鉭(Tantalum)是一種金屬元素(su)(su),原子序(xu)數為73,化(hua)學符號Ta,元素(su)(su)對應的單質為鋼灰色金屬。
鉭(tan)主要存在(zai)于鉭(tan)鐵(tie)礦中(zhong),同鈮共生。鉭(tan)的(de)硬度(du)適中(zhong),富(fu)有(you)(you)延展性,可(ke)(ke)以拉成細絲(si)式制薄(bo)箔。其熱膨脹(zhang)系數很小。鉭(tan)有(you)(you)非常出色的(de)化學性質(zhi),具有(you)(you)極(ji)高的(de)抗腐(fu)蝕性,無論(lun)是在(zai)冷和熱的(de)條件下,與(yu)鹽酸、濃(nong)硝酸及王(wang)水都不反應。可(ke)(ke)用來(lai)制造蒸(zheng)發(fa)器(qi)皿等,也可(ke)(ke)做電(dian)子管(guan)的(de)電(dian)極(ji)、整流器(qi)、電(dian)解(jie)電(dian)容。醫療上(shang)用來(lai)制成薄(bo)片或細線,縫(feng)補破壞的(de)組織。雖(sui)然鉭(tan)的(de)抗腐(fu)蝕性很強,但(dan)是其抗腐(fu)蝕性是由于表(biao)面(mian)生成穩定的(de)五氧化二鉭(tan)(Ta2O5)保護膜(mo)。
1802年,瑞典化(hua)學家安德(de)斯(si)(si)·古斯(si)(si)塔夫·埃克伯格(ge)(A.G.Ekaberg,1767~1813)在分析斯(si)(si)堪(kan)的那維亞(ya)半(ban)島的一種礦(kuang)物(鈮鉭礦(kuang))時,使它們的酸(suan)生成氟化(hua)復鹽后,進行再結晶,從(cong)而發(fa)現(xian)了新元素(su),他參照希臘神話(hua)中宙斯(si)(si)神的兒(er)子坦塔拉斯(si)(si)(Tantalus)的名(ming)字,將這(zhe)個元素(su)命名(ming)為Tantalum(鉭)。
由(you)于(yu)鈮和鉭的(de)性質非(fei)常相似,人們曾(ceng)一(yi)度認(ren)(ren)為(wei)它們是(shi)同一(yi)種元素。1809年(nian),英國化學家威廉(lian)·海德·沃拉(la)斯頓(dun)(William Hyde Wollaston)對(dui)鈮和鉭的(de)氧化物分別做了對(dui)比,雖然得出不(bu)同的(de)密度值(zhi),但他認(ren)(ren)為(wei)兩者是(shi)完全相同的(de)物質。
到1844年,德國化學(xue)家羅塞(Heinrich Rose,1795~1864),駁斥鉭和鈮是同種(zhong)元(yuan)素的結論,并通過(guo)化學(xue)方法判明了它們(men)是兩(liang)種(zhong)不同的元(yuan)素。他以希臘神話中坦塔洛(luo)斯的女兒(er)尼俄伯(Niobe,淚水女神)和兒(er)子珀(po)羅普(pu)斯(Pelops)把這(zhe)兩(liang)種(zhong)元(yuan)素分(fen)別命名為"Niobium"和"Pelopium"。
1864年,克利斯蒂(di)安·威廉·布隆斯特蘭(Christian Wilhelm Blomstrand)、亨(heng)利·愛丁·圣克萊(lai)爾·德(de)維爾和路易·約瑟夫·特羅(luo)斯特(Louis Joseph Troost)明確證明了鉭和鈮是兩種不同(tong)的化(hua)學(xue)元素,并確定了一些相(xiang)關化(hua)合物的化(hua)學(xue)公式。
同年,德馬里(li)尼亞在氫(qing)氣(qi)環境(jing)中加熱氯(lv)化鉭(tan),從(cong)而經(jing)還(huan)原反應首次(ci)制(zhi)成鉭(tan)金屬(shu)。早期(qi)煉成的(de)鉭(tan)金屬(shu)都含(han)有(you)較多(duo)的(de)雜質。Werner von Bolton在1903年首次(ci)制(zhi)成純鉭(tan)金屬(shu)。
科(ke)學家最早使用分層(ceng)結晶(jing)法把鉭(七氟鉭酸(suan)鉀)從鈮(一水合五氟氧鈮酸(suan)鉀)中提取出來。這一方法由德(de)馬(ma)里尼亞于1866年(nian)發現。今天科(ke)學家所用的(de)則是對含(han)氟化物的(de)鉭溶(rong)液進行溶(rong)劑萃(cui)取法。
鉭雖然(ran)在19世(shi)(shi)紀初就(jiu)已被發現了,但直到(dao)1903年(nian)才(cai)制出了金屬鉭,1922年(nian)開始(shi)(shi)工業生產鉭。因此(ci),世(shi)(shi)界(jie)鉭工業的發展始(shi)(shi)于20世(shi)(shi)紀20年(nian)代,中國鉭工業始(shi)(shi)于1956年(nian)。
美(mei)國(guo)(guo)是世界(jie)(jie)上最早(zao)開(kai)始(shi)生產(chan)(chan)鉭(tan)(tan)的(de)國(guo)(guo)家,1922年開(kai)始(shi)工(gong)(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)規(gui)模(mo)生產(chan)(chan)金屬鉭(tan)(tan)。日本(ben)(ben)和其(qi)他資本(ben)(ben)主義國(guo)(guo)家均是從20世紀(ji)50年代(dai)末(mo)或(huo)60年代(dai)初開(kai)始(shi)發(fa)展(zhan)鉭(tan)(tan)工(gong)(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)的(de)。經過幾十年的(de)發(fa)展(zhan),世界(jie)(jie)鉭(tan)(tan)工(gong)(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)生產(chan)(chan)已經達到了相當(dang)高(gao)(gao)的(de)水(shui)平。20世紀(ji)90年代(dai)以來,較有(you)規(gui)模(mo)的(de)鉭(tan)(tan)產(chan)(chan)品(pin)生產(chan)(chan)企業(ye)(ye)(ye)有(you)美(mei)國(guo)(guo)Cabot集團(美(mei)國(guo)(guo)Cabot、日本(ben)(ben)昭和Cabot)、德(de)國(guo)(guo)HCST集團(德(de)國(guo)(guo)HCST、美(mei)國(guo)(guo)NRC、日本(ben)(ben)V-Tech、泰國(guo)(guo)TTA)和中國(guo)(guo)寧夏東方鉭(tan)(tan)業(ye)(ye)(ye)股份有(you)限公(gong)司三(san)大集團,這三(san)大集團生產(chan)(chan)的(de)鉭(tan)(tan)產(chan)(chan)品(pin)占(zhan)世界(jie)(jie)總量的(de)80%以上。國(guo)(guo)外鉭(tan)(tan)工(gong)(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)的(de)產(chan)(chan)品(pin)、工(gong)(gong)(gong)藝(yi)技(ji)術和裝備水(shui)平普遍都很(hen)高(gao)(gao),適應了世界(jie)(jie)科(ke)技(ji)高(gao)(gao)速發(fa)展(zhan)的(de)需要(yao)。
