鉭(Tantalum)是一種金屬元(yuan)素,原子序數為(wei)73,化學符號Ta,元(yuan)素對應的單質為(wei)鋼灰色(se)金屬。
鉭(tan)(tan)主要存在于鉭(tan)(tan)鐵礦(kuang)中(zhong),同鈮(ni)共生(sheng)。鉭(tan)(tan)的(de)(de)硬度適中(zhong),富(fu)有延展性(xing),可以拉成細絲式制薄(bo)箔。其熱膨脹系數很小。鉭(tan)(tan)有非常出(chu)色的(de)(de)化(hua)學性(xing)質,具有極高的(de)(de)抗腐蝕性(xing),無(wu)論是(shi)在冷和熱的(de)(de)條件下,與鹽酸、濃(nong)硝酸及王水都不反應。可用(yong)(yong)來制造(zao)蒸發器(qi)皿等,也可做(zuo)電子管的(de)(de)電極、整(zheng)流器(qi)、電解電容。醫(yi)療上用(yong)(yong)來制成薄(bo)片或細線,縫補破壞的(de)(de)組(zu)織(zhi)。雖然鉭(tan)(tan)的(de)(de)抗腐蝕性(xing)很強,但是(shi)其抗腐蝕性(xing)是(shi)由于表面生(sheng)成穩定的(de)(de)五(wu)氧化(hua)二鉭(tan)(tan)(Ta2O5)保護膜。
1802年,瑞(rui)典化學家(jia)安德斯(si)·古(gu)斯(si)塔夫(fu)·埃克(ke)伯(bo)格(A.G.Ekaberg,1767~1813)在(zai)分析斯(si)堪(kan)的(de)那(nei)維亞半島的(de)一種(zhong)礦物(鈮(ni)鉭(tan)礦)時,使它們的(de)酸生成(cheng)氟化復鹽后,進行再(zai)結晶,從而發現了新(xin)元素,他參照(zhao)希(xi)臘神(shen)話中宙斯(si)神(shen)的(de)兒子坦塔拉(la)斯(si)(Tantalus)的(de)名(ming)字(zi),將這個(ge)元素命名(ming)為(wei)Tantalum(鉭(tan))。
由于鈮(ni)(ni)和(he)鉭的(de)性(xing)質非常相(xiang)似,人們(men)曾一(yi)度認為(wei)它(ta)們(men)是(shi)同一(yi)種元素。1809年,英國(guo)化(hua)學家威廉·海德·沃拉斯頓(William Hyde Wollaston)對(dui)鈮(ni)(ni)和(he)鉭的(de)氧(yang)化(hua)物(wu)分別做了(le)對(dui)比,雖然得(de)出不同的(de)密度值,但他認為(wei)兩者是(shi)完全相(xiang)同的(de)物(wu)質。
到(dao)1844年,德國(guo)化學家(jia)羅塞(Heinrich Rose,1795~1864),駁斥鉭(tan)和鈮是(shi)同種元素的(de)結論,并通過(guo)化學方法判明了它們是(shi)兩種不同的(de)元素。他以希臘神話(hua)中坦(tan)塔洛斯的(de)女兒(er)尼俄伯(bo)(Niobe,淚(lei)水(shui)女神)和兒(er)子(zi)珀羅普(pu)斯(Pelops)把(ba)這兩種元素分(fen)別(bie)命名為(wei)"Niobium"和"Pelopium"。
1864年,克利(li)斯蒂安·威廉·布隆斯特蘭(Christian Wilhelm Blomstrand)、亨利(li)·愛丁·圣克萊爾(er)·德維爾(er)和(he)路易·約瑟(se)夫(fu)·特羅斯特(Louis Joseph Troost)明確(que)證明了鉭和(he)鈮是兩種不(bu)同的化(hua)學元素,并確(que)定了一些(xie)相關(guan)化(hua)合物的化(hua)學公式。
同年,德馬里尼亞在氫(qing)氣環境中加(jia)熱氯化鉭,從而經還原反應首(shou)次制(zhi)成鉭金屬(shu)(shu)。早期煉成的鉭金屬(shu)(shu)都含有(you)較(jiao)多的雜質。Werner von Bolton在1903年首(shou)次制(zhi)成純鉭金屬(shu)(shu)。
科(ke)學(xue)家最早(zao)使用(yong)分層(ceng)結晶法把鉭(七氟(fu)鉭酸鉀)從鈮(ni)(一(yi)水合五氟(fu)氧鈮(ni)酸鉀)中(zhong)提(ti)取出(chu)來。這一(yi)方(fang)法由德馬里尼亞于1866年發現。今天科(ke)學(xue)家所用(yong)的(de)則是(shi)對含氟(fu)化物(wu)的(de)鉭溶(rong)液進行溶(rong)劑萃取法。
鉭雖然在19世(shi)(shi)紀(ji)(ji)初就(jiu)已被(bei)發(fa)現了,但直到1903年才制出了金屬(shu)鉭,1922年開始工業(ye)(ye)生產鉭。因此,世(shi)(shi)界鉭工業(ye)(ye)的發(fa)展始于(yu)20世(shi)(shi)紀(ji)(ji)20年代,中(zhong)國鉭工業(ye)(ye)始于(yu)1956年。
美(mei)國(guo)(guo)(guo)是(shi)世(shi)界(jie)上最早開(kai)(kai)始生產(chan)(chan)鉭(tan)(tan)的(de)(de)(de)國(guo)(guo)(guo)家,1922年(nian)開(kai)(kai)始工業(ye)規(gui)模生產(chan)(chan)金屬鉭(tan)(tan)。日(ri)本(ben)和其他資本(ben)主義國(guo)(guo)(guo)家均(jun)是(shi)從20世(shi)紀50年(nian)代末或60年(nian)代初開(kai)(kai)始發展(zhan)鉭(tan)(tan)工業(ye)的(de)(de)(de)。經過幾十年(nian)的(de)(de)(de)發展(zhan),世(shi)界(jie)鉭(tan)(tan)工業(ye)生產(chan)(chan)已經達(da)到了相(xiang)當高的(de)(de)(de)水平(ping)。20世(shi)紀90年(nian)代以(yi)來,較有(you)(you)規(gui)模的(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)生產(chan)(chan)企業(ye)有(you)(you)美(mei)國(guo)(guo)(guo)Cabot集(ji)(ji)團(tuan)(tuan)(tuan)(美(mei)國(guo)(guo)(guo)Cabot、日(ri)本(ben)昭和Cabot)、德國(guo)(guo)(guo)HCST集(ji)(ji)團(tuan)(tuan)(tuan)(德國(guo)(guo)(guo)HCST、美(mei)國(guo)(guo)(guo)NRC、日(ri)本(ben)V-Tech、泰國(guo)(guo)(guo)TTA)和中國(guo)(guo)(guo)寧(ning)夏(xia)東方鉭(tan)(tan)業(ye)股份有(you)(you)限公司三(san)大集(ji)(ji)團(tuan)(tuan)(tuan),這三(san)大集(ji)(ji)團(tuan)(tuan)(tuan)生產(chan)(chan)的(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)占世(shi)界(jie)總(zong)量的(de)(de)(de)80%以(yi)上。國(guo)(guo)(guo)外鉭(tan)(tan)工業(ye)的(de)(de)(de)產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)、工藝技(ji)術和裝備(bei)水平(ping)普遍(bian)都很高,適應了世(shi)界(jie)科技(ji)高速發展(zhan)的(de)(de)(de)需要(yao)。
