Розумний метал. Цей термін з'явився в діловому світі в середині XX століття. Розумні метали використовувалися в якості матеріалів для високих технологій, які застосовуються в електроніці та робототехніки. Одним з таких високотехнологічних металів і став тантал. Сьогодні він нерозривно пов'язаний з такими поняттями, як супутниковий зв'язок, бортові системи, телекомунікаційне обладнання.
Що таке тантал? Історичні факти
Вперше тантал був виявлений в 1802 році шведським вченим А. Р. Экебергом у складі двох мінералів, знайдених в Швеції і Фінляндії. Оксид цього елементу був дуже стійкий, і навіть велика кількість кислоти не могло зруйнувати його структури. У вченого сформувалося враження, що метал не може насититися кислотою. Экеберг згадав легенду про царя Тантала, який був сином Зевса і в результаті покарання не міг вгамувати голод і спрагу. Його страждання назвали танталові муки.
Так і вчений, як не старався, не міг виділити чистий метал з оксиду, тому свою роботу порівнював з танталовими муками. Хімічному елементу він дав назву тантал, а мінерал, який містив цей метал, назвав танталітом. Лише в 1903 році німецький вчений хімік Болтон Ст. отримав в чистому вигляді пластичний метал тантал. Промисловий випуск його почався тільки в 1922 році. Перший зразок промислового виготовлення танталу був всього з сірникову головку. США першими стали виробляти його, та у 1942 році був запущений завод з випуску цього металу.
Фізичні властивості танталу
Що таке тантал? Це метал сріблясто-білого кольору. Міцна оксидна плівка на ньому надає схожість за зовнішнім виглядом зі свинцем. Метал володіє високою міцністю і твердістю і в той же час пластичністю. По пластичності його порівнюють із золотом.
У чистому вигляді він прекрасно підпорядковується механічній обробці. Його легко штампувати, розкачується в дуже тонкий шар до 004 мм З нього отримують якісний дріт. Тантал, що таке? Це тугоплавкий метал, температура плавлення якого становить приблизно 3000 градусів. Тільки вольфрам і реній перевершують його по цій властивості. Одне з його специфічних якостей – це висока теплопровідність. Навіть оксидна плівка, яка на ньому утворюється, не зменшує цього властивості.
Хімічні властивості
Багато органічні і неорганічні кислоти – хлорне, сірчана, соляна, азотна та інші агресивні середовища – не викликають у танталу корозії. Метал окислюється при нагріванні від 200 до 300 градусів, і на ньому утворюється під оксидною плівкою газонасищенний шар. Слабкі хімічні властивості танталу не дають йому можливості розчинитися навіть в царській горілці, яка розплавляє платину і золото.
На практиці доведено, що нержавіючі стали менш стійкі при експлуатації, і деталі з них служать значно менший термін, ніж вироби з танталу. З усіх існуючих кислот тільки плавикова може розчинити цей метал.
Сплави
Стійка стійкість танталу до впливу кислот дозволяє використовувати його для добавок до різних сплавів, які застосовуються при виробництві металевих конструкцій. Для виготовлення прокату – дроту, смуг, листів, трубок – використовують сплав танталу з гафнієм. Сплав титану, вольфраму і танталу використовується для виготовлення різальних пластин різного призначення. Такі сплави характеризуються:
високою міцністю; підвищеною твердістю; не окислюються; мають високу абразивну стійкість; є зносостійкими; мають значну в'язкість; забезпечують відмінну міцність різальної крайки інструменту. Тантало-вольфрамовий сплав, до складу якого входить 7% вольфраму, здатний витримувати температуру до 1900 градусів. Він викликає значний інтерес у фахівців. А зі сплаву танталу з 10% вольфраму виготовляють сопла для ракетних двигунів. В космічній техніці застосовуються матеріали, які мають добру теплоємність або тугоплавкостью, тому сплави з танталом знаходять широке застосування для її виготовлення.
Роль брухту
Танталовий лом становить істотну частку до 30% поставок на ринок, від загального обсягу. Велика частина металу виділяється з брухту конденсаторів. Тому його поставки знаходяться в прямій залежності від активності роботи в електронної промисловості.
