鉭(tan)(Tantalum)是一種金(jin)屬元(yuan)素,原(yuan)子序數為(wei)73,化(hua)學(xue)符號Ta,元(yuan)素對應的(de)單質為(wei)鋼灰色金(jin)屬。
鉭主(zhu)要存在于鉭鐵(tie)礦中,同鈮(ni)共(gong)生。鉭的(de)硬度適中,富有(you)延展性(xing),可以拉成細絲式制薄箔(bo)。其熱膨脹系數很小。鉭有(you)非常(chang)出色的(de)化(hua)(hua)學性(xing)質,具有(you)極高的(de)抗腐蝕性(xing),無論是在冷和熱的(de)條件下(xia),與(yu)鹽酸、濃硝(xiao)酸及王水(shui)都不反應(ying)。可用來(lai)制造蒸發器皿等,也可做(zuo)電(dian)子管的(de)電(dian)極、整流器、電(dian)解電(dian)容。醫療(liao)上用來(lai)制成薄片(pian)或細線,縫補破壞的(de)組(zu)織。雖然(ran)鉭的(de)抗腐蝕性(xing)很強,但是其抗腐蝕性(xing)是由于表面生成穩定的(de)五氧(yang)化(hua)(hua)二鉭(Ta2O5)保(bao)護(hu)膜(mo)。
1802年,瑞典化(hua)學家(jia)安德斯(si)(si)(si)·古斯(si)(si)(si)塔夫(fu)·埃克伯格(A.G.Ekaberg,1767~1813)在分析斯(si)(si)(si)堪的(de)(de)那維亞(ya)半(ban)島(dao)的(de)(de)一種礦物(鈮(ni)鉭礦)時,使它們的(de)(de)酸(suan)生(sheng)成氟(fu)化(hua)復鹽(yan)后,進行再結晶,從(cong)而發現(xian)了(le)新(xin)元(yuan)素(su),他(ta)參照希臘神(shen)話(hua)中宙(zhou)斯(si)(si)(si)神(shen)的(de)(de)兒子坦塔拉斯(si)(si)(si)(Tantalus)的(de)(de)名字,將這個元(yuan)素(su)命名為Tantalum(鉭)。
由于鈮和鉭(tan)的性質非(fei)常相(xiang)(xiang)似,人們曾(ceng)一度認(ren)為(wei)它(ta)們是同一種元素。1809年(nian),英(ying)國化(hua)學家威廉·海德·沃拉斯頓(dun)(William Hyde Wollaston)對鈮和鉭(tan)的氧(yang)化(hua)物分(fen)別做了對比(bi),雖然得(de)出不同的密度值(zhi),但他認(ren)為(wei)兩(liang)者是完全相(xiang)(xiang)同的物質。
到1844年,德(de)國(guo)化(hua)學家羅(luo)塞(Heinrich Rose,1795~1864),駁斥鉭(tan)和(he)鈮(ni)是同(tong)種(zhong)元(yuan)素的結論(lun),并通過化(hua)學方法判明(ming)了它(ta)們是兩種(zhong)不同(tong)的元(yuan)素。他以希臘(la)神話中坦(tan)塔洛斯的女兒尼俄伯(Niobe,淚水女神)和(he)兒子(zi)珀羅(luo)普斯(Pelops)把這兩種(zhong)元(yuan)素分別命(ming)名為"Niobium"和(he)"Pelopium"。
1864年,克(ke)利(li)斯(si)蒂安·威廉·布隆斯(si)特蘭(Christian Wilhelm Blomstrand)、亨(heng)利(li)·愛丁(ding)·圣克(ke)萊爾(er)(er)·德維爾(er)(er)和路(lu)易·約瑟夫·特羅斯(si)特(Louis Joseph Troost)明確證明了(le)鉭(tan)和鈮是(shi)兩種不同的化學元素,并確定了(le)一些相關化合物的化學公式。
同年,德馬里尼亞在(zai)氫(qing)氣環境中加熱氯(lv)化(hua)鉭,從而經還(huan)原反(fan)應(ying)首次(ci)制成鉭金(jin)屬(shu)。早期煉成的鉭金(jin)屬(shu)都含有(you)較多的雜(za)質。Werner von Bolton在(zai)1903年首次(ci)制成純鉭金(jin)屬(shu)。
科學(xue)家最早使用分(fen)層(ceng)結晶法(fa)把鉭(七(qi)氟鉭酸(suan)鉀(jia))從鈮(一水合五氟氧鈮酸(suan)鉀(jia))中提(ti)取出來(lai)。這一方法(fa)由德馬里尼(ni)亞于1866年發現。今天科學(xue)家所用的(de)則是(shi)對(dui)含氟化(hua)物的(de)鉭溶(rong)液進行溶(rong)劑萃取法(fa)。
鉭(tan)雖然在19世紀(ji)初(chu)就已(yi)被發(fa)現了,但直到1903年(nian)才制出了金屬(shu)鉭(tan),1922年(nian)開始工(gong)(gong)業生產鉭(tan)。因此,世界鉭(tan)工(gong)(gong)業的發(fa)展始于20世紀(ji)20年(nian)代,中國(guo)鉭(tan)工(gong)(gong)業始于1956年(nian)。
美國(guo)是(shi)世(shi)(shi)界上最早開始生(sheng)產鉭(tan)的(de)(de)(de)國(guo)家(jia)(jia),1922年開始工業(ye)規(gui)模(mo)生(sheng)產金屬鉭(tan)。日(ri)本(ben)和其他資本(ben)主義國(guo)家(jia)(jia)均是(shi)從20世(shi)(shi)紀50年代末(mo)或60年代初開始發(fa)(fa)展鉭(tan)工業(ye)的(de)(de)(de)。經(jing)過(guo)幾(ji)十(shi)年的(de)(de)(de)發(fa)(fa)展,世(shi)(shi)界鉭(tan)工業(ye)生(sheng)產已經(jing)達到了相當高(gao)的(de)(de)(de)水平。20世(shi)(shi)紀90年代以來,較(jiao)有規(gui)模(mo)的(de)(de)(de)鉭(tan)產品生(sheng)產企(qi)業(ye)有美國(guo)Cabot集(ji)(ji)團(美國(guo)Cabot、日(ri)本(ben)昭和Cabot)、德(de)國(guo)HCST集(ji)(ji)團(德(de)國(guo)HCST、美國(guo)NRC、日(ri)本(ben)V-Tech、泰(tai)國(guo)TTA)和中國(guo)寧夏東(dong)方鉭(tan)業(ye)股份有限公司三(san)大(da)集(ji)(ji)團,這三(san)大(da)集(ji)(ji)團生(sheng)產的(de)(de)(de)鉭(tan)產品占世(shi)(shi)界總(zong)量的(de)(de)(de)80%以上。國(guo)外鉭(tan)工業(ye)的(de)(de)(de)產品、工藝(yi)技(ji)術和裝備水平普遍都(dou)很高(gao),適應(ying)了世(shi)(shi)界科技(ji)高(gao)速發(fa)(fa)展的(de)(de)(de)需要(yao)。
