ما هو التنتالوم وأين يتم استخدامه؟ ما هو التنتالوم؟ الميزات والمنتجات والخصائص والتطبيقات. أسعار التنتالوم

التنتالوم (Ta) هو عنصر برقم ذري 73 ووزن ذري 180.948. وهو عنصر من عناصر المجموعة الفرعية الثانوية للمجموعة الخامسة، وهي الفترة السادسة من الجدول الدوري لديمتري إيفانوفيتش مندلييف. التنتالوم في الحالة الحرة في الظروف العادية هو معدن رمادي بلاتيني مع صبغة رصاصية قليلاً، وهو نتيجة لتشكيل فيلم أكسيد (Ta 2 O 5). التنتالوم معدن ثقيل ومقاوم للحرارة وصلب إلى حد ما ولكنه ليس هشًا، وفي نفس الوقت فهو مرن للغاية ويمكن تشكيله بسهولة، خاصة في شكله النقي.

يوجد التنتالوم في الطبيعة على شكل نظيرين: المستقر 181 تا (99.99%) والمشع 180 تا (0.012%) بنصف عمر 10 12 سنة. يتم استخدام 182 تا (عمر النصف 115.1 يومًا) من المشع الذي تم الحصول عليه صناعيًا كمؤشر للنظائر.

تم اكتشاف العنصر في عام 1802 من قبل الكيميائي السويدي أ.ج. إيكيبيرج في معدنين تم العثور عليهما في فنلندا والسويد. وسمي بهذا الاسم نسبة إلى بطل الأساطير اليونانية القديمة تانتالوس نظرا لصعوبة عزله. لفترة طويلة، كان يعتبر معدن الكولومبيت، الذي يحتوي على الكولومبيوم (النيوبيوم)، والتانتاليت، الذي يحتوي على التنتالوم، نفس الشيء. بعد كل شيء، هذين العنصرين هم رفاق متكررون لبعضهم البعض ومتشابهون في كثير من النواحي. اعتبر هذا الرأي صحيحًا لفترة طويلة بين الكيميائيين من جميع البلدان، فقط في عام 1844 قام الكيميائي الألماني هاينريش روز مرة أخرى بدراسة الكولومبيتات والتانتاليت من أماكن مختلفة ووجد فيها معدنًا جديدًا مشابهًا في خصائص التنتالوم. كان النيوبيوم. تم الحصول على التنتالوم المعدني النقي البلاستيكي لأول مرة من قبل العالم الألماني دبليو فون بولتون في عام 1903.

توجد الرواسب الرئيسية لمعادن التنتالوم في فنلندا والدول الاسكندنافية وأمريكا الشمالية والبرازيل وأستراليا وفرنسا والصين وعدد من البلدان الأخرى.

نظرًا لحقيقة أن التنتالوم يتمتع بعدد من الخصائص القيمة - الليونة الجيدة، والقوة العالية، وقابلية اللحام، ومقاومة التآكل عند درجات حرارة معتدلة، والحراريات وعدد من الصفات المهمة الأخرى - فإن استخدام العنصر الثالث والسبعين واسع جدًا. أهم مجالات تطبيق التنتالوم هي الإلكترونيات والهندسة الميكانيكية. يذهب ما يقرب من ربع إنتاج التنتالوم في العالم إلى الصناعات الكهربائية والفراغية. وفي الإلكترونيات، يتم استخدامه لتصنيع المكثفات الإلكتروليتية وأنودات المصابيح عالية الطاقة والشبكات. وفي الصناعة الكيميائية، يستخدم التنتالوم في صناعة أجزاء الآلات المستخدمة في إنتاج الأحماض، لأن هذا العنصر يتمتع بمقاومة كيميائية استثنائية. لا يذوب التنتالوم حتى في بيئة عدوانية كيميائيًا مثل الماء الملكي! يتم صهر المعادن، مثل الأتربة النادرة، في بوتقات التنتالوم. تصنع منه سخانات للأفران ذات درجة الحرارة العالية. ونظرًا لأن التنتالوم لا يتفاعل مع الأنسجة الحية لجسم الإنسان ولا يؤذيها، فإنه يستخدم في الجراحة لتثبيت العظام معًا أثناء الكسور. ومع ذلك، فإن المستهلك الرئيسي لمثل هذا المعدن الثمين هو علم المعادن (أكثر من 45٪). في السنوات الأخيرة، يتم استخدام التنتالوم بشكل متزايد كعنصر صناعة السبائك في الفولاذ الخاص - فائق القوة، ومقاوم للتآكل، ومقاوم للحرارة. بالإضافة إلى ذلك، تفقد العديد من المواد الهيكلية التوصيل الحراري بسرعة: يتم تشكيل طبقة أكسيد أو ملح على سطحها، والتي توصل الحرارة بشكل سيء. الهياكل المصنوعة من التنتالوم وسبائكه لا تواجه مثل هذه المشاكل. طبقة الأكسيد المتكونة عليها رقيقة وتوصل الحرارة جيدًا، ولها أيضًا خصائص وقائية مضادة للتآكل.

ليس فقط التنتالوم النقي ذو قيمة، ولكن أيضًا مركباته. وبالتالي، يتم استخدام صلابة عالية من كربيد التنتالوم في صناعة أدوات كربيد لقطع المعادن عالية السرعة. تضفي سبائك التنتالوم والتنغستن مقاومة للحرارة على الأجزاء المصنوعة منها.

الخصائص البيولوجية

نظرًا لتوافقه البيولوجي العالي - القدرة على الانسجام مع الأنسجة الحية دون التسبب في تهيج أو رفض الجسم - فقد وجد التنتالوم استخدامًا واسع النطاق في الطب، وخاصة في الجراحة الترميمية - لاستعادة جسم الإنسان. تُستخدم صفائح رقيقة من التنتالوم لإتلاف الجمجمة - فهي تغلق الشقوق في الجمجمة. يعرف الطب حالة تم فيها صنع أذن صناعية من صفيحة التنتالوم، وتجذر الجلد المزروع من الفخذ بشكل جيد وبسرعة لدرجة أنه لم يعد من الممكن قريبًا تمييز العضو الاصطناعي عن العضو الحقيقي. تستخدم خيوط التنتالوم لاستعادة الأنسجة العضلية التالفة. يستخدم الجراحون ألواح التنتالوم لربط جدران تجويف البطن بعد العمليات الجراحية. حتى الأوعية الدموية يمكن توصيلها باستخدام مقاطع التنتالوم. وتستخدم الشبكات المصنوعة من هذه المادة الفريدة في صناعة الأطراف الاصطناعية للعيون. تُستخدم الخيوط المصنوعة من هذا المعدن لتحل محل الأوتار وحتى لخياطة الألياف العصبية معًا.

لا يقل انتشارًا عن استخدام خامس أكسيد التنتالوم Ta 2 O 5 - ويُقترح استخدام خليطه مع كمية صغيرة من ثالث أكسيد الحديد لتسريع تخثر الدم.

على مدى العقد الماضي، تم تطوير فرع جديد من الطب، يعتمد على استخدام المجالات الكهربائية الساكنة قصيرة المدى لتحفيز العمليات البيولوجية الإيجابية في جسم الإنسان. علاوة على ذلك، لا تتشكل المجالات الكهربائية بسبب مصادر الطاقة الكهربائية التقليدية المزودة بشبكة أو مصدر طاقة بطارية، ولكن بسبب الطلاءات الكهربائية التي تعمل بشكل مستقل (عازل يحتفظ بشحنة كهربائية غير معوضة لفترة طويلة)، والتي يتم تطبيقها على الغرسات لأغراض مختلفة، على نطاق واسع. تستخدم في الطب.

حاليًا، تم الحصول على نتائج إيجابية من استخدام أفلام الإلكتريت من خامس أكسيد التنتالوم في مجالات الطب التالية: جراحة الوجه والفكين (استخدام الغرسات المطلية بـ Ta 2 O 5 يزيل حدوث العمليات الالتهابية ويقلل وقت شفاء الزرع) ; طب الأسنان العظمي (طلاء أطقم الأسنان المصنوعة من البلاستيك الأكريليكي مع فيلم من خامس أكسيد التنتالوم يزيل جميع المظاهر المرضية المحتملة الناجمة عن عدم تحمل الأكريلات) ؛ الجراحة (استخدام قضيب الإلكتريت في علاج عيوب الجلد والنسيج الضام في عمليات الجروح غير القابلة للشفاء على المدى الطويل، والتقرحات، والقروح العصبية، والإصابات الحرارية)؛ طب الرضوح وجراحة العظام (تسريع نمو أنسجة العظام في علاج الكسور وأمراض الجهاز العضلي الهيكلي البشري تحت تأثير المجال الثابت الناتج عن فيلم طلاء الإلكتريت).

أصبحت كل هذه التطورات العلمية الفريدة ممكنة بفضل العمل العلمي للمتخصصين من جامعة سانت بطرسبرغ الحكومية الكهروتقنية (LETI).

بالإضافة إلى المناطق المذكورة أعلاه حيث يتم بالفعل استخدام طلاءات خامس أكسيد التنتالوم الفريدة أو يتم تقديمها، هناك تطورات لا تزال في مراحل مبكرة جدًا. وتشمل هذه التطورات في مجالات الطب التالية: التجميل (إنتاج مادة تعتمد على طلاءات خامس أكسيد التنتالوم، والتي ستحل محل "الخيوط الذهبية")؛ جراحة القلب (وضع أفلام الإلكتريت على السطح الداخلي للأوعية الدموية الاصطناعية، مما يمنع تكوين جلطات الدم)؛ الأطراف الاصطناعية (تقليل خطر رفض الأطراف الاصطناعية التي تتفاعل بشكل مستمر مع الأنسجة العظمية). بالإضافة إلى ذلك، يتم إنشاء أداة جراحية مغطاة بغشاء خامس أكسيد الوشاح.

ومن المعروف أن التنتالوم مقاوم للغاية للبيئات العدوانية، كما يتضح من عدد من الحقائق. لذلك عند درجة حرارة 200 درجة مئوية لا يتأثر هذا المعدن بنسبة سبعين بالمائة من حمض النيتريك! في حامض الكبريتيك عند درجة حرارة 150 درجة مئوية، لا يلاحظ أيضًا تآكل التنتالوم، وعند 200 درجة مئوية يتآكل المعدن، ولكن بمقدار 0.006 ملم فقط في السنة!

هناك حالة معروفة حيث في إحدى المؤسسات التي تستخدم غاز كلوريد الهيدروجين، تعطلت أجزاء من الفولاذ المقاوم للصدأ بعد شهرين فقط. ومع ذلك، بمجرد استبدال الفولاذ بالتنتالوم، حتى أنحف الأجزاء (0.3...0.5 مم) تبين أنها غير محددة عمليًا - زادت مدة خدمتها إلى 20 عامًا!

يستخدم التنتالوم، إلى جانب النيكل والكروم، على نطاق واسع كطلاء مضاد للتآكل. وهو يغطي أجزاء من مجموعة واسعة من الأشكال والأحجام: البوتقات والأنابيب والصفائح وفوهات الصواريخ وأكثر من ذلك بكثير. علاوة على ذلك، يمكن أن تكون المواد التي يتم تطبيق طلاء التنتالوم عليها متنوعة للغاية: الحديد والنحاس والجرافيت والكوارتز والزجاج وغيرها. الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن صلابة طلاء التنتالوم أعلى بثلاث إلى أربع مرات من صلابة التنتالوم التقني في شكل صلب!

