鉭(Tantalum)是一(yi)種金屬元素,原子(zi)序數為73,化(hua)學符(fu)號Ta,元素對應的單(dan)質為鋼灰色金屬。
鉭主要存在于鉭鐵(tie)礦中,同鈮共生。鉭的硬度適中,富有延展性(xing),可以拉(la)成(cheng)細(xi)絲式(shi)制薄箔。其(qi)熱膨脹系數很小(xiao)。鉭有非(fei)常出色(se)的化(hua)學性(xing)質,具有極高的抗(kang)(kang)腐蝕性(xing),無論是(shi)在冷(leng)和熱的條件下,與(yu)鹽酸(suan)、濃硝酸(suan)及王水(shui)都不反應(ying)。可用(yong)來制造(zao)蒸發器皿等(deng),也可做電子管的電極、整流器、電解(jie)電容。醫療上用(yong)來制成(cheng)薄片或細(xi)線,縫補破(po)壞的組織。雖然鉭的抗(kang)(kang)腐蝕性(xing)很強,但是(shi)其(qi)抗(kang)(kang)腐蝕性(xing)是(shi)由于表面生成(cheng)穩定的五氧化(hua)二鉭(Ta2O5)保(bao)護膜。
1802年,瑞(rui)典化(hua)(hua)學家安(an)德斯(si)·古斯(si)塔(ta)夫·埃克伯格(A.G.Ekaberg,1767~1813)在(zai)分析斯(si)堪(kan)的(de)(de)那維亞半島的(de)(de)一種礦物(wu)(鈮鉭礦)時,使(shi)它(ta)們的(de)(de)酸生成(cheng)氟化(hua)(hua)復(fu)鹽后,進行再結晶(jing),從而發現了(le)新元素,他參照希(xi)臘神話中宙(zhou)斯(si)神的(de)(de)兒子坦塔(ta)拉斯(si)(Tantalus)的(de)(de)名(ming)字,將這個元素命名(ming)為Tantalum(鉭)。
由于(yu)鈮(ni)和鉭(tan)的性質非常相似,人們曾一度認為(wei)它們是(shi)同一種(zhong)元素。1809年(nian),英國化(hua)學家威(wei)廉·海德(de)·沃拉斯頓(William Hyde Wollaston)對鈮(ni)和鉭(tan)的氧化(hua)物分別(bie)做(zuo)了對比,雖然得出不(bu)同的密度值,但他認為(wei)兩者是(shi)完全相同的物質。
到1844年,德國(guo)化(hua)學家(jia)羅(luo)塞(Heinrich Rose,1795~1864),駁斥(chi)鉭和鈮(ni)是同種(zhong)(zhong)元(yuan)素(su)的(de)結論(lun),并通(tong)過化(hua)學方法判明了它們是兩種(zhong)(zhong)不同的(de)元(yuan)素(su)。他(ta)以希臘神(shen)(shen)話(hua)中坦塔洛斯的(de)女兒尼俄(e)伯(bo)(Niobe,淚水女神(shen)(shen))和兒子(zi)珀(po)羅(luo)普斯(Pelops)把這兩種(zhong)(zhong)元(yuan)素(su)分別命(ming)名為(wei)"Niobium"和"Pelopium"。
1864年(nian),克(ke)利(li)斯蒂安·威廉·布隆斯特(te)蘭(Christian Wilhelm Blomstrand)、亨利(li)·愛丁·圣克(ke)萊爾·德維爾和路(lu)易·約瑟夫·特(te)羅斯特(te)(Louis Joseph Troost)明(ming)確證明(ming)了(le)鉭和鈮是兩種不(bu)同的化學元素,并確定了(le)一些相關化合物(wu)的化學公式(shi)。
同年(nian),德馬里(li)尼亞(ya)在(zai)氫氣環(huan)境(jing)中加熱氯化鉭,從而經還原反應首(shou)次(ci)制(zhi)(zhi)成鉭金(jin)屬。早期(qi)煉(lian)成的(de)鉭金(jin)屬都(dou)含(han)有較多的(de)雜質。Werner von Bolton在(zai)1903年(nian)首(shou)次(ci)制(zhi)(zhi)成純鉭金(jin)屬。
科學(xue)家最(zui)早使用分層結晶(jing)法(fa)把鉭(七氟(fu)鉭酸(suan)鉀(jia))從鈮(一(yi)水合五(wu)氟(fu)氧鈮酸(suan)鉀(jia))中提取出(chu)來。這(zhe)一(yi)方(fang)法(fa)由(you)德馬里尼(ni)亞于1866年發現。今天科學(xue)家所用的則是(shi)對含氟(fu)化(hua)物的鉭溶液進行(xing)溶劑萃取法(fa)。
鉭雖(sui)然(ran)在19世紀初就已被發現了(le),但直到1903年才(cai)制出了(le)金屬鉭,1922年開始工業生產鉭。因此,世界鉭工業的發展(zhan)始于20世紀20年代,中國鉭工業始于1956年。
美國(guo)(guo)(guo)是世界上(shang)最早開始生(sheng)產鉭的(de)國(guo)(guo)(guo)家,1922年(nian)開始工業規模(mo)生(sheng)產金(jin)屬鉭。日本(ben)和(he)其(qi)他資本(ben)主(zhu)義國(guo)(guo)(guo)家均是從20世紀(ji)50年(nian)代(dai)(dai)末或(huo)60年(nian)代(dai)(dai)初開始發(fa)展鉭工業的(de)。經過幾十年(nian)的(de)發(fa)展,世界鉭工業生(sheng)產已經達到了(le)相當(dang)高(gao)(gao)的(de)水(shui)平。20世紀(ji)90年(nian)代(dai)(dai)以來,較有規模(mo)的(de)鉭產品生(sheng)產企(qi)業有美國(guo)(guo)(guo)Cabot集(ji)團(美國(guo)(guo)(guo)Cabot、日本(ben)昭和(he)Cabot)、德國(guo)(guo)(guo)HCST集(ji)團(德國(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)鉭業股(gu)份有限公司(si)三大集(ji)團,這三大集(ji)團生(sheng)產的(de)鉭產品占世界總量的(de)80%以上(shang)。國(guo)(guo)(guo)外鉭工業的(de)產品、工藝技術和(he)裝備水(shui)平普遍都很(hen)高(gao)(gao),適應了(le)世界科(ke)技高(gao)(gao)速(su)發(fa)展的(de)需要。