中(zhong)(zhong)國(guo)鉭(tan)工業始于20世紀60年(nian)代(dai)。中(zhong)(zhong)國(guo)初期鉭(tan)冶(ye)(ye)煉(lian)(lian)、加工生(sheng)產(chan)規模、技術(shu)水平、產(chan)品(pin)檔(dang)次和(he)質量狀況與發達國(guo)家比較(jiao)相差甚遠。自90年(nian)代(dai),特別(bie)是1995年(nian)以來,中(zhong)(zhong)國(guo)鉭(tan)生(sheng)產(chan)應(ying)(ying)用呈現出(chu)快速(su)發展的(de)態勢,如今,中(zhong)(zhong)國(guo)鉭(tan)工業已實現了(le)“從(cong)小(xiao)到大、從(cong)軍到民、從(cong)內到外”的(de)轉變,形成了(le)世界唯一的(de)從(cong)采礦、冶(ye)(ye)煉(lian)(lian)、加工到應(ying)(ying)用的(de)工業體系(xi),高、中(zhong)(zhong)、低端產(chan)品(pin)全方位的(de)進入(ru)了(le)國(guo)際市場,中(zhong)(zhong)國(guo)成為世界鉭(tan)冶(ye)(ye)煉(lian)(lian)加工第(di)三強(qiang)國(guo),進入(ru)世界鉭(tan)工業大國(guo)的(de)行列。
化(hua)學(xue)符號Ta,鋼灰色金屬,在元素周(zhou)期表中(zhong)屬VB族,原子序(xu)數73,原子量180.9479,體(ti)心立方晶(jing)體(ti),常(chang)見化(hua)合價為+5。鉭(tan)(tan)的(de)(de)硬度較低,并與含氧量相(xiang)關,普通純(chun)鉭(tan)(tan),退火(huo)態的(de)(de)維(wei)氏硬度僅有140HV。它(ta)的(de)(de)熔點高達2995℃,在單(dan)質中(zhong),僅次于碳,鎢,錸和鋨,位(wei)居(ju)第(di)五。鉭(tan)(tan)富有延(yan)展(zhan)性,可以(yi)拉(la)成細絲式制薄(bo)箔(bo)。其熱膨脹系(xi)數很小(xiao)。每升高一攝氏度只膨脹百(bai)萬分之六(liu)點六(liu)。除此之外(wai),它(ta)的(de)(de)韌(ren)性很強,比銅(tong)還(huan)要優(you)異。
CAS號 7440-25-7
元(yuan)素類別(bie) 過渡金屬元(yuan)素。
相(xiang)對原子質量 180.94788(12C=12.0000)
密度 16650kg/m3;16.654g/cm3
硬度 6.5
位置 第六周期,VB族(zu),d區(qu)
外(wai)觀(guan) 鋼灰色(se)金屬(shu)
電(dian)子排布 [Xe] 4f14 5d3 6s2
原子體積 10.90cm3/mol
元素在海水中的(de)含量 0.000002ppm
地殼(ke)中(zhong)含(han)量 1ppm
氧化(hua)態 +5(主(zhu)要),-3,-1,0,+1,+2,+3
晶(jing)(jing)體結構 晶(jing)(jing)胞為體心立方晶(jing)(jing)胞,每個晶(jing)(jing)胞含有2個金屬原子。
晶胞(bao)參數(shu) a = 330.13 pm
b = 330.13 pm
c = 330.13 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°
維(wei)氏硬度(電(dian)弧熔煉并冷作硬化)230HV
維氏硬度(再結晶退火)140HV
維氏硬(ying)度(經一次電子束(shu)熔煉)70HV
維(wei)氏(shi)硬度(經(jing)二(er)次電(dian)子束(shu)熔(rong)煉)45-55HV
熔點 2995℃
聲音在(zai)其中的傳播速率 3400m/s
電離能(kJ/mol) M-M+ 761
M+ - M2+ 1500
M2+ - M3+ 2100
M3+ - M4+ 3200
M4+ - M5+ 4300
發現人 1802年由瑞典化學家安德斯(si)·古斯(si)塔法·埃克博格發現。
鉭(tan)(tan)還有非常出色的(de)(de)(de)化(hua)(hua)學性質,具有極高的(de)(de)(de)抗(kang)腐(fu)蝕(shi)(shi)性,無論(lun)是在(zai)(zai)(zai)冷和(he)熱(re)的(de)(de)(de)條件下(xia),對鹽(yan)酸、濃(nong)(nong)硝酸及(ji)王水(shui)都不(bu)(bu)反應。但鉭(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)熱(re)的(de)(de)(de)濃(nong)(nong)硫(liu)(liu)酸中(zhong)(zhong)(zhong)能被(bei)腐(fu)蝕(shi)(shi),在(zai)(zai)(zai)150℃以(yi)(yi)下(xia),鉭(tan)(tan)不(bu)(bu)會(hui)被(bei)濃(nong)(nong)硫(liu)(liu)酸腐(fu)蝕(shi)(shi),只(zhi)(zhi)有在(zai)(zai)(zai)高于此溫(wen)度(du)(du)才會(hui)有反應,在(zai)(zai)(zai)175℃的(de)(de)(de)濃(nong)(nong)硫(liu)(liu)酸中(zhong)(zhong)(zhong)1年(nian)(nian)(nian),被(bei)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)厚度(du)(du)為(wei)(wei)0.0004毫(hao)(hao)米(mi),將鉭(tan)(tan)放入200℃的(de)(de)(de)硫(liu)(liu)酸中(zhong)(zhong)(zhong)浸(jin)泡一年(nian)(nian)(nian),表層(ceng)僅(jin)損傷0.006毫(hao)(hao)米(mi)。在(zai)(zai)(zai)250℃時,腐(fu)蝕(shi)(shi)速度(du)(du)有所增加,為(wei)(wei)每年(nian)(nian)(nian)被(bei)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)厚度(du)(du)為(wei)(wei)0.116毫(hao)(hao)米(mi),在(zai)(zai)(zai)300℃時,被(bei)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)速度(du)(du)則更(geng)(geng)加快(kuai),浸(jin)泡1年(nian)(nian)(nian),表面(mian)被(bei)腐(fu)蝕(shi)(shi)1.368毫(hao)(hao)米(mi)。在(zai)(zai)(zai)發(fa)煙硫(liu)(liu)酸(含15%的(de)(de)(de)SO3)腐(fu)蝕(shi)(shi)速度(du)(du)比濃(nong)(nong)硫(liu)(liu)酸中(zhong)(zhong)(zhong)更(geng)(geng)加嚴重(zhong),在(zai)(zai)(zai)130℃的(de)(de)(de)該溶液(ye)(ye)里(li)浸(jin)泡1年(nian)(nian)(nian),表面(mian)被(bei)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)厚度(du)(du)為(wei)(wei)15.6毫(hao)(hao)米(mi)。