中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)(guo)鉭(tan)(tan)工(gong)業始于(yu)20世紀60年代(dai)。中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)(guo)初期(qi)鉭(tan)(tan)冶煉(lian)(lian)、加工(gong)生產(chan)規模、技術水平(ping)、產(chan)品檔(dang)次(ci)和質(zhi)量狀況與發達(da)國(guo)(guo)(guo)(guo)家比較相差甚遠。自90年代(dai),特(te)別是1995年以來,中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)(guo)鉭(tan)(tan)生產(chan)應用呈現(xian)出快(kuai)速發展的態勢,如今,中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)(guo)鉭(tan)(tan)工(gong)業已實現(xian)了(le)(le)“從(cong)(cong)(cong)小到(dao)(dao)大、從(cong)(cong)(cong)軍(jun)到(dao)(dao)民(min)、從(cong)(cong)(cong)內到(dao)(dao)外”的轉變,形成了(le)(le)世界唯(wei)一的從(cong)(cong)(cong)采礦、冶煉(lian)(lian)、加工(gong)到(dao)(dao)應用的工(gong)業體系,高(gao)、中(zhong)(zhong)、低端產(chan)品全方(fang)位的進入(ru)了(le)(le)國(guo)(guo)(guo)(guo)際市(shi)場,中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)(guo)成為世界鉭(tan)(tan)冶煉(lian)(lian)加工(gong)第三強(qiang)國(guo)(guo)(guo)(guo),進入(ru)世界鉭(tan)(tan)工(gong)業大國(guo)(guo)(guo)(guo)的行列。
化(hua)學(xue)符號(hao)Ta,鋼灰色金屬(shu),在(zai)元素(su)周期表(biao)中屬(shu)VB族,原子(zi)序數73,原子(zi)量180.9479,體心立(li)方(fang)晶體,常見化(hua)合價為(wei)+5。鉭的硬度(du)較低,并與含氧量相關,普通(tong)純鉭,退(tui)火態的維氏硬度(du)僅(jin)(jin)有140HV。它的熔(rong)點高達2995℃,在(zai)單質中,僅(jin)(jin)次于碳(tan),鎢(wu),錸和鋨,位居第五。鉭富有延展性(xing),可以拉成細絲(si)式制薄(bo)箔(bo)。其熱(re)膨脹系數很小。每(mei)升高一攝(she)氏度(du)只膨脹百萬分之六(liu)點六(liu)。除此之外,它的韌性(xing)很強,比(bi)銅還要優異。
CAS號(hao) 7440-25-7
元素(su)(su)類別 過渡金屬元素(su)(su)。
相對原子質量(liang) 180.94788(12C=12.0000)
密度(du) 16650kg/m3;16.654g/cm3
硬度 6.5
位置 第(di)六周期,VB族(zu),d區
外(wai)觀 鋼(gang)灰色金屬(shu)
電子(zi)排布 [Xe] 4f14 5d3 6s2
原子體積 10.90cm3/mol
元素在(zai)海水中的(de)含量 0.000002ppm
地(di)殼中含(han)量 1ppm
氧化態 +5(主要),-3,-1,0,+1,+2,+3
晶體結構 晶胞為體心立方晶胞,每個晶胞含有(you)2個金屬原(yuan)子。
晶胞(bao)參數 a = 330.13 pm
b = 330.13 pm
c = 330.13 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°
維氏硬(ying)度(電弧(hu)熔煉并冷作硬(ying)化)230HV
維氏硬度(再結晶退火)140HV
維(wei)氏硬度(經一次電(dian)子束(shu)熔(rong)煉)70HV
維(wei)氏(shi)硬度(du)(經二次電子束熔煉)45-55HV
熔點 2995℃
聲音在其中的傳播(bo)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(fa)現(xian)人 1802年由瑞典(dian)化學家安德(de)斯·古斯塔(ta)法·埃克博格發(fa)現(xian)。
鉭(tan)還(huan)有(you)非常出(chu)色的(de)(de)(de)(de)(de)化學(xue)性(xing)質,具有(you)極(ji)高的(de)(de)(de)(de)(de)抗腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing),無論是(shi)(shi)在(zai)(zai)冷和(he)(he)熱(re)(re)(re)的(de)(de)(de)(de)(de)條件下(xia)(xia),對鹽酸(suan)(suan)、濃(nong)(nong)硝(xiao)酸(suan)(suan)及王(wang)水(shui)都(dou)不反(fan)應(ying)(ying)。但鉭(tan)在(zai)(zai)熱(re)(re)(re)的(de)(de)(de)(de)(de)濃(nong)(nong)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)能被(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),在(zai)(zai)150℃以下(xia)(xia),鉭(tan)不會被(bei)(bei)濃(nong)(nong)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),只有(you)在(zai)(zai)高于此溫度(du)才會有(you)反(fan)應(ying)(ying),在(zai)(zai)175℃的(de)(de)(de)(de)(de)濃(nong)(nong)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)1年(nian),被(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)厚(hou)(hou)(hou)度(du)為0.0004毫(hao)米(mi)(mi)(mi),將鉭(tan)放入200℃的(de)(de)(de)(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)浸泡一(yi)年(nian),表層僅損傷0.006毫(hao)米(mi)(mi)(mi)。