中國(guo)(guo)(guo)(guo)鉭工(gong)業始于20世(shi)紀(ji)60年(nian)代。中國(guo)(guo)(guo)(guo)初期鉭冶煉(lian)、加工(gong)生(sheng)產(chan)規模、技術水平、產(chan)品(pin)檔次和質量狀況(kuang)與發達國(guo)(guo)(guo)(guo)家比較相(xiang)差(cha)甚遠。自90年(nian)代,特別是1995年(nian)以來,中國(guo)(guo)(guo)(guo)鉭生(sheng)產(chan)應用呈現出快速(su)發展的態勢(shi),如(ru)今(jin),中國(guo)(guo)(guo)(guo)鉭工(gong)業已實(shi)現了(le)“從小到大、從軍(jun)到民(min)、從內到外”的轉變,形成(cheng)了(le)世(shi)界唯一(yi)的從采礦(kuang)、冶煉(lian)、加工(gong)到應用的工(gong)業體(ti)系,高、中、低端產(chan)品(pin)全方位的進入了(le)國(guo)(guo)(guo)(guo)際(ji)市場,中國(guo)(guo)(guo)(guo)成(cheng)為世(shi)界鉭冶煉(lian)加工(gong)第三強國(guo)(guo)(guo)(guo),進入世(shi)界鉭工(gong)業大國(guo)(guo)(guo)(guo)的行列。
化學(xue)符號Ta,鋼灰(hui)色金屬,在(zai)元(yuan)素(su)周期表(biao)中屬VB族(zu),原子序(xu)數73,原子量180.9479,體心立方晶體,常見化合價為+5。鉭(tan)的(de)硬度(du)較(jiao)低,并與含氧(yang)量相(xiang)關(guan),普(pu)通純鉭(tan),退火態的(de)維氏硬度(du)僅有140HV。它的(de)熔點高達2995℃,在(zai)單質中,僅次(ci)于(yu)碳(tan),鎢,錸和鋨,位居第五。鉭(tan)富有延展性(xing),可以(yi)拉成細(xi)絲式(shi)制(zhi)薄箔。其熱膨脹系數很(hen)(hen)小。每升高一攝氏度(du)只膨脹百萬分之(zhi)六(liu)點六(liu)。除此之(zhi)外,它的(de)韌性(xing)很(hen)(hen)強,比銅還要優異。
CAS號(hao) 7440-25-7
元素(su)類別(bie) 過渡金屬元素(su)。
相對(dui)原子質(zhi)量 180.94788(12C=12.0000)
密度(du) 16650kg/m3;16.654g/cm3
硬度 6.5
位置 第六周期,VB族(zu),d區
外觀 鋼灰色金(jin)屬
電子(zi)排布 [Xe] 4f14 5d3 6s2
原(yuan)子體(ti)積 10.90cm3/mol
元(yuan)素在海(hai)水(shui)中的含量(liang) 0.000002ppm
地殼中含量 1ppm
氧(yang)化態 +5(主要),-3,-1,0,+1,+2,+3
晶體(ti)結構 晶胞(bao)為體(ti)心立方(fang)晶胞(bao),每個(ge)晶胞(bao)含有2個(ge)金屬原子。
晶胞(bao)參(can)數 a = 330.13 pm
b = 330.13 pm
c = 330.13 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°
維(wei)氏硬度(du)(電(dian)弧熔煉并冷作硬化)230HV
維(wei)氏硬度(du)(再結晶(jing)退火)140HV
維氏硬度(經一次電子束熔(rong)煉(lian))70HV
維(wei)氏硬(ying)度(經二次(ci)電子束熔煉)45-55HV
熔點 2995℃
聲音在其中的(de)傳播速(su)率 3400m/s
電離(li)能(kJ/mol) M-M+ 761
M+ - M2+ 1500
M2+ - M3+ 2100
M3+ - M4+ 3200
M4+ - M5+ 4300
發(fa)現人 1802年(nian)由瑞典化(hua)學家安(an)德斯·古(gu)斯塔法·埃克博格發(fa)現。
鉭還有(you)(you)(you)(you)非常(chang)出色的(de)(de)化學性質,具有(you)(you)(you)(you)極高(gao)(gao)的(de)(de)抗(kang)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性,無論是在(zai)(zai)冷(leng)和熱的(de)(de)條件下(xia)(xia),對鹽酸(suan)(suan)(suan)(suan)、濃(nong)(nong)(nong)硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)及王水都(dou)不反應(ying)(ying)。但鉭在(zai)(zai)熱的(de)(de)濃(nong)(nong)(nong)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)中能(neng)被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),在(zai)(zai)150℃以(yi)下(xia)(xia),鉭不會(hui)被(bei)(bei)(bei)濃(nong)(nong)(nong)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),只(zhi)有(you)(you)(you)(you)在(zai)(zai)高(gao)(gao)于此溫(wen)度(du)才會(hui)有(you)(you)(you)(you)反應(ying)(ying),在(zai)(zai)175℃的(de)(de)濃(nong)(nong)(nong)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)中1年(nian)(nian),被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)厚度(du)為0.0004毫(hao)米,將鉭放入200℃的(de)(de)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)中浸泡(pao)一(yi)年(nian)(nian),表(biao)層僅損傷(shang)0.006毫(hao)米。