Tantalový kov: Vlastnosti, triedy ASTM B708 ​​a priemyselné aplikácie

Tantal: Prehľad prvkov

Tantal je žiaruvzdorný prechodný kov s chemickou značkou Ta a atómovým číslom 73, zaradený do skupiny 5 a periódy 6 periodickej tabuľky. Jeho štandardná atómová hmotnosť je 180,94788, kryštalizuje v teleso-centrovanej kubickej mriežke a je to oceľová-sivá, lesklá pevná látka vo svojej elementárnej forme. Tantal patrí do rovnakej skupiny ako vanád a niób a zdieľa s nióbom tú vlastnosť, že sa nachádza spolu v zmiešaných oxidových rudách, čo je pôvodom väčšiny zložitosti dodávok a rafinácie.

Dve charakteristiky definujú inžiniersku hodnotu kovu. Po prvé, je tvárny a spracovateľný pri izbovej teplote, takže ho možno zrolovať na fóliu, ťahať na jemný drôt a ohýbať bez praskania. Po druhé, vytvára stabilný, samoliečiaci sa pasívny oxidový film, ktorý odoláva širokému spektru agresívnych chemických médií, čo z neho robí štandardný materiál pre zariadenia na chemické procesy.

Fyzikálne a mechanické vlastnosti

Uvádzané pevnosti v ťahu pre žíhaný nelegovaný tantalový plech sú v oblasti 200 až 350 MPa s predĺžením nad 20 percent a hodnoty výrazne stúpajú po práci za studena. Pretože vlastnosti silne závisia od intersticiálneho obsahu, mlynský produkt by sa mal vždy kupovať podľa uznávanej špecifikácie, ako je ASTM B708 ​​pre dosky, plechy a pásy, ASTM B521 pre bezšvíkové a zvárané rúrky alebo ASTM F560 pre nelegovaný tantal určený pre chirurgické implantáty. Tieto špecifikácie obmedzujú uhlík, kyslík, dusík a vodík a limit vodíka je normálne maximálne 0,015 percenta, pretože vodíkové skrehnutie je hlavným poruchovým režimom tantalu v prevádzke.

Rudy, ťažba a dodávateľský reťazec

Tantal sa získava zo skupiny minerálov kolumbit-tantalit, bežne nazývanej koltán, v ktorej sa oxidy tantalu a nióbu vyskytujú v pevnom roztoku. Ekonomicky významné ložiská sa nachádzajú v granitických pegmatitoch a na zvetraných sypaných ložiskách v strednej Afrike, Brazílii a Austrálii. Kvôli chemickej podobnosti nióbu a tantalu je separácia náročným krokom: rudný koncentrát sa rozpustí v kyslom prostredí obsahujúcom fluorid- a tantal sa oddelí extrakciou rozpúšťadlom alebo výmenou iónov predtým, ako sa premení na heptafluórtantalát draselný, K2TaF7.

Kovový tantal sa potom vyrába redukciou K2TaF7 sodíkom alebo elektrolýzou roztavenej-soli, čím sa získa prášok, ktorý sa buď spevní vákuovým spekaním, alebo sa roztaví na ingot vákuovým oblúkom alebo tavením elektrónovým-lúčom. Tantalový prášok kondenzátorovej{5}}triedy je samostatný produktový prúd s prísne kontrolovanou morfológiou a čistotou častíc. Celkový reťazec je dlhý a koncentrovaný a koncentrácia ťažby a rafinácie je dobre{7}}zdokumentovaným rizikom dodávok pre používateľov kondenzátorov a superzliatin.

Korózne správanie: Silné stránky a limity

Pasívny film na tantale ho robí odolným voči kyseline chlorovodíkovej, kyseline dusičnej a dokonca aj aqua regia pri okolitých podmienkach a voči kyseline sírovej až do približne 150 C. Preto sa tantal používa na teplomerné jímky, bajonetové ohrievače, rúrky výmenníkov tepla a obklady nádob v chemických závodoch, ktoré manipulujú so silnými minerálnymi kyselinami.

Hranice tejto odolnosti musia byť uvedené rovnako jasne, pretože všeobecná mylná predstava, že tantal je chemicky inertný, je nesprávna a drahá:

Fluoridové médiá:kyselina fluorovodíková, fluoridové soli a akákoľvek kyslá zmes obsahujúca fluoridové ióny rýchlo napáda tantal zničením pasívneho filmu. Tantalové vybavenie sa nikdy nesmie používať s kvapalinami-obsahujúcimi fluorid.

Horúce koncentrované alkálie:hydroxid sodný a draselný pri zvýšenej teplote spôsobujú všeobecnú koróziu.

Dymiaca kyselina sírová (oleum):útok sa stáva významným pri zvýšenej teplote.

