鉭(Tantalum)是一種金屬元素,原子(zi)序數為(wei)73,化學符號Ta,元素對應的單(dan)質(zhi)為(wei)鋼(gang)灰色金屬。
鉭主要存在(zai)于鉭鐵(tie)礦(kuang)中(zhong),同鈮共生。鉭的(de)(de)硬度適中(zhong),富(fu)有(you)延展性(xing),可以拉成細(xi)絲式制(zhi)薄(bo)箔。其熱(re)膨脹系(xi)數很小(xiao)。鉭有(you)非常出色(se)的(de)(de)化(hua)學性(xing)質,具有(you)極高(gao)的(de)(de)抗腐(fu)蝕性(xing),無論是(shi)在(zai)冷和(he)熱(re)的(de)(de)條件下,與鹽酸、濃硝(xiao)酸及王水都(dou)不反(fan)應。可用來(lai)(lai)制(zhi)造蒸發(fa)器(qi)皿等(deng),也可做電子管的(de)(de)電極、整流器(qi)、電解電容(rong)。醫療上(shang)用來(lai)(lai)制(zhi)成薄(bo)片或細(xi)線(xian),縫補破壞的(de)(de)組織。雖然鉭的(de)(de)抗腐(fu)蝕性(xing)很強,但是(shi)其抗腐(fu)蝕性(xing)是(shi)由(you)于表面生成穩定的(de)(de)五氧化(hua)二(er)鉭(Ta2O5)保護(hu)膜。
1802年,瑞典化(hua)學家(jia)安(an)德斯(si)(si)(si)·古斯(si)(si)(si)塔夫(fu)·埃克(ke)伯格(A.G.Ekaberg,1767~1813)在分析斯(si)(si)(si)堪的(de)那維亞(ya)半島的(de)一種礦物(鈮(ni)鉭(tan)礦)時(shi),使它們的(de)酸(suan)生成氟化(hua)復鹽后,進行(xing)再結晶,從而發現了新元(yuan)素,他參(can)照希臘神(shen)話中(zhong)宙斯(si)(si)(si)神(shen)的(de)兒子坦塔拉斯(si)(si)(si)(Tantalus)的(de)名字,將這個元(yuan)素命名為(wei)Tantalum(鉭(tan))。
由于鈮和鉭(tan)的(de)性質非常相(xiang)(xiang)似,人們曾一(yi)度認為(wei)(wei)它們是(shi)同一(yi)種元素(su)。1809年(nian),英國化學家威廉·海德·沃拉(la)斯(si)頓(dun)(William Hyde Wollaston)對(dui)鈮和鉭(tan)的(de)氧化物分別(bie)做了對(dui)比,雖(sui)然得出不同的(de)密度值,但(dan)他認為(wei)(wei)兩者是(shi)完全相(xiang)(xiang)同的(de)物質。
到1844年,德國化(hua)學家羅塞(sai)(Heinrich Rose,1795~1864),駁斥鉭和(he)鈮(ni)是同種元素(su)的(de)結論,并通過化(hua)學方法(fa)判明了它們是兩種不同的(de)元素(su)。他以(yi)希(xi)臘神話中坦塔洛斯的(de)女兒尼俄伯(Niobe,淚(lei)水女神)和(he)兒子珀(po)羅普斯(Pelops)把這兩種元素(su)分別命(ming)名為"Niobium"和(he)"Pelopium"。
1864年,克利(li)斯(si)(si)蒂(di)安·威廉·布隆斯(si)(si)特蘭(Christian Wilhelm Blomstrand)、亨(heng)利(li)·愛丁·圣克萊爾·德維爾和(he)路易·約瑟夫·特羅斯(si)(si)特(Louis Joseph Troost)明(ming)(ming)確(que)證明(ming)(ming)了鉭和(he)鈮是兩種不同(tong)的化(hua)學元素,并確(que)定(ding)了一些(xie)相(xiang)關化(hua)合物的化(hua)學公式。
同年,德馬(ma)里尼(ni)亞在(zai)氫氣(qi)環境中加(jia)熱(re)氯化鉭,從而(er)經還原反應首次(ci)制(zhi)成鉭金屬。早期煉成的鉭金屬都(dou)含有(you)較多(duo)的雜(za)質(zhi)。Werner von Bolton在(zai)1903年首次(ci)制(zhi)成純鉭金屬。
科(ke)學家最早使用分層結晶法把鉭(七氟鉭酸鉀)從鈮(ni)(一水合五(wu)氟氧(yang)鈮(ni)酸鉀)中(zhong)提取(qu)出來。這一方法由德馬里(li)尼亞于1866年發現(xian)。今(jin)天科(ke)學家所用的(de)則(ze)是對含氟化物的(de)鉭溶(rong)(rong)液進(jin)行溶(rong)(rong)劑萃取(qu)法。
鉭雖然在19世(shi)紀初就已被發現了,但直(zhi)到1903年才制(zhi)出了金屬鉭,1922年開(kai)始工(gong)業生產鉭。因此(ci),世(shi)界鉭工(gong)業的發展始于20世(shi)紀20年代,中國鉭工(gong)業始于1956年。
美國(guo)(guo)(guo)是世界上(shang)最早開始生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)鉭(tan)(tan)的(de)(de)國(guo)(guo)(guo)家,1922年(nian)開始工業(ye)規模生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)金屬鉭(tan)(tan)。日本(ben)和(he)其他資(zi)本(ben)主義國(guo)(guo)(guo)家均是從(cong)20世紀(ji)50年(nian)代(dai)末或60年(nian)代(dai)初開始發展鉭(tan)(tan)工業(ye)的(de)(de)。經(jing)過幾十年(nian)的(de)(de)發展,世界鉭(tan)(tan)工業(ye)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)已(yi)經(jing)達到了相當高(gao)的(de)(de)水(shui)平。20世紀(ji)90年(nian)代(dai)以來,較有規模的(de)(de)鉭(tan)(tan)產(chan)(chan)品(pin)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)企業(ye)有美國(guo)(guo)(guo)Cabot集團(美國(guo)(guo)(guo)Cabot、日本(ben)昭和(he)Cabot)、德(de)國(guo)(guo)(guo)HCST集團(德(de)國(guo)(guo)(guo)HCST、美國(guo)(guo)(guo)NRC、日本(ben)V-Tech、泰國(guo)(guo)(guo)TTA)和(he)中國(guo)(guo)(guo)寧(ning)夏東方(fang)鉭(tan)(tan)業(ye)股份有限公司三大(da)集團,這三大(da)集團生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)的(de)(de)鉭(tan)(tan)產(chan)(chan)品(pin)占世界總量(liang)的(de)(de)80%以上(shang)。國(guo)(guo)(guo)外鉭(tan)(tan)工業(ye)的(de)(de)產(chan)(chan)品(pin)、工藝技術和(he)裝備水(shui)平普遍都很高(gao),適應了世界科技高(gao)速(su)發展的(de)(de)需要(yao)。