在(zai)(zai)250℃時(shi),腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速(su)度(du)有(you)所增加(jia),為每年(nian)被(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)厚(hou)(hou)(hou)度(du)為0.116毫(hao)米(mi)(mi)(mi),在(zai)(zai)300℃時(shi),被(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度(du)則更加(jia)快(kuai),浸泡1年(nian),表面(mian)被(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)1.368毫(hao)米(mi)(mi)(mi)。在(zai)(zai)發(fa)煙硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(含15%的(de)(de)(de)(de)(de)SO3)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速(su)度(du)比(bi)濃(nong)(nong)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)更加(jia)嚴重,在(zai)(zai)130℃的(de)(de)(de)(de)(de)該溶(rong)(rong)液里浸泡1年(nian),表面(mian)被(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)厚(hou)(hou)(hou)度(du)為15.6毫(hao)米(mi)(mi)(mi)。鉭(tan)在(zai)(zai)高溫下(xia)(xia)也會被(bei)(bei)磷酸(suan)(suan)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),但該反(fan)應(ying)(ying)一(yi)般在(zai)(zai)150℃以上(shang)才發(fa)生(sheng),在(zai)(zai)250℃的(de)(de)(de)(de)(de)85%的(de)(de)(de)(de)(de)磷酸(suan)(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong),浸泡1年(nian),表面(mian)被(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)20毫(hao)米(mi)(mi)(mi),另外,鉭(tan)在(zai)(zai)氫(qing)氟酸(suan)(suan)和(he)(he)硝(xiao)酸(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)混酸(suan)(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)能迅(xun)速(su)溶(rong)(rong)解,在(zai)(zai)氫(qing)氟酸(suan)(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)也能被(bei)(bei)溶(rong)(rong)解。但是(shi)(shi)鉭(tan)更害(hai)怕強堿(jian),在(zai)(zai)110℃ 40%濃(nong)(nong)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)燒(shao)堿(jian)溶(rong)(rong)液里,鉭(tan)會被(bei)(bei)迅(xun)速(su)溶(rong)(rong)解,在(zai)(zai)同樣濃(nong)(nong)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)氧化鉀溶(rong)(rong)液中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong),只要100℃就會被(bei)(bei)迅(xun)速(su)溶(rong)(rong)解。除上(shang)面(mian)所述情況外,一(yi)般的(de)(de)(de)(de)(de)無機(ji)鹽在(zai)(zai)150℃以下(xia)(xia)一(yi)般不能腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)鉭(tan)。實驗證明,鉭(tan)在(zai)(zai)常溫下(xia)(xia),對堿(jian)溶(rong)(rong)液、氯(lv)氣、溴(xiu)水(shui)、稀硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)以及其他許多藥劑均不起作(zuo)用(yong),僅在(zai)(zai)氫(qing)氟酸(suan)(suan)和(he)(he)熱(re)(re)(re)濃(nong)(nong)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)作(zuo)用(yong)下(xia)(xia)有(you)所反(fan)應(ying)(ying)。這樣的(de)(de)(de)(de)(de)情況在(zai)(zai)金屬中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)是(shi)(shi)比(bi)較罕見的(de)(de)(de)(de)(de)。