نظرًا لأن التنتالوم معدن ثمين للغاية، فإن البحث عن مواده الخام مستمر حتى يومنا هذا. اكتشف علماء المعادن أن الجرانيت العادي، بالإضافة إلى العناصر القيمة الأخرى، يحتوي أيضًا على التنتالوم. تم إجراء محاولة لاستخراج التنتالوم من صخور الجرانيت في البرازيل، وتم الحصول على المعدن، لكن هذا الاستخراج لم يصل إلى المستوى الصناعي - فقد تبين أن العملية باهظة الثمن ومعقدة للغاية.

مكثفات التنتالوم الإلكتروليتية الحديثة مستقرة وموثوقة ومتينة. المكثفات المصغرة المصنوعة من هذه المادة، والمستخدمة في الأنظمة الإلكترونية المختلفة، بالإضافة إلى المزايا المذكورة أعلاه، تتمتع بجودة فريدة واحدة: يمكنها إجراء الإصلاحات الخاصة بها بنفسها! كيف يحدث هذا؟ لنفترض أن سلامة العزل تضررت بسبب انخفاض الجهد أو لسبب آخر - على الفور يتم تشكيل فيلم أكسيد عازل مرة أخرى في موقع الانهيار، ويستمر المكثف في العمل كما لو لم يحدث شيء!

مما لا شك فيه أن مصطلح "المعدن الذكي"، الذي ظهر في منتصف القرن العشرين، أي المعدن الذي يساعد الآلات الذكية على العمل، يمكن أن يُنسب بحق إلى التنتالوم.

في بعض المناطق، يحل التنتالوم محل البلاتين وأحيانًا ينافسه! وهكذا، في أعمال المجوهرات، غالبا ما يحل التنتالوم محل المعدن النبيل الأكثر تكلفة في صناعة الأساور وحالات الساعات والمجوهرات الأخرى. في مجال آخر، يتنافس التنتالوم بنجاح مع البلاتين - الموازين التحليلية القياسية المصنوعة من هذا المعدن ليست أقل جودة من البلاتين.

بالإضافة إلى ذلك، يحل التنتالوم محل الإيريديوم الأكثر تكلفة في إنتاج سنون الأقلام الأوتوماتيكية.

نظرًا لخصائصه الكيميائية الفريدة، فقد وجد التنتالوم تطبيقًا كمادة للكاثودات. وبالتالي، يتم استخدام كاثودات التنتالوم في الفصل الكهربائي للذهب والفضة. تكمن قيمتها في حقيقة أنه يمكن غسل رواسب المعادن النبيلة باستخدام الماء الملكي الذي لا يضر بالتنتالوم.

يمكن للمرء أن يتحدث بالتأكيد عن حقيقة أن هناك شيئًا رمزيًا، إن لم يكن باطنيًا، في حقيقة أن الكيميائي السويدي إيكيبيرج، وهو يحاول تشبع مادة جديدة بالأحماض، أصيب بـ "العطش" وأعطى العنصر الجديد اسمًا في تكريم الشرير الأسطوري الذي قتل ابنه وخان الآلهة. وبعد مائتي عام اتضح أن هذا العنصر قادر حرفياً على "خياطة" الشخص وحتى "استبدال" أوتاره وأعصابه! اتضح أن الشهيد القابع في العالم السفلي يكفر عن ذنبه بمساعدة الإنسان ويحاول استغفار الآلهة ...

قصة

تانتالوس هو بطل الأساطير اليونانية القديمة، وهو ملك ليديا أو فريجيان، ابن زيوس. لقد أفشى أسرار آلهة الأولمب، وسرق الطعام الشهي من وليمةهم، وقدم للأولمبيين طبقًا محضرًا من جسد ابنه بيلوبس، الذي قتله. بسبب فظائعه، حكمت الآلهة على تانتالوس بالعذاب الأبدي من الجوع والعطش والخوف في عالم الجحيم. ومنذ ذلك الحين وهو يقف حتى رقبته في مياه صافية صافية، وأغصانه تنحني نحو رأسه تحت وطأة الثمار الناضجة. هو الوحيد الذي لا يستطيع أن يروي عطشه أو جوعه - فالماء ينخفض ​​بمجرد محاولته الشرب، وترفع الريح الأغصان من يدي قاتل جائع. تتدلى صخرة فوق رأس تانتالوس، والتي يمكن أن تنهار في أي لحظة، مما يجبر الخاطئ المؤسف على المعاناة إلى الأبد من الخوف. بفضل هذه الأسطورة، ظهر تعبير "عذاب التنتالوم" للدلالة على معاناة لا تطاق، ومحاولات أثيرية للتحرر من العذاب. على ما يبدو، خلال المحاولات الفاشلة التي قام بها الكيميائي السويدي إيكيبيرج لإذابة "الأرض" التي اكتشفها عام 1802 في الأحماض وعزل عنصر جديد منها، كان هذا التعبير هو الذي تبادر إلى ذهنه. واعتقد العالم أكثر من مرة أنه اقترب من هدفه، لكنه لم يتمكن أبدا من عزل المعدن الجديد في شكله النقي. وهكذا ظهر اسم "الاستشهاد" للعنصر الجديد.

يرتبط اكتشاف التنتالوم ارتباطًا وثيقًا باكتشاف عنصر آخر - النيوبيوم، الذي ولد قبل عام وكان اسمه في الأصل كولومبيا، والذي أعطاه له مكتشفه هاتشيت. وهذا العنصر هو توأم التنتالوم وهو قريب منه في عدد من الخصائص. وكان هذا القرب هو الذي ضلل الكيميائيين، الذين توصلوا، بعد الكثير من الجدل، إلى استنتاج خاطئ مفاده أن التنتالوم والكولومبيوم هما نفس العنصر. استمر هذا المفهوم الخاطئ لأكثر من أربعين عامًا، حتى أثبت الكيميائي الألماني الشهير هاينريش روز في عام 1844، خلال دراسة متكررة للكولومبيتات والتانتاليت من رواسب مختلفة، أن الكولومبيوم عنصر مستقل. وكان كولومبيا الذي درسه جاتشيت عبارة عن النيوبيوم الذي يحتوي على نسبة عالية من التنتالوم، مما ضلل العالم العلمي. تكريما لهذه العلاقة الوثيقة بين العنصرين، أعطت روز كولومبيا الاسم الجديد النيوبيوم - تكريما لابنة الملك الفريجي تانتالوس نيوبيا. على الرغم من أن روز ارتكب خطأ أيضًا عندما زعم أنه اكتشف عنصرًا جديدًا آخر، والذي أطلق عليه اسم بيلوبيوس (على اسم بيلوبس ابن تانتالوس)، إلا أن عمله أصبح الأساس للتمييز الصارم بين النيوبيوم (كولومبيوم) والتنتالوم. فقط، حتى بعد أدلة روز، تم الخلط بين التنتالوم والنيوبيوم لفترة طويلة. لذلك كان يسمى التنتالوم كولومبيوم، في روسيا كولومبوس. هيس، في كتابه "مبادئ الكيمياء البحتة" حتى طبعته السادسة (1845)، يتحدث فقط عن التنتالوم، دون ذكر كولومبيا؛ يذكر Dvigubsky (1824) اسم التنتاليوم. مثل هذه الأخطاء والتحفظات مفهومة - تم تطوير طريقة فصل التنتالوم والنيوبيوم فقط في عام 1866 من قبل الكيميائي السويسري ماريجناك، وعلى هذا النحو لم يكن التنتالوم العنصري النقي موجودًا بعد: بعد كل شيء، تمكن العلماء من الحصول على هذا المعدن في شكله المضغوط النقي تشكلت فقط في القرن العشرين. أول من استطاع الحصول على معدن التنتالوم هو الكيميائي الألماني فون بولتون، ولم يحدث ذلك إلا في عام 1903. في السابق، بالطبع، جرت محاولات للحصول على معدن التنتالوم النقي، لكن كل جهود الكيميائيين باءت بالفشل. على سبيل المثال، حصل الكيميائي الفرنسي مويسان على مسحوق معدني ادعى أنه التنتالوم النقي. ومع ذلك، فإن هذا المسحوق، الذي تم الحصول عليه عن طريق اختزال خامس أكسيد التنتالوم Ta 2 O 5 بالكربون في فرن كهربائي، لم يكن تنتالومًا نقيًا؛ فقد احتوى المسحوق على 0.5٪ كربون.

ونتيجة لذلك، أصبحت الدراسة التفصيلية للخصائص الفيزيائية والكيميائية للعنصر الثالث والسبعين ممكنة فقط في بداية القرن العشرين. لعدة سنوات أخرى، لم يجد التنتالوم الاستخدام العملي. فقط في عام 1922 يمكن استخدامه في مقومات التيار المتردد.

التواجد في الطبيعة

متوسط ​​محتوى العنصر الثالث والسبعين في القشرة الأرضية (كلارك) هو 2.5∙10 -4% بالكتلة. التنتالوم هو عنصر مميز للصخور الحمضية - الجرانيت والأصداف الرسوبية، حيث يصل متوسط ​​محتواه إلى 3.5∙10 -4٪، أما الصخور فوق القاعدية والأساسية - الأجزاء العلوية من الوشاح والأجزاء العميقة من القشرة الأرضية، تركيز التنتالوم هناك أقل بكثير: 1.8∙10 -6%. ينتشر التنتالوم في الصخور ذات الأصل البركاني، وكذلك في المحيط الحيوي، لأنه متماثل مع العديد من العناصر الكيميائية.

على الرغم من انخفاض محتوى التنتالوم في القشرة الأرضية، إلا أن معادنه منتشرة على نطاق واسع - فهناك أكثر من مائة منها، سواء معادن التنتالوم نفسها أو الخامات المحتوية على التنتالوم، وجميعها تتشكل فيما يتعلق بالنشاط المنصهر (التانتاليت، الكولومبيت، اللوباريت والبيروكلور وغيرها). في جميع المعادن، رفيق التنتالوم هو النيوبيوم، وهو ما يفسره التشابه الكيميائي الشديد للعناصر والأحجام المتطابقة تقريبًا لأيوناتها.