中(zhong)國(guo)(guo)(guo)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)工(gong)(gong)業(ye)始于(yu)20世(shi)紀60年代。中(zhong)國(guo)(guo)(guo)初期鉭(tan)(tan)(tan)(tan)冶(ye)煉(lian)(lian)、加(jia)工(gong)(gong)生產(chan)規模、技術水平、產(chan)品檔次和質量狀況與發(fa)達國(guo)(guo)(guo)家比較相差(cha)甚遠。自90年代,特別是1995年以來,中(zhong)國(guo)(guo)(guo)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)生產(chan)應(ying)用呈現出(chu)快(kuai)速發(fa)展(zhan)的(de)態勢,如今,中(zhong)國(guo)(guo)(guo)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)工(gong)(gong)業(ye)已實(shi)現了“從(cong)小到大(da)、從(cong)軍到民(min)、從(cong)內到外(wai)”的(de)轉變,形(xing)成了世(shi)界(jie)(jie)唯一的(de)從(cong)采(cai)礦、冶(ye)煉(lian)(lian)、加(jia)工(gong)(gong)到應(ying)用的(de)工(gong)(gong)業(ye)體系,高、中(zhong)、低端產(chan)品全方位的(de)進(jin)入了國(guo)(guo)(guo)際市場(chang),中(zhong)國(guo)(guo)(guo)成為世(shi)界(jie)(jie)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)冶(ye)煉(lian)(lian)加(jia)工(gong)(gong)第三強國(guo)(guo)(guo),進(jin)入世(shi)界(jie)(jie)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)工(gong)(gong)業(ye)大(da)國(guo)(guo)(guo)的(de)行列。
化學(xue)符號Ta,鋼(gang)灰色金屬,在元(yuan)素(su)周期(qi)表(biao)中屬VB族,原(yuan)子序數73,原(yuan)子量180.9479,體心(xin)立方晶體,常(chang)見(jian)化合價為+5。鉭的(de)硬(ying)度較低(di),并與含氧量相關,普通純鉭,退(tui)火(huo)態(tai)的(de)維氏(shi)硬(ying)度僅(jin)有(you)140HV。它的(de)熔點(dian)高達(da)2995℃,在單質中,僅(jin)次于碳,鎢,錸和鋨,位居第五(wu)。鉭富有(you)延展性,可以拉成細(xi)絲式制(zhi)薄箔。其熱膨(peng)脹系(xi)數很小(xiao)。每升高一(yi)攝氏(shi)度只膨(peng)脹百萬分之六點(dian)六。除(chu)此(ci)之外(wai),它的(de)韌性很強,比(bi)銅還要優異(yi)。
CAS號 7440-25-7
元(yuan)素類別 過渡金(jin)屬元(yuan)素。
相對原(yuan)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,d區
外觀 鋼灰色金屬
電子排布 [Xe] 4f14 5d3 6s2
原(yuan)子(zi)體積 10.90cm3/mol
元素在海水中的含量 0.000002ppm
地殼中含(han)量 1ppm
氧(yang)化(hua)態 +5(主要),-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(mei)個(ge)晶(jing)(jing)胞含有2個(ge)金(jin)屬原(yuan)子。
晶胞參數 a = 330.13 pm
b = 330.13 pm
c = 330.13 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°
維氏(shi)硬度(電弧熔(rong)煉(lian)并冷作硬化)230HV
維氏硬(ying)度(再結(jie)晶退火(huo))140HV
維氏硬度(經一次電子束(shu)熔煉)70HV
維氏硬度(經二次電子束熔煉)45-55HV
熔點 2995℃
聲音(yin)在其中的(de)傳播速(su)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(jia)安(an)德斯·古斯塔法(fa)·埃克(ke)博格發現。
鉭(tan)(tan)(tan)還有(you)(you)非常出(chu)色的(de)(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)學性質(zhi),具(ju)有(you)(you)極高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗腐(fu)(fu)蝕性,無(wu)論是在(zai)(zai)(zai)(zai)冷(leng)和熱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)條件下,對(dui)鹽酸(suan)(suan)(suan)、濃(nong)硝酸(suan)(suan)(suan)及(ji)王水都不反(fan)應(ying)(ying)。但鉭(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)(zai)熱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)濃(nong)硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)中能被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)蝕,在(zai)(zai)(zai)(zai)150℃以下,鉭(tan)(tan)(tan)不會(hui)(hui)被(bei)(bei)(bei)濃(nong)硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)腐(fu)(fu)蝕,只(zhi)有(you)(you)在(zai)(zai)(zai)(zai)高(gao)于此溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)才會(hui)(hui)有(you)(you)反(fan)應(ying)(ying),在(zai)(zai)(zai)(zai)175℃的(de)(de)(de)(de)(de)(de)濃(nong)硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)中1年(nian),被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)(de)厚(hou)度(du)(du)(du)(du)(du)為(wei)0.0004毫(hao)(hao)米,將鉭(tan)(tan)(tan)放入200℃的(de)(de)(de)(de)(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)中浸(jin)(jin)泡(pao)一年(nian),表層僅(jin)損傷0.006毫(hao)(hao)米。