Spotreba tantalu podľa aplikácie: elektronika, rezné nástroje a zliatiny

Správne čítanie dopytu po tantale

Odhady globálnej spotreby tantalu sa často uvádzajú bez ich rozsahu. Čísla v rozsahu 900 t ročne sa týkajú rafinovaného tantalového kovu a tantalových produktov vstupujúcich do priemyselného využitia. Štatistiky o banskej-ťažbe publikované geologickými prieskumami sú väčšie, pretože počítajú tantal obsiahnutý v koncentrátoch, ako je kolumbit{4}}tantalit, a nie skutočne spotrebovaný kov, a zahŕňajú materiál, ktorý sa stále pohybuje v dodávateľskom reťazci. Tieto dve sady čísel by sa nikdy nemali priamo porovnávať.

V rámci rafinovaného-kovového čísla je distribúcia vysoko koncentrovaná. Elektronika predstavuje približne dve tretiny spotreby, priemysel rezných-nástrojov a tvrdých{3}}materiálov približne jednu pätinu a zvyšok je rozdelený medzi superzliatiny, zariadenia na chemické procesy, naprašovacie terče, lekárske zariadenia a optické aplikácie.

Elektronika: Kondenzátory a polovodičové fólie

Najväčším jednorazovým použitím tantalu je pevný elektrolytický kondenzátor. Tantalový prášok sa speká do poréznej anódy, anodickou oxidáciou sa vytvorí tenká, rovnomerná dielektrická vrstva Ta2O5 po celom vnútornom povrchu a vrstva oxidu manganičitého alebo vodivého-polyméru tvorí katódu. Výsledkom je veľmi vysoká kapacita na jednotku objemu, stabilný výkon v širokom rozsahu teplôt, nízky únik a dlhá životnosť - vlastností, ktoré udržujú tantalové kondenzátory v mobilnej elektronike, automobilových riadiacich jednotkách, leteckých systémoch a zdravotníckych zariadeniach.

Druhým využitím elektroniky je nanášanie tenkých{0} filmov. Vrstvy tantalu a nitridu tantalu pôsobia ako difúzne bariéry a adhézne vrstvy v polovodičových medených prepojovacích zväzkoch a oxid tantalu sa používa v optických povlakoch a v zariadeniach s tenkými{2}}vrstvami.

Keďže tantal je jednou z konfliktných-skupiny minerálov, kondenzátory sú tiež súčasťou reťazca, kde sa sústreďujú zodpovedné systémy získavania zdrojov a vysledovateľnosti: taviace pece sú kontrolované a materiál sa spätne vystopuje cez výrobcov prášku do baní a k recyklovanému šrotu kondenzátorov.

Rezné nástroje a tvrdé materiály

Odvetvie rezných-nástrojov je druhým pilierom dopytu. Tantal vstupuje do slinutého karbidu ako karbid tantalu, zvyčajne ako malý prídavok niekoľkých percent do tried wolfrámu-karbidu-kobaltu, často dodávaného ako zmesový (Ta,Nb)C pevný roztok- karbidu.

Karbid tantalu inhibuje rast zŕn skeletu karbidu volfrámu počas spekania, čím sa zachováva tvrdosť.

Zvyšuje tvrdosť za tepla a znižuje opotrebenie kráterov pri obrábaní ocele, kde je obmedzujúcim mechanizmom difúzne opotrebenie.

Zlepšuje odolnosť proti tepelnému praskaniu pri prerušovanom rezaní.

Rovnaká chémia tvrdého{0}}materiálu sa vyskytuje v opotrebiteľných častiach, v cermetoch a v niektorých tvrdých návaroch, kde karbid tantalu prispieva k odolnosti voči opotrebovaniu pri zvýšených teplotách.