中(zhong)國(guo)(guo)鉭(tan)(tan)工(gong)(gong)業(ye)始(shi)于20世(shi)(shi)紀(ji)60年(nian)(nian)代。中(zhong)國(guo)(guo)初期鉭(tan)(tan)冶煉(lian)(lian)、加(jia)工(gong)(gong)生產(chan)(chan)規模(mo)、技術水平(ping)、產(chan)(chan)品(pin)檔次和質量狀況與發達(da)國(guo)(guo)家比較相差甚遠。自90年(nian)(nian)代,特別(bie)是(shi)1995年(nian)(nian)以(yi)來,中(zhong)國(guo)(guo)鉭(tan)(tan)生產(chan)(chan)應用(yong)呈現出快速發展的態勢,如今,中(zhong)國(guo)(guo)鉭(tan)(tan)工(gong)(gong)業(ye)已實現了“從小到大(da)、從軍(jun)到民(min)、從內到外”的轉變,形(xing)成(cheng)了世(shi)(shi)界(jie)唯一(yi)的從采礦、冶煉(lian)(lian)、加(jia)工(gong)(gong)到應用(yong)的工(gong)(gong)業(ye)體系,高(gao)、中(zhong)、低(di)端產(chan)(chan)品(pin)全方(fang)位(wei)的進入了國(guo)(guo)際市場,中(zhong)國(guo)(guo)成(cheng)為世(shi)(shi)界(jie)鉭(tan)(tan)冶煉(lian)(lian)加(jia)工(gong)(gong)第三強國(guo)(guo),進入世(shi)(shi)界(jie)鉭(tan)(tan)工(gong)(gong)業(ye)大(da)國(guo)(guo)的行列。
化學符號Ta,鋼(gang)灰色金屬,在(zai)元素(su)周期(qi)表(biao)中屬VB族,原(yuan)子序數(shu)73,原(yuan)子量180.9479,體心立方晶體,常見化合(he)價為+5。鉭(tan)(tan)的(de)硬度較低,并與含氧量相(xiang)關,普通(tong)純鉭(tan)(tan),退火態的(de)維氏硬度僅有140HV。它的(de)熔點高(gao)達2995℃,在(zai)單質(zhi)中,僅次(ci)于碳,鎢,錸和鋨,位居第(di)五。鉭(tan)(tan)富有延展性,可以拉成細絲式制薄箔(bo)。其熱膨脹系數(shu)很小。每升高(gao)一攝氏度只膨脹百萬分之六(liu)點六(liu)。除此之外,它的(de)韌(ren)性很強(qiang),比銅還要優(you)異。
CAS號 7440-25-7
元素類別 過渡(du)金(jin)屬元素。
相對原子質量 180.94788(12C=12.0000)
密度 16650kg/m3;16.654g/cm3
硬度 6.5
位置 第六周期,VB族,d區
外觀 鋼灰色金屬
電子排布 [Xe] 4f14 5d3 6s2
原子體積 10.90cm3/mol
元素在海水中的含量(liang) 0.000002ppm
地殼中含量 1ppm
氧(yang)化(hua)態 +5(主(zhu)要(yao)),-3,-1,0,+1,+2,+3
晶(jing)(jing)體結構 晶(jing)(jing)胞(bao)為體心立方晶(jing)(jing)胞(bao),每個(ge)晶(jing)(jing)胞(bao)含有(you)2個(ge)金(jin)屬(shu)原子。
晶胞參數 a = 330.13 pm
b = 330.13 pm
c = 330.13 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°
維氏硬(ying)度(du)(電弧熔煉(lian)并冷(leng)作硬(ying)化)230HV
維氏硬度(再結(jie)晶(jing)退火)140HV
維(wei)氏(shi)硬度(du)(經(jing)一(yi)次電子束(shu)熔煉(lian))70HV
維氏硬(ying)度(經二次(ci)電子束熔(rong)煉(lian))45-55HV
熔點 2995℃
聲音在其中(zhong)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·古斯塔(ta)法·埃克(ke)博格發現。
鉭還有(you)非(fei)常出色的(de)(de)(de)化(hua)學性質,具有(you)極高(gao)的(de)(de)(de)抗腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性,無論是(shi)(shi)在(zai)(zai)(zai)冷和熱的(de)(de)(de)條件下(xia),對鹽酸(suan)(suan)(suan)(suan)、濃硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)及(ji)王水都不(bu)反應(ying)。但鉭在(zai)(zai)(zai)熱的(de)(de)(de)濃硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)中(zhong)能(neng)被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi),在(zai)(zai)(zai)150℃以(yi)(yi)下(xia),鉭不(bu)會(hui)(hui)被(bei)(bei)(bei)濃硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi),只(zhi)有(you)在(zai)(zai)(zai)高(gao)于(yu)此溫(wen)(wen)度(du)(du)才(cai)會(hui)(hui)有(you)反應(ying),在(zai)(zai)(zai)175℃的(de)(de)(de)濃硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)中(zhong)1年(nian),被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)厚(hou)度(du)(du)為0.0004毫(hao)米,將鉭放(fang)入(ru)200℃的(de)(de)(de)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)中(zhong)浸(jin)泡一(yi)年(nian),表(biao)層僅損傷0.006毫(hao)米。在(zai)(zai)(zai)250℃時,腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)速(su)度(du)(du)有(you)所增加,為每年(nian)被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)厚(hou)度(du)(du)為0.116毫(hao)米,在(zai)(zai)(zai)300℃時,被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)速(su)度(du)(du)則更加快,浸(jin)泡1年(nian),表(biao)面被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)1.368毫(hao)米。在(zai)(zai)(zai)發(fa)煙硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(含15%的(de)(de)(de)SO3)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)速(su)度(du)(du)比濃硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)中(zhong)更加嚴重,在(zai)(zai)(zai)130℃的(de)(de)(de)該溶(rong)(rong)液(ye)里(li)浸(jin)泡1年(nian),表(biao)面被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)厚(hou)度(du)(du)為15.6毫(hao)米。