在(zai)(zai)(zai)(zai)250℃時,腐(fu)(fu)蝕速度(du)(du)(du)(du)(du)有(you)(you)所(suo)增(zeng)加(jia),為(wei)每年(nian)被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)(de)厚(hou)度(du)(du)(du)(du)(du)為(wei)0.116毫(hao)(hao)米,在(zai)(zai)(zai)(zai)300℃時,被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)(de)速度(du)(du)(du)(du)(du)則更(geng)加(jia)快,浸(jin)(jin)泡(pao)1年(nian),表面被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)蝕1.368毫(hao)(hao)米。在(zai)(zai)(zai)(zai)發煙(yan)硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)(含(han)15%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)SO3)腐(fu)(fu)蝕速度(du)(du)(du)(du)(du)比(bi)(bi)濃(nong)硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)中更(geng)加(jia)嚴(yan)重,在(zai)(zai)(zai)(zai)130℃的(de)(de)(de)(de)(de)(de)該溶(rong)(rong)液(ye)里浸(jin)(jin)泡(pao)1年(nian),表面被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)(de)厚(hou)度(du)(du)(du)(du)(du)為(wei)15.6毫(hao)(hao)米。鉭(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)(zai)高(gao)溫(wen)下也會(hui)(hui)被(bei)(bei)(bei)磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)(suan)腐(fu)(fu)蝕,但該反(fan)應(ying)(ying)一般(ban)(ban)在(zai)(zai)(zai)(zai)150℃以上(shang)才發生,在(zai)(zai)(zai)(zai)250℃的(de)(de)(de)(de)(de)(de)85%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)(suan)中,浸(jin)(jin)泡(pao)1年(nian),表面被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)蝕20毫(hao)(hao)米,另外,鉭(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)(zai)氫氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)和硝酸(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)混酸(suan)(suan)(suan)中能迅速溶(rong)(rong)解,在(zai)(zai)(zai)(zai)氫氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)中也能被(bei)(bei)(bei)溶(rong)(rong)解。但是鉭(tan)(tan)(tan)更(geng)害(hai)怕(pa)強堿,在(zai)(zai)(zai)(zai)110℃ 40%濃(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)燒堿溶(rong)(rong)液(ye)里,鉭(tan)(tan)(tan)會(hui)(hui)被(bei)(bei)(bei)迅速溶(rong)(rong)解,在(zai)(zai)(zai)(zai)同樣(yang)濃(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫氧化(hua)鉀(jia)溶(rong)(rong)液(ye)中,只(zhi)要100℃就會(hui)(hui)被(bei)(bei)(bei)迅速溶(rong)(rong)解。除上(shang)面所(suo)述情況外,一般(ban)(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)無(wu)機鹽在(zai)(zai)(zai)(zai)150℃以下一般(ban)(ban)不能腐(fu)(fu)蝕鉭(tan)(tan)(tan)。實(shi)驗證明,鉭(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)(zai)常溫(wen)下,對(dui)堿溶(rong)(rong)液(ye)、氯氣、溴水、稀硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)以及(ji)其他許(xu)多藥(yao)劑均(jun)不起作(zuo)用,僅(jin)在(zai)(zai)(zai)(zai)氫氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)和熱濃(nong)硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)作(zuo)用下有(you)(you)所(suo)反(fan)應(ying)(ying)。這(zhe)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)情況在(zai)(zai)(zai)(zai)金屬中是比(bi)(bi)較罕(han)見的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。