خامات التنتالوم نفسها لديها نسبة Ta 2 O 5: Nb 2 O 5 ≥1. المعادن الرئيسية لخامات التنتالوم هي الكولومبيت - التانتاليت (محتوى Ta 2 O 5 30-45٪) والتانتاليت والمانغانوتانتاليت (Ta 2 O 5 45-80٪) والودجينيت (Ta، Mn، Sn) 3 O 6 (Ta 2). O 5 60-85٪)، ميكرولايت Ca 2 (Ta، Nb) 2 O 6 (F، OH) (Ta 2 O 5 50-80٪) وغيرها. التانتاليت (Fe, Mn)(Ta, Nb) 2 O 6 له عدة أصناف: الفيروتانتاليت (FeO>MnO)، المانغانوتانتاليت (MnO>FeO). يأتي التانتاليت بظلال مختلفة من الأسود إلى البني المحمر. المعادن الرئيسية لخامات التنتالوم-النيوبيوم، والتي يتم استخراج التنتالوم الأكثر تكلفة منها، إلى جانب النيوبيوم، هي الكولومبيت (Ta 2 O 5 5-30٪)، والبيروكلور المحتوي على التنتالوم (Ta 2 O 5 1-4٪). , لوباريت (Ta 2 O 5 0.4-0.8%)، جاتشيتوليت (Ca, Tr, U) 2 (Nb, Ta) 2 O 6 (F, OH) ∙nH 2 O (Ta 2 O 5 8-28%)، إكسيولايت (Nb , Ta, Sn, W, Sc) 3 O 6 وبعض الآخرين. إن مركبات التنتالوم-نيوبات التي تحتوي على U، Th، TR هي مواد متحولة، شديدة الإشعاع وتحتوي على كميات متغيرة من الماء؛ التعديلات متعددة الأشكال شائعة. تشكل نيوبات التنتالوم انتشارات صغيرة، أما التوزيعات الكبيرة فهي نادرة (البلورات نموذجية بشكل رئيسي للوباريت والبيروكلور والتانتاليت الكولومبيت). اللون أسود، بني غامق، أصفر بني. عادة ما تكون شفافة أو شفافة قليلا.

هناك عدة أنواع صناعية وجينية رئيسية من رواسب خام التنتالوم. يتم تمثيل البغماتيت المعدني النادر من نوع الليثيوم الطبيعي بأجسام عروقية محددة تتكون من الألبيت، والميكروفلين، والكوارتز، وبدرجة أقل، السبودومين أو البيتاليت. يتم تمثيل الجرانيت الحامل للتنتالوم المعدني النادر (الأبوغرانيت) بواسطة مخزونات صغيرة وقباب من جرانيت الميكروفلاين والكوارتز والألبيت، وغالبًا ما يتم إثراؤه بالتوباز وميكا الليثيوم التي تحتوي على انتشار رقيق من الكولومبيت والتانتاليت والميكوليت. تحتوي القشور التجوية والغرينية الغرينية والغرينية الناشئة فيما يتعلق بتدمير البغماتيت على حجر القصدير ومعادن مجموعة الكولومبيت-التانتاليت. سيانيت النيفلين الحامل لوباريت من تركيبة اللوجافرايت والفويالايت.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن رواسب خامات التنتالوم والنيوبيوم المعقدة، الممثلة بالكربوناتيت وصخور الفورستيريت والأباتيت والمغنتيت المرتبطة بها، تدخل في الاستخدام الصناعي؛ ميكروكلين-ألبيت ريبيكايت الجرانيت القلوي والجرانوسينيت وغيرها. يتم استخراج بعض التنتالوم من الولفراميت الموجود في رواسب الجريزن.

توجد أكبر رواسب خامات التيتانيوم في كندا (مانيتوبا، بحيرة بيرنيك)، أستراليا (جرينبوشس، بيلبارا)، ماليزيا وتايلاند (آلات غرس القصدير المحتوي على التنتالوم)، البرازيل (بارايبا، ريو غراندي دو نورتي)، وعدد من الدول الإفريقية. الولايات (زائير، نيجيريا، روديسيا الجنوبية).

طلب

وجد التنتالوم تطبيقه الفني في وقت متأخر جدًا - في بداية القرن العشرين، تم استخدامه كمواد للخيوط المتوهجة للمصابيح الكهربائية، والتي كانت ترجع إلى جودة هذا المعدن، مثل الحراريات. ومع ذلك، سرعان ما فقد أهميته في هذا المجال، وحل محله التنغستن الأقل تكلفة والأكثر صهرًا. أصبح التنتالوم مرة أخرى "غير مناسب من الناحية الفنية" حتى العشرينات من القرن العشرين، عندما بدأ استخدامه في مقومات التيار المتردد (يمر التنتالوم، المطلي بفيلم أكسيد، التيار في اتجاه واحد فقط)، وبعد عام - في أنابيب الراديو . وبعد ذلك اكتسب المعدن شهرة وسرعان ما بدأ في التغلب على المزيد والمزيد من مجالات الصناعة الجديدة.

في الوقت الحاضر، نظرًا لخصائصه الفريدة، يستخدم التنتالوم في الإلكترونيات (إنتاج المكثفات ذات السعة النوعية العالية). يذهب حوالي ربع إنتاج التنتالوم في العالم إلى الصناعات الكهربائية والفراغية. نظرًا للخمول الكيميائي العالي لكل من التنتالوم نفسه وفيلم أكسيده، فإن مكثفات التنتالوم الإلكتروليتية مستقرة جدًا في التشغيل وموثوقة ومتينة: يمكن أن تصل مدة خدمتها إلى أكثر من اثني عشر عامًا. في الهندسة الراديوية، يتم استخدام التنتالوم في معدات الرادار. تُستخدم مكثفات التنتالوم الصغيرة في أجهزة الإرسال اللاسلكية ومنشآت الرادار والأنظمة الإلكترونية الأخرى.

المستهلك الرئيسي للتنتالوم هو التعدين، الذي يستخدم أكثر من 45٪ من المعدن المنتج. يستخدم التنتالوم بنشاط كعنصر صناعة السبائك في الفولاذ الخاص - فائق القوة، ومقاوم للتآكل، ومقاوم للحرارة. تؤدي إضافة هذا العنصر إلى فولاذ الكروم التقليدي إلى زيادة قوته وتقليل الهشاشة بعد التصلب والتليين. يعد إنتاج السبائك المقاومة للحرارة حاجة كبيرة لتكنولوجيا الصواريخ والفضاء. في الحالات التي يتم فيها تبريد فوهات الصواريخ بمعدن سائل يمكن أن يسبب التآكل (الليثيوم أو الصوديوم)، فمن المستحيل ببساطة الاستغناء عن سبائك التنتالوم والتنغستن. بالإضافة إلى ذلك، فإن سخانات أفران التفريغ ذات درجة الحرارة العالية، والسخانات، والخلاطات مصنوعة من الفولاذ المقاوم للحرارة. يستخدم كربيد التنتالوم (نقطة الانصهار 3880 درجة مئوية) في إنتاج السبائك الصلبة (خليط من كربيد التنغستن والتنتالوم - درجات مع مؤشر TT، لأصعب ظروف تشغيل المعادن والحفر الدوراني من أقوى المواد (الحجر، المواد المركبة ).

ويستخدم الفولاذ المخلوط مع التنتالوم على نطاق واسع، على سبيل المثال في الهندسة الكيميائية. بعد كل شيء، تتمتع هذه السبائك بمقاومة كيميائية استثنائية، فهي قابلة للسحب ومقاومة للحرارة ومقاومة للحرارة، وبفضل هذه الخصائص أصبح التنتالوم مادة هيكلية لا غنى عنها للصناعة الكيميائية. تستخدم معدات التنتالوم في إنتاج العديد من الأحماض: الهيدروكلوريك، الكبريتيك، النيتريك، الفوسفوريك، الخليك، وكذلك البروم والكلور وبيروكسيد الهيدروجين. يتم تصنيع الملفات وأجهزة التقطير والصمامات والخلاطات وأجهزة التهوية والعديد من الأجزاء الأخرى من الأجهزة الكيميائية منها. في بعض الأحيان - الأجهزة بأكملها. تستخدم كاثودات التنتالوم في الفصل الكهربائي للذهب والفضة. وتتمثل ميزة هذه الكاثودات في إمكانية غسل رواسب الذهب والفضة باستخدام الماء الملكي الذي لا يضر بالتنتالوم.

وبالإضافة إلى ذلك، يستخدم التنتالوم في صناعة الأدوات (معدات الأشعة السينية، وأدوات التحكم، والأغشية)؛ في الطب (مواد للجراحة الترميمية)؛ في الطاقة النووية - كمبادل حراري لأنظمة الطاقة النووية (التنتالوم هو الأكثر استقرارًا بين جميع المعادن في الذوبان شديد الحرارة وأبخرة السيزيوم 133). يتم استخدام قدرة التنتالوم العالية على امتصاص الغازات للحفاظ على الفراغ العالي (أجهزة التفريغ الكهربائية).

في السنوات الأخيرة، تم استخدام التنتالوم كمادة مجوهرات نظرًا لقدرته على تشكيل أفلام أكسيد متينة من أي لون على السطح.

كما تستخدم مركبات التنتالوم على نطاق واسع. ويستخدم خامس أكسيد التنتالوم في التكنولوجيا النووية لصهر الزجاج الذي يمتص إشعاعات جاما. يستخدم فلوروتانتالات البوتاسيوم كمحفز في إنتاج المطاط الصناعي. كما يلعب خامس أكسيد التنتالوم نفس الدور عند إنتاج البيوتادين من الكحول الإيثيلي.

إنتاج

ومن المعروف أن الخامات المحتوية على التنتالوم نادرة وفقيرة في هذا العنصر. المواد الخام الرئيسية لإنتاج التنتالوم وسبائكه هي مركزات التانتاليت واللوباريت التي تحتوي فقط على 8% Ta2O5 وأكثر من 60% Nb2O5. بالإضافة إلى ذلك، حتى تلك الخامات التي تحتوي على أجزاء من المائة فقط (Ta, Nb) 2 O 5 تتم معالجتها!

تكنولوجيا إنتاج التنتالوم معقدة للغاية ويتم تنفيذها على ثلاث مراحل: الفتح أو التحلل؛ فصل التنتالوم عن النيوبيوم والحصول على مركباتهما الكيميائية النقية؛ انتعاش وتكرير التنتالوم.

فتح مركز التنتالوم، بمعنى آخر، يتم استخلاص التنتالوم من الخامات باستخدام القلويات (الانصهار) أو باستخدام حمض الهيدروفلوريك (التحلل) أو خليط من أحماض الهيدروفلوريك والكبريتيك. وبعد ذلك ينتقلون إلى المرحلة الثانية من الإنتاج - استخلاص وفصل التنتالوم والنيوبيوم. أما المهمة الأخيرة فهي صعبة للغاية بسبب تشابه الخواص الكيميائية لهذه المعادن وتطابق حجم أيوناتها تقريبًا. حتى وقت قريب، تم فصل المعادن فقط بالطريقة التي اقترحها الكيميائي السويسري ماريجناك في عام 1866، والذي استفاد من قابلية الذوبان المختلفة لفلوروتانتالات البوتاسيوم وفلورونيوبات البوتاسيوم في حمض الهيدروفلوريك المخفف. تستخدم الصناعة الحديثة عدة طرق لفصل التنتالوم والنيوبيوم: الاستخلاص بالمذيبات العضوية، والاختزال الانتقائي لخماسي كلوريد النيوبيوم، والبلورة الجزئية لأملاح الفلوريد المعقدة، والفصل باستخدام راتنجات التبادل الأيوني، وتصحيح الكلوريدات. حاليًا، طريقة الفصل الأكثر استخدامًا (وهي أيضًا الأكثر تقدمًا) هي الاستخلاص من محاليل التنتالوم ومركبات فلوريد النيوبيوم التي تحتوي على أحماض الهيدروفلوريك والكبريتيك. وفي الوقت نفسه، يتم تنقية التنتالوم والنيوبيوم أيضًا من شوائب العناصر الأخرى: السيليكون والتيتانيوم والحديد والمنجنيز والعناصر الأخرى ذات الصلة. أما بالنسبة لخامات اللوباريت، فتتم معالجة مركزاتها باستخدام طريقة الكلور لإنتاج مكثفات من كلوريدات التنتالوم والنيوبيوم، والتي يتم فصلها بشكل أكبر عن طريق التصحيح. يتكون فصل خليط الكلوريدات من المراحل التالية: التصحيح الأولي (يحدث فصل كلوريد التنتالوم والنيوبيوم عن الشوائب المصاحبة)، والتصحيح الرئيسي (للحصول على تركيز NbCl 5 وTaCl 5 النقي) والتصحيح النهائي لجزء التنتالوم (إلى الحصول على TaCl 5 النقي). بعد فصل المعادن ذات الصلة، يتم ترسيب مرحلة التنتالوم وتنقيتها لإنتاج فلوروتانتالات البوتاسيوم ذات النقاء المتزايد (باستخدام كلوريد البوتاسيوم).