在(zai)(zai)250℃時,腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速度(du)有(you)(you)(you)(you)所(suo)增加(jia),為每年(nian)(nian)被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)厚度(du)為0.116毫(hao)米,在(zai)(zai)300℃時,被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)速度(du)則更加(jia)快,浸泡(pao)1年(nian)(nian),表(biao)面(mian)被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)1.368毫(hao)米。在(zai)(zai)發煙硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(含15%的(de)(de)SO3)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速度(du)比濃(nong)(nong)(nong)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)中更加(jia)嚴重,在(zai)(zai)130℃的(de)(de)該(gai)溶(rong)(rong)液(ye)里浸泡(pao)1年(nian)(nian),表(biao)面(mian)被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)厚度(du)為15.6毫(hao)米。鉭在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫(wen)下(xia)(xia)也(ye)會(hui)被(bei)(bei)(bei)磷酸(suan)(suan)(suan)(suan)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),但該(gai)反應(ying)(ying)一(yi)般(ban)在(zai)(zai)150℃以(yi)上(shang)才發生,在(zai)(zai)250℃的(de)(de)85%的(de)(de)磷酸(suan)(suan)(suan)(suan)中,浸泡(pao)1年(nian)(nian),表(biao)面(mian)被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)20毫(hao)米,另外,鉭在(zai)(zai)氫氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)和硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)混(hun)酸(suan)(suan)(suan)(suan)中能(neng)迅(xun)速溶(rong)(rong)解(jie),在(zai)(zai)氫氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)中也(ye)能(neng)被(bei)(bei)(bei)溶(rong)(rong)解(jie)。但是鉭更害(hai)怕(pa)強堿,在(zai)(zai)110℃ 40%濃(nong)(nong)(nong)度(du)的(de)(de)燒堿溶(rong)(rong)液(ye)里,鉭會(hui)被(bei)(bei)(bei)迅(xun)速溶(rong)(rong)解(jie),在(zai)(zai)同樣(yang)濃(nong)(nong)(nong)度(du)的(de)(de)氫氧化鉀溶(rong)(rong)液(ye)中,只(zhi)要100℃就會(hui)被(bei)(bei)(bei)迅(xun)速溶(rong)(rong)解(jie)。除(chu)上(shang)面(mian)所(suo)述情(qing)況外,一(yi)般(ban)的(de)(de)無機鹽在(zai)(zai)150℃以(yi)下(xia)(xia)一(yi)般(ban)不能(neng)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)鉭。實驗(yan)證明,鉭在(zai)(zai)常(chang)溫(wen)下(xia)(xia),對堿溶(rong)(rong)液(ye)、氯氣、溴水、稀硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)以(yi)及其他(ta)許多(duo)藥劑均不起作用,僅在(zai)(zai)氫氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)和熱濃(nong)(nong)(nong)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)作用下(xia)(xia)有(you)(you)(you)(you)所(suo)反應(ying)(ying)。這樣(yang)的(de)(de)情(qing)況在(zai)(zai)金屬(shu)中是比較罕見(jian)的(de)(de)。
但高溫(wen)下,鉭(tan)表面的氧化膜被(bei)破(po)壞,因此能(neng)與(yu)多種(zhong)物質反(fan)(fan)應(ying),常(chang)溫(wen)下鉭(tan)能(neng)與(yu)氟反(fan)(fan)應(ying)。在150℃時,鉭(tan)對(dui)氯溴(xiu)碘均呈惰(duo)性,在250℃時,鉭(tan)對(dui)干燥的氯氣(qi)(qi)仍然有(you)抗腐蝕(shi)能(neng)力,在含有(you)水(shui)蒸氣(qi)(qi)的氯氣(qi)(qi)中加熱(re)到(dao)400℃,仍然能(neng)保持光亮(liang),在500℃則開始被(bei)腐蝕(shi),在300℃以(yi)上(shang)鉭(tan)與(yu)溴(xiu)反(fan)(fan)應(ying),對(dui)碘蒸汽(qi)則當(dang)溫(wen)度達到(dao)赤(chi)熱(re)之前均呈惰(duo)性。氯化氫在410℃時和鉭(tan)反(fan)(fan)應(ying),生產五氯化物,溴(xiu)化氫則在375℃與(yu)鉭(tan)反(fan)(fan)應(ying)。當(dang)加熱(re)到(dao)200℃或者更低的溫(wen)度下,硫能(neng)與(yu)Ta作用,碳(tan)及烴類在800-1100℃與(yu)鉭(tan)作用。
元(yuan)素命名 埃(ai)克(ke)博格根據古希臘神話中中第比(bi)斯城皇后(hou)尼(ni)奧比(bi)的父親坦塔羅斯的名字(zi)命名了(le)該元(yuan)素。
來源(yuan) 主要存在(zai)于鉭鐵礦中,同鈮共生。
鉭的主(zhu)要吸(xi)收(shou)線及(ji)其主(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(yang)化亞氮-乙炔焰)