А це, в свою чергу, визначається глобальними економічними умовами. Іншими джерелами брухту є відпрацьовані карбіди. В ломе сплавів, основним елементом якого є нікель, також міститься тантал. В майбутньому відходи споживачів будуть важливим джерелом цього металу.
Використання танталу
Сам метал і його сплави знаходять широке застосування в промисловості. Його використовують для виготовлення:
сухих електролітичних конденсаторів; нагрівачів для вакуумних печей; катодів непрямого нагріву; антикорозійною апаратури; ядерних реакторів; надпровідників; боєприпасів з підвищеною пробивною здатністю; еталонів маси, які мають високу точність; різальних інструментів високої стійкості. Висока стійкість металу до корозії сприяє подовженню терміну служби конденсаторів з танталу в електронних системах до 12 років.
Ювелірна промисловість використовує цей метал для виготовлення корпусів годинників та браслетів замість платини. Вироби з танталу знаходять застосування в медичній промисловості. Він не відторгається організмом людини, тому з неї виготовляють:
пластини для черепних коробок і черевної порожнини; скріпки, які використовують для з'єднання судин; очні протези; товсті нитки, якими замінюють сухожилля; тонкі нитки для зшивання нервових волокон. ГОСТ металу
Існує кілька методів встановлення Госту танталу і його окису, наприклад, фотометричний та спектральний. Спектральний метод (ГОСТ 18904.8) встановлює зміст домішок кальцію, вольфраму, міді, кобальту, натрію, молібдену у танталі та його оксиду. Результатом аналізу служить середнє арифметичне, отриманий від 2 визначень різних наважок. Фотометричний метод (ГОСТ 18904.1) визначає зміст масової частки вольфраму і молібдену в танталі і окису. У цьому випадку результат аналізу підраховують як середнє арифметичне 3 визначень, які виконують з окремих наважок.
Родовища і видобуток танталу
Що таке тантал? Це дуже рідкісний метал. У чистому вигляді він практично не спостерігається. Зустріти його можна в складі мінералів і у вигляді власних сполук. В мінералах він завжди зустрічається разом з ніобієм, який за своїми властивостями дуже схожий з танталу. Родовища з танталовими сполуками і мінералами знаходяться в багатьох країнах світу.
Найбільше розташоване у Франції. Високі запаси цього металу в Китаї і Таїланді. У країнах СНД родовища значно меншого розміру. Близько 420 тонн танталу складає річний видобуток у світі. Основні комбінати, які займаються переробкою металу, розташовані в Німеччині і США. У зв'язку з бурхливим розвитком електроніки, в якій застосування танталу займає не останнє місце, спостерігається нестача цього рідкісного металу, що призводить до пошуку нових родовищ.
Ціни на тантал
Більшу частину танталу, а це до 60%, споживає електронна промисловість. Використання його на жароміцні сплави становить близько 20%. Ціни на цей рідкісний метал можуть швидко змінюватися. Попит на нього то відновлюється, то знову падає. Аналітики пророкують, що в найближчі роки попит і пропозиція будуть коливатися, це, в основному, залежить від економічних факторів. Орієнтовна ціна танталу за 1 кг в рублях на російському ринку складає:
листового – 65660; в прутках – 73030; дроті – 73700. Перспективи
Все більше починають використовувати цей розумний метал у медичній промисловості для потреб відновної хірургії. Його застосовують для виготовлення імплантатів. Танталової пряжею відшкодовують м'язову тканину, дріт йде для скріплення кісток, а нитки використовують для накладання швів. У зв'язку з великим переозброєнням світових авіаліній застосування танталу для потреб авіабудування продовжить своє зростання. Сплави в авіапромисловості використовуються для двигунів літаків. Крім цього, тантал продовжує активно використовуватися для виробництва обчислювальної техніки: процесорів, принтерів.
Не зменшується попит на цей метал і в хімічній промисловості. Його широко застосовують для виробництва хлору, пероксиду водню, багатьох кислот. Хімічне машинобудування широко використовує його при виготовленні обладнання, що контактує з агресивними середовищами. Самим серйозним споживачем танталових сплавів залишається металургійна промисловість. Зростає попит на нього і в ядерній енергетиці, де в основному використовують теплопровідність у поєднанні з пластичністю і твердістю танталу.