鉭(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)高溫(wen)下(xia)也會(hui)被(bei)磷酸腐(fu)蝕(shi)(shi),但該反應一般(ban)在(zai)(zai)(zai)150℃以(yi)(yi)上(shang)才發(fa)生,在(zai)(zai)(zai)250℃的(de)(de)(de)85%的(de)(de)(de)磷酸中(zhong)(zhong)(zhong),浸(jin)泡1年(nian)(nian)(nian),表面(mian)被(bei)腐(fu)蝕(shi)(shi)20毫(hao)(hao)米(mi),另外,鉭(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)氫(qing)氟(fu)酸和(he)硝酸的(de)(de)(de)混(hun)酸中(zhong)(zhong)(zhong)能迅速溶解,在(zai)(zai)(zai)氫(qing)氟(fu)酸中(zhong)(zhong)(zhong)也能被(bei)溶解。但是鉭(tan)(tan)更(geng)(geng)害怕強堿(jian),在(zai)(zai)(zai)110℃ 40%濃(nong)(nong)度(du)(du)的(de)(de)(de)燒(shao)堿(jian)溶液(ye)(ye)里(li),鉭(tan)(tan)會(hui)被(bei)迅速溶解,在(zai)(zai)(zai)同樣濃(nong)(nong)度(du)(du)的(de)(de)(de)氫(qing)氧(yang)化(hua)(hua)鉀溶液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)(zhong),只(zhi)(zhi)要100℃就會(hui)被(bei)迅速溶解。除上(shang)面(mian)所述情況外,一般(ban)的(de)(de)(de)無機(ji)鹽(yan)在(zai)(zai)(zai)150℃以(yi)(yi)下(xia)一般(ban)不(bu)(bu)能腐(fu)蝕(shi)(shi)鉭(tan)(tan)。實驗證明,鉭(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)常溫(wen)下(xia),對堿(jian)溶液(ye)(ye)、氯氣、溴水(shui)、稀硫(liu)(liu)酸以(yi)(yi)及(ji)其他許多藥劑均不(bu)(bu)起作用,僅(jin)在(zai)(zai)(zai)氫(qing)氟(fu)酸和(he)熱(re)濃(nong)(nong)硫(liu)(liu)酸作用下(xia)有所反應。這(zhe)樣的(de)(de)(de)情況在(zai)(zai)(zai)金屬中(zhong)(zhong)(zhong)是比較罕見的(de)(de)(de)。
但高溫(wen)下(xia),鉭表(biao)面的(de)氧化(hua)(hua)膜被破壞,因此能(neng)(neng)與多種(zhong)物質反(fan)應,常溫(wen)下(xia)鉭能(neng)(neng)與氟反(fan)應。在(zai)(zai)150℃時,鉭對氯(lv)溴(xiu)碘均(jun)呈(cheng)惰性(xing),在(zai)(zai)250℃時,鉭對干(gan)燥的(de)氯(lv)氣仍然有(you)抗腐蝕能(neng)(neng)力,在(zai)(zai)含有(you)水蒸(zheng)氣的(de)氯(lv)氣中加熱到400℃,仍然能(neng)(neng)保持(chi)光(guang)亮(liang),在(zai)(zai)500℃則開始被腐蝕,在(zai)(zai)300℃以上鉭與溴(xiu)反(fan)應,對碘蒸(zheng)汽則當溫(wen)度達(da)到赤熱之前均(jun)呈(cheng)惰性(xing)。氯(lv)化(hua)(hua)氫在(zai)(zai)410℃時和鉭反(fan)應,生產五氯(lv)化(hua)(hua)物,溴(xiu)化(hua)(hua)氫則在(zai)(zai)375℃與鉭反(fan)應。當加熱到200℃或者更低的(de)溫(wen)度下(xia),硫能(neng)(neng)與Ta作用,碳及烴類(lei)在(zai)(zai)800-1100℃與鉭作用。
元(yuan)素命名(ming) 埃(ai)克博(bo)格根據(ju)古希臘(la)神話中(zhong)中(zhong)第(di)比(bi)斯城皇(huang)后尼奧比(bi)的父親坦(tan)塔羅斯的名(ming)字命名(ming)了該元(yuan)素。
來源 主要存在于鉭(tan)鐵(tie)礦(kuang)中,同鈮(ni)共生(sheng)。
鉭(tan)的主(zhu)(zhu)要吸收線及其(qi)主(zhu)(zhu)要參數
λ/nm f W F S* CL G
271.5 0.055 0.2 N-A 30 1
260.9(D) 0.2 N-A 23 2.1
265.7 0.2 N-A 2.5
293.4 0.2 N-A 2.5
255.9 0.2 N-A 2.5
264.8 0.2 N-A x
265.3 0.2 N-A 2.7
269.8 0.2 N-A 2.7
275.8 0.2 N-A 3.1
277.6 0.2 N-A 58
λ:波長
f:振子強度
W:單色(se)器光譜通帶
N-A(氧化亞(ya)氮-乙炔(gui)焰)
S*:元(yuan)素的特征濃度(du)(1%吸收靈敏度(du))
CL:元(yuan)素的檢測(ce)極限
R·S:同一元素主要吸收線間的相對靈(ling)敏度
F:火焰類型
鉭的(de)線脹(zhang)系數在0~100℃之間為6.5×10-6K-1,超導(dao)轉變臨界溫(wen)度為4.38K,原子的(de)熱(re)中子吸收截面為21.3靶(ba)恩。
在(zai)(zai)低于(yu)150℃的條件下(xia)鉭(tan)(tan)(tan)是化(hua)(hua)(hua)學性質(zhi)最穩(wen)定的金屬(shu)(shu)之一。與鉭(tan)(tan)(tan)能(neng)起(qi)反(fan)(fan)應的只有氟(fu)、氫氟(fu)酸、含氟(fu)離子(zi)的酸性溶(rong)液和(he)(he)三(san)(san)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)硫。在(zai)(zai)室(shi)溫(wen)下(xia)與濃堿溶(rong)液反(fan)(fan)應,并且溶(rong)于(yu)熔融堿中(zhong)(zhong)。致(zhi)密的鉭(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)200℃開始輕微氧(yang)化(hua)(hua)(hua),在(zai)(zai)280℃時明顯氧(yang)化(hua)(hua)(hua)。鉭(tan)(tan)(tan)有多種(zhong)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu),最穩(wen)定的是五氧(yang)化(hua)(hua)(hua)二鉭(tan)(tan)(tan)(Ta2O5)。