鉭在(zai)(zai)(zai)高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)也會(hui)(hui)被(bei)(bei)(bei)磷酸(suan)(suan)(suan)(suan)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi),但該反應(ying)一(yi)般在(zai)(zai)(zai)150℃以(yi)(yi)上才(cai)發(fa)生,在(zai)(zai)(zai)250℃的(de)(de)(de)85%的(de)(de)(de)磷酸(suan)(suan)(suan)(suan)中(zhong),浸(jin)泡1年(nian),表(biao)面被(bei)(bei)(bei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)20毫(hao)米,另外,鉭在(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)和硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)混酸(suan)(suan)(suan)(suan)中(zhong)能(neng)迅(xun)(xun)速(su)溶(rong)(rong)解,在(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)中(zhong)也能(neng)被(bei)(bei)(bei)溶(rong)(rong)解。但是(shi)(shi)鉭更害(hai)怕強(qiang)堿,在(zai)(zai)(zai)110℃ 40%濃度(du)(du)的(de)(de)(de)燒堿溶(rong)(rong)液(ye)里(li),鉭會(hui)(hui)被(bei)(bei)(bei)迅(xun)(xun)速(su)溶(rong)(rong)解,在(zai)(zai)(zai)同樣濃度(du)(du)的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)氧(yang)化(hua)鉀溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong),只(zhi)要100℃就會(hui)(hui)被(bei)(bei)(bei)迅(xun)(xun)速(su)溶(rong)(rong)解。除(chu)上面所述情況外,一(yi)般的(de)(de)(de)無機鹽在(zai)(zai)(zai)150℃以(yi)(yi)下(xia)一(yi)般不(bu)能(neng)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)鉭。實驗證(zheng)明,鉭在(zai)(zai)(zai)常溫(wen)(wen)下(xia),對堿溶(rong)(rong)液(ye)、氯氣、溴水、稀硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)以(yi)(yi)及(ji)其他許多(duo)藥劑均(jun)不(bu)起(qi)作(zuo)用,僅在(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)和熱濃硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)作(zuo)用下(xia)有(you)所反應(ying)。這(zhe)樣的(de)(de)(de)情況在(zai)(zai)(zai)金屬(shu)中(zhong)是(shi)(shi)比較(jiao)罕見(jian)的(de)(de)(de)。
但(dan)高溫(wen)(wen)(wen)下(xia),鉭(tan)表面的氧(yang)化膜被破壞,因(yin)此(ci)能與(yu)多種(zhong)物質反(fan)(fan)應,常溫(wen)(wen)(wen)下(xia)鉭(tan)能與(yu)氟反(fan)(fan)應。在(zai)(zai)(zai)(zai)150℃時,鉭(tan)對氯溴(xiu)碘均呈惰性,在(zai)(zai)(zai)(zai)250℃時,鉭(tan)對干燥(zao)的氯氣(qi)仍(reng)(reng)然有抗腐蝕能力,在(zai)(zai)(zai)(zai)含有水(shui)蒸(zheng)氣(qi)的氯氣(qi)中加熱(re)到(dao)400℃,仍(reng)(reng)然能保持光亮,在(zai)(zai)(zai)(zai)500℃則開始被腐蝕,在(zai)(zai)(zai)(zai)300℃以上鉭(tan)與(yu)溴(xiu)反(fan)(fan)應,對碘蒸(zheng)汽則當(dang)溫(wen)(wen)(wen)度達到(dao)赤熱(re)之前均呈惰性。氯化氫在(zai)(zai)(zai)(zai)410℃時和鉭(tan)反(fan)(fan)應,生產五氯化物,溴(xiu)化氫則在(zai)(zai)(zai)(zai)375℃與(yu)鉭(tan)反(fan)(fan)應。當(dang)加熱(re)到(dao)200℃或者(zhe)更低的溫(wen)(wen)(wen)度下(xia),硫(liu)能與(yu)Ta作用(yong)(yong),碳及烴類在(zai)(zai)(zai)(zai)800-1100℃與(yu)鉭(tan)作用(yong)(yong)。
元素命(ming)名 埃克博格根(gen)據(ju)古希臘神(shen)話中中第比斯(si)城皇后尼奧比的(de)父親坦塔羅斯(si)的(de)名字命(ming)名了該元素。
來源 主要存(cun)在(zai)于鉭鐵礦中,同鈮共生。
鉭的主(zhu)(zhu)要(yao)吸收線及其主(zhu)(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(氧化亞氮-乙炔焰)
S*:元素的特征濃度(du)(1%吸收靈(ling)敏度(du))
CL:元素(su)的檢測(ce)極限
R·S:同一(yi)元(yuan)素主要吸收線間的相對靈敏度(du)
F:火焰類型
鉭(tan)的線脹系數在0~100℃之間為(wei)6.5×10-6K-1,超導轉變臨(lin)界溫度為(wei)4.38K,原子的熱中子吸(xi)收截面為(wei)21.3靶恩。