S*:元素(su)的特征濃度(du)(1%吸收靈(ling)敏度(du))
CL:元素(su)的檢測極限
R·S:同一(yi)元素主要吸收線間(jian)的相對靈敏度
F:火焰類型
鉭的線脹系數在(zai)0~100℃之間為6.5×10-6K-1,超導(dao)轉變(bian)臨界溫度為4.38K,原子(zi)的熱中子(zi)吸收(shou)截面為21.3靶恩。
在(zai)(zai)(zai)低于(yu)(yu)150℃的條(tiao)件下(xia)(xia)(xia)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)是(shi)化(hua)學(xue)性質最穩定的金(jin)屬之一(yi)。與(yu)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)能(neng)起反應(ying)的只(zhi)有氟、氫(qing)(qing)氟酸、含氟離(li)子的酸性溶(rong)液和(he)(he)三氧化(hua)硫。在(zai)(zai)(zai)室溫(wen)下(xia)(xia)(xia)與(yu)濃堿溶(rong)液反應(ying),并且溶(rong)于(yu)(yu)熔融(rong)堿中。致密的鉭(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)200℃開始輕(qing)微氧化(hua),在(zai)(zai)(zai)280℃時明顯氧化(hua)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)有多種氧化(hua)物(wu),最穩定的是(shi)五氧化(hua)二(er)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(Ta2O5)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)(he)氫(qing)(qing)在(zai)(zai)(zai)250℃以上生(sheng)成脆性固(gu)溶(rong)體(ti)和(he)(he)金(jin)屬氫(qing)(qing)化(hua)物(wu)如Ta2H、TaH、TaH2、TaH3。在(zai)(zai)(zai)800~1200℃的真空下(xia)(xia)(xia),氫(qing)(qing)從(cong)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)中析出鉭(tan)(tan)(tan)(tan)又(you)恢復塑性。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)(he)氮(dan)在(zai)(zai)(zai)300℃左右開始反應(ying)生(sheng)成固(gu)溶(rong)體(ti)和(he)(he)氮(dan)化(hua)合物(wu);在(zai)(zai)(zai)高于(yu)(yu)2000℃和(he)(he)高真空下(xia)(xia)(xia),被吸收的氮(dan)又(you)從(cong)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)中析出。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)與(yu)碳(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)高于(yu)(yu)2800℃下(xia)(xia)(xia)以三種物(wu)相(xiang)存在(zai)(zai)(zai):碳(tan)(tan)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)固(gu)溶(rong)體(ti)、低價(jia)碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)和(he)(he)高價(jia)碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)室溫(wen)下(xia)(xia)(xia)能(neng)與(yu)氟反應(ying),在(zai)(zai)(zai)高于(yu)(yu)250℃時能(neng)與(yu)其他鹵素反應(ying),生(sheng)成鹵化(hua)物(wu)。
鉭(tan)(tan)(tan)(tan)在酸性電解液中(zhong)(zhong)(zhong)形(xing)成穩定(ding)的(de)(de)陽極氧(yang)化(hua)膜,用(yong)(yong)(yong)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)制成的(de)(de)電解電容(rong)器(qi),具有(you)容(rong)量(liang)大、體積小和(he)(he)(he)可(ke)(ke)靠(kao)性好等(deng)(deng)優點,制電容(rong)器(qi)是(shi)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)最(zui)重要(yao)用(yong)(yong)(yong)途,70年代(dai)末的(de)(de)用(yong)(yong)(yong)量(liang)占鉭(tan)(tan)(tan)(tan)總用(yong)(yong)(yong)量(liang)2/3以(yi)上。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)也是(shi)制作(zuo)(zuo)(zuo)電子(zi)(zi)發射管、高(gao)功率電子(zi)(zi)管零件(jian)的(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)制的(de)(de)抗腐蝕設備用(yong)(yong)(yong)于生(sheng)(sheng)產強酸、溴、氨等(deng)(deng)化(hua)學工(gong)業。