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                                                金屬鉭

                                                點擊次數:787   更新時間:2022-04-16 14:29:27     來源:本站

                                                金屬鉭

                                                鉭(Tantalum)是一種金屬元素,元素符號為Ta,原子序數為73,密度為16.68g/cm3,熔點為2980℃,是僅次于鎢、錸的第三個最難熔的金屬。純鉭略帶藍色色澤,延展性極佳,在冷狀態下無需中間退火就可軋成很薄(小于0.01毫米)的板。鉭的抗蝕能力與玻璃相同,在中溫(約150℃)只有氟、氫氟酸、三氧化硫(包括發煙硫酸)、強堿和某些熔鹽對鉭有影響。金屬鉭在常溫的空氣中穩定,加熱到高于500℃則加速氧化生成Ta205。鉭具有熔點高、蒸汽壓低、冷加工性能好、化學穩定性高、抗液態金屬腐蝕能力強、表面氧化膜介電常數大等一系列優異性能,在電子、冶金、鋼鐵、化工、硬質合金、原子能、超導技術、汽車電子、航空航天、醫療衛生和科學研究等高新技術領域有重要應用。目前鉭的最主要應用為鉭電容。鉭在自然中一定與化學性質相近的鈮一起出現,一般蘊藏在鉭鐵礦、鈮鐵礦和鈳鉭鐵礦中。巴西和澳大利亞是鉭資源最為豐富的兩個國家。

                                                  鉭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。但鉭在熱的濃硫酸中能被腐蝕,在150℃以下,鉭不會被濃硫酸腐蝕,只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,將鉭放入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0.116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度的該溶液里浸泡1年,表面被腐蝕的厚度為15.6毫米。鉭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,表面被腐蝕20毫米,另外,鉭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。但是鉭更害怕強堿,在110度40%濃度的燒堿溶液里,鉭會被迅速溶解,在同樣濃度的氫氧化鉀溶液中,只要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鉭。實驗證明,鉭在常溫下,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較罕見的。

                                                但高溫下,鉭表面的氧化膜被破壞,因此能與多種物質反應,常溫下鉭能與氟反應。在150度時,鉭對氯溴碘均呈惰性,在250度時,鉭對干燥的氯氣仍然有抗腐蝕能力,在含有水蒸氣的氯氣中加熱到400度,仍然能保持光亮,在500度則開始被腐蝕,在300度以上鉭與溴反應,對碘蒸汽則當溫度達到赤熱之前均呈惰性。氯化氫在410度時和鉭反應,生產五氯化物,溴化氫則在375度與鉭反應。當加熱到200度或者更低的溫度下,S能與Ta作用,碳及烴類在800-1100度與鉭作用。

                                                鉭,金屬元素,主要存在于鉭鐵礦中,同共生。鉭的硬度適中 ,富有延展性,可以拉成細絲式制薄箔。其熱膨脹系數很小。鉭有非常出色的化學性質,具有極高的抗腐蝕性。雖然鉭的抗腐蝕性很強,但是其抗腐蝕性是由于表面生成穩定的五氧化二鉭(Ta2O5)保護膜。無論是在冷和熱的條件下,對鹽酸、濃硝酸及"王水"都不反應??捎脕碇圃煺舭l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。

                                                鉭在酸性電解液中形成穩定的陽極氧化膜,用鉭制成的電解電容器,具有容量大、體積小和可靠性好等優點,制電容器是鉭的最重要用途,70年代末的用量占鉭總用量2/3以上。鉭也是制作電子發射管、高功率電子管零件的材料。鉭制的抗腐蝕設備用于生產強酸、溴、氨等化學工業。金屬鉭可作飛機發動機的燃燒室的結構材料。鉭鎢、鉭鎢鉿、鉭鉿合金用作火箭、導彈和噴氣發動機的耐熱高強材料以及控制和調節裝備的零件等。鉭易加工成形,在高溫真空爐中作支撐附件、熱屏蔽、加熱器和散熱片等。鉭可作骨科和外科手術材料,例如用鉭條替代人體中的骨頭肌肉還會在鉭條上生長,所以它有一個"親生物金屬"。碳化鉭用于制造硬質合金。鉭的硼化物、硅化物氮化物及其合金用作原子能工業中的釋熱元件和液態金屬包套材料。氧化鉭用于制造高級光學玻璃和催化劑。1981年鉭在美國各部門的消費比例約為:電子元件73%,機械工業19%,交通運輸6%,其他2%。

                                                       冶煉方法:鉭鈮礦中常伴有多種金屬,鉭冶煉的主要步驟是分解精礦,凈化和分離鉭、鈮,以制取鉭、鈮的純化合物,最后制取金屬。

                                                鉭的制取:

                                                ①金屬鉭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鉭酸鉀:K2TaF7+5Na─→Ta+5NaF+2KF。反應在不銹鋼罐中進行,溫度加熱到900℃時,還原反應迅速完成。此法制取的鉭粉,粒形不規則,粒度細,適用于制作鉭電容器。金屬鉭粉亦可用熔鹽電解法制取:用氟鉭酸鉀、氟化鉀和氯化鉀混合物的熔鹽做電解質把五氧化二鉭(Ta2O5)溶于其中,在750℃下電解,可得到純度為99.8~99.9%的鉭粉。

                                                ②用碳熱還原Ta2O5亦可得到金屬鉭。還原一般分兩步進行:首先將一定配比的Ta2O5和碳的混合物在氫氣氛中于1800~2000℃下制成碳化鉭(TaC),然后再將TaC和Ta2O5按一定配比制成混合物真空還原成金屬鉭。金屬鉭還可采用熱分解或氫還原鉭的氯化物的方法制取。致密的金屬鉭可用真空電弧、電子束、等離子束熔煉或粉末冶金法制備。高純度鉭單晶用無坩堝電子束區域熔煉法制取。










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