钽

化學金屬元素
钽有非常出色的化學性質,具有極高的抗腐蝕性。無論是在冷和熱的條件下,對鹽酸、濃硝酸及“王水”都不反應。可用來制造蒸發器皿等,也可做電子管的電極、整流器、電解、電容。醫療上用來制成薄片或細線,縫補破壞的組織。雖然钽的抗腐蝕性很強,但是其抗腐蝕性是由于表面生成穩定的五氧化二钽(Ta2O5)保護膜。钽的活動性在所有金屬元素中排倒數第四。
    中文名:钽 外文名:Tantalum 别名: 化學式: 分子量: CAS登錄号: EINECS登錄号: 熔點:2996°C 沸點:5425°C 水溶性: 密度: 外觀: 閃點: 應用: 安全性描述: 危險性符号: 危險性描述: UN危險貨物編号: CN危險貨物編号: 元素符号:Ta 相對原子質量:180.9479 元素類型:金屬元素 原子序數:73

物理性質

一種金屬元素。質地十分堅硬、富有延展性。

元素信息

CAS号:7440-25-7

系列:過渡金屬。

相對原子質量:180.94788(12C=12.0000)

密度16650kg/m316.654g/cm3

硬度6.5

元素分區5族,6,d

顔色:藍灰色

價電子排布:[氙]4f5d6s

原子體積:(立方厘米/摩爾)

10.90

元素在海水中的含量:(ppm)

0.000002

地殼中含量:1(ppm)

2

氧化态:

MainTa+5

OtherTa-3,Ta-1,Ta+1,Ta+2,Ta+3,Ta+6

晶體結構:晶胞為體心立方晶胞,每個晶胞含有2個金屬原子。

晶胞參數:

a=330.13pm

b=330.13pm

c=330.13pm

α=90°

β=90°

γ=90°

維氏硬度(電弧熔煉并冷作硬化):230HV

維氏硬度(再結晶退火):140HV

維氏硬度(經一次電子束熔煉):70HV

維氏硬度(經二次電子束熔煉):45-55HV

熔點:2995℃

聲音在其中的傳播速率:(m/S)3400

電離能(kJ/mol)

M-M+761

M+-M2+1500

M2+-M3+2100M3+-M4+3200

M4+-M5+4300

發現人:1802年由瑞典化學家安德斯·古斯塔法·埃克博格發現。

元素命名:埃克博格根據古希臘神話中中第比斯城皇後尼奧比的父親坦塔羅斯的名字命名了該元素。

來源:主要存在于钽鐵礦中,同铌共生。

還可以用做電子元件的電容。

化學性質

钽還有非常出色的化學性質,具有極高的抗腐蝕性,無論是在冷和熱的條件下,對鹽酸、濃硝酸及“王水”都不反應。但钽在熱的濃硫酸中能被腐蝕,在150℃以下,钽不會被濃硫酸腐蝕,隻有在高于此溫度才會有反應,在175度的濃硫酸中1年,被腐蝕的厚度為0.0004毫米,将钽放入200℃的硫酸中浸泡一年,表層僅損傷0.006毫米。在250度時,腐蝕速度有所增加,為每年被腐蝕的厚度為SDS毫米。

在300度時,被腐蝕的速度則更加快,浸泡1年,表面被腐蝕1.368毫米。在發煙硫酸(含15%的SO3)腐蝕速度比濃硫酸中更加嚴重,在130度的該溶液裡浸泡1年,表面被腐蝕的厚度為15.6毫米。钽在高溫下也會被磷酸腐蝕,但該反應一般在150度以上才發生,在250度的85%的磷酸中,浸泡1年SS,表面被腐蝕20毫米,另外,钽在氫氟酸和硝酸的混酸中能迅速溶解,在氫氟酸中也能被溶解。

但是钽更害怕強堿,在110度40%濃度的燒堿溶液裡,钽會被迅速溶解,在同樣濃度的氫氧化鉀溶液中,隻要100度就會被迅速溶解。除上面所述情況外,一般的無機鹽在150度以下一般不能腐蝕钽。實驗證明,钽在常溫下,對堿溶液、氯氣、溴水、稀硫酸以及其他許多藥劑均不起作用,僅在氫氟酸和熱濃硫酸作用下有所反應。這樣的情況在金屬中是比F較罕見的。

λ:波長

f:振子強度

W:單色器光譜通帶

N-A(氧化亞氮-乙炔焰)

S*:元素的特征濃度(1%吸收靈敏度)

CL:元素的檢測極限

R·S:同一元素主要吸收線間的相對靈敏度

F:火焰類型

化學符号Ta,鋼灰色金屬,在元素周期表中屬VB族,原子序數73,原子量180.9479,體心立方晶體,常見化合價為+5。

钽是由瑞典化學家埃克貝裡(A.G.Ekeberg)在1802年發現的,按希臘神話人物Tantalus(坦塔羅斯)的名字命名為tantalum。1903年德國化學家博爾頓(W.vonBolton)首次制備了塑性金屬钽用作燈絲材料。1940年大容量的钽電容器出現,并在軍用通信中廣泛應用。第二次世界大戰期間,钽的需要量劇增。

50年代以後,由于钽在電容器、高溫合金、化工和原子能工業中的應用不斷擴大,需要量逐年上升,促進了钽的提取工藝的研究和生産的發展。中國于60年代初期建立了钽的冶金工業

資源簡介

钽是稀有金屬礦産資源之一,是電子工業和空間技術發展不可缺少的戰略原料。

钽和铌的物理化學性質相似,因此共生于自然界的礦物中。劃分钽礦或铌礦主要是根據礦物中钽和铌的含量,铌含量高時稱為铌礦,钽含量高時則稱為钽礦。铌主要用于制造碳鋼、超級合金、高強度低合金鋼、不鏽鋼、抗熱鋼及合金鋼;钽則主要用于電子原器件及合金的生産。