يتم الحصول على معدن التنتالوم عن طريق تقليل مركباته عالية النقاء، والتي يمكن استخدام عدة طرق لها. يكون هذا إما اختزال التنتالوم من الخماسي أكسيد بالسخام عند درجة حرارة 1800-2000 درجة مئوية (الطريقة الكربوثيرمية)، أو اختزال فلوروتانتالات البوتاسيوم مع الصوديوم عند تسخينه (طريقة الصوديوم الحرارية)، أو الاختزال الكهروكيميائي من مصهور يحتوي على فلوروتانتالات البوتاسيوم. وأكسيد التنتالوم (طريقة التحليل الكهربائي). بطريقة أو بأخرى، يتم الحصول على المعدن في شكل مسحوق بنقاء 98-99٪. من أجل الحصول على المعدن في السبائك، يتم تلبيده في شكل قضبان مضغوطة مسبقا من المسحوق. يحدث التلبيد عن طريق تمرير التيار عند درجة حرارة 2500-2700 درجة مئوية أو عن طريق التسخين في فراغ عند 2200-2500 درجة مئوية. وبعدها تزداد درجة نقاء المعدن بشكل ملحوظ، لتصبح 99.9-99.95%.

لمزيد من التكرير وإنتاج سبائك التنتالوم، يتم استخدام ذوبان الفراغ الكهربائي في أفران القوس ذات القطب الكهربائي القابل للاستهلاك، وللتكرير الأعمق، يتم استخدام ذوبان شعاع الإلكترون، مما يقلل بشكل كبير من محتوى الشوائب في التنتالوم، ويزيد من ليونته ويقلل من درجة الحرارة الانتقال إلى حالة هشة. يحتفظ التنتالوم بهذا النقاء بمرونة عالية عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق! يتم صهر سطح سبيكة التنتالوم (لإعطاء الخصائص المطلوبة لسطح السبيكة) أو معالجتها على مخرطة.

الخصائص الفيزيائية

فقط في بداية القرن العشرين، تمكن العلماء من الحصول على معدن التنتالوم النقي وتمكنوا من دراسة خصائص هذا المعدن ذو اللون الرمادي الفاتح مع مسحة رصاصية مزرقة قليلاً. ما هي الصفات التي يمتلكها هذا العنصر؟ من المؤكد أن التنتالوم معدن ثقيل: تبلغ كثافته 16.6 جم / سم 3 عند 20 درجة مئوية (للمقارنة، تبلغ كثافة الحديد 7.87 جم / سم 3، وكثافة الرصاص 11.34 جم / سم 3) ولنقل واحد متر مكعب سيتطلب هذا العنصر ست شاحنات سعة ثلاثة أطنان. يتم الجمع بين القوة والصلابة العالية مع الخصائص البلاستيكية الممتازة. التنتالوم النقي يفسح المجال بشكل جيد للمعالجة الميكانيكية، ويمكن ختمه بسهولة ومعالجته في أنحف الصفائح (حوالي 0.04 مم) والأسلاك (معامل مرن للتنتالوم 190 نيوتن / م 2 أو 190 · 102 كجم قوة / مم 2 عند 25 درجة مئوية). في البرد، يمكن معالجة المعدن دون تصلب كبير في العمل ويخضع للتشوه بنسبة ضغط تبلغ 99٪ دون حرق متوسط. لا يتم ملاحظة انتقال التنتالوم من البلاستيك إلى الحالة الهشة حتى عند تبريده إلى -196 درجة مئوية. تبلغ قوة الشد للتنتالوم الملدن عالي النقاء 206 MN/m2 (20.6 كجم/مم2) عند 27 درجة مئوية و190 MN/m2 (19 كجم/مم2) عند 490 درجة مئوية؛ الاستطالة النسبية 36% (عند 27 درجة مئوية) و20% (عند 490 درجة مئوية). يحتوي التنتالوم على شبكة مكعبة مركزية الجسم (أ = 3.296 أ)؛ نصف القطر الذري 1.46 أ، نصف القطر الأيوني Ta 2+ 0.88 A، Ta 5+ 0.66 A.

كما ذكرنا سابقًا، التنتالوم معدن شديد الصلابة (صلابة برينل لصفائح التنتالوم في الحالة الصلبة هي 450-1250 ميجا باسكال، في الحالة المشوهة 1250-3500 ميجا باسكال). علاوة على ذلك، من الممكن زيادة صلابة المعدن بإضافة عدد من الشوائب إليه، على سبيل المثال الكربون أو النيتروجين (تزيد صلابة برينل لصفائح التنتالوم بعد امتصاص الغازات أثناء التسخين إلى 6000 ميجا باسكال). ونتيجة لذلك، تساهم الشوائب الخلالية في زيادة صلابة برينل، وقوة الشد، وقوة الخضوع، ولكنها تقلل من خصائص اللدونة وتزيد من الهشاشة الباردة؛ وبعبارة أخرى، فإنها تجعل المعدن هشًا. السمات المميزة الأخرى للعنصر الثالث والسبعين هي الموصلية الحرارية العالية، عند 20-100 درجة مئوية، تبلغ هذه القيمة 54.47 واط/(م∙ك) أو 0.13 كالوري/(سم·ثانية·درجة مئوية) والحرارية (ربما الأكثر خاصية فيزيائية مهمة للتنتالوم) - فهو ينصهر عند درجة حرارة 3000 درجة مئوية تقريبًا (بشكل أكثر دقة عند 2996 درجة مئوية)، ويأتي في المرتبة الثانية بعد التنغستن والرينيوم. درجة غليان التنتالوم مرتفعة للغاية أيضًا: 5300 درجة مئوية.

أما بالنسبة للخصائص الفيزيائية الأخرى للتنتالوم، فإن حرارته النوعية عند درجات حرارة من 0 إلى 100 درجة مئوية هي 0.142 كيلوجول/(كجم كلفن) أو 0.034 كالوري/(جم درجة مئوية)؛ معامل درجة الحرارة للتمدد الخطي للتنتالوم هو 8.0·10 -6 (عند درجات حرارة 20-1500 درجة مئوية). المقاومة الكهربائية للعنصر الثالث والسبعين عند 0 درجة مئوية هي 13.2 10 -8 أوم م، عند 2000 درجة مئوية 87 10 -8 أوم م. عند 4.38 K يصبح المعدن موصلًا فائقًا. التنتالوم هو بارامغناطيسي، قابلية مغناطيسية محددة 0.849·10 -6 (عند 18 درجة مئوية).

لذلك، التنتالوم لديه مجموعة فريدة من الخصائص الفيزيائية: معامل نقل الحرارة العالي، والقدرة العالية على امتصاص الغازات، ومقاومة الحرارة، والحراريات، والصلابة، واللدونة. بالإضافة إلى ذلك، تتميز بالقوة العالية - فهي مناسبة بشكل جيد لمعالجة الضغط باستخدام جميع الطرق الموجودة: تزوير، ختم، المتداول، الرسم، التواء. يتميز التنتالوم بقابلية لحام جيدة (اللحام واللحام في الأرجون أو الهيليوم أو في الفراغ). بالإضافة إلى ذلك، يتمتع التنتالوم بمقاومة استثنائية للمواد الكيميائية والتآكل (مع تكوين فيلم أنوديك)، وضغط بخار منخفض ووظيفة عمل إلكترون منخفضة، بالإضافة إلى أنه يتماشى جيدًا مع الأنسجة الحية للجسم.

الخواص الكيميائية

من المؤكد أن إحدى أهم خصائص التنتالوم هي مقاومته الكيميائية الاستثنائية: وفي هذا الصدد، فهو يأتي في المرتبة الثانية بعد المعادن النبيلة، وحتى ذلك الحين ليس دائمًا. إنه مقاوم لأحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك والنيتريك والفوسفوريك والأحماض العضوية بجميع تركيزاتها (حتى درجة حرارة 150 درجة مئوية). من حيث الاستقرار الكيميائي، يشبه التنتالوم الزجاج - فهو غير قابل للذوبان في الأحماض ومخاليطها، حتى الماء الملكي لا يذوبه، حيث يكون الذهب والبلاتين وعدد من المعادن الثمينة الأخرى عاجزة. العنصر الثالث والسبعون قابل للذوبان فقط في خليط من أحماض الهيدروفلوريك والنيتريك. علاوة على ذلك، فإن التفاعل مع حمض الهيدروفلوريك يحدث فقط مع الغبار المعدني ويصاحبه انفجار. حتى في أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك الساخنة، يكون التنتالوم أكثر مقاومة من شقيقه التوأم النيوبيوم. ومع ذلك، التنتالوم أقل مقاومة للقلويات - فالمحاليل الساخنة للقلويات الكاوية تؤدي إلى تآكل المعدن. يتم التعبير عن أملاح أحماض التانتاليك (التانتاليت) بالصيغة العامة: xMe 2 O yTa 2 O 5 H 2 O، وتشمل هذه الأملاح metatantalates MeTaO 3، orthotantalates Me 3 TaO 4، وأملاح مثل Me 5 TaO 5، حيث Me هو فلز قلوي. ; في وجود بيروكسيد الهيدروجين، يتم تشكيل بيرنتالات أيضا. أهم طنتالات الفلزات القلوية هي KTaO 3 وNaTaO 3؛ هذه الأملاح هي متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف.

