Большаков - Химия и технология редких и рассеянных элементов (т.3) (1108618), страница 15
Текст из файла (страница 15)
При нагревании 1аОС1, разлагается: при 300' — доТаОхС1, при 545' — до ТаС1в и 1аеОв. Окситетрахлоротанталаты МеТаОС14 (Ме — К, КЬ, Са) получены нагреванием соответствую!цих гексахлоротаиталатов с окисью сурьмы (1П). Б р о м и д ы и и о д и д. Пентабромид тантала ТаВг в получается действием паров брома на тантал при 300 — 500' либо действием брома на смесь ТавОв с сажей при 700 — 800'. Желто-оранжевые кристаллы ТаВг и гидролизуются при растворении в воде. При испарении в вакуу- ме не разлагается. Обращает внимание ббльшая разность температур кипения пентабромидов ниобия и тантала, (йг'=-14') по сравнению с температурами кипения пентахлоридов тех же элементов (йг' =10'), что следует учитывать при разработке способов разделения соединений ниобия и тантала: Ь]ЬС], — 250', ТаС!, — 240', Ь]ЬВг; — 361', ТаВгз — 347'. Пентаиодид тантала Та1, в виде черных кристаллов, сублимируюших без разложения, может быть получен взаимодействием порошкообразного металла с парами иода при 800 — 1500'.
Соединение легко гид олизуется. структуре низших галогенидов тантала также найдены металл- кластеры типа ТаНа!з,а и ТаНа1з эо, например ТаС1з зз или (ТааС!м]С!м ТаВгз ~0, или (Та,Вг,а]Вг, и др. Как и в случае соединений ниобия, при растворении в воде и спирте в раствор переходят соответствующие сольватированные ионы, например (Та аС!зз ]" +. Соединения с другими неметаллами.
С у л ь ф и д ы. Дисульфид тантала Та5з получается взаимодействием порошка тантала и серы при 1000'. Устойчив в атмосфере водорода до 1300'. Вода и минеральные кислоты на него не действуют. При нагревании на воздухе и в кислороде окисляется, образуя Та,О, и 8Оь. Получен Та,5,. В структуре Та8 э и Та з8, предполагаются связи металл — металл (кластеры). Синтезирован диселенид тантала Та8еэ.
Н и т р и д ы. Их получают, нагревая порошок тантала в токе азота или аммиака при 700 — 900'. Наиболее изучен ТаЬ]. Это серые или черные кристаллы, обладающие металлическим блеском. В химическом отношении ТаЬ] сходен с металлическим танталом. НС! и НЬ]Оэ на него не действуют. Смесь НЕ и НХО, растворяет его. Он значительно устойчивее против действия кислорода, чем тантал. Есть сведения о существовании нитридов ТаЬ] з, Тай] з и Та зЬ] м К а р б и ды. Карбид ТазС образуется при 3400'в результате перитектической реакции между ТаС и расплавом, содержащим -2,500 С. Карбид ТаС вЂ” кристаллический темно-коричневый порошок; т.
пл. 3880", твердость по шкале Мооса 10. Один из самых тугоплавких и твердых веществ. Не растворяется в кислотах, за исключением смеси НЕ и НЬ]О,. Стоек против окисления на воздухе до 1000 — 1!00'. Г и д р и д ы. Тантал при обычной температуре поглощает значительное количество водорода: 1 объем металла Та — 775 объемов Не.
При нагревании в атмосфере Н, образуются гидриды Та иН и ТаН— очень хрупкие вещества. На воздухе при обычной температуре оии устойчивы: при нагревании окисляются до пятиокиси. По отношению к химическим реагентам ведут себя подобно чистым металлам. При нагревании до 1000 — 1200' в вакууме разлагаются с удалением водорода. ТЕХНОЛОГИЯ НИОБИЯ И ТАНТАЛА Важнейшие области применения. Ниобий и тантал применяются в качестве компонентов многих сплавов„в атомной энергетике, химическом машиностроении, электровакуумной технике 15]. — бО— М е т а л л у р г и я. Ниобий и тантал — важнейшие компоненты металлических жаропрочиых сплавов для газовых турбин. Присадки до 5% ЫЬ или сплава ЫЬ и Та повышают жаропрочность, жаростойкость, предел текучести сплавов с алюминием, молибденом, медью, титаном, цирконием.
Добавка ниобия (в меньшей степени тантала) к нержавеющей стали (содержащей 8% Ь)1, 18% Сг) устраняет межкристаллитную коррозию стали. Ниобием легируют также инструментальные стали. Его вводят в сталь в виде феррониобия (сплав железа с ниобием, до 80% 1чЬ). Карбиды ниобня и тантала обладают высокой твердостью н очень высокой температурой плавления (1чЬС вЂ” 3500', ТаС вЂ” 3880').
Вместе с карбидами вольфрама и титана они входят в состав некоторых марок сверхтвердых сплавов. Изотоп "ХЬ находит применение при исследовании технологических процессов. А т о м н а я э н е р г ет и к а. Ниобий не взаимодействует заметно с ураном, плутонием, жидкометаллическими теплоносителями.
Вместе с этим обладает небольшим эффективным сечением захвата нейтронов (1,2 бари/см'), из-за чего применяется в качестве конструкционного материала в атомной энергетике. Из него изготовляют оболочки для урановых тепловыделяющих элементов; при этом повышаются максимально допустимая температура разогрева тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) и полнота их использования.
Добавление нескольких процентов ниобия к урану повышает устойчивость урановых ТВЭЛ против старения при нагревании. Тантал в атомной энергетике используется как конструкционный материал для изготовления аппаратуры, предназначенной для химической переработки ядерного горючего. Химическая промышленность.