但高溫(wen)下,鉭(tan)(tan)(tan)表面的(de)氧化(hua)膜(mo)被破壞,因此(ci)能(neng)(neng)與(yu)(yu)多(duo)種物質(zhi)反應,常溫(wen)下鉭(tan)(tan)(tan)能(neng)(neng)與(yu)(yu)氟反應。在150℃時,鉭(tan)(tan)(tan)對(dui)氯溴碘(dian)均(jun)(jun)呈惰性(xing),在250℃時,鉭(tan)(tan)(tan)對(dui)干燥的(de)氯氣仍然有抗腐蝕能(neng)(neng)力,在含有水蒸(zheng)氣的(de)氯氣中(zhong)加熱到(dao)400℃,仍然能(neng)(neng)保(bao)持光亮,在500℃則開始(shi)被腐蝕,在300℃以上(shang)鉭(tan)(tan)(tan)與(yu)(yu)溴反應,對(dui)碘(dian)蒸(zheng)汽則當溫(wen)度達到(dao)赤熱之(zhi)前均(jun)(jun)呈惰性(xing)。氯化(hua)氫在410℃時和鉭(tan)(tan)(tan)反應,生產五氯化(hua)物,溴化(hua)氫則在375℃與(yu)(yu)鉭(tan)(tan)(tan)反應。當加熱到(dao)200℃或(huo)者更低的(de)溫(wen)度下,硫能(neng)(neng)與(yu)(yu)Ta作(zuo)用(yong),碳及(ji)烴類在800-1100℃與(yu)(yu)鉭(tan)(tan)(tan)作(zuo)用(yong)。
元(yuan)素命名 埃克博格根據古希臘神話中中第比斯城皇后尼奧(ao)比的父親坦塔(ta)羅斯的名字命名了該元(yuan)素。
來源 主(zhu)要存(cun)在于(yu)鉭鐵(tie)礦中,同(tong)鈮共生。
鉭的(de)主要吸收線及(ji)其主要參數
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(dan)色器光譜通帶
N-A(氧(yang)化亞氮-乙炔(gui)焰)
S*:元(yuan)素的特征濃度(1%吸收靈(ling)敏度)
CL:元素的檢測極(ji)限
R·S:同一元素主要(yao)吸收(shou)線間的相對靈(ling)敏度
F:火焰類型
鉭的線脹系數在0~100℃之間為6.5×10-6K-1,超(chao)導轉變臨(lin)界溫(wen)度為4.38K,原子的熱中子吸收截面為21.3靶恩。
在(zai)(zai)(zai)低于(yu)150℃的(de)(de)(de)條件下(xia)(xia)(xia)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)是化(hua)(hua)(hua)學性(xing)質(zhi)最(zui)穩(wen)定(ding)的(de)(de)(de)金屬(shu)之一。與(yu)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)能起反(fan)應的(de)(de)(de)只有氟、氫(qing)(qing)氟酸、含氟離子的(de)(de)(de)酸性(xing)溶(rong)液和(he)三氧化(hua)(hua)(hua)硫。在(zai)(zai)(zai)室溫下(xia)(xia)(xia)與(yu)濃堿(jian)溶(rong)液反(fan)應,并且溶(rong)于(yu)熔融堿(jian)中(zhong)(zhong)(zhong)。致密的(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)200℃開始輕微氧化(hua)(hua)(hua),在(zai)(zai)(zai)280℃時明顯氧化(hua)(hua)(hua)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)有多種氧化(hua)(hua)(hua)物(wu),最(zui)穩(wen)定(ding)的(de)(de)(de)是五氧化(hua)(hua)(hua)二(er)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(Ta2O5)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)氫(qing)(qing)在(zai)(zai)(zai)250℃以(yi)上(shang)生(sheng)成脆性(xing)固(gu)溶(rong)體和(he)金屬(shu)氫(qing)(qing)化(hua)(hua)(hua)物(wu)如Ta2H、TaH、TaH2、TaH3。在(zai)(zai)(zai)800~1200℃的(de)(de)(de)真空(kong)下(xia)(xia)(xia),氫(qing)(qing)從(cong)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)中(zhong)(zhong)(zhong)析出鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)又(you)恢復塑性(xing)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)氮在(zai)(zai)(zai)300℃左右開始反(fan)應生(sheng)成固(gu)溶(rong)體和(he)氮化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu);在(zai)(zai)(zai)高于(yu)2000℃和(he)高真空(kong)下(xia)(xia)(xia),被吸(xi)收的(de)(de)(de)氮又(you)從(cong)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)中(zhong)(zhong)(zhong)析出。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)與(yu)碳在(zai)(zai)(zai)高于(yu)2800℃下(xia)(xia)(xia)以(yi)三種物(wu)相存在(zai)(zai)(zai):碳鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)固(gu)溶(rong)體、低價碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)和(he)高價碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)室溫下(xia)(xia)(xia)能與(yu)氟反(fan)應,在(zai)(zai)(zai)高于(yu)250℃時能與(yu)其(qi)他鹵素反(fan)應,生(sheng)成鹵化(hua)(hua)(hua)物(wu)。