在(zai)(zai)(zai)低(di)于150℃的(de)(de)條件(jian)下(xia)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)是(shi)化(hua)(hua)學(xue)性(xing)質最穩定(ding)的(de)(de)金屬之一(yi)。與(yu)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)能起反應(ying)(ying)(ying)的(de)(de)只有(you)氟、氫氟酸(suan)、含氟離子(zi)的(de)(de)酸(suan)性(xing)溶(rong)液和三氧化(hua)(hua)硫。在(zai)(zai)(zai)室(shi)溫下(xia)與(yu)濃(nong)堿溶(rong)液反應(ying)(ying)(ying),并且溶(rong)于熔融堿中。致密的(de)(de)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)200℃開(kai)始輕微氧化(hua)(hua),在(zai)(zai)(zai)280℃時(shi)明(ming)顯氧化(hua)(hua)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)有(you)多種氧化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu),最穩定(ding)的(de)(de)是(shi)五(wu)氧化(hua)(hua)二鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(Ta2O5)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)和氫在(zai)(zai)(zai)250℃以(yi)(yi)上生成脆性(xing)固(gu)溶(rong)體和金屬氫化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)如Ta2H、TaH、TaH2、TaH3。在(zai)(zai)(zai)800~1200℃的(de)(de)真空(kong)下(xia),氫從(cong)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)中析出鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)又恢(hui)復(fu)塑性(xing)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)和氮在(zai)(zai)(zai)300℃左右開(kai)始反應(ying)(ying)(ying)生成固(gu)溶(rong)體和氮化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu);在(zai)(zai)(zai)高(gao)于2000℃和高(gao)真空(kong)下(xia),被吸收的(de)(de)氮又從(cong)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)中析出。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)與(yu)碳(tan)在(zai)(zai)(zai)高(gao)于2800℃下(xia)以(yi)(yi)三種物(wu)(wu)(wu)相存在(zai)(zai)(zai):碳(tan)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)固(gu)溶(rong)體、低(di)價(jia)碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)和高(gao)價(jia)碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)室(shi)溫下(xia)能與(yu)氟反應(ying)(ying)(ying),在(zai)(zai)(zai)高(gao)于250℃時(shi)能與(yu)其他鹵(lu)素反應(ying)(ying)(ying),生成鹵(lu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)。
鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)在酸性電(dian)解液中形(xing)成穩定(ding)的(de)(de)(de)陽極氧(yang)(yang)化(hua)膜,用鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)制(zhi)(zhi)成的(de)(de)(de)電(dian)解電(dian)容(rong)器(qi),具有(you)容(rong)量(liang)大、體(ti)積(ji)小和(he)(he)可靠性好等(deng)(deng)(deng)優點,制(zhi)(zhi)電(dian)容(rong)器(qi)是鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)最(zui)重要用途,70年(nian)代末(mo)的(de)(de)(de)用量(liang)占(zhan)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)總用量(liang)2/3以上(shang)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)也(ye)是制(zhi)(zhi)作電(dian)子(zi)(zi)發(fa)(fa)射(she)管、高功(gong)率電(dian)子(zi)(zi)管零(ling)件(jian)的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)抗腐(fu)蝕設備(bei)用于生產(chan)強酸、溴、氨(an)等(deng)(deng)(deng)化(hua)學(xue)工(gong)業(ye)(ye)。金(jin)屬(shu)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)可作飛(fei)機(ji)(ji)(ji)發(fa)(fa)動(dong)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)燃(ran)燒室的(de)(de)(de)結構材(cai)(cai)料。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鎢、鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鎢鉿、鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鉿合(he)金(jin)用作火(huo)箭、導彈(dan)和(he)(he)噴氣發(fa)(fa)動(dong)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)耐(nai)熱(re)高強材(cai)(cai)料以及(ji)控制(zhi)(zhi)和(he)(he)調節裝備(bei)的(de)(de)(de)零(ling)件(jian)等(deng)(deng)(deng)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)易加(jia)工(gong)成形(xing),在高溫(wen)真(zhen)空爐中作支撐附件(jian)、熱(re)屏蔽、加(jia)熱(re)器(qi)和(he)(he)散熱(re)片等(deng)(deng)(deng)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)可作骨(gu)科和(he)(he)外科手(shou)術材(cai)(cai)料,例如用鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)條替代人體(ti)中的(de)(de)(de)骨(gu)頭肌肉還會(hui)在鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)條上(shang)生長(chang),所以它有(you)一個“親生物金(jin)屬(shu)”。