鉭(tan)(tan)(tan)和(he)(he)氫在(zai)(zai)250℃以上生成(cheng)脆(cui)性固(gu)溶(rong)體和(he)(he)金屬(shu)(shu)氫化(hua)(hua)(hua)物(wu)如Ta2H、TaH、TaH2、TaH3。在(zai)(zai)800~1200℃的真空下(xia),氫從(cong)鉭(tan)(tan)(tan)中(zhong)(zhong)析出(chu)鉭(tan)(tan)(tan)又恢復塑性。鉭(tan)(tan)(tan)和(he)(he)氮(dan)在(zai)(zai)300℃左右開始反(fan)(fan)應生成(cheng)固(gu)溶(rong)體和(he)(he)氮(dan)化(hua)(hua)(hua)合物(wu);在(zai)(zai)高(gao)于(yu)2000℃和(he)(he)高(gao)真空下(xia),被吸收的氮(dan)又從(cong)鉭(tan)(tan)(tan)中(zhong)(zhong)析出(chu)。鉭(tan)(tan)(tan)與碳在(zai)(zai)高(gao)于(yu)2800℃下(xia)以三(san)(san)種(zhong)物(wu)相存在(zai)(zai):碳鉭(tan)(tan)(tan)固(gu)溶(rong)體、低價碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)和(he)(he)高(gao)價碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)。鉭(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)室(shi)溫(wen)下(xia)能(neng)與氟(fu)反(fan)(fan)應,在(zai)(zai)高(gao)于(yu)250℃時能(neng)與其他(ta)鹵素反(fan)(fan)應,生成(cheng)鹵化(hua)(hua)(hua)物(wu)。
鉭(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)酸(suan)性電(dian)(dian)(dian)解液中(zhong)(zhong)形成穩定的(de)(de)(de)(de)(de)陽(yang)極氧(yang)化(hua)膜(mo),用(yong)(yong)(yong)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)制(zhi)(zhi)成的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)解電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi),具(ju)有容(rong)量大、體積小和(he)可(ke)靠性好等(deng)優(you)點(dian),制(zhi)(zhi)電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)是(shi)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)最重要用(yong)(yong)(yong)途,70年(nian)代末的(de)(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)量占鉭(tan)(tan)(tan)(tan)總用(yong)(yong)(yong)量2/3以上。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)也是(shi)制(zhi)(zhi)作電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)發(fa)(fa)射管、高功率電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)管零件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)腐蝕設(she)備用(yong)(yong)(yong)于(yu)生產強酸(suan)、溴、氨等(deng)化(hua)學工(gong)業(ye)(ye)。金(jin)屬(shu)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)可(ke)作飛機(ji)(ji)發(fa)(fa)動機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)燃燒室的(de)(de)(de)(de)(de)結構(gou)材(cai)(cai)(cai)料。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)鎢、鉭(tan)(tan)(tan)(tan)鎢鉿、鉭(tan)(tan)(tan)(tan)鉿合金(jin)用(yong)(yong)(yong)作火箭、導(dao)彈和(he)噴氣(qi)發(fa)(fa)動機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)熱高強材(cai)(cai)(cai)料以及控(kong)制(zhi)(zhi)和(he)調節(jie)裝備的(de)(de)(de)(de)(de)零件(jian)等(deng)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)易加(jia)工(gong)成形,在(zai)高溫真空(kong)爐(lu)中(zhong)(zhong)作支撐(cheng)附(fu)件(jian)、熱屏蔽、加(jia)熱器(qi)和(he)散熱片(pian)等(deng)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)可(ke)作骨科(ke)和(he)外(wai)科(ke)手術材(cai)(cai)(cai)料,例如用(yong)(yong)(yong)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)條(tiao)(tiao)替代人(ren)體中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)骨頭肌肉還會在(zai)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)條(tiao)(tiao)上生長,所以它(ta)有一(yi)個“親(qin)生物金(jin)屬(shu)”。碳化(hua)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)用(yong)(yong)(yong)于(yu)制(zhi)(zhi)造(zao)硬質合金(jin)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)硼化(hua)物、硅化(hua)物和(he)氮化(hua)物及其合金(jin)用(yong)(yong)(yong)作原子(zi)(zi)能工(gong)業(ye)(ye)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)釋熱元(yuan)件(jian)和(he)液態金(jin)屬(shu)包套材(cai)(cai)(cai)料。氧(yang)化(hua)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)用(yong)(yong)(yong)于(yu)制(zhi)(zhi)造(zao)高級光學玻璃和(he)催化(hua)劑。1981年(nian)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)美國各部(bu)門(men)的(de)(de)(de)(de)(de)消費比例約為:電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)元(yuan)件(jian)73%,機(ji)(ji)械工(gong)業(ye)(ye)19%,交通運輸6%,其他2%。