鉭(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)酸性(xing)電解液中(zhong)形成(cheng)穩定的(de)(de)陽極氧化(hua)膜,用(yong)(yong)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)制(zhi)成(cheng)的(de)(de)電解電容(rong)(rong)器(qi)(qi),具有(you)容(rong)(rong)量大、體積小(xiao)和可(ke)(ke)靠(kao)性(xing)好等優點(dian),制(zhi)電容(rong)(rong)器(qi)(qi)是(shi)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)最(zui)重(zhong)要用(yong)(yong)途,70年(nian)代末的(de)(de)用(yong)(yong)量占鉭(tan)(tan)(tan)(tan)總用(yong)(yong)量2/3以上。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)也(ye)是(shi)制(zhi)作電子發(fa)射管(guan)(guan)、高功(gong)率(lv)電子管(guan)(guan)零(ling)件的(de)(de)材(cai)料。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)制(zhi)的(de)(de)抗(kang)腐蝕設(she)備用(yong)(yong)于(yu)生(sheng)產強酸、溴(xiu)、氨等化(hua)學(xue)(xue)工(gong)業(ye)(ye)。金屬鉭(tan)(tan)(tan)(tan)可(ke)(ke)作飛機(ji)發(fa)動機(ji)的(de)(de)燃燒室的(de)(de)結構(gou)材(cai)料。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)鎢、鉭(tan)(tan)(tan)(tan)鎢鉿(jia)、鉭(tan)(tan)(tan)(tan)鉿(jia)合金用(yong)(yong)作火箭(jian)、導彈和噴(pen)氣發(fa)動機(ji)的(de)(de)耐熱(re)高強材(cai)料以及控制(zhi)和調節裝備的(de)(de)零(ling)件等。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)易加(jia)(jia)工(gong)成(cheng)形,在(zai)高溫真(zhen)空爐(lu)中(zhong)作支撐附(fu)件、熱(re)屏(ping)蔽、加(jia)(jia)熱(re)器(qi)(qi)和散熱(re)片等。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)可(ke)(ke)作骨科和外科手術材(cai)料,例(li)(li)如用(yong)(yong)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)條替(ti)代人(ren)體中(zhong)的(de)(de)骨頭肌肉還會在(zai)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)條上生(sheng)長,所(suo)以它有(you)一個“親(qin)生(sheng)物(wu)金屬”。碳(tan)化(hua)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)用(yong)(yong)于(yu)制(zhi)造(zao)(zao)硬質合金。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)硼(peng)化(hua)物(wu)、硅化(hua)物(wu)和氮化(hua)物(wu)及其(qi)合金用(yong)(yong)作原子能工(gong)業(ye)(ye)中(zhong)的(de)(de)釋熱(re)元(yuan)件和液態金屬包(bao)套材(cai)料。氧化(hua)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)用(yong)(yong)于(yu)制(zhi)造(zao)(zao)高級光學(xue)(xue)玻璃和催(cui)化(hua)劑。1981年(nian)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)美國各(ge)部(bu)門的(de)(de)消費比例(li)(li)約為:電子元(yuan)件73%,機(ji)械(xie)工(gong)業(ye)(ye)19%,交通運輸(shu)6%,其(qi)他2%。
鉭(tan)所具有的(de)(de)(de)特性,使(shi)它的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)領(ling)域(yu)十分廣(guang)闊。在制取各種無機(ji)酸(suan)的(de)(de)(de)設備中,鉭(tan)可(ke)用(yong)(yong)(yong)(yong)來替(ti)代(dai)不(bu)銹鋼,壽命可(ke)比(bi)不(bu)銹鋼提高幾十倍。此外,在化工、電子、電氣(qi)等工業中,鉭(tan)可(ke)以(yi)取代(dai)過去需要由貴重(zhong)金屬鉑承擔的(de)(de)(de)任(ren)務,使(shi)所需費用(yong)(yong)(yong)(yong)大大降低。鉭(tan)被制造成了電容裝(zhuang)備到軍用(yong)(yong)(yong)(yong)設備中。美國(guo)的(de)(de)(de)軍事工業異常發達,是世(shi)界最(zui)大軍火出(chu)口(kou)商。世(shi)界上(shang)鉭(tan)金屬的(de)(de)(de)產量一(yi)(yi)半被用(yong)(yong)(yong)(yong)在鉭(tan)電容的(de)(de)(de)生(sheng)產上(shang),美國(guo)國(guo)防部后勤署則是鉭(tan)金屬最(zui)大的(de)(de)(de)擁有者,曾一(yi)(yi)度買(mai)斷了世(shi)界上(shang)三分之一(yi)(yi)的(de)(de)(de)鉭(tan)粉。
從產(chan)品(pin)大類(lei)劃分,鉭(tan)產(chan)品(pin)可以分為鉭(tan)及(ji)其(qi)合金,鉭(tan)碳化(hua)物(wu),鉭(tan)氧化(hua)物(wu)和鉭(tan)醇鹽。目前鉭(tan)制(zhi)(zhi)品(pin)下游占比最高(gao)的(de)產(chan)品(pin)為電(dian)容(rong)器,約占到全(quan)世界鉭(tan)產(chan)量的(de)60%。鉭(tan)具有非常(chang)優秀的(de)物(wu)理(li)及(ji)化(hua)學性質,其(qi)下游應用領域十分廣泛(fan),在對于(yu)材料有嚴格要求的(de)應用領域都能看到其(qi)身影(ying)。鉭(tan)及(ji)其(qi)合金的(de)應用包含電(dian)容(rong)器、耐(nai)高(gao)溫(wen)制(zhi)(zhi)品(pin)、靶(ba)材、武器、耐(nai)腐蝕制(zhi)(zhi)品(pin)、航(hang)空航(hang)天工(gong)業、捕氣劑;鉭(tan)碳化(hua)物(wu)主要用于(yu)硬質合金,因為鉭(tan)具有極(ji)強的(de)抗腐蝕能力(li),碳化(hua)鉭(tan)可以提高(gao)刀具、磨具的(de)硬度(du)、強度(du)、熔點,但是由(you)于(yu)鉭(tan)碳化(hua)物(wu)的(de)成本(ben)較高(gao),國外(wai)經常(chang)使用鉭(tan)鈮復(fu)合碳化(hua)物(wu)替代單一的(de)碳化(hua)鉭(tan);鉭(tan)氧化(hua)物(wu)主要用作制(zhi)(zhi)造人工(gong)晶體(ti)、催化(hua)劑、靶(ba)材,鉭(tan)醇鹽用作陶瓷(ci)材料。