钽铌礦物的賦存形式和化學成分複雜,其中除钽、铌外,往往還含有稀土金屬、钛、锆、鎢、鈾、钍和錫等。钽的主要礦物有:钽鐵礦[(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6]、重钽鐵礦(FeTa2O6)、細晶石[(Na,Ca)Ta2O6(O,OH,F)]和黑稀金礦[(Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6]等。煉錫的廢渣中含有钽,也是钽的重要資源。

已查明世界的钽儲量(以钽計)約為134000短噸,紮伊爾占首位。1979年世界钽礦物的産量(以钽計)為788短噸(1短噸=907.2公斤)。中國從含钽比較低的礦物中提取钽的工藝,取得了成就。

電容器是钽的主要最終消費領域,約占總消費量的60%。美國是钽消費量最大的國家,1997年消費量達500噸,其中60%用于生産钽電容器。日本是钽消費的第二大國,消費量為334噸。

21世紀初,随着電容器生産的發展迅速,市場供不應求。世界钽電容器的生産量達2.50億件,需消費钽1000噸。據美國地質調查局的統計,钽在地殼中的自然儲量為15萬噸,可開采儲量超過4.3萬噸。2004年,世界钽開采量為1510噸,其中,澳大利亞730噸,莫桑比克280噸,巴西250噸,加拿大69噸,剛果60噸。

中國資源量,主要分布在江西、福建、新疆、廣西、湖南等省。從未來發展的需求看,電容器仍是钽的主要應用領域。如果按儲量基礎24000噸計算,也隻能保證24年的需求。盡管如此,钽資源的前景仍然是看好的。首先,在世界十分豐富的铌礦床中,伴生有大量的钽資源。

其中,格陵蘭南部加達爾铌、钽礦的钽資源量就達100萬噸。其次,西方已開始利用含Ta2O53%以下的大量錫爐渣。此外,代用品的研究和利用也有了很快的發展,如鋁和陶瓷在電容器領域代替钽;矽、鍺、铯可在電子儀器用途上,代替钽制造整流器等。

制備方法

冶煉方法:钽铌礦中常伴有多種金屬,钽冶煉的主要步驟是分解精礦,淨化和分離钽、铌,以制取钽、铌的純化合物,最後制取金屬。

礦石分解可采用氫氟酸分解法、氫氧化鈉熔融法和氯化法等。钽铌分離可采用溶劑萃取法〔常用的萃取劑為甲基異丁基銅(MIBK)、磷酸三丁酯(TBP)、仲辛醇和乙酰胺等〕、分步結晶法和離子交換法。

分離:首先将钽铌鐵礦的精礦用氫氟酸和硫酸分解钽和铌呈氟钽酸和氟铌酸溶于浸出液中,同時鐵、錳、钛、鎢、矽等伴生元素也溶于浸出液中,形成成分很複雜的強酸性溶液。钽铌浸出液用甲基異丁基酮萃取钽铌同時萃入有機相中,用硫酸溶液洗滌有機相中的微量雜質,得到純的含钽铌的有機相洗液和萃餘液合并,其中含有微量钽铌和雜質元素,是強酸性溶液,可綜合回收。

純的含钽铌的有機相用稀硫酸溶液反萃取铌得到含钽的有機相。铌和少量的钽進入水溶液相中然後再用甲基異丁基酮萃取其中的钽,得到純的含铌溶液。純的含钽的有機相用水反萃取就得到純的含钽溶液。反萃取钽後的有機相返回萃取循環使用。純的氟钽酸溶液或純的氟铌酸溶液同氟化鉀或氯化鉀反應分别生成氟钽酸鉀(K2TaF7)和氟铌酸鉀(K2NbF7)結晶,也可與氫氧化铵反應生成氫氧化钽或氫氧化铌沉澱。钽或铌的氫氧化物在900~1000℃下煅燒生成钽或铌的氧化物。

钽的制取:

①金屬钽粉可采用金屬熱還原(鈉熱還原)法制取。在惰性氣氛下用金屬鈉還原氟钽酸鉀:K2TaF7+5Na─→Ta+5NaF+2KF。反應在不鏽鋼罐中進行,溫度加熱到900℃時,還原反應迅速完成。此法制取的钽粉,粒形不規則,粒度細,适用于制作钽電容器。金屬钽粉亦可用熔鹽電解法制取:用氟钽酸鉀、氟化鉀和氯化鉀混合物的熔鹽做電解質把五氧化二钽(Ta2O5)溶于其中,在750℃下電解,可得到純度為99.8~99.9%的钽粉。

②用碳熱還原Ta2O5亦可得到金屬钽。還原一般分兩步進行:首先将一定配比的Ta2O5和碳的混合物在氫氣氛中于1800~2000℃下制成碳化钽(TaC),然後再将TaC和Ta2O5按一定配比制成混合物真空還原成金屬钽。金屬钽還可采用熱分解或氫還原钽的氯化物的方法制取。緻密的金屬钽可用真空電弧、電子束、等離子束熔煉或粉末冶金法制備。高純度钽單晶用無坩埚電子束區域熔煉法制取。

用途

钽主要存在于钽鐵礦中,同铌共生。钽的硬度适中,富有延展性,可以拉成細絲式制薄箔。其熱膨脹系數很小。钽有非常出色的化學性質,具有極高的抗腐蝕性。钽所具有的特性,使它的應用領域十分廣闊。在制取各種無機酸的設備中,钽可用來替代不鏽鋼,壽命可比不鏽鋼提高幾十倍。此外,在化工、電子、電氣等工業中,钽可以取代過去需要由貴重金屬鉑承擔的任務,使所需費用大大降低。

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