Vzduch s vysokou-teplotou:tantal rýchlo oxiduje na vzduchu pri teplote približne nad 300 °C a po absorpcii kyslíka krehne, takže nie je konštrukčným materiálom pre horúce vzduchové alebo oxidačné pece. Vyžaduje sa vákuum alebo inertná atmosféra vysokej{2}}čistoty.

vodík:vodík sa rozpúšťa v tantale a vytvára krehké hydridy, takže obsah vodíka je špecifikovaný na maximálne 0,015 percenta a je vylúčená služba -bohatá na vodík alebo sírovodík-.

Kde sa používa tantal

Elektrolytické kondenzátory:anódy zo spekaného tantalového prášku s dielektrikom oxidu tantaličného poskytujú veľmi vysokú kapacitu na jednotku objemu, čo zostáva najväčšou jednotlivou aplikáciou kovu.

Vybavenie chemického procesu:výmenníky tepla, kolóny, teplomerné jímky a obloženia vyrobené z tantalových rúr a plechov podľa ASTM B521 a ASTM B708.

Lekárske implantáty:nelegovaný tantal podľa ASTM F560 je biokompatibilný a nepriepustný pre žiarenie a porézne tantalové štruktúry sa používajú na prerastanie kostí v ortopedických a spinálnych zariadeniach.

Letecká a obranná elektronika:vysokoteplotné{0}}komponenty a naprašovacie terče pre tenké filmy s vysokým indexom lomu a vynikajúcou tepelnou stabilitou.

Superzliatiny a tvrdokovy:tantal sa pridáva do superzliatin na báze niklu{0}}a ako karbid tantalu do slinutých karbidov, kde inhibuje rast zŕn počas spekania.

Korózii-odolné spojovacie prvky a laboratórny tovar:malé časti vystavené silným kyselinám v analytickom a procesnom prostredí.

Práca, obrábanie a spájanie

Tantal za studena pracuje spôsobom, ktorý je bližší mäkkej medi než oceli: odiera nástroje, vytvára súvislé vláknité triesky a deformuje sa, takže sa používajú ostré nástroje s vysokým -pozitívnym{1}}hrabaním, veľkorysý prietok reznej kvapaliny a ľahké dokončovacie prechody. Medzistupňové žíhanie sa vykonáva vo vysokom vákuu alebo v inertnom plyne s vysokou -čistotou, aby sa zabránilo zachytávaniu kyslíka a vodíka, a úroveň vákua sa musí overiť pred každým cyklom, pretože zvyšková vodná para je sama o sebe zdrojom vodíka. Tantalový plech a rúrka sú spojené zváraním plynovým volfrámovým oblúkom alebo zváraním elektrónovým-lúčom pod inertným tienením, s rovnakou disciplínou čistoty ako pre titán: odmastené povrchy, žiadna kontaminácia železom a kontrolovaná čistota ochranného plynu. Časti opracované za studena-sa zvyčajne pred zváraním zbavia napätia, aby sa predišlo praskaniu v tepelne-ovplyvnenej oblasti.

FAQ

Otázka: Je tantal rovnaký ako koltán?
Coltan je neformálny názov skupiny columbit-tantalitovej rudy, ktorá obsahuje tantal aj niób; tantal je rafinovaný kov získaný z tejto rudy.

Otázka: Prečo sa tantal používa v kondenzátoroch?
Jeho eloxovaný pentoxidový film je extrémne tenký a stabilný, čo poskytuje vysokú kapacitu na jednotku objemu a objemovo{0}}účinné kondenzátory pre elektroniku.

Otázka: Môže sa tantal použiť s kyselinou chlorovodíkovou?
Áno, kyselina chlorovodíková pri okolitej a miernej teplote je štandardnou tantalovou službou za predpokladu, že médium neobsahuje žiadne fluoridové ióny a žiadne podmienky pri vytváraní vodíka-.

Otázka: Odoláva tantal lepšie nízkej alebo vysokej teplote?
Je vynikajúci pri nízkych teplotách, zostáva ťažný a má teplotu topenia 3017 °C, ale v oxidačných atmosférach nad približne 300 °C krehne pohlcovaním kyslíka, takže použitie pri vysokých{2}}teplotách vyžaduje vákuum alebo inertný plyn.

Otázka: Aký je normálny limit vodíka pre tantal?
Bežné špecifikácie mlynov obmedzujú vodík na maximum 0,015 percenta, pretože absorbovaný vodík vytvára krehké hydridy.

Otázka: Je tantal magnetický?
Nie. Tantal je paramagnetický a má len veľmi slabú odozvu, čo je jeden z dôvodov, prečo je kompatibilný s prostrediami zobrazovania magnetickou rezonanciou.