鉭(tan)(tan)(tan)所具有的特性,使它的應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)十分(fen)廣闊。在制取(qu)各種無(wu)機酸的設備中,鉭(tan)(tan)(tan)可(ke)(ke)用(yong)來替代(dai)不銹鋼(gang),壽命可(ke)(ke)比不銹鋼(gang)提高幾十倍。此外,在化工、電(dian)子(zi)、電(dian)氣等(deng)工業中,鉭(tan)(tan)(tan)可(ke)(ke)以取(qu)代(dai)過去需(xu)要由貴重金(jin)屬(shu)鉑承擔的任務(wu),使所需(xu)費用(yong)大(da)(da)大(da)(da)降低。鉭(tan)(tan)(tan)被(bei)制造成(cheng)了電(dian)容裝備到軍(jun)(jun)用(yong)設備中。美國的軍(jun)(jun)事工業異(yi)常發達,是世界(jie)最(zui)大(da)(da)軍(jun)(jun)火出口商。世界(jie)上(shang)鉭(tan)(tan)(tan)金(jin)屬(shu)的產量一半被(bei)用(yong)在鉭(tan)(tan)(tan)電(dian)容的生產上(shang),美國國防部后(hou)勤署則(ze)是鉭(tan)(tan)(tan)金(jin)屬(shu)最(zui)大(da)(da)的擁有者,曾一度買斷了世界(jie)上(shang)三分(fen)之(zhi)一的鉭(tan)(tan)(tan)粉(fen)。
從產(chan)品(pin)大類劃(hua)分(fen),鉭(tan)(tan)(tan)產(chan)品(pin)可以(yi)分(fen)為鉭(tan)(tan)(tan)及(ji)其(qi)合金,鉭(tan)(tan)(tan)碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu),鉭(tan)(tan)(tan)氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)和(he)鉭(tan)(tan)(tan)醇(chun)鹽(yan)(yan)。目前鉭(tan)(tan)(tan)制(zhi)(zhi)品(pin)下游占比最高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)品(pin)為電容器,約占到(dao)全(quan)世界鉭(tan)(tan)(tan)產(chan)量的(de)(de)(de)(de)(de)60%。鉭(tan)(tan)(tan)具(ju)(ju)有(you)非常優秀的(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)(wu)理及(ji)化(hua)(hua)(hua)學性質(zhi),其(qi)下游應用(yong)領域十分(fen)廣(guang)泛,在(zai)對(dui)于材料有(you)嚴格(ge)要求的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)領域都能(neng)看(kan)到(dao)其(qi)身(shen)影。鉭(tan)(tan)(tan)及(ji)其(qi)合金的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)包含電容器、耐(nai)高(gao)(gao)溫制(zhi)(zhi)品(pin)、靶(ba)材、武器、耐(nai)腐蝕(shi)制(zhi)(zhi)品(pin)、航空(kong)航天工(gong)業(ye)、捕氣劑(ji);鉭(tan)(tan)(tan)碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)主要用(yong)于硬質(zhi)合金,因為鉭(tan)(tan)(tan)具(ju)(ju)有(you)極強的(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)腐蝕(shi)能(neng)力,碳化(hua)(hua)(hua)鉭(tan)(tan)(tan)可以(yi)提高(gao)(gao)刀(dao)具(ju)(ju)、磨具(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)硬度、強度、熔點,但是由于鉭(tan)(tan)(tan)碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)成本(ben)較(jiao)高(gao)(gao),國外經常使(shi)用(yong)鉭(tan)(tan)(tan)鈮復合碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)替代單一的(de)(de)(de)(de)(de)碳化(hua)(hua)(hua)鉭(tan)(tan)(tan);鉭(tan)(tan)(tan)氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)主要用(yong)作(zuo)制(zhi)(zhi)造人(ren)工(gong)晶體、催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)、靶(ba)材,鉭(tan)(tan)(tan)醇(chun)鹽(yan)(yan)用(yong)作(zuo)陶瓷材料。
鉭(tan)鈮(ni)礦中常伴有多種金(jin)屬(shu),鉭(tan)冶煉的主要(yao)步驟是分(fen)解精礦,凈化和(he)分(fen)離(li)鉭(tan)、鈮(ni),以制取(qu)鉭(tan)、鈮(ni)的純化合物(wu),最后制取(qu)金(jin)屬(shu)。
礦石分解可(ke)采(cai)用氫氟酸(suan)分解法、氫氧化鈉熔融法和(he)氯(lv)化法等。鉭鈮(ni)分離可(ke)采(cai)用溶劑萃(cui)取法【常用的萃(cui)取劑為(wei)甲基異丁酮(MIBK)、磷酸(suan)三(san)丁酯(TBP)、仲辛醇和(he)乙酰胺等】、分步結晶(jing)法和(he)離子(zi)交換(huan)法。