鉭鈮(ni)(ni)礦中常伴有多種金(jin)(jin)屬(shu),鉭冶(ye)煉的(de)主(zhu)要步驟(zou)是分解精礦,凈化(hua)和分離鉭、鈮(ni)(ni),以制取鉭、鈮(ni)(ni)的(de)純化(hua)合物,最后制取金(jin)(jin)屬(shu)。
礦石分(fen)解(jie)可(ke)采用(yong)氫氟酸(suan)(suan)分(fen)解(jie)法(fa)(fa)、氫氧化鈉(na)熔融法(fa)(fa)和氯(lv)化法(fa)(fa)等(deng)。鉭鈮分(fen)離可(ke)采用(yong)溶劑萃取法(fa)(fa)【常用(yong)的萃取劑為甲(jia)基異丁(ding)酮(MIBK)、磷酸(suan)(suan)三丁(ding)酯(TBP)、仲辛(xin)醇和乙酰(xian)胺等(deng)】、分(fen)步結晶法(fa)(fa)和離子(zi)交換法(fa)(fa)。
分離:首先將鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)鐵(tie)(tie)礦的(de)(de)(de)精礦用(yong)氫氟(fu)(fu)(fu)(fu)酸(suan)(suan)和(he)硫(liu)酸(suan)(suan)分解鉭(tan)(tan)(tan)和(he)鈮(ni)(ni)(ni)呈氟(fu)(fu)(fu)(fu)鉭(tan)(tan)(tan)酸(suan)(suan)和(he)氟(fu)(fu)(fu)(fu)鈮(ni)(ni)(ni)酸(suan)(suan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)于浸出液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong),同時鐵(tie)(tie)、錳(meng)、鈦、鎢、硅等(deng)伴生(sheng)(sheng)(sheng)元素也溶(rong)(rong)(rong)(rong)于浸出液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong),形成(cheng)(cheng)成(cheng)(cheng)分很(hen)復(fu)雜(za)的(de)(de)(de)強酸(suan)(suan)性溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)。鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)浸出液(ye)用(yong)甲(jia)基(ji)(ji)異(yi)(yi)丁(ding)基(ji)(ji)酮(tong)(tong)萃(cui)取鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)同時萃(cui)入有(you)(you)機相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong),用(yong)硫(liu)酸(suan)(suan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)洗滌有(you)(you)機相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)微(wei)量(liang)雜(za)質,得(de)到(dao)(dao)純(chun)(chun)的(de)(de)(de)含(han)(han)鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)有(you)(you)機相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)洗液(ye)和(he)萃(cui)余液(ye)合并(bing),其中(zhong)(zhong)(zhong)含(han)(han)有(you)(you)微(wei)量(liang)鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)和(he)雜(za)質元素,是強酸(suan)(suan)性溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye),可綜合回收(shou)。純(chun)(chun)的(de)(de)(de)含(han)(han)鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)有(you)(you)機相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)用(yong)稀(xi)硫(liu)酸(suan)(suan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)反(fan)萃(cui)取鈮(ni)(ni)(ni)得(de)到(dao)(dao)含(han)(han)鉭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)有(you)(you)機相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)。鈮(ni)(ni)(ni)和(he)少(shao)量(liang)的(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)(tan)進入水(shui)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)然后(hou)再(zai)用(yong)甲(jia)基(ji)(ji)異(yi)(yi)丁(ding)基(ji)(ji)酮(tong)(tong)萃(cui)取其中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)(tan),得(de)到(dao)(dao)純(chun)(chun)的(de)(de)(de)含(han)(han)鈮(ni)(ni)(ni)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)。純(chun)(chun)的(de)(de)(de)含(han)(han)鉭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)有(you)(you)機相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)用(yong)水(shui)反(fan)萃(cui)取就得(de)到(dao)(dao)純(chun)(chun)的(de)(de)(de)含(han)(han)鉭(tan)(tan)(tan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)。