金(jin)(jin)(jin)屬鉭(tan)(tan)(tan)(tan)可(ke)(ke)作(zuo)(zuo)(zuo)飛機(ji)發動機(ji)的(de)(de)燃燒室的(de)(de)結(jie)構材(cai)料(liao)(liao)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)鎢(wu)(wu)、鉭(tan)(tan)(tan)(tan)鎢(wu)(wu)鉿(jia)、鉭(tan)(tan)(tan)(tan)鉿(jia)合金(jin)(jin)(jin)用(yong)(yong)(yong)作(zuo)(zuo)(zuo)火箭、導彈(dan)和(he)(he)(he)噴氣發動機(ji)的(de)(de)耐熱(re)高(gao)強材(cai)料(liao)(liao)以(yi)及控制和(he)(he)(he)調節裝備的(de)(de)零件(jian)等(deng)(deng)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)易加工(gong)成形(xing),在高(gao)溫真空爐(lu)中(zhong)(zhong)(zhong)作(zuo)(zuo)(zuo)支(zhi)撐附件(jian)、熱(re)屏蔽(bi)、加熱(re)器(qi)和(he)(he)(he)散熱(re)片等(deng)(deng)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)可(ke)(ke)作(zuo)(zuo)(zuo)骨(gu)科和(he)(he)(he)外科手術材(cai)料(liao)(liao),例(li)如用(yong)(yong)(yong)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)條替代(dai)人體中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)骨(gu)頭(tou)肌(ji)肉還會在鉭(tan)(tan)(tan)(tan)條上生(sheng)(sheng)長,所以(yi)它(ta)有(you)一(yi)個(ge)“親生(sheng)(sheng)物(wu)金(jin)(jin)(jin)屬”。碳(tan)化(hua)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)用(yong)(yong)(yong)于制造硬質(zhi)合金(jin)(jin)(jin)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)硼化(hua)物(wu)、硅化(hua)物(wu)和(he)(he)(he)氮(dan)化(hua)物(wu)及其(qi)合金(jin)(jin)(jin)用(yong)(yong)(yong)作(zuo)(zuo)(zuo)原子(zi)(zi)能工(gong)業中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)釋熱(re)元(yuan)件(jian)和(he)(he)(he)液態金(jin)(jin)(jin)屬包套(tao)材(cai)料(liao)(liao)。氧(yang)化(hua)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)用(yong)(yong)(yong)于制造高(gao)級光(guang)學玻(bo)璃(li)和(he)(he)(he)催化(hua)劑。1981年鉭(tan)(tan)(tan)(tan)在美國各部門的(de)(de)消費比例(li)約為:電子(zi)(zi)元(yuan)件(jian)73%,機(ji)械工(gong)業19%,交(jiao)通運輸(shu)6%,其(qi)他(ta)2%。
鉭(tan)(tan)所具有(you)的特(te)性,使它的應用領域十分廣(guang)闊。在(zai)制取各種無機酸的設備中,鉭(tan)(tan)可用來替(ti)代(dai)不銹鋼,壽命可比不銹鋼提高(gao)幾十倍(bei)。此外,在(zai)化工、電(dian)子、電(dian)氣等工業中,鉭(tan)(tan)可以取代(dai)過去(qu)需(xu)要由貴重(zhong)金屬鉑(bo)承擔的任務,使所需(xu)費(fei)用大(da)大(da)降低。鉭(tan)(tan)被制造成(cheng)了電(dian)容(rong)裝(zhuang)備到(dao)軍(jun)用設備中。美國(guo)的軍(jun)事工業異常(chang)發(fa)達,是(shi)世(shi)界最(zui)大(da)軍(jun)火出口(kou)商。世(shi)界上(shang)鉭(tan)(tan)金屬的產量一(yi)(yi)半被用在(zai)鉭(tan)(tan)電(dian)容(rong)的生產上(shang),美國(guo)國(guo)防部后勤署則是(shi)鉭(tan)(tan)金屬最(zui)大(da)的擁有(you)者,曾一(yi)(yi)度買斷了世(shi)界上(shang)三(san)分之一(yi)(yi)的鉭(tan)(tan)粉。
從產(chan)品(pin)大類劃分(fen),鉭(tan)(tan)(tan)產(chan)品(pin)可以(yi)分(fen)為鉭(tan)(tan)(tan)及其(qi)合(he)金,鉭(tan)(tan)(tan)碳化(hua)(hua)(hua)物(wu),鉭(tan)(tan)(tan)氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)和鉭(tan)(tan)(tan)醇(chun)鹽(yan)。目前鉭(tan)(tan)(tan)制(zhi)品(pin)下(xia)游(you)占(zhan)比最高的(de)(de)產(chan)品(pin)為電容(rong)(rong)器(qi),約占(zhan)到(dao)全世界鉭(tan)(tan)(tan)產(chan)量的(de)(de)60%。鉭(tan)(tan)(tan)具有(you)非常(chang)優秀的(de)(de)物(wu)理及化(hua)(hua)(hua)學性質(zhi),其(qi)下(xia)游(you)應用(yong)(yong)(yong)領域(yu)十(shi)分(fen)廣泛,在對于材(cai)料有(you)嚴格要(yao)求的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)領域(yu)都能(neng)看到(dao)其(qi)身影。鉭(tan)(tan)(tan)及其(qi)合(he)金的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)包含電容(rong)(rong)器(qi)、耐高溫制(zhi)品(pin)、靶材(cai)、武器(qi)、耐腐蝕制(zhi)品(pin)、航空航天工業、捕氣劑(ji);鉭(tan)(tan)(tan)碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)主(zhu)要(yao)用(yong)(yong)(yong)于硬(ying)質(zhi)合(he)金,因(yin)為鉭(tan)(tan)(tan)具有(you)極(ji)強(qiang)的(de)(de)抗腐蝕能(neng)力,碳化(hua)(hua)(hua)鉭(tan)(tan)(tan)可以(yi)提高刀具、磨(mo)具的(de)(de)硬(ying)度、強(qiang)度、熔(rong)點,但是由于鉭(tan)(tan)(tan)碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)成本(ben)較高,國(guo)外(wai)經常(chang)使用(yong)(yong)(yong)鉭(tan)(tan)(tan)鈮復合(he)碳化(hua)(hua)(hua)物(wu)替代單一的(de)(de)碳化(hua)(hua)(hua)鉭(tan)(tan)(tan);鉭(tan)(tan)(tan)氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)主(zhu)要(yao)用(yong)(yong)(yong)作制(zhi)造人工晶體(ti)、催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)、靶材(cai),鉭(tan)(tan)(tan)醇(chun)鹽(yan)用(yong)(yong)(yong)作陶瓷材(cai)料。
