juures hakkab metall lahustuma kiirusega 0,006 mm/aastas.

Mõned tootmisfaktid näitavad ka, et tantaal on palju vastupidavam kui austeniitse roostevaba teras. Seetõttu on teada juhtum, kus tantaali osad kestis 20 aastat kauem kui roostevabast terasest osad.

Veel üks huvitav fakt on see, et tantaali kasutatakse kulla katalüütiliseks eraldamiseks. Sellest valmistatakse katoodid, millele omakorda ladestatakse väärismetall ja pestakse seejärel aqua regiaga maha. Samal ajal jäävad katood ja tantaal oma suurepärase hapete vastupidavuse tõttu puutumata.

Tantaali rakendused

Kaua aega tagasi kasutati seda metalli hõõglampide hõõgniitide tootmiseks. Täna tantaali ja tantaali sulamid kasutatakse järgmistes tööstusharudes ja toodetes:

— kuuma- ja korrosioonikindlate sulamite (näiteks lennukimootori osade) sulatamisel;

— keemiatööstuses korrosioonikindlate seadmete loomiseks;

— metallurgilises tootmises haruldaste muldmetallide tootmiseks;

— tuumareaktorite ehitamisel (tantaal on tseesiumiaurude suhtes kõige vastupidavam metall);

— tänu oma suurele biosobivusele kasutatakse tantaali meditsiiniliste implantaatide ja proteeside valmistamiseks;

- ülijuhtide tootmiseks - krüotronid (need on arvutitehnoloogia elemendid);

- kasutatakse sõjatööstuses kestade valmistamiseks. Selle metalli kasutamine suurendab laskemoona läbitungimisvõimet;

- tantaalist valmistatakse tõhusamad madalpingekondensaatorid;

- Hiljuti on tantaal ettevõtluses kindlalt juurdunud. See on tingitud metalli võimest moodustada pinnale tugevaid oksiidkilesid, mis võivad olla erinevat värvi ja tooni;

- suur hulk tantaali modifikatsioonid koguneb tuumareaktoritesse. Laboratoorsetel või sõjalistel eesmärkidel võib seda metalli modifikatsiooni kasutada gammakiirguse allikana;

— seda metalli kasutatakse põhilisena (pärast plaatinat) suurema täpsusega massistandardite valmistamisel;

- mõni intermetalliline tantaaliühendid neil on väga kõrge kõvadus ja tugevus, samuti suurenenud vastupidavus oksüdatsioonile. Neid ühendeid kasutatakse lennu- ja kosmosetööstuses;

— tantaalkarbiide kasutatakse suurenenud punase vastupanuvõimega lõikeriistade valmistamiseks. Tööriist saadakse karbiidipulbrite segu paagutamisel. Neid tööriistu kasutatakse väga rasketes tingimustes, näiteks löökpuurimisel;

- viievalentne tantaaloksiid vajalik klaasi keevitamiseks tuumatehnoloogias.

Tantaalimaardlad ja kaevandamine

Tantaal on haruldane metall. Selle kogus maakoores on vaid 0,0002%. See kogus sisaldab metalli kahte modifikatsiooni: stabiilset ja radioaktiivset. See haruldane metall esineb oma ühendite kujul ja on osa paljudest mineraalidest. Kui tantaali sisaldub mineraalis, on see alati koos nioobiumiga.

Tantaaliühendite ladestused ja mineraale leidub paljudes riikides. Selle elemendi suurim leiukoht Euroopas asub Prantsusmaal. Aafrika mandril on kõige rohkem tantaali Egiptuses. Ka Hiinas ja Tais on selle metalli suured varud. Väiksemad hoiused asuvad SRÜs, Nigeerias, Kanadas, Austraalias ja teistes riikides. Suurimad seni avastatud maardlad on aga Austraalias.

Aastas kaevandatakse maailmas umbes 420 tonni tantaali. Selle metalli peamised töötlemistehased asuvad USA-s ja Saksamaal. Väärib märkimist, et rahvusvaheline üldsus deklareerib vajadust suurendada selle haruldase metalli tootmist. Sellised väited on eelkõige seotud elektroonika tootmise kasvuga, milles seda elementi intensiivselt kasutatakse.

Seega arendatud põldude arv kasvab iga aastaga. Näiteks maailma peamiste arenguvaldkondade hulka lisandus kohti Brasiilias, USA-s ja Lõuna-Aafrikas. Siiski väärib märkimist, et viimase 10 aasta jooksul on olnud intensiivne tantaali tootmise vähenemine. 21. sajandi madalaim tootmisnäitaja oli 2010. aastal.