分(fen)(fen)(fen)離(li):首先將鉭(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)的(de)(de)(de)(de)(de)精礦(kuang)用(yong)氫(qing)(qing)(qing)氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)和(he)(he)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)分(fen)(fen)(fen)解鉭(tan)(tan)和(he)(he)鈮(ni)(ni)(ni)呈氟(fu)鉭(tan)(tan)酸(suan)(suan)(suan)和(he)(he)氟(fu)鈮(ni)(ni)(ni)酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)(rong)于浸(jin)出(chu)液(ye)(ye)中,同時鐵(tie)(tie)、錳、鈦、鎢、硅等(deng)伴生(sheng)(sheng)元素也(ye)溶(rong)(rong)于浸(jin)出(chu)液(ye)(ye)中,形成(cheng)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)很復雜(za)(za)的(de)(de)(de)(de)(de)強酸(suan)(suan)(suan)性(xing)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)。鉭(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)浸(jin)出(chu)液(ye)(ye)用(yong)甲基異(yi)(yi)丁基酮萃(cui)(cui)(cui)取(qu)(qu)鉭(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)同時萃(cui)(cui)(cui)入有(you)(you)(you)機相(xiang)中,用(yong)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)洗滌有(you)(you)(you)機相(xiang)中的(de)(de)(de)(de)(de)微量(liang)雜(za)(za)質(zhi),得(de)(de)到純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)鉭(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機相(xiang)洗液(ye)(ye)和(he)(he)萃(cui)(cui)(cui)余液(ye)(ye)合并,其中含(han)(han)有(you)(you)(you)微量(liang)鉭(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)和(he)(he)雜(za)(za)質(zhi)元素,是強酸(suan)(suan)(suan)性(xing)溶(rong)(rong)液(ye)(ye),可綜合回(hui)收。純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)鉭(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機相(xiang)用(yong)稀硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)反(fan)(fan)(fan)萃(cui)(cui)(cui)取(qu)(qu)鈮(ni)(ni)(ni)得(de)(de)到含(han)(han)鉭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機相(xiang)。鈮(ni)(ni)(ni)和(he)(he)少量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)進入水(shui)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)相(xiang)中然后再用(yong)甲基異(yi)(yi)丁基酮萃(cui)(cui)(cui)取(qu)(qu)其中的(de)(de)(de)(de)(de)鉭(tan)(tan),得(de)(de)到純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)鈮(ni)(ni)(ni)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)。純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)鉭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機相(xiang)用(yong)水(shui)反(fan)(fan)(fan)萃(cui)(cui)(cui)取(qu)(qu)就得(de)(de)到純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)鉭(tan)(tan)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)。反(fan)(fan)(fan)萃(cui)(cui)(cui)取(qu)(qu)鉭(tan)(tan)后的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機相(xiang)返(fan)回(hui)萃(cui)(cui)(cui)取(qu)(qu)循環(huan)使用(yong)。純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)(de)氟(fu)鉭(tan)(tan)酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)或(huo)(huo)(huo)純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)(de)氟(fu)鈮(ni)(ni)(ni)酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)同氟(fu)化(hua)(hua)鉀或(huo)(huo)(huo)氯化(hua)(hua)鉀反(fan)(fan)(fan)應(ying)分(fen)(fen)(fen)別生(sheng)(sheng)成(cheng)氟(fu)鉭(tan)(tan)酸(suan)(suan)(suan)鉀(K2TaF7)和(he)(he)氟(fu)鈮(ni)(ni)(ni)酸(suan)(suan)(suan)鉀(K2NbF7)結晶(jing),也(ye)可與氫(qing)(qing)(qing)氧化(hua)(hua)銨反(fan)(fan)(fan)應(ying)生(sheng)(sheng)成(cheng)氫(qing)(qing)(qing)氧化(hua)(hua)鉭(tan)(tan)或(huo)(huo)(huo)氫(qing)(qing)(qing)氧化(hua)(hua)鈮(ni)(ni)(ni)沉淀。鉭(tan)(tan)或(huo)(huo)(huo)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)氧化(hua)(hua)物(wu)在900~1000℃下煅燒生(sheng)(sheng)成(cheng)鉭(tan)(tan)或(huo)(huo)(huo)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)物(wu)。