Superzliatiny, chemické závody a iné využitie

V niklových-superzliatinách na turbínové lopatky a lopatky je tantal gama{1}}hlavným spevňujúcim prvkom: pridanie niekoľkých percent zvyšuje odolnosť proti tečeniu, zlepšuje fázovú stabilitu a umožňuje vyššie prevádzkové teploty. To robí investičné-zliatiny liatych čepelí jedným z najhodnotnejších{4}}použití kovu, aj keď tonáž je skromná.

Zariadenia na chemické procesy sú klasickou koróznou aplikáciou. Tantalový plech, rúrka a výstelka sa používajú pre výmenníky tepla, bajonetové ohrievače, teplomerné jímky a vnútorné časti reaktorov v horúcom prostredí s kyselinou chlorovodíkovou a sírovou, kde väčšina ostatných materiálov zlyháva. Kov sa tiež používa na naprašovacie terče, na porézne tantalové štruktúry a markery v lekárskych zariadeniach a na optické sklo a nátery, ktoré využívajú vysoký index lomu oxidu tantalu.

Formy a triedy produktov

Substitúcia, recyklácia a dynamika cien

Tantal konkuruje nióbu na dvoch frontoch. Nióbové kondenzátory ponúkajú nižšie náklady tam, kde to požiadavky pracovného napätia a kapacity umožňujú, a karbid nióbu nahrádza časť karbidu tantalu v slinutých karbidoch. Na strane ponuky teraz významný podiel tantalu pochádza z recyklovaného šrotu kondenzátorov a zo zvyškov spracovania a požiadavky na vysledovateľnosť spôsobili, že zoznamy certifikovaných taviarní sa stali komerčným, ako aj etickým problémom. Tieto faktory spôsobujú, že dopyt po tantale je menej elastický, než naznačuje jeho tonáž: podiel elektroniky reaguje na cykly spotrebiteľských-zariadení, zatiaľ čo podiely karbidu a superzliatiny sledujú priemyselnú výrobu a letecké programy.

Časté mylné predstavy

Tantal je hlavne šperkársky alebo lekársky kov.Tieto použitia sú viditeľné, ale malé; v spotrebe dominujú kondenzátory a karbidy.

Rezné nástroje spotrebúvajú tantal ako hlavnú zložku.V slinutých karbidoch je to niekoľkopercentná prísada, ktorá riadi rast zrna a opotrebovanie, nie objemovú fázu.

Štatistika rudy sa rovná spotrebe kovu.Nerobia; počet rudy obsahoval tantal v koncentrátoch a je podstatne vyšší ako spotreba rafinovaného-kovu.

FAQ

Otázka: Koľko tantalu sa spotrebuje ročne?
Spotreba rafinovaného tantalového kovu sa odhaduje na približne 900 t za rok, čo je rozdiel oproti štatistikám mojej-výroby tantalu v koncentrátoch.

Otázka: Prečo sa tantal používa v kondenzátoroch?
Pretože anodicky pestovaný Ta2O5 tvorí veľmi tenké, stabilné dielektrikum na spekanej poréznej anóde, čo poskytuje vysokú kapacitu na jednotku objemu s nízkym únikom a dlhou životnosťou.

Otázka: Čo robí tantal v slinutých karbidoch?
Karbid tantalu inhibuje rast zŕn karbidu volfrámu a zvyšuje tvrdosť za tepla, čo znižuje opotrebenie kráterov pri rezaní ocele.

Otázka: Ktoré odvetvia využívajú tantal okrem elektroniky a nástrojov?
Niklové-superzliatiny na báze niklu pre súčiastky turbín, zariadenia na chemické procesy pre prevádzku horúcich kyselín, naprašovacie terče, lekárske zariadenia a optické povlaky.

Otázka: Môže niób nahradiť tantal?
Čiastočne. V niektorých aplikáciách nahrádzajú nióbové kondenzátory a karbid nióbu, ale nezhodujú sa s tantalom, kde sa vyžaduje najvyššia kapacitná hustota alebo najťažšia korózia.