Tantaali hind

Tantaali hind on viimase 15 aasta jooksul kõvasti kõikunud. Niisiis, aastatel 2002-2003 osta tantaali see oli võimalik madalaima hinnaga. Sel aastal tantaali hind kõikus vahemikus 340–375 dollarit kilogrammi kohta. Venemaal saab täna osta tantaal, hind mis on 2950 rubla kilogrammi kohta.

Tükkide ja pulbrina esineva tantaali omaduste erinevus on nii suur, et tundub, nagu oleks tegemist kahe erineva metalliga. Kuumutamisel interakteerub pulber üsna jõuliselt hapnikuga (280°C):

4Ta+5O2 = 2Ta2O5,

halogeenidega (250–300 °C):

2Ta + 5Cl2 = 2TaCl5,

ja isegi lämmastikuga (kuumutamisel temperatuurini 600 o C lämmastikuvoolus):

Tantaalmetall on stabiilne enamikus agressiivsetes keskkondades. Ükski happed ja isegi aqua regia ei mõjuta seda. Ainus erand on vesinikfluoriidhape H2F2, kuid selle põhjuseks on fluoriioonide olemasolu selles. Isegi leelissulatel on sellele väga nõrk mõju.

Tantaalmetalli stabiilsuse saladus seisneb selles, et selle pinnal on alati õhuke, kuid väga tugev Ta2O5 oksiidi kile. Kui aine või ühend võib selle kilega interakteeruda või sellest läbi tungida, hävitab see metalli ja kui ei, siis säilitab tantaal oma "immutamatuse". Destruktiivsete omadustega reaktiivid on: fluorioonid, vääveloksiid (VI) ja isegi leelissulamid. Sama kile takistab elektrivoolu voolamist metallist lahusesse elektrolüüsi ajal (kui tantaalelektrood toimib anoodina). Seetõttu kasutatakse tantaali elektroonikatehnoloogias voolualaldi tootmiseks.

Hapniku ja lämmastiku puudumisel on tantaal vastupidav paljudele vedelatele metallidele. Deoksüdeeritud metalliline naatrium ei mõjuta seda isegi 1200 °C juures, magneesium ja sulamid - uraanmagneesium ja plutoonium-magneesium - temperatuuril 1150 °C. See võimaldab tantaali kasutada tuumareaktorite teatud osade valmistamiseks.

Tantaal on võimeline absorbeerima üsna märkimisväärses koguses (kuni 1%) vesinikku, hapnikku ja lämmastikku. Toimub protsess, mida nimetatakse absorptsiooniks - nähtus, kus aine imendub kogu absorbendi mahus ilma tugevate ühendite moodustumiseta. See protsess on pöörduv. Metalli kuumutamisel vaakumis temperatuuril 600 °C vabaneb neeldunud vesinik täielikult. Vesiniku mõjul rabedaks muudetud metall saab tagasi oma endised mehaanilised omadused. Tantaali omadust gaase lahustada kasutatakse siis, kui seda lisatakse terase lisandina.

Kell. Kõrgendatud temperatuuridel tekivad ühendid. 500 °C juures võivad olla Ta2H või TaH hüdriidid, olenevalt vesiniku sisaldusest metallis. Üle 600 - 700°C ilmub hapnikuga suhtlemisel ligikaudu samal temperatuuril Ta2O5 oksiid, tekib reaktsioon lämmastikuga - ilmub tantaalnitriid TaN. Süsinik kõrgel temperatuuril (1200-1400°C) ühineb tantaaliga, andes TaC - tulekindla ja kõva karbiidi.

Sulatatud leelistes oksüdeerub tantaal tantaalhappe sooladeks, mida võib pigem pidada seguoksiidideks 4Na2O .

3Ta2O5 .

25H2O; 4K2O .

3Ta2O5 .

16H2O. Tantaal lahustub vesinikfluoriidhappes, moodustades [TaF6]-, 2-, 3-tüüpi fluoriidkompleksid. Kuna kompleksid on ebastabiilsed ja hüdrolüüsivad, sisaldab lahus komplekse – hüdrolüüsiprodukte [TaOF5]2-, 3-.

Jood
IOD (lat. Joodium), I on Mendelejevi perioodilise süsteemi VII rühma keemiline element, kuulub halogeenide hulka (kirjanduses leidub ka sümbolit J); aatomnumber 53, aatommass 126, ...