Высокая химическая стойкость ниобня и тантала к коррозии, хорошая теплопроводность и пластичность позволяют широко использовать их в конденсаторах, нагревателях, реакторах, абсорберах, мешалках, клапанах, трубопроводах, ситах, электродах, фильтрах и т. п. Оборудование из тантала очень долговечно, а его высокая стоимость окупается, так как отпадает надобность в частых профилактических ремонтах. Мощность применяемых в химической промышленности танталовых нагревателей достигает 800 тыс.
икал/(и' ч) при давлении пара 10 — 13 атм. Танталовые теплообменники используются на заводах, производящих НС1, Нк80м НИОа СНаСООН, Вге, ЫН~С1, ЫН~МО„РеС!м при Работе с царской водкой, при получении органических нитропроизводных алифатических углеводородов, аминокислот, красок, и во многих других случаях.
Часто вместо тантала можно использовать ниобий и его сплавы с танталом, что дает значительный экономический эффект. Э л е к т р о н и к а, э л е к т р о т е х н и к а. Ниобий и тантал обладают ценным сочетанием свойств, необходимых для изготовления электровакуумной аппаратуры: высокой температурой плавления, высокой эмиссионной способностью н способностью поглощать газы при п~~ышенной температуре (геттерные свойства). Из ниобия и тантала "зготовляют нагреваемые детали — аноды, сетки, катоды и другие детали в электронных лампах. Большое значение имеет использование ниобия и особенно тантала в производстве электролитических конденсаторов, которые по сравнению с алюминиевыми имеют меньшие габариты, более высокое сопротивление изоляции и более широкий интервал рабочих температур (от — 55 до 2200'), в производстве сверхпроводящих сплавов (Хг- ЫЬ, Г»Ь»8п), работающих при низкой температуре.
Танталовые конденсаторы применяются в новых типах вычислительных машин. Д р у г и е о б л а с т и п р и м е н е н и я. Тантал и ниобий благодаря их способности <сращиваться» с живой тканью организма человека применяются в восстановительной хирургии для скрепления сломанных костей, сшивания сухожилий, кровеносных сосудов, в зубоврачебчой практике. Сплавы ниобия и тантала с никелем, вольфрамом, рением находят применение в качестве конструкционных материалов, заменителей платины„ иридия, золота и для других целей. Минералы, руды и месторождения. Минералов, содержащих ЫЬ и Та, насчитывается больше 130, но из них только 80 являются собственно ниобиевыми и танталовыми, остальные содержат ИЬ и Та в виде примесей. Ббльшая часть их минералов представлена сложными и в меньшей степени простыми безводными окислами, которые в свете последних крнсталлохимнческих исследований рассматриваются как окислы типа АВХ», АВХм АВ»Х<, А»В,Х< „А В„Хр, где А — Яа, Са, Ее (П), Мп, РЗЭ, 11, ТЬ, РЬ, В1,  — ЫЬ, Та, Т1, Ре (П 1), Хг; Х вЂ” О, ОН, Е.
Силикаты, содержащие ЫЬ и Та главным образом в виде примесей, имеют подчиненное значение. Большое скопление тантало-ниобиевых минералов, пригодное для промышленной эксплуатации, встречается редко. Минералы промышленного значения: танталит-колумбит, лопарит, пирохлор, коппит, ильмено-рутил.
В небольших количествах для промышленного использования добывались микролит, торолит, симпсонит, стрюверит, эвксенит. Помимо собственных минералов, ЫЬ и Та находятся в виде примеси в минералах титана, циркония, олова, вольфрама и т. п., например в ильмените, перовските, цирконе, касситерите, вольфрамите и др.
Форма нахождения ниобия и тантала в них не всегда ясна. Наиболее важные минералы ниобия и тантала можно подразделить на две группы: 1) тантало-ниобаты — соли ниобиевой и танталовой кислот, основные из них — колумбит, танталит, симпсонит и торолит; 2) титано-тантало-ниобаты — сложные соли титановой, танталовой и ниобиевой кислот, из них — наиболее важны лопарит, пирохлор, коппит, эвксенит, перовскит, ильмено-рутил и др. Соотношение между ниобием и танталом, как и в тантало-ниобатах, изменяется в широких пределах, но обычно преобладает ниобий.
В некоторых минералах преобладает титан. Колумбит и танталит, имеющие общую формулу (Ге, Мп) (ЫЬ, Та)»Ом — представители ряда минералов, крайними членами которого будут чисто ниобиевые и чисто танталовые разности. Точной границы между колумбитами и танталитами практикой не установлено. Переходные разности рассматриваются одними авторами как следствие полного и неограниченного изоморфного замещения колумбита танталитом, другими — как механическая смесь нескольких чистых компонентов.
Примеси других элементов объясняются вростками касси- — 62— терита, уранинита, циртолита, циркона,монацита, микролита и др. минералов. Примесь титана объясняется изоморфным вхождением этого элемента в кристаллическую решетку колумбито-танталитов вследствие их изоструктурности с брукитом. Содержание основных элементов (в пересчете на окислы) в колумбито-танталнтах колеблется в пределах (%) [32): ЫЬ Оь 5,04 — 77,0; 510 а 0,48 — 7,20; Та,О а 2,0 — 84,0; Ре,О з следы — 1,57; 5пО, до 0,54: ЕеО 0,69 — 18,59; ТЮ я следы — 6,78; МпО 2,14 — 15,0; ХгОа 0,13 — 0,54; Практическое значение колумбито-танталитов очень велико, так как подавляющая часть ЫЬ и Та за границей извлекается из ннх. Известны первичные (коренные) месторождения танталитов и колумбитов, например в гранитных пегматитах, а также вторичные (россыпные) месторождения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