但高溫下(xia),鉭(tan)(tan)表面(mian)的氧化(hua)膜被破壞,因(yin)此能(neng)與多種物(wu)質(zhi)反(fan)應(ying),常(chang)溫下(xia)鉭(tan)(tan)能(neng)與氟(fu)反(fan)應(ying)。在(zai)150℃時(shi),鉭(tan)(tan)對氯(lv)溴(xiu)(xiu)碘均(jun)呈(cheng)惰性,在(zai)250℃時(shi),鉭(tan)(tan)對干燥的氯(lv)氣仍然(ran)有(you)抗腐蝕(shi)能(neng)力,在(zai)含有(you)水蒸氣的氯(lv)氣中(zhong)加(jia)熱到400℃,仍然(ran)能(neng)保持光亮,在(zai)500℃則(ze)開始被腐蝕(shi),在(zai)300℃以上(shang)鉭(tan)(tan)與溴(xiu)(xiu)反(fan)應(ying),對碘蒸汽則(ze)當(dang)溫度達到赤熱之前均(jun)呈(cheng)惰性。氯(lv)化(hua)氫在(zai)410℃時(shi)和鉭(tan)(tan)反(fan)應(ying),生產五(wu)氯(lv)化(hua)物(wu),溴(xiu)(xiu)化(hua)氫則(ze)在(zai)375℃與鉭(tan)(tan)反(fan)應(ying)。當(dang)加(jia)熱到200℃或者更低的溫度下(xia),硫(liu)能(neng)與Ta作用,碳及(ji)烴類在(zai)800-1100℃與鉭(tan)(tan)作用。
元(yuan)素命名(ming) 埃克博格(ge)根據古希臘神話中中第(di)比斯城(cheng)皇后(hou)尼奧比的父(fu)親坦塔羅斯的名(ming)字命名(ming)了該元(yuan)素。
來源 主要存在于鉭鐵礦(kuang)中,同鈮(ni)共生。
鉭(tan)的主(zhu)要(yao)吸收(shou)線及其主(zhu)要(yao)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:單色器光譜通帶
N-A(氧(yang)化亞氮-乙炔焰(yan))
S*:元素的(de)特征濃度(du)(du)(1%吸收靈敏度(du)(du))
CL:元素(su)的檢測極限
R·S:同一元素(su)主要吸收線間(jian)的相對靈敏度
F:火焰類型
鉭的線脹系(xi)數(shu)在0~100℃之間為(wei)(wei)6.5×10-6K-1,超導(dao)轉變臨界溫度為(wei)(wei)4.38K,原子的熱中子吸收截面為(wei)(wei)21.3靶恩。
在(zai)(zai)低于(yu)150℃的(de)條件下鉭是化(hua)學(xue)性(xing)質最(zui)穩(wen)定(ding)的(de)金(jin)屬之一。與(yu)鉭能(neng)起反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)的(de)只有(you)氟(fu)、氫(qing)(qing)氟(fu)酸、含氟(fu)離子的(de)酸性(xing)溶液和(he)三(san)氧(yang)化(hua)硫。在(zai)(zai)室(shi)溫下與(yu)濃堿溶液反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying),并且溶于(yu)熔融(rong)堿中。致密的(de)鉭在(zai)(zai)200℃開始輕微氧(yang)化(hua),在(zai)(zai)280℃時明顯(xian)氧(yang)化(hua)。鉭有(you)多種氧(yang)化(hua)物(wu),最(zui)穩(wen)定(ding)的(de)是五氧(yang)化(hua)二鉭(Ta2O5)。鉭和(he)氫(qing)(qing)在(zai)(zai)250℃以(yi)上(shang)生成脆(cui)性(xing)固(gu)溶體(ti)(ti)和(he)金(jin)屬氫(qing)(qing)化(hua)物(wu)如(ru)Ta2H、TaH、TaH2、TaH3。在(zai)(zai)800~1200℃的(de)真空(kong)下,氫(qing)(qing)從鉭中析(xi)出(chu)鉭又恢復塑性(xing)。鉭和(he)氮(dan)在(zai)(zai)300℃左右開始反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)生成固(gu)溶體(ti)(ti)和(he)氮(dan)化(hua)合(he)物(wu);在(zai)(zai)高(gao)于(yu)2000℃和(he)高(gao)真空(kong)下,被吸收的(de)氮(dan)又從鉭中析(xi)出(chu)。鉭與(yu)碳(tan)在(zai)(zai)高(gao)于(yu)2800℃下以(yi)三(san)種物(wu)相(xiang)存在(zai)(zai):碳(tan)鉭固(gu)溶體(ti)(ti)、低價碳(tan)化(hua)物(wu)和(he)高(gao)價碳(tan)化(hua)物(wu)。鉭在(zai)(zai)室(shi)溫下能(neng)與(yu)氟(fu)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying),在(zai)(zai)高(gao)于(yu)250℃時能(neng)與(yu)其他鹵素反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying),生成鹵化(hua)物(wu)。
鉭(tan)(tan)(tan)在(zai)酸性(xing)電(dian)解液中形成(cheng)穩定的(de)陽極氧化(hua)(hua)膜,用(yong)鉭(tan)(tan)(tan)制(zhi)(zhi)(zhi)成(cheng)的(de)電(dian)解電(dian)容(rong)器,具有容(rong)量大、體(ti)積小和(he)可靠性(xing)好(hao)等優點(dian),制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)容(rong)器是鉭(tan)(tan)(tan)的(de)最(zui)重要用(yong)途,70年(nian)(nian)代末的(de)用(yong)量占(zhan)鉭(tan)(tan)(tan)總用(yong)量2/3以(yi)上(shang)。鉭(tan)(tan)(tan)也(ye)是制(zhi)(zhi)(zhi)作電(dian)子(zi)發(fa)射管(guan)、高(gao)功(gong)率(lv)電(dian)子(zi)管(guan)零件的(de)材料。鉭(tan)(tan)(tan)制(zhi)(zhi)(zhi)的(de)抗腐(fu)蝕設備用(yong)于生產強酸、溴、氨等化(hua)(hua)學工(gong)(gong)業。金(jin)屬(shu)(shu)鉭(tan)(tan)(tan)可作飛機(ji)發(fa)動(dong)機(ji)的(de)燃燒(shao)室的(de)結構(gou)材料。鉭(tan)(tan)(tan)鎢、鉭(tan)(tan)(tan)鎢鉿、鉭(tan)(tan)(tan)鉿合(he)金(jin)用(yong)作火箭、導彈(dan)和(he)噴氣發(fa)動(dong)機(ji)的(de)耐(nai)熱(re)高(gao)強材料以(yi)及控制(zhi)(zhi)(zhi)和(he)調節裝備的(de)零件等。