كما تتم الإشارة إلى مقاومة التنتالوم العالية للتآكل من خلال تفاعله مع الأكسجين الجوي، أو بالأحرى مقاومته العالية لهذا التأثير. يبدأ المعدن في التأكسد عند 280 درجة مئوية فقط، ويصبح مغطى بطبقة واقية من Ta 2 O 5 (خامس أكسيد التنتالوم هو أكسيد المعدن المستقر الوحيد)، الذي يحمي المعدن من عمل الكواشف الكيميائية ويمنع تدفق التيار الكهربائي. من المعدن إلى المنحل بالكهرباء. ومع ذلك، مع زيادة درجة الحرارة إلى 500 درجة مئوية، يصبح فيلم الأكسيد مساميًا تدريجيًا، وينفصل وينفصل عن المعدن، مما يحرم سطح الطبقة الواقية من التآكل. لذلك، يُنصح بإجراء معالجة بالضغط الساخن في الفراغ، حيث أن المعدن يتأكسد في الهواء إلى عمق كبير. إن وجود النيتروجين والأكسجين يزيد من صلابة التنتالوم وقوته، بينما يقلل في نفس الوقت من ليونته ويجعل المعدن هشًا، وكما ذكرنا سابقًا، يشكل التنتالوم محلولًا صلبًا وأكسيد Ta2O5 مع الأكسجين (مع زيادة في محتوى O 2 في التنتالوم يحدث زيادة حادة في خصائص القوة وانخفاض قوي في الليونة ومقاومة التآكل). يتفاعل التنتالوم مع النيتروجين ليشكل ثلاث مراحل - محلول صلب من النيتروجين في التنتالوم، ونيتريدات التنتالوم: Ta 2 N وTaN - في نطاق درجات الحرارة من 300 إلى 1100 درجة مئوية. من الممكن التخلص من النيتروجين والأكسجين في التنتالوم في ظل ظروف فراغ عالية (عند درجات حرارة أعلى من 2000 درجة مئوية).

يتفاعل التنتالوم بشكل ضعيف مع الهيدروجين حتى يتم تسخينه إلى 350 درجة مئوية؛ ويزداد معدل التفاعل بشكل ملحوظ فقط من 450 درجة مئوية (يتكون هيدريد التنتالوم ويصبح التنتالوم هشًا). نفس التسخين في الفراغ (أكثر من 800 درجة مئوية) يساعد على التخلص من الهيدروجين، حيث يتم استعادة الخواص الميكانيكية للتنتالوم وإزالة الهيدروجين بالكامل.

يعمل الفلور على التنتالوم الموجود بالفعل في درجة حرارة الغرفة، ويتفاعل فلوريد الهيدروجين أيضًا مع المعدن. للكلور الجاف والبروم واليود تأثير كيميائي على التنتالوم عند درجات حرارة 150 درجة مئوية وما فوق. يبدأ الكلور بالتفاعل بنشاط مع المعدن عند درجة حرارة 250 درجة مئوية، والبروم واليود عند درجة حرارة 300 درجة مئوية. يبدأ التنتالوم بالتفاعل مع الكربون عند درجات حرارة عالية جدًا: 1200-1400 درجة مئوية، ويحدث تكوين كربيدات التنتالوم المقاومة للحرارة، والتي تكون شديدة المقاومة للأحماض. يتحد التنتالوم مع البورون لتكوين البوريدات - وهي مركبات صلبة مقاومة للحرارة ومقاومة لتأثيرات الماء الملكي. يشكل التنتالوم محاليل صلبة مستمرة مع العديد من المعادن (الموليبدينوم والنيوبيوم والتيتانيوم والتنغستن والفاناديوم وغيرها). يشكل التنتالوم محاليل صلبة محدودة مع الذهب والألومنيوم والنيكل والبريليوم والسيليكون. لا يشكل التنتالوم أي مركبات مع المغنيسيوم والليثيوم والبوتاسيوم والصوديوم وبعض العناصر الأخرى. التنتالوم النقي مقاوم للعديد من المعادن السائلة (سبائك Na وK وLi وPb وU-Mg وPu-Mg).

يحتل التنتالوم مكانة خاصة في مجموعة العناصر الكيميائية المعروفة. هذا المعدن ليس من المعادن النبيلة، لكن خصائص أدائه تجعله مطلوبًا في مجموعة متنوعة من المجالات. علاوة على ذلك، فإن هذا لا ينطبق فقط على صناعات البناء والتصنيع، ولكن أيضًا على المجوهرات. اليوم، استخدام التنتالوم نفسه محدود للغاية بسبب ندرته. ومع ذلك، هناك مجموعة واسعة من المنتجات المصنوعة من هذه المواد في السوق.

معلومات عامة عن المعادن

التنتالوم غير موجود في الطبيعة في شكله النقي. وعادة ما يتم استخراجه مع معادن أخرى ذات خصائص مماثلة. أدت هذه الميزة للعنصر إلى اكتشافه متأخرًا إلى حد ما. ولكن في هذه الأيام هناك طرق فعالة لعزل التنتالوم، ومن بينها طريقة الاستخلاص. يستخدم التحليل الكهربائي أيضًا خصيصًا لإنتاج المواد المعدنية. باستخدام بوتقة الجرافيت، يتم إذابة القاعدة التي تحتوي على العنصر، وبعد ذلك يبقى المسحوق على جدران الحاوية. تعتمد التكنولوجيا الإضافية لمعالجة المواد الأولية على كيفية استخدام التنتالوم: يمكن إعطاؤه شكل سبيكة أو سلك أو صفائح أو جزء من شكل معين أو تركه على شكل خليط للرش. تحظى أيضًا تقنيات تشكيل السبائك من مسحوق التنتالوم بشعبية كبيرة. الجمع مع مواد صناعة السبائك يجعل من الممكن تعزيز الخصائص الفردية للمادة.

الخصائص الفيزيائية

يتمتع المعدن بنقطة انصهار عالية تبلغ حوالي 3017 درجة مئوية، مما يسمح باستخدامه في الظروف الحرارية القاسية في الإنتاج. وفي الوقت نفسه، فإنه يحتوي على مزيج نادر من خصائص الليونة والصلابة. أما الأولى فهي ناعمة كالذهب. وفي هذه الحالة، تبلغ صلابة التنتالوم 16.65 جم/سم3. هذا المزيج من الصفات الفيزيائية يجعل من الممكن معالجة المادة بسهولة، وإعطائها أشكالًا وأحجامًا مختلفة، وكذلك استخدامها في الآليات والهياكل المهمة. تعمل العناصر الصغيرة بشكل جيد مثل التروس وأجزاء الأجهزة الكهربائية. التنتالوم مقاوم للتآكل ومتين، لذلك يتم تصنيع المكونات الاستهلاكية منه مع توقع التشغيل على المدى الطويل. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لهذا المعدن أن يعمل كممتص فعال للغازات. في درجات الحرارة المرتفعة، تظهر أجزاء التنتالوم أيضًا خصائص موصلة عالية.

الخواص الكيميائية

في شكله النقي، يقاوم المعدن بفعالية تأثيرات القلويات والمواد الحمضية العضوية وغير العضوية، بالإضافة إلى تأثير الوسائط النشطة الأخرى. ما لم تكن القلويات في شكل منصهر لها تأثير ملحوظ على التنتالوم. وتحدث عمليات الأكسدة عند درجات حرارة لا تقل عن 280 درجة مئوية، وتتفاعل مع مكونات الهالوجين عند درجة حرارة 250 درجة مئوية. يمكن مقارنة الخواص الكيميائية للتنتالوم عند ملامستها للكواشف بالزجاج. لا يذوب في البيئات الحمضية باستثناء أحماض النيتريك والهيدروفلوريك. كما أن هذه المادة مقاومة لحمض الكبريتيك، بغض النظر عن تركيزه. ومع ذلك، فإن عمليات النشاط في معظم الحالات لها تأثير ضئيل على بنية المعدن. عادة ما تظهر التغييرات إما في شكل طلاء فيلم أو تآكل.

أين يستخدم التنتالوم؟

وهذا المعدن ليس منتشرا على نطاق واسع، ولكن هناك مجالات عديدة لاستخدامه. بادئ ذي بدء، هذه هي الصناعة. يتم استخدام العنصر في علم المعادن، وقطاع الأغذية، والصناعات التحويلية، وهندسة الراديو، والهندسة الميكانيكية، وما إلى ذلك. في صناعة البناء والتشييد، لا يكون الطلب على هذا المعدن على وجه التحديد بسبب أحجام الإنتاج المحدودة، ولكن العناصر الهيكلية الفردية لا تزال مصنوعة من هذه المواد - كقاعدة عامة، الأجهزة المخصصة للمهام الحاسمة لتعزيز الهياكل. لفهم مكان استخدام التنتالوم، من المهم الانتباه إلى خصائص أدائه. وقد لوحظ بالفعل أنه يمكن أن يكون بمثابة موصل جيد. ولذلك، يتم استخدامه كموصل فائق في الهندسة الكهربائية. ومن ناحية أخرى، فإن مقاومته للحرارة تفتح إمكانيات استخدامه في المعالجة الحرارية للمعادن الأخرى. بفضل كثافته المتزايدة، أصبح التنتالوم الحل الأمثل في صناعة الدفاع. يتم استخدامه لصنع مقذوفات ذات قوة اختراق عالية.

سلك التنتالوم

يعد المعدن المدلفن بشكل عام هو الشكل الأكثر شمولاً لعرض هذه المواد في السوق. يحتل Wire مكانة مهمة في هذا القطاع. ومن غير المعتاد أنه يمكن استخدامه كخيط نظرًا لحجمه المتواضع. وهذا ما يفسر قيمة التنتالوم في المجال الطبي - حيث يتم استخدام منتجات من هذا النوع في الغرز والضمادات. ولكن هذا مجرد مثال يوضح إحدى الصفات المميزة لهذا السلك. تُستخدم التنسيقات الأكبر في الهندسة الميكانيكية والطيران والأدوات الآلية وبناء رأس المال. وعلاوة على ذلك، اعتمادا على الغرض، يمكن استخدام المعادن الناعمة والصلبة. التنتالوم، بسبب مرونته في المعالجة، يسمح بإنتاج أسلاك طويلة من 1500 سم بسمك 0.15 مم أو أكثر. في المنتجات النهائية، كما لاحظ المستخدمون، نادرا ما توجد نتوءات وشقوق وعيوب أخرى. ومع ذلك، لا يزال الهيكل الرقيق يفرض متطلبات على ظروف التخزين والنقل - على وجه الخصوص، لا يوصى بتعريض السلك للتلامس مع الرطوبة والبيئات العدوانية.

شريط التنتالوم

هذا التنسيق لإنتاج المنتجات المعدنية المدرفلة منتشر أيضًا على نطاق واسع. تُستخدم الأشرطة في الطب وصناعة النفط والهندسة الميكانيكية وحتى في صناعة الطاقة. يقدر المستهلكون هذا المنتج بسبب توافقه الحيوي وقوته العالية وبنيته الدقيقة وقابلية تشغيله الجيدة ومقاومته لعمليات التآكل. إذا قارنا منتجات التنتالوم المماثلة مع نظائرها المصنوعة من الفولاذ أو الألومنيوم، فسوف تظهر مقاومة التآكل والمتانة في المقدمة. يمكن للشريط أن يتحمل أحمال الشد العالية والتأثيرات الكيميائية. من ناحية أخرى، لا تسمح اللدونة العالية لمثل هذه المنتجات بالحفاظ على شكل معين بشكل ثابت. حتى الضغط الطفيف يؤدي إلى التشوه.