碳化(hua)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)用于制(zhi)(zhi)造硬質合(he)金(jin)。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)硼(peng)化(hua)物、硅化(hua)物和(he)(he)氮化(hua)物及(ji)其合(he)金(jin)用作原(yuan)子(zi)(zi)能工(gong)業(ye)(ye)中的(de)(de)(de)釋熱(re)元(yuan)件(jian)和(he)(he)液態金(jin)屬(shu)包(bao)套材(cai)(cai)料。氧(yang)(yang)化(hua)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)用于制(zhi)(zhi)造高級光學(xue)玻璃和(he)(he)催化(hua)劑。1981年(nian)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)在美國各部門(men)的(de)(de)(de)消費比例約為(wei):電(dian)子(zi)(zi)元(yuan)件(jian)73%,機(ji)(ji)(ji)械(xie)工(gong)業(ye)(ye)19%,交通運(yun)輸6%,其他2%。
鉭(tan)(tan)所具有的特性,使它的應(ying)用(yong)(yong)領域十分廣闊。在(zai)制取(qu)(qu)各(ge)種無機酸的設(she)備中(zhong),鉭(tan)(tan)可(ke)用(yong)(yong)來替代不銹鋼,壽命可(ke)比不銹鋼提高幾十倍。此(ci)外,在(zai)化工(gong)(gong)、電子(zi)、電氣(qi)等工(gong)(gong)業中(zhong),鉭(tan)(tan)可(ke)以取(qu)(qu)代過(guo)去需(xu)要由貴重金(jin)(jin)(jin)屬(shu)鉑承擔(dan)的任務,使所需(xu)費(fei)用(yong)(yong)大(da)大(da)降低。鉭(tan)(tan)被制造成(cheng)了(le)電容裝備到軍用(yong)(yong)設(she)備中(zhong)。美國(guo)的軍事工(gong)(gong)業異常發(fa)達(da),是世(shi)(shi)界(jie)最大(da)軍火出口商。世(shi)(shi)界(jie)上(shang)鉭(tan)(tan)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)的產量一半被用(yong)(yong)在(zai)鉭(tan)(tan)電容的生(sheng)產上(shang),美國(guo)國(guo)防部(bu)后勤署(shu)則是鉭(tan)(tan)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)最大(da)的擁有者,曾一度買(mai)斷了(le)世(shi)(shi)界(jie)上(shang)三分之(zhi)一的鉭(tan)(tan)粉。
從產(chan)品大類劃分,鉭(tan)(tan)(tan)產(chan)品可以分為(wei)鉭(tan)(tan)(tan)及(ji)其(qi)合(he)金,鉭(tan)(tan)(tan)碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu),鉭(tan)(tan)(tan)氧(yang)(yang)化物(wu)(wu)(wu)和鉭(tan)(tan)(tan)醇鹽(yan)。目前鉭(tan)(tan)(tan)制(zhi)(zhi)(zhi)品下游占比最高的產(chan)品為(wei)電容器(qi),約(yue)占到全世界鉭(tan)(tan)(tan)產(chan)量的60%。鉭(tan)(tan)(tan)具(ju)(ju)(ju)有(you)非常(chang)優秀的物(wu)(wu)(wu)理及(ji)化學性(xing)質,其(qi)下游應(ying)用(yong)領域十(shi)分廣泛,在對(dui)于材(cai)料(liao)有(you)嚴(yan)格要求的應(ying)用(yong)領域都能(neng)看到其(qi)身影。鉭(tan)(tan)(tan)及(ji)其(qi)合(he)金的應(ying)用(yong)包(bao)含電容器(qi)、耐高溫制(zhi)(zhi)(zhi)品、靶材(cai)、武器(qi)、耐腐蝕制(zhi)(zhi)(zhi)品、航空航天工(gong)業、捕(bu)氣劑(ji);鉭(tan)(tan)(tan)碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu)主(zhu)要用(yong)于硬質合(he)金,因為(wei)鉭(tan)(tan)(tan)具(ju)(ju)(ju)有(you)極強的抗腐蝕能(neng)力,碳(tan)(tan)化鉭(tan)(tan)(tan)可以提高刀具(ju)(ju)(ju)、磨(mo)具(ju)(ju)(ju)的硬度、強度、熔(rong)點,但是由于鉭(tan)(tan)(tan)碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu)的成本較高,國外(wai)經常(chang)使用(yong)鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)復合(he)碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu)替代單一(yi)的碳(tan)(tan)化鉭(tan)(tan)(tan);鉭(tan)(tan)(tan)氧(yang)(yang)化物(wu)(wu)(wu)主(zhu)要用(yong)作制(zhi)(zhi)(zhi)造人工(gong)晶體、催化劑(ji)、靶材(cai),鉭(tan)(tan)(tan)醇鹽(yan)用(yong)作陶(tao)瓷材(cai)料(liao)。
鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)礦中常伴有多(duo)種金屬(shu),鉭(tan)(tan)(tan)冶煉的(de)主(zhu)要步驟是分解精礦,凈化(hua)(hua)和分離鉭(tan)(tan)(tan)、鈮(ni),以制取(qu)鉭(tan)(tan)(tan)、鈮(ni)的(de)純化(hua)(hua)合物,最(zui)后(hou)制取(qu)金屬(shu)。
