[拼音]：tan

[外文]：tantalum

化學(xué)符號(hào)Ta，鋼灰色金屬，在元素周期表中屬VB族，原子序數(shù)73，原子量180.9479，體心立方晶體，常見化合價(jià)為+5。

鉭是由瑞典化學(xué)家?？素惱?(A.G.Ekeberg)在1802年發(fā)現(xiàn)的，按希臘神話人物Tantalus（坦塔羅斯）的名字命名為 tantalum。1903年德國(guó)化學(xué)家博爾頓（W.von Bolton)首次制備了塑性金屬鉭，用作燈絲材料。1940年大容量的鉭電容器出現(xiàn)，并在軍用通信中廣泛應(yīng)用。第二次世界大戰(zhàn)期間，鉭的需要量劇增。50年代以后，由于鉭在電容器、高溫合金、化工和原子能工業(yè)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，需要量逐年上升，促進(jìn)了鉭的提取工藝的研究和生產(chǎn)的發(fā)展。中國(guó)于60年代初期建立了鉭的冶金工業(yè)。

資源

鉭和鈮的物理化學(xué)性質(zhì)相似，因此共生于自然界的礦物中。劃分鉭礦或鈮礦主要是根據(jù)礦物中鉭和鈮的含量。鉭鈮礦物的賦存形式和化學(xué)成分復(fù)雜，其中除鉭、鈮外，往往還含有稀土金屬、鈦、鋯、鎢、鈾、釷和錫等。鉭的主要礦物有：鉭鐵礦[(Fe，Mn)(Ta，Nb)₂O₆]、重鉭鐵礦(FeTa₂O₆)、細(xì)晶石[(Na，Ca)Ta₂O₆(O，OH，F(xiàn))]和黑稀金礦[(Y，Ca，Ce，U，Th)(Nb，Ta，Ti)₂O₆]等。煉錫的廢渣中含有鉭，也是鉭的重要資源。已查明世界的鉭儲(chǔ)量(以鉭計(jì))約為134000短噸，扎伊爾占首位。1979年世界鉭礦物的產(chǎn)量(以鉭計(jì))為 788短噸(1短噸＝907.2公斤)。中國(guó)從含鉭比較低的礦物中提取鉭的工藝，取得了成就。

性質(zhì)和用途

鉭的線脹系數(shù)在0～100℃之間為6.5×10^-6K^-1，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變臨界溫度為4.38K，原子的熱中子吸收截面為21.3靶恩。

在低于150℃的條件下，鉭是化學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定的金屬之一。與鉭能起反應(yīng)的只有氟、氫氟酸、含氟離子的酸性溶液和三氧化硫。在室溫下與濃堿溶液反應(yīng)，并且溶于熔融堿中。致密的鉭在200℃開始輕微氧化，在280℃時(shí)明顯氧化。鉭有多種氧化物，最穩(wěn)定的是五氧化二鉭(Ta₂O₅)。鉭和氫在250℃以上生成脆性固溶體和金屬氫化物如:Ta₂H，TaH，TaH₂，TaH₃。在800～1200℃的真空下，氫從鉭中析出，鉭又恢復(fù)塑性。鉭和氮在300℃左右開始反應(yīng)生成固溶體和氮化合物；在高于2000℃和高真空下，被吸收的氮又從鉭中析出。鉭與碳在高于2800℃下以三種物相存在:碳鉭固溶體、低價(jià)碳化物和高價(jià)碳化物。鉭在室溫下能與氟反應(yīng)，在高于250℃時(shí)能與其他鹵素反應(yīng)，生成鹵化物。

鉭在酸性電解液中形成穩(wěn)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(yōu)點(diǎn)，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(fā)射管、高功率電子管零件的材料。鉭制的抗腐蝕設(shè)備用于生產(chǎn)強(qiáng)酸、溴、氨等化學(xué)工業(yè)。金屬鉭可作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的結(jié)構(gòu)材料。鉭鎢、鉭鎢鉿、鉭鉿合金用作火箭、導(dǎo)彈和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的耐熱高強(qiáng)材料以及控制和調(diào)節(jié)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(shù)材料。碳化鉭用于制造硬質(zhì)合金。鉭的硼化物、硅化物和氮化物及其合金用作原子能工業(yè)中的釋熱元件和液態(tài)金屬包套材料。氧化鉭用于制造高級(jí)光學(xué)玻璃和催化劑。1981年鉭在美國(guó)各部門的消費(fèi)比例約為:電子元件73％，機(jī)械工業(yè)19％，交通運(yùn)輸6％，其他2％。

冶煉

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。

礦石分解可采用氫氟酸分解法、氫氧化鈉熔融法和氯化法等。鉭鈮分離可采用溶劑萃取法〔常用的萃取劑為甲基異丁基銅(MIBK)、磷酸三丁酯 (TBP)、仲辛醇和乙酰胺等〕、分步結(jié)晶法和離子交換法。

鉭和鈮的工業(yè)生產(chǎn)工藝流程見圖。

鉭鈮化合物的分離

首先將鉭鈮鐵礦的精礦用氫氟酸和硫酸分解鉭和鈮呈氟鉭酸和氟鈮酸溶于浸出液中，同時(shí)鐵、錳、鈦、鎢、硅等伴生元素也溶于浸出液中，形成成分很復(fù)雜的強(qiáng)酸性溶液。鉭鈮浸出液用甲基異丁基酮萃取，鉭鈮同時(shí)萃入有機(jī)相中，用硫酸溶液洗滌有機(jī)相中的微量雜質(zhì)，得到純的含鉭鈮的有機(jī)相，洗液和萃余液合并，其中含有微量鉭鈮和雜質(zhì)元素，是強(qiáng)酸性溶液，可綜合回收。純的含鉭鈮的有機(jī)相用稀硫酸溶液反萃取鈮得到含鉭的有機(jī)相。鈮和少量的鉭進(jìn)入水溶液相中，然后再用甲基異丁基酮萃取其中的鉭，得到純的含鈮溶液。純的含鉭的有機(jī)相用水反萃取就得到純的含鉭溶液。反萃取鉭后的有機(jī)相返回萃取循環(huán)使用。純的氟鉭酸溶液或純的氟鈮酸溶液同氟化鉀或氯化鉀反應(yīng)，分別生成氟鉭酸鉀(K₂TaF₇)和氟鈮酸鉀(K₂NbF₇)結(jié)晶，也可與氫氧化銨反應(yīng)生成氫氧化鉭或氫氧化鈮沉淀。鉭或鈮的氫氧化物在900～1000℃下煅燒生成鉭或鈮的氧化物。

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(yīng)在不銹鋼罐中進(jìn)行，溫度加熱到900℃時(shí)，還原反應(yīng)迅速完成。此法制取的鉭粉，粒形不規(guī)則，粒度細(xì)，適用于制作鉭電容器。金屬鉭粉亦可用熔鹽電解法制?。河梅g酸鉀、氟化鉀和氯化鉀混合物的熔鹽做電解質(zhì)，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(jìn)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(qū)域熔煉法制取。

參考文章

• 鉭鐵礦Tantalite地球科學(xué)
• 黃金是除了鉭以外世界上最稀有的金屬嗎？理財(cái)常識(shí)

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標(biāo)簽：鉭

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