سبائك أساسها التنتالوم

تكتسب السبائك المعدلة بمكونات صناعة السبائك في الغالب صفات أعلى من القوة البدنية ومقاومة الحرارة. ويكفي أن نقول إن المنتج ذو الخصائص المتوسطة سيكون قادرًا على تحمل درجات حرارة تصل إلى 1650 درجة مئوية دون أن يفقد خصائص أدائه. في الواقع، يسمح هذا باستخدام سبائك التنتالوم في الصناعة الكيميائية والطاقة والمعادن وصناعة الأدوات. علاوة على ذلك، تستخدم بعض الشركات هذه المواد في تصنيع عناصر الصواريخ والفضاء. اعتمادًا على اتجاه الاستخدام، يقوم التقنيون بتطوير تركيبات مختلفة لسبائك التنتالوم. في بعض الحالات، يتيح التعديل تحقيق ليونة أعلى، وفي حالات أخرى، على سبيل المثال، جعل المادة مناسبة لعمليات اللحام باستخدام طريقة شعاع الإلكترون. التنتالوم نفسه يمكن أن يعمل أيضًا كعنصر لصناعة السبائك. عادة، يتم استخدام هذه الطريقة لتحسين خصائص الأداء لنقل مقاومة التآكل ومقاومة الحرارة للمعادن الأساسية.

التنتالوم في هندسة الراديو

في إنتاج الأجهزة الكهربائية وقطع الغيار، تأتي القدرة على الحفاظ على التوصيل الحالي الأمثل والحفاظ على إشارات التردد مع تقليل حجم قاعدة العنصر في المقدمة. لهذا السبب، غالبا ما يستخدم التنتالوم في صناعة المكثفات والثايرستورات والترانزستورات وsemistors. في السابق، تم استخدام لفات من صفائح الألمنيوم لنفس المكثفات. يفترض هذا الحل إمكانية زيادة المعلمات التشغيلية فقط في حالة زيادة حجم الجزء نفسه. ناهيك عن الانخفاض العكسي في الخصائص الأخرى المرتبطة بزيادة حجم المكثف. إن استخدام التنتالوم، المقاوم أيضًا للعمليات السلبية التي تشارك فيها المكونات الإلكترونية الراديوية، جعل من الممكن زيادة الحجم الكهربائي مع الحفاظ على أبعاد الجزء. شيء آخر هو أن الألومنيوم لا يفشل في هذا المجال، لأنه أكثر بأسعار معقولة.

خاتمة

لا يحتوي هذا المعدن على خصائص فريدة أو غير قياسية على الإطلاق. لديها العديد من الصفات الجذابة، بما في ذلك مقاومة التآكل، والصلابة أو مقاومة الحرارة. ولكن هذه الخصائص موجودة بشكل فردي في المعادن الأخرى. علاوة على ذلك، في بعض الأحيان تكون أكثر وضوحا. ومع ذلك، فإن الجمع بين الخصائص التي تبدو متعارضة في عنصر واحد هو أمر فريد حقًا. يسعى التكنولوجيون إلى تحقيق مجموعات خاصة في صفات عمل المواد بالوسائل الاصطناعية، وفي هذه الحالة يتم تحديدها حسب طبيعة المنشأ. على سبيل المثال، فإن استخدام التنتالوم في الطب وفي علم المعادن له أهداف مختلفة تمامًا. في إحدى الحالات، يتم تقدير القوة العالية مع أحجام المنتجات الصغيرة، وفي الحالة الثانية، يتم تقدير المرونة في المعالجة. ولكن هناك أيضًا خاصية سلبية للتنتالوم تنطبق على جميع مجالات استخدامه - وهي التكلفة العالية وفي بعض الحالات عدم إمكانية الوصول المادي.

التنتالوم لديه نقطة انصهار عالية - 3290 كلفن (3017 درجة مئوية)؛ يغلي عند 5731 كلفن (5458 درجة مئوية).

كثافة التنتالوم 16.65 جم/سم3. وعلى الرغم من صلابته، إلا أنه مرن مثل الذهب. يتناسب التنتالوم النقي بشكل جيد مع الآلات، ويمكن ختمه بسهولة ولفه إلى أسلاك وصفائح رفيعة يبلغ سمكها أجزاء من مائة من المليمتر. يعتبر التنتالوم مادة ممتازة لامتصاص الغازات، وعند درجة حرارة 800 درجة مئوية يكون قادرًا على امتصاص 740 حجمًا من الغاز. يحتوي التنتالوم على شبكة مكعبة تتمحور حول الجسم. لها خصائص بارامغناطيسية. عند 4.38 K يصبح موصلًا فائقًا. التنتالوم النقي هو معدن مطاوع يمكن معالجته بالضغط في البرد دون تصلب كبير. يمكن تشويهه بمعدل تخفيض يصل إلى 99% دون التلدين المتوسط. لم يتم اكتشاف انتقال التنتالوم من الحالة اللدنة إلى الحالة الهشة عند التبريد إلى -196 درجة مئوية. خصائص التنتالوم تعتمد إلى حد كبير على نقائه؛ شوائب الهيدروجين والنيتروجين والأكسجين والكربون تجعل المعدن هشًا.

البنية الإلكترونية للذرة.

1ث 22ث 22ص 63ث 23ص64ث 23d104p65s24d105p66s24f145d3

الرقم التسلسلي-73

ينتمي إلى المجموعة - أ

د-العنصر

أكسيد التنتالوم (V) هو مسحوق أبيض، غير قابل للذوبان في الماء أو الأحماض (باستثناء H2F2). شديد المقاومة للحرارة (تذوب = 1875 درجة مئوية). يتم التعبير عن الطبيعة الحمضية للأكسيد بشكل ضعيف وتتجلى بشكل رئيسي أثناء التفاعل مع ذوبان القلويات: أكسدة ذرة التنتالوم للنيوبيوم

Ta2O5 + 2NaOH = 2NaTaO3 + H2O

أو الكربونات:

Ta2O5 + 3Na2CO3 = 2Na3TaO4 + 3CO2

الأملاح التي تحتوي على التنتالوم في حالة الأكسدة -4، -5 يمكن أن تكون من عدة أنواع: metatantalates NaTaO3، orthotantalates Na3TaO4، ولكن هناك polyions penta- وhexa-، تتبلور مع جزيئات الماء، 7- و8-. يشكل التنتالوم خماسي الشحنة كاتيون TaO3+ وأملاح TaO(NO3)3 أو Nb2O5(SO4)3 في التفاعلات مع الأحماض، وهو استمرار "تقليد" المجموعة الفرعية الجانبية التي قدمها أيون الفاناديوم VO2+.

عند 1000 درجة مئوية يتفاعل Ta2O5 مع الكلور وكلوريد الهيدروجين:

Ta2O5+ 10HC1==2ТаС15+5Н2О

وبالتالي، يمكن القول أن أكسيد التنتالوم (V) يتميز أيضًا بخاصية الأمفوتيرية مع خصائص حمضية متفوقة على خصائص القاعدة.

يتم الحصول على الهيدروكسيد المقابل لأكسيد التنتالوم (V) عن طريق تحييد المحاليل الحمضية لرابع كلوريد التنتالوم. يؤكد هذا التفاعل أيضًا عدم استقرار حالة الأكسدة +4.

في حالات الأكسدة المنخفضة، تكون الهاليدات هي المركبات الأكثر ثباتًا (انظر الشكل 3)، وأسهل طريقة للحصول عليها هي من خلال مجمعات البيريدين. يتم اختزال Pentahalides TaX5 (حيث X هو C1، Br، I) بسهولة بواسطة البيريدين (يرمز إليه بالرمز Py) لتكوين مجمعات من التركيبة MX4(Py)2.

أملاح التنتالوم. أملاح المجموعة الفرعية السادسة هي في الغالب بلورات عديمة اللون أو مساحيق بيضاء. كثير منهم استرطابي للغاية ومنتشر في الهواء. وتتميز أكاسيد هذه المعادن بخصائص مذبذبة، لذا فإن معظم أملاحها تتحلل بسهولة، وتتحول إلى أملاح قاعدية غير قابلة للذوبان في الماء قليلا أو كليا، وتعرف الأملاح أيضا حيث تكون هذه المعادن جزءا من الأنيونات (مثل النيوبات والتانتاليت). ) الترطيب والجفاف. جميع المحفزات من هذه الفئة لها صلة قوية بالماء. الممثل الرئيسي للفئة ب هو الألومينا. كما يستخدم حمض الفوسفوريك أو أملاحه الحمضية في مواد حاملة مثل هلام الألومينوسيليكات وهلام السيليكا مع أكاسيد التنتالوم أو الزركونيوم أو الهافنيوم. في الأعمال الأولى لفصل التنتالوم والنيوبيوم عن طريق الاستخلاص المجزأ، تم اقتراح أنظمة حمض الهيدروكلوريك-زيلين-ميثيل ديوكتيلامين (1952)، وكذلك حمض الهيدروكلوريك-حمض الهيدروفلوريك-ثنائي إيزوبروبيل كيتون (1953). يتم إذابة كلا المعدنين في محاليل الأحماض المائية على شكل أملاح، ثم يتم استخلاص التنتالوم بمذيب عضوي. في النظام 6/W حمض الكبريتيك-9 Ai حمض الهيدروفلوريك

7. يستخدم التنتالوم في صناعة قوالب سحب الخيوط في إنتاج الألياف الصناعية. في السابق، كانت هذه القوالب مصنوعة من البلاتين والذهب. تصنع أصعب السبائك من كربيد التنتالوم مع النيكل كمادة مضافة أسمنتية. وهي شديدة الصلابة لدرجة أنها تترك خدوشًا حتى على الألماس، وهو ما يعتبر معيار الصلابة.

تم إعطاء المركز الأول من حيث درجة الحرارة الحرجة للانتقال إلى حالة التوصيل الفائق إلى النيوبيوم جيرمانيد Nb3Ge. درجة حرارته الحرجة هي 23.2 كلفن (حوالي -250 درجة مئوية). وهناك مركب آخر، وهو ستانيد النيوبيوم، يصبح موصلًا فائقًا عند درجة حرارة أقل قليلاً تصل إلى -255 درجة مئوية. ولتقدير هذه الحقيقة بشكل أكمل، نشير إلى أن معظم الموصلات الفائقة معروفة فقط بدرجات حرارة الهيليوم السائل (2.172 كلفن). تتيح الموصلات الفائقة المصنوعة من مواد النيوبيوم إمكانية إنتاج ملفات مغناطيسية تخلق مجالات مغناطيسية قوية للغاية. المغناطيس الذي يبلغ قطره 16 سم وارتفاعه 11 سم، حيث يكون اللف عبارة عن شريط مصنوع من هذه المواد، قادر على خلق مجال ذو كثافة هائلة. من الضروري فقط نقل المغناطيس إلى حالة فائقة التوصيل، أي تبريده، ومن الأسهل بالطبع القيام بالتبريد إلى درجة حرارة أقل.