鉭(tan)(tan)(tan)易加(jia)工(gong)(gong)成(cheng)形,在(zai)高(gao)溫真(zhen)空爐中作支撐附(fu)件、熱(re)屏蔽、加(jia)熱(re)器和(he)散(san)熱(re)片等。鉭(tan)(tan)(tan)可作骨(gu)科和(he)外科手術(shu)材料,例如用(yong)鉭(tan)(tan)(tan)條替代人(ren)體(ti)中的(de)骨(gu)頭肌肉還會在(zai)鉭(tan)(tan)(tan)條上(shang)生長(chang),所以(yi)它有一(yi)個“親生物金(jin)屬(shu)(shu)”。碳化(hua)(hua)鉭(tan)(tan)(tan)用(yong)于制(zhi)(zhi)(zhi)造硬質合(he)金(jin)。鉭(tan)(tan)(tan)的(de)硼化(hua)(hua)物、硅化(hua)(hua)物和(he)氮化(hua)(hua)物及其合(he)金(jin)用(yong)作原(yuan)子(zi)能工(gong)(gong)業中的(de)釋熱(re)元件和(he)液態金(jin)屬(shu)(shu)包套材料。氧化(hua)(hua)鉭(tan)(tan)(tan)用(yong)于制(zhi)(zhi)(zhi)造高(gao)級光學玻璃(li)和(he)催(cui)化(hua)(hua)劑。1981年(nian)(nian)鉭(tan)(tan)(tan)在(zai)美國(guo)各部門(men)的(de)消費比例約(yue)為:電(dian)子(zi)元件73%,機(ji)械工(gong)(gong)業19%,交(jiao)通(tong)運輸6%,其他(ta)2%。
鉭(tan)(tan)所(suo)具有(you)的(de)(de)特性,使它的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)領域十分廣闊。在(zai)制(zhi)取(qu)各種無機酸的(de)(de)設備中,鉭(tan)(tan)可(ke)用(yong)(yong)(yong)來(lai)替代(dai)不(bu)銹鋼(gang),壽命(ming)可(ke)比不(bu)銹鋼(gang)提高幾十倍。此(ci)外,在(zai)化工、電(dian)(dian)子(zi)、電(dian)(dian)氣等工業中,鉭(tan)(tan)可(ke)以取(qu)代(dai)過(guo)去需要由貴重金屬鉑(bo)承擔的(de)(de)任(ren)務,使所(suo)需費(fei)用(yong)(yong)(yong)大(da)大(da)降低。鉭(tan)(tan)被制(zhi)造成了電(dian)(dian)容(rong)(rong)裝備到軍用(yong)(yong)(yong)設備中。美國(guo)的(de)(de)軍事工業異常(chang)發達,是世界(jie)最大(da)軍火出(chu)口商(shang)。世界(jie)上鉭(tan)(tan)金屬的(de)(de)產(chan)量一半被用(yong)(yong)(yong)在(zai)鉭(tan)(tan)電(dian)(dian)容(rong)(rong)的(de)(de)生產(chan)上,美國(guo)國(guo)防部后(hou)勤(qin)署則是鉭(tan)(tan)金屬最大(da)的(de)(de)擁有(you)者(zhe),曾一度買(mai)斷了世界(jie)上三(san)分之(zhi)一的(de)(de)鉭(tan)(tan)粉。
從產(chan)品大類劃分,鉭(tan)(tan)(tan)(tan)產(chan)品可(ke)以分為鉭(tan)(tan)(tan)(tan)及(ji)其(qi)合(he)金,鉭(tan)(tan)(tan)(tan)碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu),鉭(tan)(tan)(tan)(tan)氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)和鉭(tan)(tan)(tan)(tan)醇鹽。目前鉭(tan)(tan)(tan)(tan)制(zhi)(zhi)品下游占比最高的(de)(de)產(chan)品為電容器,約占到全世界(jie)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)產(chan)量的(de)(de)60%。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)具有非常優秀的(de)(de)物(wu)(wu)(wu)理(li)及(ji)化(hua)(hua)(hua)學性(xing)質,其(qi)下游應(ying)用(yong)領域十分廣泛,在對(dui)于(yu)材(cai)(cai)料(liao)有嚴(yan)格(ge)要(yao)求的(de)(de)應(ying)用(yong)領域都能(neng)看到其(qi)身影。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)及(ji)其(qi)合(he)金的(de)(de)應(ying)用(yong)包含電容器、耐高溫制(zhi)(zhi)品、靶材(cai)(cai)、武器、耐腐(fu)蝕制(zhi)(zhi)品、航(hang)空航(hang)天工業(ye)、捕氣劑(ji)(ji);鉭(tan)(tan)(tan)(tan)碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)主(zhu)要(yao)用(yong)于(yu)硬(ying)質合(he)金,因為鉭(tan)(tan)(tan)(tan)具有極強(qiang)(qiang)的(de)(de)抗腐(fu)蝕能(neng)力,碳化(hua)(hua)(hua)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)可(ke)以提高刀具、磨具的(de)(de)硬(ying)度、強(qiang)(qiang)度、熔點,但是由(you)于(yu)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)成本較高,國外經常使用(yong)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)鈮(ni)復合(he)碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)替代(dai)單(dan)一的(de)(de)碳化(hua)(hua)(hua)鉭(tan)(tan)(tan)(tan);鉭(tan)(tan)(tan)(tan)氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)主(zhu)要(yao)用(yong)作制(zhi)(zhi)造人工晶體、催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)、靶材(cai)(cai),鉭(tan)(tan)(tan)(tan)醇鹽用(yong)作陶瓷材(cai)(cai)料(liao)。