鉭(tan)鈮礦(kuang)中常伴有多(duo)種金(jin)(jin)屬,鉭(tan)冶(ye)煉的(de)(de)主(zhu)要步驟是分解精礦(kuang),凈化和(he)分離鉭(tan)、鈮,以制取(qu)鉭(tan)、鈮的(de)(de)純化合物,最后制取(qu)金(jin)(jin)屬。
礦石分(fen)解(jie)可采用氫(qing)氟酸分(fen)解(jie)法(fa)、氫(qing)氧(yang)化鈉熔融(rong)法(fa)和(he)(he)(he)氯化法(fa)等。鉭鈮分(fen)離可采用溶劑(ji)(ji)萃(cui)取法(fa)【常用的萃(cui)取劑(ji)(ji)為甲基異丁酮(MIBK)、磷酸三丁酯(TBP)、仲辛醇和(he)(he)(he)乙酰胺等】、分(fen)步結晶法(fa)和(he)(he)(he)離子交換法(fa)。
分(fen)離:首先將鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)鐵礦(kuang)的(de)(de)(de)(de)精(jing)礦(kuang)用氫氟(fu)(fu)酸(suan)(suan)(suan)和(he)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)分(fen)解鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)鈮(ni)(ni)呈氟(fu)(fu)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)酸(suan)(suan)(suan)和(he)氟(fu)(fu)鈮(ni)(ni)酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)于浸(jin)(jin)出(chu)液(ye)(ye)(ye)(ye)中(zhong)(zhong)(zhong),同時鐵、錳、鈦、鎢、硅等伴生(sheng)(sheng)元(yuan)(yuan)素也(ye)溶(rong)于浸(jin)(jin)出(chu)液(ye)(ye)(ye)(ye)中(zhong)(zhong)(zhong),形成(cheng)成(cheng)分(fen)很復雜(za)(za)的(de)(de)(de)(de)強酸(suan)(suan)(suan)性(xing)(xing)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)浸(jin)(jin)出(chu)液(ye)(ye)(ye)(ye)用甲(jia)基異(yi)丁基酮萃(cui)(cui)(cui)(cui)取鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)同時萃(cui)(cui)(cui)(cui)入有(you)機(ji)相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong),用硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)洗滌有(you)機(ji)相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)微(wei)量雜(za)(za)質(zhi),得到純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)含(han)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)有(you)機(ji)相(xiang)洗液(ye)(ye)(ye)(ye)和(he)萃(cui)(cui)(cui)(cui)余液(ye)(ye)(ye)(ye)合(he)并,其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)含(han)有(you)微(wei)量鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)和(he)雜(za)(za)質(zhi)元(yuan)(yuan)素,是強酸(suan)(suan)(suan)性(xing)(xing)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye),可綜合(he)回收。純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)含(han)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)有(you)機(ji)相(xiang)用稀(xi)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)反(fan)萃(cui)(cui)(cui)(cui)取鈮(ni)(ni)得到含(han)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)有(you)機(ji)相(xiang)。鈮(ni)(ni)和(he)少量的(de)(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)進入水溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)然后再用甲(jia)基異(yi)丁基酮萃(cui)(cui)(cui)(cui)取其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan),得到純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)含(han)鈮(ni)(ni)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)。純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)含(han)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)有(you)機(ji)相(xiang)用水反(fan)萃(cui)(cui)(cui)(cui)取就得到純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)含(han)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)。