反(fan)萃(cui)取鉭(tan)(tan)(tan)后(hou)的(de)(de)(de)有(you)(you)機相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)返回萃(cui)取循(xun)環使用(yong)。純(chun)(chun)的(de)(de)(de)氟(fu)(fu)(fu)(fu)鉭(tan)(tan)(tan)酸(suan)(suan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)或(huo)純(chun)(chun)的(de)(de)(de)氟(fu)(fu)(fu)(fu)鈮(ni)(ni)(ni)酸(suan)(suan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)同氟(fu)(fu)(fu)(fu)化(hua)(hua)鉀(jia)或(huo)氯(lv)化(hua)(hua)鉀(jia)反(fan)應(ying)分別生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)氟(fu)(fu)(fu)(fu)鉭(tan)(tan)(tan)酸(suan)(suan)鉀(jia)(K2TaF7)和(he)氟(fu)(fu)(fu)(fu)鈮(ni)(ni)(ni)酸(suan)(suan)鉀(jia)(K2NbF7)結晶,也可與氫氧化(hua)(hua)銨反(fan)應(ying)生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)氫氧化(hua)(hua)鉭(tan)(tan)(tan)或(huo)氫氧化(hua)(hua)鈮(ni)(ni)(ni)沉(chen)淀。鉭(tan)(tan)(tan)或(huo)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)氫氧化(hua)(hua)物在900~1000℃下煅燒生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)鉭(tan)(tan)(tan)或(huo)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)物。
①金屬鉭(tan)粉可(ke)采用(yong)金屬熱(re)還(huan)原(鈉(na)熱(re)還(huan)原)法制取。在(zai)惰性氣氛(fen)下用(yong)金屬鈉(na)還(huan)原氟(fu)鉭(tan)酸(suan)鉀(jia):K2TaF7+5Na─→Ta+5NaF+2KF。反應在(zai)不銹鋼罐中(zhong)進(jin)行,溫度(du)加熱(re)到900℃時(shi),還(huan)原反應迅速完(wan)成(cheng)。此法制取的(de)鉭(tan)粉,粒形不規則,粒度(du)細(xi),適用(yong)于制作(zuo)鉭(tan)電(dian)容器。金屬鉭(tan)粉亦可(ke)用(yong)熔鹽電(dian)解(jie)法制取:用(yong)氟(fu)鉭(tan)酸(suan)鉀(jia)、氟(fu)化(hua)鉀(jia)和氯化(hua)鉀(jia)混合物的(de)熔鹽做(zuo)電(dian)解(jie)質(zhi)把(ba)五氧化(hua)二(er)鉭(tan)(Ta2O5)溶(rong)于其中(zhong),在(zai)750℃下電(dian)解(jie),可(ke)得到純度(du)為99.8~99.9%的(de)鉭(tan)粉。
②用(yong)碳熱還(huan)原(yuan)Ta2O5亦可(ke)(ke)得到金(jin)(jin)屬(shu)鉭(tan)(tan)(tan)。還(huan)原(yuan)一(yi)般分(fen)兩步(bu)進行:首先將一(yi)定(ding)(ding)配(pei)比(bi)的Ta2O5和(he)碳的混合(he)(he)物(wu)在氫(qing)氣(qi)氛中于(yu)1800~2000℃下制成碳化鉭(tan)(tan)(tan)(TaC),然后再將TaC和(he)Ta2O5按一(yi)定(ding)(ding)配(pei)比(bi)制成混合(he)(he)物(wu)真空(kong)還(huan)原(yuan)成金(jin)(jin)屬(shu)鉭(tan)(tan)(tan)。金(jin)(jin)屬(shu)鉭(tan)(tan)(tan)還(huan)可(ke)(ke)采用(yong)熱分(fen)解或(huo)氫(qing)還(huan)原(yuan)鉭(tan)(tan)(tan)的氯化物(wu)的方法制取。致密的金(jin)(jin)屬(shu)鉭(tan)(tan)(tan)可(ke)(ke)用(yong)真空(kong)電(dian)(dian)弧、電(dian)(dian)子(zi)束、等離子(zi)束熔(rong)煉或(huo)粉末冶(ye)金(jin)(jin)法制備。高純度鉭(tan)(tan)(tan)單晶用(yong)無坩堝電(dian)(dian)子(zi)束區域熔(rong)煉法制取。
鉭(tan)是稀有金屬礦產(chan)資源之(zhi)一,是電子工業(ye)和空間技術發展不可缺少的(de)戰略(lve)原料(liao)。
鉭(tan)(tan)(tan)和(he)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)物理(li)化(hua)(hua)學性質相似,因此共(gong)生于自然(ran)界的(de)(de)(de)(de)(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)物中。劃(hua)分鉭(tan)(tan)(tan)礦(kuang)(kuang)(kuang)或(huo)鈮(ni)(ni)(ni)礦(kuang)(kuang)(kuang)主要是根據礦(kuang)(kuang)(kuang)物中鉭(tan)(tan)(tan)和(he)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量,鈮(ni)(ni)(ni)含(han)(han)量高時稱為(wei)鈮(ni)(ni)(ni)礦(kuang)(kuang)(kuang),鉭(tan)(tan)(tan)含(han)(han)量高時則(ze)稱為(wei)鉭(tan)(tan)(tan)礦(kuang)(kuang)(kuang)。鈮(ni)(ni)(ni)主要用于制造(zao)碳鋼、超級合(he)金(jin)、高強(qiang)度低(di)合(he)金(jin)鋼、不銹鋼、抗熱鋼及合(he)金(jin)鋼;鉭(tan)(tan)(tan)則(ze)主要用于電子原器件及合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)。鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)礦(kuang)(kuang)(kuang)物的(de)(de)(de)(de)(de)賦(fu)存形(xing)式(shi)和(he)化(hua)(hua)學成(cheng)分復(fu)雜,其中除鉭(tan)(tan)(tan)、鈮(ni)(ni)(ni)外,往往還含(han)(han)有稀土金(jin)屬、鈦、鋯、鎢、鈾(you)、釷和(he)錫等。鉭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)主要礦(kuang)(kuang)(kuang)物有:鉭(tan)(tan)(tan)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)[(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6]、重鉭(tan)(tan)(tan)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(FeTa2O6)、細晶石[(Na,Ca)Ta2O6(O,OH,F)]和(he)黑稀金(jin)礦(kuang)(kuang)(kuang)[(Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6]等。煉錫的(de)(de)(de)(de)(de)廢渣中含(han)(han)有鉭(tan)(tan)(tan),也是鉭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)重要資源。已查明(ming)世界的(de)(de)(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)(tan)儲(chu)量(以鉭(tan)(tan)(tan)計(ji)(ji))約為(wei)134000短噸,扎伊爾占首(shou)位。1979年世界鉭(tan)(tan)(tan)礦(kuang)(kuang)(kuang)物的(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)量(以鉭(tan)(tan)(tan)計(ji)(ji))為(wei)788短噸(1短噸=907.2公斤)。中國(guo)從(cong)含(han)(han)鉭(tan)(tan)(tan)比較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)物中提取鉭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)藝(yi)取得了(le)成(cheng)就。
電容(rong)器(qi)(qi)是鉭(tan)的(de)(de)主要最(zui)終消(xiao)(xiao)費(fei)領域,約占總(zong)消(xiao)(xiao)費(fei)量(liang)(liang)的(de)(de)60%。美(mei)(mei)國是鉭(tan)消(xiao)(xiao)費(fei)量(liang)(liang)最(zui)大的(de)(de)國家,1997年(nian)消(xiao)(xiao)費(fei)量(liang)(liang)達500噸(dun)(dun)(dun),其(qi)(qi)中(zhong)(zhong)60%用于生產(chan)(chan)鉭(tan)電容(rong)器(qi)(qi)。日本是鉭(tan)消(xiao)(xiao)費(fei)的(de)(de)第二大國,消(xiao)(xiao)費(fei)量(liang)(liang)為(wei)(wei)334噸(dun)(dun)(dun)。21世(shi)紀初,隨(sui)著電容(rong)器(qi)(qi)生產(chan)(chan)的(de)(de)發展迅速,市場供不應(ying)求(qiu)。預(yu)計,世(shi)界(jie)鉭(tan)電容(rong)器(qi)(qi)的(de)(de)生產(chan)(chan)量(liang)(liang)達2.50億(yi)件,需消(xiao)(xiao)費(fei)鉭(tan)1000噸(dun)(dun)(dun)。據美(mei)(mei)國地質(zhi)調查局的(de)(de)統計,鉭(tan)在(zai)(zai)(zai)地殼中(zhong)(zhong)的(de)(de)自然儲(chu)量(liang)(liang)為(wei)(wei)15萬噸(dun)(dun)(dun),可開(kai)采(cai)儲(chu)量(liang)(liang)超過4.3萬噸(dun)(dun)(dun)。2004年(nian),世(shi)界(jie)鉭(tan)開(kai)采(cai)量(liang)(liang)為(wei)(wei)1510噸(dun)(dun)(dun),其(qi)(qi)中(zhong)(zhong),澳大利亞730噸(dun)(dun)(dun),莫桑(sang)比克280噸(dun)(dun)(dun),巴西(xi)250噸(dun)(dun)(dun),加拿(na)大69噸(dun)(dun)(dun),剛果60噸(dun)(dun)(dun)。中(zhong)(zhong)國資源(yuan)量(liang)(liang),主要分(fen)布在(zai)(zai)(zai)江西(xi)、福建、新(xin)疆(jiang)、廣西(xi)、湖(hu)南等省。從(cong)未(wei)來發展的(de)(de)需求(qiu)看,電容(rong)器(qi)(qi)仍是鉭(tan)的(de)(de)主要應(ying)用領域。如(ru)果按儲(chu)量(liang)(liang)基礎24000噸(dun)(dun)(dun)計算,也只能保證24年(nian)的(de)(de)需求(qiu)。盡(jin)管如(ru)此(ci),鉭(tan)資源(yuan)的(de)(de)前(qian)景仍然是看好(hao)的(de)(de)。首先,在(zai)(zai)(zai)世(shi)界(jie)十(shi)分(fen)豐(feng)富(fu)的(de)(de)鈮(ni)礦床中(zhong)(zhong),伴生有大量(liang)(liang)的(de)(de)鉭(tan)資源(yuan)。其(qi)(qi)中(zhong)(zhong),格(ge)陵蘭南部加達爾鈮(ni)、鉭(tan)礦的(de)(de)鉭(tan)資源(yuan)量(liang)(liang)就達100萬噸(dun)(dun)(dun)。其(qi)(qi)次,西(xi)方(fang)已開(kai)始利用含Ta2O5 3%以下的(de)(de)大量(liang)(liang)錫爐渣。此(ci)外,代用品的(de)(de)研究和(he)利用也有了很快的(de)(de)發展,如(ru)鋁和(he)陶瓷在(zai)(zai)(zai)電容(rong)器(qi)(qi)領域代替(ti)(ti)鉭(tan);硅、鍺、銫可在(zai)(zai)(zai)電子儀(yi)器(qi)(qi)用途上,代替(ti)(ti)鉭(tan)制造整流(liu)器(qi)(qi)等。