①金(jin)屬鉭(tan)(tan)粉可采用(yong)金(jin)屬熱(re)還原(yuan)(鈉(na)熱(re)還原(yuan))法制(zhi)取(qu)。在(zai)惰性(xing)氣氛(fen)下(xia)用(yong)金(jin)屬鈉(na)還原(yuan)氟鉭(tan)(tan)酸(suan)鉀:K2TaF7+5Na─→Ta+5NaF+2KF。反應(ying)在(zai)不銹(xiu)鋼罐中(zhong)進行,溫度(du)(du)加熱(re)到900℃時(shi),還原(yuan)反應(ying)迅(xun)速完成。此法制(zhi)取(qu)的(de)鉭(tan)(tan)粉,粒(li)形不規則,粒(li)度(du)(du)細,適用(yong)于制(zhi)作鉭(tan)(tan)電容器。金(jin)屬鉭(tan)(tan)粉亦可用(yong)熔鹽電解(jie)(jie)法制(zhi)取(qu):用(yong)氟鉭(tan)(tan)酸(suan)鉀、氟化(hua)鉀和(he)氯化(hua)鉀混合(he)物的(de)熔鹽做電解(jie)(jie)質把五氧(yang)化(hua)二鉭(tan)(tan)(Ta2O5)溶于其中(zhong),在(zai)750℃下(xia)電解(jie)(jie),可得到純(chun)度(du)(du)為99.8~99.9%的(de)鉭(tan)(tan)粉。
②用碳熱(re)(re)還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)Ta2O5亦可(ke)得到(dao)金(jin)屬鉭(tan)(tan)。還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)一般(ban)分兩步進(jin)行:首先將(jiang)一定配比的(de)(de)Ta2O5和碳的(de)(de)混(hun)合物在氫氣氛中于1800~2000℃下(xia)制(zhi)成碳化鉭(tan)(tan)(TaC),然后再將(jiang)TaC和Ta2O5按一定配比制(zhi)成混(hun)合物真(zhen)(zhen)空還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)成金(jin)屬鉭(tan)(tan)。金(jin)屬鉭(tan)(tan)還(huan)(huan)可(ke)采(cai)用熱(re)(re)分解或氫還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)鉭(tan)(tan)的(de)(de)氯化物的(de)(de)方(fang)法(fa)制(zhi)取(qu)。致密的(de)(de)金(jin)屬鉭(tan)(tan)可(ke)用真(zhen)(zhen)空電(dian)弧、電(dian)子束(shu)、等離子束(shu)熔煉或粉(fen)末(mo)冶金(jin)法(fa)制(zhi)備。高純度鉭(tan)(tan)單(dan)晶(jing)用無坩堝(guo)電(dian)子束(shu)區域(yu)熔煉法(fa)制(zhi)取(qu)。
鉭(tan)是(shi)稀有(you)金屬礦產資源之(zhi)一,是(shi)電(dian)子工業和空間技術發展不(bu)可缺少的(de)戰略原(yuan)料。
鉭(tan)(tan)(tan)和(he)(he)(he)(he)鈮(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)物(wu)理化(hua)學性質相似,因此共(gong)生于自然(ran)界的(de)(de)(de)(de)礦(kuang)(kuang)物(wu)中(zhong)。劃分鉭(tan)(tan)(tan)礦(kuang)(kuang)或(huo)鈮(ni)(ni)礦(kuang)(kuang)主要(yao)(yao)(yao)是(shi)根(gen)據礦(kuang)(kuang)物(wu)中(zhong)鉭(tan)(tan)(tan)和(he)(he)(he)(he)鈮(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang),鈮(ni)(ni)含(han)(han)量(liang)(liang)高時稱(cheng)為(wei)鈮(ni)(ni)礦(kuang)(kuang),鉭(tan)(tan)(tan)含(han)(han)量(liang)(liang)高時則(ze)稱(cheng)為(wei)鉭(tan)(tan)(tan)礦(kuang)(kuang)。鈮(ni)(ni)主要(yao)(yao)(yao)用于制造碳鋼、超級合(he)金(jin)(jin)、高強度低(di)合(he)金(jin)(jin)鋼、不銹鋼、抗熱鋼及合(he)金(jin)(jin)鋼;鉭(tan)(tan)(tan)則(ze)主要(yao)(yao)(yao)用于電子(zi)原器件(jian)及合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)生產。鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)礦(kuang)(kuang)物(wu)的(de)(de)(de)(de)賦存形式和(he)(he)(he)(he)化(hua)學成分復雜(za),其中(zhong)除鉭(tan)(tan)(tan)、鈮(ni)(ni)外,往(wang)往(wang)還(huan)含(han)(han)有稀土金(jin)(jin)屬、鈦、鋯、鎢、鈾、釷(tu)和(he)(he)(he)(he)錫等。鉭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)主要(yao)(yao)(yao)礦(kuang)(kuang)物(wu)有:鉭(tan)(tan)(tan)鐵礦(kuang)(kuang)[(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6]、重鉭(tan)(tan)(tan)鐵礦(kuang)(kuang)(FeTa2O6)、細(xi)晶(jing)石[(Na,Ca)Ta2O6(O,OH,F)]和(he)(he)(he)(he)黑(hei)稀金(jin)(jin)礦(kuang)(kuang)[(Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6]等。煉錫的(de)(de)(de)(de)廢渣中(zhong)含(han)(han)有鉭(tan)(tan)(tan),也是(shi)鉭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)重要(yao)(yao)(yao)資源。已查(cha)明世界的(de)(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)(tan)儲量(liang)(liang)(以(yi)鉭(tan)(tan)(tan)計)約為(wei)134000短(duan)(duan)噸,扎伊(yi)爾占首(shou)位。1979年世界鉭(tan)(tan)(tan)礦(kuang)(kuang)物(wu)的(de)(de)(de)(de)產量(liang)(liang)(以(yi)鉭(tan)(tan)(tan)計)為(wei)788短(duan)(duan)噸(1短(duan)(duan)噸=907.2公斤)。中(zhong)國從(cong)含(han)(han)鉭(tan)(tan)(tan)比較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)(de)礦(kuang)(kuang)物(wu)中(zhong)提取鉭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝取得了(le)成就(jiu)。