دور النيوبيوم في اللحام مهم. أثناء لحام الفولاذ العادي، لم تمثل هذه العملية أي صعوبات خاصة ولم تخلق أي صعوبات. ومع ذلك، عندما بدأوا في لحام الهياكل المصنوعة من الفولاذ الخاص ذي التركيب الكيميائي المعقد، بدأت اللحامات تفقد العديد من الصفات القيمة للمعدن الذي يتم لحامه. لم يكن للتغييرات في تكوين الأقطاب الكهربائية ولا التحسينات في تصميمات آلات اللحام ولا اللحام في جو من الغازات الخاملة أي تأثير. هذا هو المكان الذي يأتي فيه النيوبيوم للإنقاذ. يمكن لحام الفولاذ الذي يتم إدخال النيوبيوم فيه كمادة مضافة صغيرة دون خوف على جودة اللحام (الشكل 4). ترجع هشاشة اللحام إلى الكربيدات المتكونة أثناء اللحام، لكن قدرة النيوبيوم على الاندماج مع الكربون ومنع تكوين كربيدات معادن أخرى تنتهك خصائص السبائك أنقذت الموقف. تتمتع كربيدات النيوبيوم نفسها، مثل التنتالوم، بلزوجة كافية. وهذا مهم بشكل خاص عند تشغيل غلايات اللحام وتوربينات الغاز تحت الضغط وفي البيئات العدوانية.

النيوبيوم والتنتالوم قادران على امتصاص كميات كبيرة من الغازات مثل الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين. في درجة حرارة الغرفة، 1 جم من النيوبيوم قادر على امتصاص 100 سم3 من الهيدروجين. ولكن حتى مع التدفئة القوية، فإن هذه الخاصية لا تضعف عمليا. عند 500 درجة مئوية، لا يزال النيوبيوم قادرًا على امتصاص 75 سم 3 من الهيدروجين، والتنتالوم 10 مرات أكثر. تُستخدم هذه الخاصية لإنشاء فراغات عالية أو في الأجهزة الإلكترونية حيث يكون من الضروري الحفاظ على خصائص دقيقة عند درجات حرارة عالية. النيوبيوم والتنتالوم، المترسبان على سطح الأجزاء مثل الإسفنج، يمتصان الغازات، مما يضمن التشغيل المستقر للأجهزة. حققت الجراحة الترميمية نجاحًا كبيرًا بمساعدة هذه المعادن. لم تشمل الممارسة الطبية ألواح التنتالوم فحسب، بل شملت أيضًا خيوط التنتالوم والنيوبيوم. وقد نجح الجراحون في استخدام مثل هذه الخيوط لخياطة الأوتار الممزقة والأوعية الدموية والأعصاب. يعمل "غزل" التنتالوم على تعويض القوة العضلية. وبمساعدتها، يقوم الجراحون بتقوية جدران تجويف البطن بعد الجراحة. التنتالوم لديه روابط قوية للغاية بين الذرات. وهذا يسبب درجات انصهار وغليان عالية للغاية. الصفات الميكانيكية والمقاومة الكيميائية تجعل التنتالوم أقرب إلى البلاتين. تستخدم الصناعة الكيميائية هذا المزيج المناسب من صفات التنتالوم. يتم استخدامه لإعداد أجزاء للمعدات المقاومة للأحماض في المصانع الكيميائية وأجهزة التدفئة والتبريد التي تتلامس مع البيئات العدوانية.

يتم استخدام خاصيتين للنيوبيوم في صناعة الطاقة النووية سريعة التطور. يتمتع النيوبيوم "بشفافية" مذهلة بالنسبة للنيوترونات الحرارية، أي أنه قادر على تمريرها عبر طبقة من المعدن دون التفاعل عمليا مع النيوترونات. النشاط الإشعاعي الاصطناعي للنيوبيوم (الناتج عن طريق الاتصال بالمواد المشعة) منخفض. ولذلك يمكن استخدامه لصنع حاويات لتخزين النفايات المشعة ومنشآت لمعالجتها. خاصية أخرى ذات قيمة متساوية (بالنسبة للمفاعل النووي) للنيوبيوم هي عدم وجود تفاعل ملحوظ مع اليورانيوم والمعادن الأخرى حتى عند درجة حرارة 1000 درجة مئوية. درجة مئوية.يمكن للصوديوم والبوتاسيوم المنصهرين، اللذين يستخدمان كمبردات في بعض أنواع المفاعلات النووية، أن ينتشرا بحرية عبر أنابيب النيوبيوم دون التسبب في أي ضرر لها.

معدن التنتالومافتتح مؤخرا، أي في عام 1802. كان الكيميائي السويدي A. G. محظوظًا بما يكفي لاكتشاف هذا المعدن. إيكيبيرج. عند دراسة معدنين جديدين تم العثور عليهما في الدول الإسكندنافية، تبين أنه بالإضافة إلى العناصر المعروفة، فإنهما يحتويان أيضًا على عناصر غير مدروسة سابقًا. ولم يتمكن العالم قط من عزل المعدن عن المعدن في صورته النقية، حيث نشأت صعوبات كبيرة في ذلك.

وفي هذا الصدد، سمي المعدن غير المستكشف باسم بطل من أساطير اليونان القديمة، وبعده كتب أسطورة تانتالوس. وبعد ذلك، لأكثر من 40 عاما، كان يعتقد ذلك التنتالوم والنيوبيوم- هذه هي نفس المعدن. إلا أن أحد الكيميائيين الألمان أثبت الفرق بين المعادن، وبعد ذلك قام ألماني آخر بعزل التنتالوم في شكله النقي، ولم يحدث هذا إلا في عام 1903.

الإنتاج التسلسلي للمنتجات المدرفلة و منتجات التنتالومبدأت فقط خلال الحرب العالمية الثانية. يُطلق على هذا العنصر اليوم اسم "المعدن الذكي"، حيث لا يمكن للإلكترونيات سريعة التطور الاستغناء عنه.

وصف وخصائص التنتالوم

التنتالوموهو معدن ذو صلابة عالية وكثافة ذرية. في العناصر الكيميائية الدورية، يقع التنتالوم في الموضع 73. في الممارسة العالمية، من المعتاد الإشارة إلى هذا المعدن من خلال مزيج من حرفين، وهما تا. عند الضغط الجوي ودرجة حرارة الغرفة، يكون للتنتالوم لون معدني فضي مميز. طبقة الأكسيد التي تتشكل على سطح المعدن ستعطيه صبغة رصاصية.

عنصر التنتالومغير نشط في درجة حرارة الغرفة. لا يمكن أكسدة سطح هذا المعدن بالهواء إلا عند درجات حرارة أعلى من 280 درجة. يتفاعل التنتالوم مع الهالوجينات عند درجة حرارة أقل بمقدار 30 درجة من الهواء. في هذه الحالة، يتم تشكيل فيلم واقية على السطح، مما يمنع المزيد من اختراق العناصر المؤكسدة في جميع أنحاء عمق المعدن.

عنصر كيميائي التنتالوممع نقطة انصهار عالية إلى حد ما. إذن، تبلغ درجة حرارته 3290 كلفن، وتصل درجة غليانه إلى 5731 كلفن. وعلى الرغم من كثافته العالية (16.7 جم/سم3) وصلابته، فإنه من البلاستيك تمامًا. من حيث الليونة، يمكن مقارنة التنتالوم مع. المعدن النقي سهل للغاية ومريح للعمل معه.

من السهل تصنيعها، على سبيل المثال، يمكن دحرجتها إلى سمك يتراوح من 1 إلى 10 ميكرون. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن التنتالوم مغناطيسي. تبدأ ميزة مثيرة للاهتمام لهذا المعدن في الظهور عند درجة حرارة 800 درجة: يمتص التنتالوم 740 من حجم الغاز الخاص به.

يوجد بالفعل عدد من الحقائق في الممارسة العالمية التي تشير إلى المتانة الممتازة لهذا المعدن في بيئات شديدة العدوانية. على سبيل المثال، من المعروف أن التنتالوم لا يتضرر حتى بنسبة 70٪ من حمض النيتريك. كما أن حمض الكبريتيك الذي يصل إلى 150 درجة لا يؤدي أيضًا إلى تدمير مسبب للتآكل، ولكن عند 200 درجة سيبدأ المعدن في الذوبان بمعدل 0.006 ملم في السنة.

تشير بعض حقائق الإنتاج أيضًا إلى أن التنتالوم أكثر مقاومة بكثير من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي. لذلك هناك حالة معروفة فيها أجزاء التنتالوماستمرت لمدة 20 عامًا أطول من الأجزاء المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ.

حقيقة أخرى مثيرة للاهتمام هي أن التنتالوم يستخدم للفصل الحفزي للذهب. يتم تصنيع الكاثودات منه، والتي يتم ترسيب المعدن النبيل عليها، ثم يتم غسلها بالماء الملكي. في الوقت نفسه، يظل الكاثود والتنتالوم سليما بسبب مقاومته الممتازة للأحماض.

تطبيقات التنتالوم

منذ فترة طويلة، تم استخدام هذا المعدن لإنتاج خيوط في المصابيح المتوهجة. اليوم التنتالوم و سبائك التنتالومالمستخدمة في الصناعات والمنتجات التالية:

— عند صهر السبائك المقاومة للحرارة والتآكل (على سبيل المثال، أجزاء محرك الطائرة)؛

— في الصناعة الكيميائية لإنشاء معدات مقاومة للتآكل؛

— في إنتاج المعادن لإنتاج المعادن الأرضية النادرة؛

- أثناء بناء المفاعلات النووية (التنتالوم هو المعدن الأكثر مقاومة لبخار السيزيوم)؛

— نظرًا لتوافقه الحيوي العالي، يتم استخدام التنتالوم في صناعة الغرسات والأطراف الاصطناعية الطبية؛

- لإنتاج الموصلات الفائقة - الكريوترونات (هذه عناصر من تكنولوجيا الكمبيوتر)؛

- يستخدم في الصناعة العسكرية لصناعة القذائف. استخدام هذا المعدن يزيد من قوة اختراق الذخيرة.

- يتم تصنيع مكثفات الجهد المنخفض الأكثر كفاءة من التنتالوم؛

- في الآونة الأخيرة، أصبح التنتالوم راسخًا في مجال الأعمال التجارية. ويرجع ذلك إلى قدرة المعدن على تكوين أفلام أكسيد قوية على السطح، والتي يمكن أن تكون بألوان وظلال مختلفة؛

- عدد كبير من تعديلات التنتالوميتراكم في المفاعلات النووية. ولأغراض مختبرية أو عسكرية، يمكن استخدام هذا التعديل للمعدن كمصدر لإشعاع غاما؛

- يستخدم هذا المعدن باعتباره المعدن الرئيسي (بعد البلاتين) لتصنيع معايير الكتلة التي زادت دقتها؛

- بعض المعادن مركبات التنتالومتتمتع بصلابة وقوة عالية جدًا، فضلاً عن زيادة مقاومتها للأكسدة. وتستخدم هذه المركبات في صناعات الطيران والفضاء؛

— تستخدم كربيدات التنتالوم في تصنيع أدوات القطع ذات المقاومة الحمراء المتزايدة. يتم الحصول على الأداة عن طريق تلبيد خليط من مساحيق كربيد. وتستخدم هذه الأدوات في ظروف صعبة للغاية، على سبيل المثال، أثناء الحفر الإيقاعي؛

- خماسي التكافؤ أكسيد التنتالوماللازمة لحام الزجاج في التكنولوجيا النووية.

رواسب التنتالوم والتعدين

التنتالوم معدن نادر. وتبلغ نسبته في القشرة الأرضية 0.0002% فقط. يتضمن هذا المبلغ تعديلين للمعدن: مستقر ومشع. يتواجد هذا المعدن النادر على شكل مركبات خاصة به وهو جزء من العديد من المعادن. إذا تم تضمين التنتالوم في المعدن، فسيكون دائمًا مع النيوبيوم.