礦石分(fen)解(jie)可(ke)采用(yong)氫(qing)氟酸分(fen)解(jie)法(fa)、氫(qing)氧化鈉熔融法(fa)和氯化法(fa)等(deng)。鉭鈮分(fen)離可(ke)采用(yong)溶(rong)劑萃取法(fa)【常用(yong)的萃取劑為甲基異丁酮(tong)(MIBK)、磷酸三(san)丁酯(zhi)(TBP)、仲辛(xin)醇和乙酰胺(an)等(deng)】、分(fen)步結晶法(fa)和離子交換法(fa)。
分離:首先(xian)將鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)鐵礦(kuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)精礦(kuang)用(yong)氫氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)和硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)分解鉭(tan)(tan)(tan)和鈮(ni)(ni)(ni)呈(cheng)氟(fu)鉭(tan)(tan)(tan)酸(suan)(suan)(suan)和氟(fu)鈮(ni)(ni)(ni)酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)(rong)(rong)于浸(jin)出(chu)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong),同(tong)時鐵、錳、鈦、鎢(wu)、硅等(deng)伴生(sheng)元(yuan)(yuan)素也溶(rong)(rong)(rong)于浸(jin)出(chu)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong),形成(cheng)(cheng)成(cheng)(cheng)分很復雜(za)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強酸(suan)(suan)(suan)性溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)。鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)浸(jin)出(chu)液(ye)(ye)用(yong)甲(jia)基異丁基酮萃(cui)(cui)取(qu)鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)同(tong)時萃(cui)(cui)入有機(ji)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong),用(yong)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)洗(xi)(xi)滌有機(ji)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微量雜(za)質,得(de)到(dao)(dao)純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有機(ji)相(xiang)(xiang)洗(xi)(xi)液(ye)(ye)和萃(cui)(cui)余(yu)液(ye)(ye)合并,其中(zhong)(zhong)含(han)有微量鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)和雜(za)質元(yuan)(yuan)素,是強酸(suan)(suan)(suan)性溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye),可綜合回收(shou)。純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)鉭(tan)(tan)(tan)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有機(ji)相(xiang)(xiang)用(yong)稀硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)反萃(cui)(cui)取(qu)鈮(ni)(ni)(ni)得(de)到(dao)(dao)含(han)鉭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有機(ji)相(xiang)(xiang)。鈮(ni)(ni)(ni)和少量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)(tan)進(jin)入水溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)然后(hou)再用(yong)甲(jia)基異丁基酮萃(cui)(cui)取(qu)其中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)(tan),得(de)到(dao)(dao)純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)鈮(ni)(ni)(ni)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)。純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)鉭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有機(ji)相(xiang)(xiang)用(yong)水反萃(cui)(cui)取(qu)就得(de)到(dao)(dao)純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)鉭(tan)(tan)(tan)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)。反萃(cui)(cui)取(qu)鉭(tan)(tan)(tan)后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有機(ji)相(xiang)(xiang)返回萃(cui)(cui)取(qu)循環使用(yong)。