鉭(tan)鈮礦中常伴有多種金屬(shu),鉭(tan)冶煉的(de)主(zhu)要步(bu)驟是分解精礦,凈(jing)化和分離(li)鉭(tan)、鈮,以制取(qu)鉭(tan)、鈮的(de)純化合物,最后制取(qu)金屬(shu)。
礦石分(fen)解可(ke)采用(yong)氫氟酸分(fen)解法(fa)(fa)、氫氧化鈉熔融(rong)法(fa)(fa)和氯化法(fa)(fa)等(deng)。鉭鈮分(fen)離可(ke)采用(yong)溶劑(ji)萃取法(fa)(fa)【常用(yong)的萃取劑(ji)為甲基異丁(ding)酮(MIBK)、磷(lin)酸三(san)丁(ding)酯(TBP)、仲辛(xin)醇和乙酰(xian)胺等(deng)】、分(fen)步結晶法(fa)(fa)和離子交換法(fa)(fa)。
分(fen)離:首先將鉭(tan)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)鐵(tie)礦的(de)(de)(de)(de)精礦用(yong)氫(qing)氟(fu)(fu)酸(suan)(suan)和(he)(he)(he)硫(liu)酸(suan)(suan)分(fen)解鉭(tan)和(he)(he)(he)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)呈氟(fu)(fu)鉭(tan)酸(suan)(suan)和(he)(he)(he)氟(fu)(fu)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)酸(suan)(suan)溶(rong)于(yu)浸出液(ye)(ye)中,同(tong)(tong)時鐵(tie)、錳、鈦、鎢(wu)、硅等(deng)伴(ban)生(sheng)元素(su)也溶(rong)于(yu)浸出液(ye)(ye)中,形成(cheng)成(cheng)分(fen)很復雜(za)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)酸(suan)(suan)性溶(rong)液(ye)(ye)。鉭(tan)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)浸出液(ye)(ye)用(yong)甲基異丁(ding)(ding)基酮(tong)萃取(qu)(qu)鉭(tan)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)同(tong)(tong)時萃入(ru)(ru)有(you)(you)(you)機(ji)相(xiang)(xiang)(xiang)中,用(yong)硫(liu)酸(suan)(suan)溶(rong)液(ye)(ye)洗滌(di)有(you)(you)(you)機(ji)相(xiang)(xiang)(xiang)中的(de)(de)(de)(de)微量雜(za)質,得(de)到(dao)純(chun)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)鉭(tan)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機(ji)相(xiang)(xiang)(xiang)洗液(ye)(ye)和(he)(he)(he)萃余液(ye)(ye)合(he)并,其(qi)中含(han)(han)有(you)(you)(you)微量鉭(tan)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)和(he)(he)(he)雜(za)質元素(su),是強(qiang)(qiang)酸(suan)(suan)性溶(rong)液(ye)(ye),可(ke)綜合(he)回(hui)(hui)收。純(chun)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)鉭(tan)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機(ji)相(xiang)(xiang)(xiang)用(yong)稀硫(liu)酸(suan)(suan)溶(rong)液(ye)(ye)反(fan)(fan)(fan)萃取(qu)(qu)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)得(de)到(dao)含(han)(han)鉭(tan)的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機(ji)相(xiang)(xiang)(xiang)。鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)和(he)(he)(he)少(shao)量的(de)(de)(de)(de)鉭(tan)進入(ru)(ru)水溶(rong)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)中然后(hou)再用(yong)甲基異丁(ding)(ding)基酮(tong)萃取(qu)(qu)其(qi)中的(de)(de)(de)(de)鉭(tan),得(de)到(dao)純(chun)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)溶(rong)液(ye)(ye)。純(chun)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)鉭(tan)的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機(ji)相(xiang)(xiang)(xiang)用(yong)水反(fan)(fan)(fan)萃取(qu)(qu)就得(de)到(dao)純(chun)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)鉭(tan)溶(rong)液(ye)(ye)。反(fan)(fan)(fan)萃取(qu)(qu)鉭(tan)后(hou)的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機(ji)相(xiang)(xiang)(xiang)返回(hui)(hui)萃取(qu)(qu)循環使(shi)用(yong)。純(chun)的(de)(de)(de)(de)氟(fu)(fu)鉭(tan)酸(suan)(suan)溶(rong)液(ye)(ye)或純(chun)的(de)(de)(de)(de)氟(fu)(fu)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)酸(suan)(suan)溶(rong)液(ye)(ye)同(tong)(tong)氟(fu)(fu)化(hua)鉀或氯化(hua)鉀反(fan)(fan)(fan)應分(fen)別生(sheng)成(cheng)氟(fu)(fu)鉭(tan)酸(suan)(suan)鉀(K2TaF7)和(he)(he)(he)氟(fu)(fu)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)酸(suan)(suan)鉀(K2NbF7)結晶(jing),也可(ke)與氫(qing)氧(yang)化(hua)銨反(fan)(fan)(fan)應生(sheng)成(cheng)氫(qing)氧(yang)化(hua)鉭(tan)或氫(qing)氧(yang)化(hua)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)沉淀。鉭(tan)或鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)氧(yang)化(hua)物(wu)在900~1000℃下煅燒(shao)生(sheng)成(cheng)鉭(tan)或鈮(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)物(wu)。