رواسب مركبات التنتالوموالمعادن موجودة في العديد من البلدان. يقع أكبر إيداع لهذا العنصر في أوروبا في فرنسا. وفي القارة الأفريقية، تمتلك مصر أكبر كمية من التنتالوم. وتمتلك الصين وتايلاند أيضًا احتياطيات عالية من هذا المعدن. توجد ودائع أصغر في رابطة الدول المستقلة ونيجيريا وكندا وأستراليا وبلدان أخرى. ومع ذلك، فإن أكبر الرواسب المكتشفة حتى الآن موجودة في أستراليا.

يتم استخراج حوالي 420 طنًا من التنتالوم سنويًا في العالم. تقع مصانع المعالجة الرئيسية لهذا المعدن في الولايات المتحدة الأمريكية وألمانيا. ومن الجدير بالذكر أن المجتمع الدولي يعلن ضرورة زيادة إنتاج هذا المعدن النادر. ترتبط هذه التصريحات في المقام الأول بزيادة إنتاج الإلكترونيات، حيث يستخدم هذا العنصر بشكل مكثف.

وبالتالي فإن عدد الحقول المطورة يتزايد كل عام. على سبيل المثال، إلى الحقول النامية الرئيسية في العالم، تمت إضافة المزيد من الأماكن في البرازيل والولايات المتحدة وجنوب أفريقيا. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه في السنوات العشر الماضية كان هناك توتر شديد خفض إنتاج التنتالوم. أدنى رقم للإنتاج في القرن الحادي والعشرين حدث في عام 2010.

سعر التنتالوم

تقلبت تكلفة التنتالوم بشكل كبير على مدى السنوات الخمس عشرة الماضية. لذلك، في 2002-2003 شراء التنتالومكان من الممكن بأقل سعر. هذا العام سعر التنتالوموتراوحت أسعارها بين 340 إلى 375 دولاراً للكيلوغرام الواحد. في روسيا اليوم يمكنك الشراء التنتالوم، السعروهو 2950 روبل للكيلوغرام الواحد.

التنتالوم هو نوع خاص من المعدن ينتمي إلى المجموعة النبيلة. تم اكتشافه عام 1802، لكنه يعتبر عنصرًا شابًا. على الرغم من ندرته، فإنه يستخدم على نطاق واسع ليس فقط في المجوهرات، ولكن أيضا في الصناعة. وهو شائع بشكل خاص في مجال الإلكترونيات - حيث يحتوي عليه كل جهاز تقريبًا.

بدأ الاستخدام الشامل لهذا المعدن في الأربعينيات من القرن الماضي ويستمر حتى يومنا هذا. اكتسبت شعبيتها بسبب خصائص القوة المتزايدة. علاوة على ذلك، فهو يتمتع بالعديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية الفريدة.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

ومن بين الخصائص الفيزيائية لهذا المعدن، ينبغي تسليط الضوء على نقطة انصهار عالية، وهي 3017 درجة مئوية، والتي تميزه عن العديد من نظائره. ونتيجة لذلك، يتم استخدامه في المناطق التي تتطلب مقاومة متزايدة للظروف القاسية. في الوقت نفسه، تشمل خصائص التنتالوم الليونة والصلابة، وهو مزيج نادر جدًا في الطبيعة.

نقطة انصهار التنتالوم هي 3017 درجة مئوية.

تتيح لك خصائص التنتالوم المذكورة أعلاه معالجة المعدن دون بذل الكثير من الجهد وإنشاء الأشكال والأحجام المطلوبة. يعد الهيكل الخاص للذرة مهمًا جدًا لإنشاء أجزاء وآليات الهياكل ذات المسؤولية المتزايدة. التنتالوم يفسح المجال جيدًا للتزوير والدرفلة. في هذه الحالة، يمكن أيضًا استخدام طريقة التشوه البارد بنجاح. ينبغي تسليط الضوء على الموصلية الحرارية العالية.

ونظرًا لكثافته العالية، يمكن استخدام المعدن لإنتاج تروس صغيرة وأجزاء من الأجهزة الكهربائية المقاومة للتآكل ولا تتدهور بعد فترة طويلة من الاستخدام.

وفي بعض الحالات يتم استخدامه كممتص للغاز. يجب تسليط الضوء على التكوين الإلكتروني: يتمتع المعدن بخصائص توصيل كهربائي مختلفة في حالته الطبيعية وفي درجات حرارة عالية.

يمكن توصيل أجزاء التنتالوم عن طريق اللحام أو اللحام أو التثبيت. يتم استخدام طريقة اللحام في أغلب الأحيان، حيث تتميز جودة اللحام بالقوة العالية والمقاومة للإجهاد البدني.

من بين الخصائص الكيميائية يجدر تسليط الضوء على مقاومتها العالية للأكسدة والقلويات. ومع ذلك، عندما ذاب، فإنه يكون عرضة جزئيا للقلويات. الأكسدة مستحيلة عند درجات حرارة أقل من 250 درجة.

الخصائص الكيميائية لهذا المعدن تشبه إلى حد كبير الزجاج. يكاد يكون من المستحيل إذابته في الحمض، إلا إذا كنت تستخدم حمض الهيدروفلوريك وحمض النيتريك. وحتى التعرض لحمض الكبريتيك لا يؤثر على بنية المعدن وشكله. قد يظهر فقط فيلم صغير على السطح. كما أنها لا تخضع للتدمير أثناء التعرض لفترات طويلة لمياه البحر.

حدوث في الطبيعة وإنتاج التنتالوم

التنتالوم، كعنصر كيميائي، نادر جدًا في الطبيعة، إذ يشكل 0.0002% فقط من القشرة الأرضية. نادرًا ما يتم العثور عليه في شكله النقي، وغالبًا ما يكون في تركيبة معادن مختلفة، بالقرب من معدن آخر - النيوبيوم.

تم العثور على رواسب هذا العنصر في العديد من البلدان. توجد رواسب كبيرة في فرنسا ومصر والصين وتايلاند. لكن أكبر رواسب هذا العنصر موجودة في أستراليا. يتم استخراج التنتالوم بكميات تزيد عن 400 طن سنويًا. وفي الوقت نفسه، تتزايد باستمرار الحاجة إلى استخدامه، وهو ما يرتبط بزيادة حجم المعدات الكهربائية المنتجة باستخدام هذا المعدن. وبناء على ذلك، هناك تطور مستمر للودائع الجديدة.

في بلدنا، يتركز إنتاج التنتالوم في مصنع المغنيسيوم سوليكامسك. يتم الحصول على المعدن بعد معالجة مركزات اللوباريت. وفي بلدان أخرى، يتم استخدام معادن أخرى أيضًا، مثل الروتيل والستروفيريت والتانتاليت والكولومبيت.

أكبر منتجي هذا المعدن في العالم هم الولايات المتحدة واليابان والصين. ولا يتجاوز عدد الشركات المصنعة العالمية 40 شركة. التكلفة - من 1000 دولار للكيلوغرام الواحد.

سبائك أساسها التنتالوم

نظرًا لخصائصه الفيزيائية الخاصة، غالبًا ما يستخدم هذا المعدن في شكله النقي في الصناعة. ومع ذلك، لزيادة القوة والمقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة، يمكن استخدام السبائك المعتمدة عليها وإضافة مكونات السبائك المناسبة.

يمكن أن تظل سبائك التنتالوم صلبة عند درجات حرارة تصل إلى حوالي 1700 درجة. يعد ذلك ضروريًا عند استخدام مركبات التنتالوم في قطاع الطاقة والصناعات الكيماوية وإنتاج الأدوات عالية الدقة وعلم المعادن. في كثير من الأحيان، يتم استخدام سبائك مختلفة في بناء الصواريخ الفضائية.

يعتمد نوع مكونات صناعة السبائك المستخدمة على الخصائص النهائية المطلوبة. لتحسين جودة العمل، يتم استخدام العناصر التي تعطي خصائص ليونة محسنة للسبائك.

تجدر الإشارة إلى أنه في كثير من الأحيان يتم استخدام التنتالوم في السبائك ليس كقاعدة، ولكن كمكون لصناعة السبائك. إن إضافته إلى مواد مختلفة يسمح بزيادة المقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة والتآكل.

دائرة مكثف التنتالوم

التنتالوم TAV-10 عبارة عن سبيكة مستخدمة على نطاق واسع تعتمد على هذا المعدن. يتم إنتاجه بإضافة التنغستن الذي تبلغ نسبته حوالي 10٪. وينتج عن ذلك مادة ذات مقاومة محسنة للحرارة. يتم استخدامه لإنتاج عناصر التسخين ولأغراض طبية، حيث أن مكوناته لا تهيج جلد الإنسان.

تطبيقات التنتالوم

لا يقتصر استخدام التنتالوم على منطقة واحدة. تجدر الإشارة إلى المجالات التي تستخدم فيها منتجات التنتالوم على نطاق واسع:

1. علم المعادن. ويستخدم ما يقرب من نصف هذا المعدن في صناعة المعادن. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه من السهل استخدامه لإنشاء سبائك مختلفة، وخاصة درجات الفولاذ المضادة للتآكل والمقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة. يستخدم سلك التنتالوم في مختلف المجالات التي تتطلب زيادة القوة والمقاومة للحرارة. يستخدم كربيد التنتالوم أيضًا على نطاق واسع في إنتاج البوتقات للمعادن المقاومة للحرارة.
2. الهندسة الكهربائية. ويستخدم حوالي 25% منها في إنتاج الهندسة الكهربائية والأجهزة الكهربائية. تتميز المكثفات التي تستخدم هذا العنصر بزيادة استقرار التشغيل. علاوة على ذلك، في حالة تدمير سطح المكثف، يتم تشكيل فيلم من أكسيد التنتالوم، الذي يحميه. يجب عليك أيضًا تسليط الضوء على عناصر مثل الأنودات والكاثودات والمصابيح والأجزاء المعدنية الأخرى التي يتم إنتاجها أيضًا على أساسها.
3. الصناعة الكيميائية. ويستخدم خمس الحجم المنتج في الصناعة الكيميائية. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه مقاوم لمعظم الأحماض والأملاح والقلويات.
4. الدواء. يستخدم التنتالوم في الطب في صناعات مثل جراحة العظام والتجميل. تُستخدم العناصر المصنوعة من هذه المادة لتثبيت العظام لتحقيق المزيد من القوة دون تهيج الأنسجة العضوية.
5. المجال العسكري. في المجال العسكري، يتم إنتاج أهداف وقذائف التنتالوم للقذائف التراكمية.
6. الأجهزة. ويستخدم هذا المعدن في إنتاج الأجهزة الدقيقة ومعدات التحكم والأغشية المختلفة، وكذلك أجهزة التفريغ، حيث يتميز بخصائص امتصاص الغاز.
7. الطاقة النووية. في هذه المنطقة، يعمل المعدن كمبادل حراري.

تجدر الإشارة إلى أن نطاق تطبيق التنتالوم يقتصر فقط على الحجم الصغير لإنتاجه. إذا زاد حجم الإنتاج، فإن نطاق التطبيق سوف يتوسع بشكل كبير.