電容(rong)器是(shi)(shi)鉭的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)要(yao)最終消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)費(fei)領(ling)域,約占總(zong)消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)費(fei)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)60%。美國(guo)是(shi)(shi)鉭消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)費(fei)量(liang)(liang)(liang)最大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)國(guo)家,1997年(nian)消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)費(fei)量(liang)(liang)(liang)達500噸(dun)(dun),其中(zhong)60%用于生(sheng)(sheng)產(chan)鉭電容(rong)器。日本(ben)是(shi)(shi)鉭消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)費(fei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)第二大(da)國(guo),消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)費(fei)量(liang)(liang)(liang)為334噸(dun)(dun)。21世紀初,隨著電容(rong)器生(sheng)(sheng)產(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展(zhan)迅速,市場(chang)供不應求。預(yu)計,世界鉭電容(rong)器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)量(liang)(liang)(liang)達2.50億件(jian),需(xu)消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)費(fei)鉭1000噸(dun)(dun)。據美國(guo)地(di)質調查局的(de)(de)(de)(de)(de)(de)統(tong)計,鉭在(zai)地(di)殼中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)自(zi)然儲(chu)量(liang)(liang)(liang)為15萬噸(dun)(dun),可開(kai)采儲(chu)量(liang)(liang)(liang)超過4.3萬噸(dun)(dun)。2004年(nian),世界鉭開(kai)采量(liang)(liang)(liang)為1510噸(dun)(dun),其中(zhong),澳大(da)利亞730噸(dun)(dun),莫(mo)桑比克280噸(dun)(dun),巴西(xi)250噸(dun)(dun),加拿大(da)69噸(dun)(dun),剛果(guo)(guo)60噸(dun)(dun)。中(zhong)國(guo)資源量(liang)(liang)(liang),主(zhu)(zhu)要(yao)分布(bu)在(zai)江西(xi)、福建(jian)、新疆(jiang)、廣西(xi)、湖(hu)南等(deng)省。從未(wei)來發(fa)(fa)(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)需(xu)求看,電容(rong)器仍是(shi)(shi)鉭的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)要(yao)應用領(ling)域。如(ru)(ru)果(guo)(guo)按儲(chu)量(liang)(liang)(liang)基礎24000噸(dun)(dun)計算,也(ye)只能保證24年(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)需(xu)求。盡管如(ru)(ru)此,鉭資源的(de)(de)(de)(de)(de)(de)前景仍然是(shi)(shi)看好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。首先,在(zai)世界十分豐富(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈮礦(kuang)床中(zhong),伴(ban)生(sheng)(sheng)有(you)(you)大(da)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鉭資源。其中(zhong),格陵蘭南部加達爾鈮、鉭礦(kuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鉭資源量(liang)(liang)(liang)就達100萬噸(dun)(dun)。其次,西(xi)方已(yi)開(kai)始利用含Ta2O5 3%以(yi)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)量(liang)(liang)(liang)錫爐渣。此外,代(dai)用品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究和(he)利用也(ye)有(you)(you)了很快的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展(zhan),如(ru)(ru)鋁和(he)陶瓷在(zai)電容(rong)器領(ling)域代(dai)替鉭;硅、鍺(zang)、銫可在(zai)電子儀器用途上,代(dai)替鉭制(zhi)造整流器等(deng)。