反(fan)萃(cui)(cui)(cui)(cui)取鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)后的(de)(de)(de)(de)有(you)機(ji)相(xiang)返回萃(cui)(cui)(cui)(cui)取循環使用。純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)氟(fu)(fu)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)或(huo)(huo)純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)氟(fu)(fu)鈮(ni)(ni)酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)同氟(fu)(fu)化鉀(jia)或(huo)(huo)氯化鉀(jia)反(fan)應分(fen)別生(sheng)(sheng)成(cheng)氟(fu)(fu)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)酸(suan)(suan)(suan)鉀(jia)(K2TaF7)和(he)氟(fu)(fu)鈮(ni)(ni)酸(suan)(suan)(suan)鉀(jia)(K2NbF7)結晶,也(ye)可與氫氧(yang)(yang)化銨反(fan)應生(sheng)(sheng)成(cheng)氫氧(yang)(yang)化鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)或(huo)(huo)氫氧(yang)(yang)化鈮(ni)(ni)沉淀。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)或(huo)(huo)鈮(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)氫氧(yang)(yang)化物在900~1000℃下煅燒生(sheng)(sheng)成(cheng)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)或(huo)(huo)鈮(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化物。
①金(jin)屬鉭(tan)粉可(ke)(ke)采用金(jin)屬熱(re)還(huan)原(yuan)(yuan)(鈉熱(re)還(huan)原(yuan)(yuan))法(fa)制取。在惰性氣氛下(xia)用金(jin)屬鈉還(huan)原(yuan)(yuan)氟鉭(tan)酸鉀(jia):K2TaF7+5Na─→Ta+5NaF+2KF。反(fan)應(ying)在不銹鋼(gang)罐(guan)中進行,溫度加(jia)熱(re)到900℃時,還(huan)原(yuan)(yuan)反(fan)應(ying)迅(xun)速完成。此法(fa)制取的(de)鉭(tan)粉,粒形不規則,粒度細(xi),適用于制作鉭(tan)電(dian)(dian)容器。金(jin)屬鉭(tan)粉亦(yi)可(ke)(ke)用熔鹽(yan)電(dian)(dian)解(jie)法(fa)制取:用氟鉭(tan)酸鉀(jia)、氟化(hua)鉀(jia)和(he)氯化(hua)鉀(jia)混合物(wu)的(de)熔鹽(yan)做電(dian)(dian)解(jie)質把(ba)五氧化(hua)二鉭(tan)(Ta2O5)溶于其中,在750℃下(xia)電(dian)(dian)解(jie),可(ke)(ke)得(de)到純度為99.8~99.9%的(de)鉭(tan)粉。
②用碳(tan)熱還原Ta2O5亦可得到金(jin)屬(shu)(shu)鉭(tan)。還原一(yi)般分兩步進行:首(shou)先將(jiang)一(yi)定(ding)配比(bi)的Ta2O5和(he)碳(tan)的混合物在氫氣氛中于1800~2000℃下制(zhi)(zhi)成(cheng)碳(tan)化鉭(tan)(TaC),然后再將(jiang)TaC和(he)Ta2O5按一(yi)定(ding)配比(bi)制(zhi)(zhi)成(cheng)混合物真(zhen)空還原成(cheng)金(jin)屬(shu)(shu)鉭(tan)。金(jin)屬(shu)(shu)鉭(tan)還可采用熱分解或氫還原鉭(tan)的氯化物的方法(fa)制(zhi)(zhi)取。致密的金(jin)屬(shu)(shu)鉭(tan)可用真(zhen)空電弧(hu)、電子(zi)束、等(deng)離子(zi)束熔(rong)煉(lian)或粉(fen)末冶(ye)金(jin)法(fa)制(zhi)(zhi)備。高純度(du)鉭(tan)單晶(jing)用無坩堝電子(zi)束區域熔(rong)煉(lian)法(fa)制(zhi)(zhi)取。
鉭是稀(xi)有金屬礦產資源之一,是電子工業和空間技術發展不可(ke)缺少的戰略原料。
鉭(tan)(tan)和(he)鈮的(de)(de)(de)物(wu)(wu)理化學(xue)性質相(xiang)似,因此(ci)共生于自然界(jie)(jie)的(de)(de)(de)礦(kuang)(kuang)物(wu)(wu)中。劃分鉭(tan)(tan)礦(kuang)(kuang)或(huo)鈮礦(kuang)(kuang)主要(yao)是根據礦(kuang)(kuang)物(wu)(wu)中鉭(tan)(tan)和(he)鈮的(de)(de)(de)含(han)(han)量,鈮含(han)(han)量高時(shi)稱(cheng)為(wei)鈮礦(kuang)(kuang),鉭(tan)(tan)含(han)(han)量高時(shi)則稱(cheng)為(wei)鉭(tan)(tan)礦(kuang)(kuang)。鈮主要(yao)用于制(zhi)造(zao)碳鋼(gang)、超(chao)級合金、高強度低合金鋼(gang)、不銹鋼(gang)、抗熱鋼(gang)及(ji)合金鋼(gang);鉭(tan)(tan)則主要(yao)用于電(dian)子原器件及(ji)合金的(de)(de)(de)生產。鉭(tan)(tan)鈮礦(kuang)(kuang)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)賦(fu)存形式和(he)化學(xue)成(cheng)(cheng)分復雜,其中除鉭(tan)(tan)、鈮外,往往還含(han)(han)有稀土金屬(shu)、鈦、鋯、鎢、鈾、釷和(he)錫(xi)等。