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金属钽的制备方法?

2021-05-21 08:57:14

钽是一种金属元素,原子序数为73,化学符号Ta,元素对应的单质为钢灰色金属,具有极高的抗腐蚀性,无论是在冷和热的条件下,对盐酸、浓硝酸及“王水”都不反应。

钽主要存在于钽铁矿中,同铌共生。钽的硬度适中,富有延展性,可以拉成细丝式制薄箔。其热膨胀系数很小。钽有非常出色的化学性质,具有极高的抗腐蚀性。可用来制造蒸发器皿等,也可做电子管的电极、整流器、电解电容。医疗上用来制成薄片或细线,缝补破坏的组织。虽然钽的抗腐蚀性很强,但是其抗腐蚀性是由于表面生成稳定的五氧化二钽(Ta₂O₅)保护膜。

钽的制备方法:

冶炼方法:钽铌矿中常伴有多种金属,钽冶炼的主要步骤是分解精矿,净化和分离钽、铌,以制取钽、铌的纯化合物,*后制取金属。

矿石分解可采用氢氟酸分解法、氢氧化钠熔融法和氯化法等。钽铌分离可采用溶剂萃取法〔常用的萃取剂为甲基异丁基酮(MIBK)、磷酸三丁酯(TBP)、仲辛醇和乙酰胺等〕、分步结晶法和离子交换法。

分离:首先将钽铌铁矿的精矿用氢氟酸和硫酸分解钽和铌呈氟钽酸和氟铌酸溶于浸出液中,同时铁、锰、钛、钨、硅等伴生元素也溶于浸出液中,形成成分很复杂的强酸性溶液。钽铌浸出液用甲基异丁基酮萃取钽铌同时萃入有机相中,用硫酸溶液洗涤有机相中的微量杂质,得到纯的含钽铌的有机相洗液和萃余液合并,其中含有微量钽铌和杂质元素,是强酸性溶液,可综合回收。纯的含钽铌的有机相用稀硫酸溶液反萃取铌得到含钽的有机相。铌和少量的钽进入水溶液相中然后再用甲基异丁基酮萃取其中的钽,得到纯的含铌溶液。纯的含钽的有机相用水反萃取就得到纯的含钽溶液。反萃取钽后的有机相返回萃取循环使用。纯的氟钽酸溶液或纯的氟铌酸溶液同氟化钾或氯化钾反应分别生成氟钽酸钾(K₂TaF₇)和氟铌酸钾(K₂NbF₇)结晶,也可与氢氧化铵反应生成氢氧化钽或氢氧化铌沉淀。钽或铌的氢氧化物在900~1000℃下煅烧生成钽或铌的氧化物。

钽的制取:

①金属钽粉可采用金属热还原(钠热还原)法制取。在惰性气氛下用金属钠还原氟钽酸钾:K2TaF7+5Na─→Ta+5NaF+2KF。反应在不锈钢罐中进行,温度加热到900℃时,还原反应迅速完成。此法制取的钽粉,粒形不规则,粒度细,适用于制作钽电容器。金属钽粉亦可用熔盐电解法制取:用氟钽酸钾、氟化钾和氯化钾混合物的熔盐做电解质把五氧化二钽(Ta2O5)溶于其中,在750℃下电解,可得到纯度为99.8~99.9%的钽粉。

②用碳热还原Ta2O5亦可得到金属钽。还原一般分两步进行:首先将一定配比的Ta2O5和碳的混合物在氢气氛中于1800~2000℃下制成碳化钽(TaC),然后再将TaC和Ta2O5按一定配比制成混合物真空还原成金属钽。金属钽还可采用热分解或氢还原钽的氯化物的方法制取。致密的金属钽可用真空电弧、电子束、等离子束熔炼或粉末冶金法制备。高纯度钽单晶用无坩埚电子束区域熔炼法制取。

钽的用途分析:

钽所具有的特性,使它的应用领域十分广阔。在制取各种无机酸的设备中,钽可用来替代不锈钢,寿命可比不锈钢提高几十倍。此外,在化工、电子、电气等工业中,钽可以取代过去需要由贵重金属铂承担的任务,使所需费用大大降低。 钽被制造成了电容装备到军用设备中。美国的军事工业异常发达,是世界*大军火出口商。世界上钽金属的产量一半被用在钽电容的生产上,美国国防部后勤署则是钽金属*大的拥有者,曾一度买断了世界上三分之一的钽粉。

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