純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氟(fu)鉭(tan)(tan)(tan)酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)或(huo)(huo)純(chun)(chun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氟(fu)鈮(ni)(ni)(ni)酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)同(tong)氟(fu)化(hua)鉀或(huo)(huo)氯化(hua)鉀反應分別生(sheng)成(cheng)(cheng)氟(fu)鉭(tan)(tan)(tan)酸(suan)(suan)(suan)鉀(K2TaF7)和氟(fu)鈮(ni)(ni)(ni)酸(suan)(suan)(suan)鉀(K2NbF7)結晶(jing),也可與氫氧化(hua)銨反應生(sheng)成(cheng)(cheng)氫氧化(hua)鉭(tan)(tan)(tan)或(huo)(huo)氫氧化(hua)鈮(ni)(ni)(ni)沉淀。鉭(tan)(tan)(tan)或(huo)(huo)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫氧化(hua)物在900~1000℃下煅燒(shao)生(sheng)成(cheng)(cheng)鉭(tan)(tan)(tan)或(huo)(huo)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氧化(hua)物。
①金(jin)(jin)屬鉭(tan)(tan)粉(fen)可(ke)采用(yong)(yong)金(jin)(jin)屬熱還原(鈉熱還原)法制(zhi)取。在惰性氣氛下用(yong)(yong)金(jin)(jin)屬鈉還原氟(fu)鉭(tan)(tan)酸鉀(jia):K2TaF7+5Na─→Ta+5NaF+2KF。反應在不銹鋼罐(guan)中進行(xing),溫度加熱到(dao)900℃時,還原反應迅速(su)完成。此法制(zhi)取的(de)鉭(tan)(tan)粉(fen),粒(li)形不規則,粒(li)度細,適(shi)用(yong)(yong)于制(zhi)作(zuo)鉭(tan)(tan)電(dian)容(rong)器。金(jin)(jin)屬鉭(tan)(tan)粉(fen)亦可(ke)用(yong)(yong)熔鹽(yan)電(dian)解(jie)(jie)法制(zhi)取:用(yong)(yong)氟(fu)鉭(tan)(tan)酸鉀(jia)、氟(fu)化鉀(jia)和氯化鉀(jia)混合(he)物的(de)熔鹽(yan)做電(dian)解(jie)(jie)質把五氧(yang)化二(er)鉭(tan)(tan)(Ta2O5)溶于其中,在750℃下電(dian)解(jie)(jie),可(ke)得到(dao)純(chun)度為99.8~99.9%的(de)鉭(tan)(tan)粉(fen)。
②用(yong)(yong)(yong)(yong)碳熱還原(yuan)Ta2O5亦可得到金屬鉭(tan)。還原(yuan)一(yi)般(ban)分兩步進(jin)行(xing):首先將(jiang)一(yi)定配比的Ta2O5和碳的混合物(wu)在氫氣氛中于1800~2000℃下(xia)制成碳化鉭(tan)(TaC),然(ran)后(hou)再(zai)將(jiang)TaC和Ta2O5按一(yi)定配比制成混合物(wu)真空還原(yuan)成金屬鉭(tan)。金屬鉭(tan)還可采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)熱分解(jie)或(huo)氫還原(yuan)鉭(tan)的氯化物(wu)的方法制取。致密的金屬鉭(tan)可用(yong)(yong)(yong)(yong)真空電弧、電子(zi)束、等離子(zi)束熔煉(lian)或(huo)粉末(mo)冶金法制備(bei)。高純度(du)鉭(tan)單晶用(yong)(yong)(yong)(yong)無坩(gan)堝電子(zi)束區域熔煉(lian)法制取。
鉭是稀有金(jin)屬礦產(chan)資源(yuan)之一(yi),是電子工業和空間技術發(fa)展不可缺少的戰略(lve)原(yuan)料。
鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)(he)(he)鈮的(de)(de)物(wu)理化學(xue)性(xing)質相(xiang)似,因此共生于(yu)(yu)(yu)自然界的(de)(de)礦(kuang)(kuang)物(wu)中(zhong)(zhong)(zhong)。劃(hua)分(fen)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)礦(kuang)(kuang)或(huo)鈮礦(kuang)(kuang)主(zhu)要(yao)是根據礦(kuang)(kuang)物(wu)中(zhong)(zhong)(zhong)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)(he)(he)鈮的(de)(de)含量(liang),鈮含量(liang)高時(shi)稱為(wei)鈮礦(kuang)(kuang),鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)含量(liang)高時(shi)則(ze)稱為(wei)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)礦(kuang)(kuang)。鈮主(zhu)要(yao)用(yong)于(yu)(yu)(yu)制造(zao)碳鋼(gang)、超級(ji)合(he)金(jin)(jin)(jin)、高強度低合(he)金(jin)(jin)(jin)鋼(gang)、不銹鋼(gang)、抗(kang)熱鋼(gang)及合(he)金(jin)(jin)(jin)鋼(gang);鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)則(ze)主(zhu)要(yao)用(yong)于(yu)(yu)(yu)電子(zi)原器(qi)件(jian)及合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)生產。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鈮礦(kuang)(kuang)物(wu)的(de)(de)賦存形式和(he)(he)(he)化學(xue)成(cheng)分(fen)復雜,其中(zhong)(zhong)(zhong)除(chu)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)、鈮外,往(wang)往(wang)還(huan)含有稀土金(jin)(jin)(jin)屬、鈦、鋯、鎢(wu)、鈾、釷和(he)(he)(he)錫等。鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)主(zhu)要(yao)礦(kuang)(kuang)物(wu)有:鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)[(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6]、重鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(FeTa2O6)、細晶石(shi)[(Na,Ca)Ta2O6(O,OH,F)]和(he)(he)(he)黑稀金(jin)(jin)(jin)礦(kuang)(kuang)[(Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6]等。煉錫的(de)(de)廢(fei)渣中(zhong)(zhong)(zhong)含有鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan),也(ye)是鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)重要(yao)資源。已查明世界的(de)(de)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)儲量(liang)(以鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)計)約為(wei)134000短(duan)噸(dun),扎伊爾占首位。1979年世界鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)礦(kuang)(kuang)物(wu)的(de)(de)產量(liang)(以鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)計)為(wei)788短(duan)噸(dun)(1短(duan)噸(dun)=907.2公(gong)斤)。中(zhong)(zhong)(zhong)國從含鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)比較低的(de)(de)礦(kuang)(kuang)物(wu)中(zhong)(zhong)(zhong)提取(qu)鉭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)工藝取(qu)得了成(cheng)就。
電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)是鉭(tan)(tan)的(de)(de)主要最(zui)終消(xiao)費(fei)(fei)領域,約占(zhan)總消(xiao)費(fei)(fei)量(liang)(liang)的(de)(de)60%。美(mei)國(guo)是鉭(tan)(tan)消(xiao)費(fei)(fei)量(liang)(liang)最(zui)大的(de)(de)國(guo)家,1997年消(xiao)費(fei)(fei)量(liang)(liang)達500噸(dun)(dun),其中(zhong)(zhong)60%用于(yu)生(sheng)產(chan)鉭(tan)(tan)電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)。日本是鉭(tan)(tan)消(xiao)費(fei)(fei)的(de)(de)第(di)二大國(guo),消(xiao)費(fei)(fei)量(liang)(liang)為334噸(dun)(dun)。21世(shi)紀初,隨(sui)著電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)生(sheng)產(chan)的(de)(de)發(fa)展(zhan)迅速,市場供不應(ying)求。預計(ji)(ji),世(shi)界(jie)鉭(tan)(tan)電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)的(de)(de)生(sheng)產(chan)量(liang)(liang)達2.50億(yi)件(jian),需消(xiao)費(fei)(fei)鉭(tan)(tan)1000噸(dun)(dun)。據美(mei)國(guo)地質調查局的(de)(de)統計(ji)(ji),鉭(tan)(tan)在地殼(ke)中(zhong)(zhong)的(de)(de)自然儲(chu)量(liang)(liang)為15萬(wan)噸(dun)(dun),可(ke)開(kai)采儲(chu)量(liang)(liang)超(chao)過4.3萬(wan)噸(dun)(dun)。2004年,世(shi)界(jie)鉭(tan)(tan)開(kai)采量(liang)(liang)為1510噸(dun)(dun),其中(zhong)(zhong),澳大利(li)亞730噸(dun)(dun),莫桑比(bi)克280噸(dun)(dun),巴西(xi)(xi)250噸(dun)(dun),加拿大69噸(dun)(dun),剛果60噸(dun)(dun)。中(zhong)(zhong)國(guo)資(zi)(zi)源量(liang)(liang),主要分(fen)(fen)布在江(jiang)西(xi)(xi)、福(fu)建、新疆、廣西(xi)(xi)、湖南等省。從未(wei)來(lai)發(fa)展(zhan)的(de)(de)需求看(kan),電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)仍是鉭(tan)(tan)的(de)(de)主要應(ying)用領域。如(ru)果按(an)儲(chu)量(liang)(liang)基礎24000噸(dun)(dun)計(ji)(ji)算(suan),也只能保證(zheng)24年的(de)(de)需求。盡管如(ru)此,鉭(tan)(tan)資(zi)(zi)源的(de)(de)前景仍然是看(kan)好的(de)(de)。首先(xian),在世(shi)界(jie)十分(fen)(fen)豐富的(de)(de)鈮礦(kuang)床中(zhong)(zhong),伴生(sheng)有大量(liang)(liang)的(de)(de)鉭(tan)(tan)資(zi)(zi)源。其中(zhong)(zhong),格(ge)陵(ling)蘭南部加達爾鈮、鉭(tan)(tan)礦(kuang)的(de)(de)鉭(tan)(tan)資(zi)(zi)源量(liang)(liang)就(jiu)達100萬(wan)噸(dun)(dun)。其次,西(xi)(xi)方已(yi)開(kai)始利(li)用含(han)Ta2O5 3%以下的(de)(de)大量(liang)(liang)錫爐渣。此外(wai),代(dai)(dai)用品(pin)的(de)(de)研究和(he)利(li)用也有了(le)很快的(de)(de)發(fa)展(zhan),如(ru)鋁和(he)陶瓷在電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)領域代(dai)(dai)替鉭(tan)(tan);硅、鍺(zang)、銫可(ke)在電(dian)(dian)(dian)子(zi)儀器(qi)(qi)用途上(shang),代(dai)(dai)替鉭(tan)(tan)制造整流器(qi)(qi)等。