鉭(tan)(tan)的(de)(de)(de)主要(yao)礦(kuang)(kuang)物(wu)(wu)有:鉭(tan)(tan)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)[(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6]、重鉭(tan)(tan)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(FeTa2O6)、細晶石(shi)[(Na,Ca)Ta2O6(O,OH,F)]和(he)黑稀金礦(kuang)(kuang)[(Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6]等。煉錫(xi)的(de)(de)(de)廢渣(zha)中含(han)(han)有鉭(tan)(tan),也是鉭(tan)(tan)的(de)(de)(de)重要(yao)資源。已查(cha)明世界(jie)(jie)的(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)儲量(以鉭(tan)(tan)計)約為(wei)134000短噸(dun),扎(zha)伊爾占首位。1979年(nian)世界(jie)(jie)鉭(tan)(tan)礦(kuang)(kuang)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)產量(以鉭(tan)(tan)計)為(wei)788短噸(dun)(1短噸(dun)=907.2公斤)。中國從含(han)(han)鉭(tan)(tan)比較低的(de)(de)(de)礦(kuang)(kuang)物(wu)(wu)中提(ti)取鉭(tan)(tan)的(de)(de)(de)工藝取得了成(cheng)(cheng)就。
電(dian)(dian)容(rong)器(qi)是(shi)鉭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)主要最(zui)終消(xiao)費(fei)(fei)(fei)領域(yu),約占(zhan)總消(xiao)費(fei)(fei)(fei)量(liang)的(de)(de)(de)(de)60%。美國是(shi)鉭(tan)(tan)(tan)消(xiao)費(fei)(fei)(fei)量(liang)最(zui)大的(de)(de)(de)(de)國家,1997年(nian)消(xiao)費(fei)(fei)(fei)量(liang)達500噸(dun)(dun),其中(zhong)(zhong)(zhong)60%用于生產(chan)鉭(tan)(tan)(tan)電(dian)(dian)容(rong)器(qi)。日本是(shi)鉭(tan)(tan)(tan)消(xiao)費(fei)(fei)(fei)的(de)(de)(de)(de)第二(er)大國,消(xiao)費(fei)(fei)(fei)量(liang)為(wei)334噸(dun)(dun)。21世(shi)(shi)紀初(chu),隨著電(dian)(dian)容(rong)器(qi)生產(chan)的(de)(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)迅(xun)速(su),市場供不應求(qiu)。預計(ji),世(shi)(shi)界鉭(tan)(tan)(tan)電(dian)(dian)容(rong)器(qi)的(de)(de)(de)(de)生產(chan)量(liang)達2.50億件(jian),需消(xiao)費(fei)(fei)(fei)鉭(tan)(tan)(tan)1000噸(dun)(dun)。據美國地(di)質調查局的(de)(de)(de)(de)統(tong)計(ji),鉭(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)地(di)殼中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)自(zi)然(ran)儲量(liang)為(wei)15萬(wan)噸(dun)(dun),可(ke)(ke)開采儲量(liang)超過4.3萬(wan)噸(dun)(dun)。2004年(nian),世(shi)(shi)界鉭(tan)(tan)(tan)開采量(liang)為(wei)1510噸(dun)(dun),其中(zhong)(zhong)(zhong),澳(ao)大利(li)亞730噸(dun)(dun),莫(mo)桑比克(ke)280噸(dun)(dun),巴(ba)西250噸(dun)(dun),加(jia)拿大69噸(dun)(dun),剛果60噸(dun)(dun)。中(zhong)(zhong)(zhong)國資源量(liang),主要分布在(zai)(zai)江(jiang)西、福建、新疆、廣西、湖南等省(sheng)。從未來(lai)發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)(de)需求(qiu)看(kan),電(dian)(dian)容(rong)器(qi)仍是(shi)鉭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)主要應用領域(yu)。如(ru)(ru)果按(an)儲量(liang)基礎(chu)24000噸(dun)(dun)計(ji)算,也(ye)只(zhi)能保證24年(nian)的(de)(de)(de)(de)需求(qiu)。盡管如(ru)(ru)此(ci)(ci),鉭(tan)(tan)(tan)資源的(de)(de)(de)(de)前景仍然(ran)是(shi)看(kan)好的(de)(de)(de)(de)。首先,在(zai)(zai)世(shi)(shi)界十分豐富的(de)(de)(de)(de)鈮礦床(chuang)中(zhong)(zhong)(zhong),伴(ban)生有大量(liang)的(de)(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)(tan)資源。其中(zhong)(zhong)(zhong),格陵蘭南部加(jia)達爾鈮、鉭(tan)(tan)(tan)礦的(de)(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)(tan)資源量(liang)就達100萬(wan)噸(dun)(dun)。其次,西方已開始利(li)用含(han)Ta2O5 3%以下的(de)(de)(de)(de)大量(liang)錫爐渣(zha)。此(ci)(ci)外,代用品的(de)(de)(de)(de)研究和(he)利(li)用也(ye)有了很快的(de)(de)(de)(de)發(fa)展(zhan),如(ru)(ru)鋁(lv)和(he)陶瓷在(zai)(zai)電(dian)(dian)容(rong)器(qi)領域(yu)代替(ti)(ti)鉭(tan)(tan)(tan);硅、鍺、銫可(ke)(ke)在(zai)(zai)電(dian)(dian)子儀器(qi)用途上,代替(ti)(ti)鉭(tan)(tan)(tan)制造整(zheng)流器(qi)等。