①金屬(shu)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)粉可采用(yong)金屬(shu)熱還原(鈉熱還原)法制(zhi)(zhi)取。在(zai)惰(duo)性氣(qi)氛(fen)下用(yong)金屬(shu)鈉還原氟(fu)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)酸鉀:K2TaF7+5Na─→Ta+5NaF+2KF。反應(ying)(ying)在(zai)不銹鋼罐(guan)中(zhong)進行,溫度(du)加熱到900℃時,還原反應(ying)(ying)迅速(su)完成。此法制(zhi)(zhi)取的鉭(tan)(tan)(tan)(tan)粉,粒(li)形不規則,粒(li)度(du)細,適用(yong)于(yu)制(zhi)(zhi)作鉭(tan)(tan)(tan)(tan)電(dian)容器。金屬(shu)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)粉亦可用(yong)熔(rong)鹽電(dian)解(jie)法制(zhi)(zhi)取:用(yong)氟(fu)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)酸鉀、氟(fu)化(hua)鉀和氯(lv)化(hua)鉀混合物的熔(rong)鹽做電(dian)解(jie)質把五氧(yang)化(hua)二(er)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(Ta2O5)溶于(yu)其中(zhong),在(zai)750℃下電(dian)解(jie),可得到純度(du)為99.8~99.9%的鉭(tan)(tan)(tan)(tan)粉。
②用碳熱還原Ta2O5亦可得到金屬(shu)(shu)鉭(tan)(tan)。還原一般分兩(liang)步進行:首(shou)先將(jiang)一定配(pei)比的(de)Ta2O5和碳的(de)混合物在氫氣氛中于1800~2000℃下制成(cheng)碳化(hua)鉭(tan)(tan)(TaC),然后再將(jiang)TaC和Ta2O5按一定配(pei)比制成(cheng)混合物真空還原成(cheng)金屬(shu)(shu)鉭(tan)(tan)。金屬(shu)(shu)鉭(tan)(tan)還可采(cai)用熱分解或(huo)氫還原鉭(tan)(tan)的(de)氯化(hua)物的(de)方法制取。致密的(de)金屬(shu)(shu)鉭(tan)(tan)可用真空電(dian)弧、電(dian)子束(shu)、等離子束(shu)熔煉或(huo)粉末冶金法制備。高純度鉭(tan)(tan)單(dan)晶用無坩堝電(dian)子束(shu)區域(yu)熔煉法制取。
鉭是稀有金屬礦產資源(yuan)之一,是電子工業和空間技術(shu)發展不(bu)可缺少的戰略原料。
鉭(tan)(tan)和(he)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)(de)物(wu)理化(hua)學(xue)(xue)性質相似,因此(ci)共(gong)生于(yu)自然(ran)界的(de)(de)礦(kuang)(kuang)物(wu)中(zhong)(zhong)(zhong)。劃分鉭(tan)(tan)礦(kuang)(kuang)或鈮(ni)(ni)(ni)(ni)礦(kuang)(kuang)主(zhu)要(yao)是(shi)根據礦(kuang)(kuang)物(wu)中(zhong)(zhong)(zhong)鉭(tan)(tan)和(he)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)(de)含量(liang)(liang),鈮(ni)(ni)(ni)(ni)含量(liang)(liang)高(gao)(gao)時稱(cheng)為鈮(ni)(ni)(ni)(ni)礦(kuang)(kuang),鉭(tan)(tan)含量(liang)(liang)高(gao)(gao)時則(ze)稱(cheng)為鉭(tan)(tan)礦(kuang)(kuang)。鈮(ni)(ni)(ni)(ni)主(zhu)要(yao)用于(yu)制造碳鋼(gang)、超級合(he)金(jin)、高(gao)(gao)強度(du)低(di)(di)合(he)金(jin)鋼(gang)、不(bu)銹鋼(gang)、抗熱鋼(gang)及合(he)金(jin)鋼(gang);鉭(tan)(tan)則(ze)主(zhu)要(yao)用于(yu)電(dian)子原器件及合(he)金(jin)的(de)(de)生產(chan)。鉭(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)礦(kuang)(kuang)物(wu)的(de)(de)賦存形式(shi)和(he)化(hua)學(xue)(xue)成分復雜,其中(zhong)(zhong)(zhong)除鉭(tan)(tan)、鈮(ni)(ni)(ni)(ni)外,往往還含有(you)(you)稀土金(jin)屬(shu)、鈦、鋯(gao)、鎢(wu)、鈾、釷和(he)錫等。鉭(tan)(tan)的(de)(de)主(zhu)要(yao)礦(kuang)(kuang)物(wu)有(you)(you):鉭(tan)(tan)鐵礦(kuang)(kuang)[(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6]、重鉭(tan)(tan)鐵礦(kuang)(kuang)(FeTa2O6)、細晶石(shi)[(Na,Ca)Ta2O6(O,OH,F)]和(he)黑稀金(jin)礦(kuang)(kuang)[(Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6]等。煉錫的(de)(de)廢(fei)渣(zha)中(zhong)(zhong)(zhong)含有(you)(you)鉭(tan)(tan),也是(shi)鉭(tan)(tan)的(de)(de)重要(yao)資源。已查明世界的(de)(de)鉭(tan)(tan)儲量(liang)(liang)(以(yi)鉭(tan)(tan)計(ji))約為134000短噸(dun),扎伊爾占首位。1979年(nian)世界鉭(tan)(tan)礦(kuang)(kuang)物(wu)的(de)(de)產(chan)量(liang)(liang)(以(yi)鉭(tan)(tan)計(ji))為788短噸(dun)(1短噸(dun)=907.2公斤)。中(zhong)(zhong)(zhong)國從含鉭(tan)(tan)比較低(di)(di)的(de)(de)礦(kuang)(kuang)物(wu)中(zhong)(zhong)(zhong)提取鉭(tan)(tan)的(de)(de)工藝取得(de)了成就。
電容(rong)器(qi)(qi)(qi)是(shi)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)主要最終消費領域(yu),約占總消費量(liang)(liang)的(de)60%。美國是(shi)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)消費量(liang)(liang)最大的(de)國家,1997年消費量(liang)(liang)達(da)(da)500噸(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)(dun),其(qi)中(zhong)60%用(yong)(yong)(yong)于(yu)生(sheng)(sheng)產鉭(tan)(tan)(tan)(tan)電容(rong)器(qi)(qi)(qi)。日本是(shi)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)消費的(de)第二大國,消費量(liang)(liang)為(wei)(wei)334噸(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)。21世(shi)(shi)(shi)紀初,隨(sui)著電容(rong)器(qi)(qi)(qi)生(sheng)(sheng)產的(de)發(fa)展迅速,市場供不(bu)應求(qiu)。預計(ji),世(shi)(shi)(shi)界鉭(tan)(tan)(tan)(tan)電容(rong)器(qi)(qi)(qi)的(de)生(sheng)(sheng)產量(liang)(liang)達(da)(da)2.50億件(jian),需(xu)消費鉭(tan)(tan)(tan)(tan)1000噸(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)。據(ju)美國地質調查局的(de)統計(ji),鉭(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)地殼中(zhong)的(de)自然(ran)儲(chu)(chu)量(liang)(liang)為(wei)(wei)15萬噸(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)(dun),可開(kai)采儲(chu)(chu)量(liang)(liang)超過4.3萬噸(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)。2004年,世(shi)(shi)(shi)界鉭(tan)(tan)(tan)(tan)開(kai)采量(liang)(liang)為(wei)(wei)1510噸(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)(dun),其(qi)中(zhong),澳大利亞730噸(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)(dun),莫桑比克280噸(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)(dun),巴西(xi)(xi)(xi)250噸(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)(dun),加拿(na)大69噸(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)(dun),剛果60噸(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)。中(zhong)國資源量(liang)(liang),主要分布在(zai)江西(xi)(xi)(xi)、福(fu)建、新(xin)疆、廣(guang)西(xi)(xi)(xi)、湖南(nan)等(deng)省。從未來發(fa)展的(de)需(xu)求(qiu)看(kan),電容(rong)器(qi)(qi)(qi)仍(reng)是(shi)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)主要應用(yong)(yong)(yong)領域(yu)。如果按(an)儲(chu)(chu)量(liang)(liang)基礎24000噸(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)計(ji)算(suan),也只能保(bao)證24年的(de)需(xu)求(qiu)。盡管如此,鉭(tan)(tan)(tan)(tan)資源的(de)前景仍(reng)然(ran)是(shi)看(kan)好的(de)。首先,在(zai)世(shi)(shi)(shi)界十分豐富的(de)鈮礦(kuang)床中(zhong),伴生(sheng)(sheng)有大量(liang)(liang)的(de)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)資源。其(qi)中(zhong),格陵蘭南(nan)部加達(da)(da)爾(er)鈮、鉭(tan)(tan)(tan)(tan)礦(kuang)的(de)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)資源量(liang)(liang)就達(da)(da)100萬噸(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)(dun)。其(qi)次,西(xi)(xi)(xi)方已開(kai)始利用(yong)(yong)(yong)含Ta2O5 3%以下(xia)的(de)大量(liang)(liang)錫(xi)爐(lu)渣。此外(wai),代(dai)用(yong)(yong)(yong)品(pin)的(de)研(yan)究和(he)利用(yong)(yong)(yong)也有了很快(kuai)的(de)發(fa)展,如鋁和(he)陶(tao)瓷在(zai)電容(rong)器(qi)(qi)(qi)領域(yu)代(dai)替鉭(tan)(tan)(tan)(tan);硅、鍺、銫可在(zai)電子(zi)儀器(qi)(qi)(qi)用(yong)(yong)(yong)途上,代(dai)替鉭(tan)(tan)(tan)(tan)制造整流器(qi)(qi)(qi)等(deng)。