Tantalium: Het element

Tantaal is een hoogwaardige hittebestendig metaal met een lage thermische uitzetting, hoge thermische geleidbaarheid, goede elektrische geleidbaarheid, uitstekende corrosieweerstand en slijtvastheid, hoge dichtheid en goede stralings absorptie. Ontdekt door Anders Ekeberg in 1802. In het begin van de 20e eeuw werd tantaal gebruikt als gloeidraad in lampen, echter later vervangen door wolfraam.Is qua eigenschappen te vergelijken met molybdeen en wolfraam. Tantaal heeft een zeer resistente oxidehuid van tantaalpentoxide.

Algemene eigenschappen

Chemische eigenschappen van tantaal

Fysische eigenschappen van tantaal

Mechanische eigenschappen

Invloed koudbewerking van tantaal

Gegloeid

• Treksterkte 285 N/mm2
• BreukRek 30%
• Hardheid 90HV

Koudgewalst

• treksterkte 650 N/mm2
• Breukrek 5%
• Hardheid 210 HV

97% tantaal en 2,5% Wolfraam
Deze legering wordt toegepast bij lage temperatuur ver beneden nul met behoud van mechanische eigenschappen en corrosievastheid (circa 1,5 x de sterkte van zuiver tantaal)

90% tantaal en 10% wolfraam

Deze legering wordt toegepast bij hoge temperaturen met behoud van mechanische eigenschappen en corrosie vastheid (circa 2x de treksterkte van zuiver tantaal)

Voorkomen van tantaal erts

In de natuur komt tantaal voor in de mineralen tantaliet en euxeniet die vnl.worden aangetroffen in Australië, Brazilië, Canada, Congo, Mozambique Nigeria, Portugal en Thailand. Tantaliet komt vaak voor in combinatie met columbiet. Wanneer de tantaal inhoud overheerst, wordt het erts aangeduid als tantaliet. Wanneer meer niobium dan tantaal aanwezig is, heet het columbiet (niobiet).

Bereiding van tantaal uit de erts

Het erts wordt verfijnd voor het verkrijgen van concentraten van ongeveer 70% (Ta, Nb) 2 O5. Dit concentraat wordt opgelost in een mengsel van fluorwaterstofzuur en zwavelzuur. Het resultaat de fluoride [TaF7 ] wordt omgezet in een organische fase door vloeistof extractie. Deze organische fase scheidt zich af. Het tantaal wordt vervolgens van de organische fase afgescheiden met kalium waterstoffluoride, wat kalium heptafluorotantalate (K 2TaF 7) oplevert. De tantaalverbinding wordt gereduceerd in een chemische reactie met natrium om zuiver tantaal te verkrijgen.

Eigenschappen van tantaal

In het periodiek systeem, zitten tantaal en wolfraam dicht bij elkaar. In tegenstelling tot wolfraam reageert tantaal bij hogere temperatuur sterk met zuurstof in de lucht en absorbeert waterstof en stikstof. Dit maakt het materiaal bros door het metaal te gloeien in een hoog vacuüm oven zal het zich van deze verontreinigingen ontdoen. Waterstof ontsnapt bij 800 °C en stikstof bij 1700 °C.

Tantaal is het meest resistente metaal van de vuurvaste metalen. Bij blootstelling aan lucht vormt tantaal een dichte hechte oxidelaag (Ta2 O5) die het onderliggende metaal beschermt tegen aantasting. Deze oxidelaag maakt tantaal corrosiebestendig
en bestand tegen vele zuren en basen.

De energie die de individuele atomen bij elkaar houdt is hoog, daardoor hebben deze metalen een hoog smeltpunt, een hoge dichtheid en een lage thermische uitzettingscoëfficiënt. Bij temperaturen onder de 150 °C wordt het alleen aangetast door geconcentreerde waterstof fluoride en zwaveltrioxide.

Dankzij de taaiheid is tantaal zeer geschikt voor buigen, stansen, persen of dieptrekken en is goed te lassen in vergelijking met wolfraam en molybdeen.

Corrosiebestendig tegen gassen

• Zuurstof en lucht tot 300 °C
• Waterstof tot 340 °C
• Stikstof tot 700 °C
• Waterdamp tot 200 °C
• Koolmonoxide tot 1100 °C
• Kooldioxide tot 500 °C
• Koolwaterstoffen tot 800 °C
• Ammonia tot 700 °C
• Edelgassen resistent

Tantaalpentoxide is moeilijk oplosbaar in chemische reagentia en dat verklaart mede zijn corrosiebestendigheid. Bij kamertemperatuur is tantaal bestand tegen vrijwel alle chemische zuren met uitzondering van fluorwaterstofzuur en rokend zwavelzuur. De bestendigheid tegen sterke hete alkalische oplossingen is geringer. In tegenstelling tot vele andere metalen is tantaal nauwelijks gevoelig voor putcorrosie.

Corrosiebestendig tegen gesmolten metalen

• Aluminium niet bestendig
• Beryllium niet bestendig
• Cadmium tot 500 °C
• Cesium tot 980 °C
• Ijzer niet bestendig
• Gallium tot 450 °C
• Kalium tot 1000 °C
• Koper tot 1300 °C
• Kobalt niet bestendig
• Lithium tot 1000 °C
• Magnesium tot 1150 °C
• Natrium tot 1000 °C
• Nikkel niet bestendig
• Kwik tot 600 °C
• Zilver tot 1200 °C
• Bismut tot 900 °C
• Zink tot 500 °C
• Tin tot 260 °C

Anorganische zuren

• Zoutzuur (30%) tot 190 °C resistent
• Zwavelzuur (98%) tot 190 °C resistent
• Salpeterzuur (65%) tot 190 °C resistent
• Fluorwaterstofzuur (60%) niet bestendig
• Fosforzuur (85%) tot 150 °C resistent

Corrosie tegen water, waterige oplossingen en niet-metalen

Water

Heet water tot 150 °C resistent

Organische zuren

• Azijnzuur (100%) tot 150 °C resistent
• Oxaalzuur (10%) tot 100 °C resistent
• Melkzuur (85%) tot 150 °C resistent
• Wijnsteenzuur (20%) tot 150 °C resistent

Logen

• Natriumhydroxide (5%) tot 100 °C resistent
• Kaliumhydroxide (5%) tot 100 °C resistent
• Ammoniakoplossingen (17%) tot 50 °C resistent
• Natriumcarbonaat (20%) tot 100 °C resistent

Zoutoplossingen

• Ammoniumchloride tot 150 °C resistent
• Calcium chloride tot 150 °C resistent
• Ferrichloride tot 150 °C resistent
• Kaliumchloraat tot 150 °C resistent
• Biovloeistof tot 150 °C resistent
• Magnesiumsulfaat tot 150 °C resistent
• Natriumnitraat tot 150 °C resistent
• Tinchloride tot 150 °C resistent

Niet-metalen

• Fluorine niet bestendig
• Chloor tot 150 °C resistent
• Broom tot 150 °C resistent
• Jodium tot 150 °C resistent
• Zwavel tot 150 °C resistent
• Fosfor tot 150 °C resistent
• Boron tot 1000 °C resistent

Verspanen van tantaal en zijn legeringen

Toepassingen van tantaal

• In poedervorm wordt tantaal veelvuldig gebruikt bij de productie van elektronische componenten, voor condensatoren.
• In legeringen waarvoor een hoog smeltpunt belangrijk is.
• Als grondstof bij de productie van hoogwaardige gereedschappen, vliegtuigmotoren, kernreactoren en raketonderdelen.
• De goede buigzaamheid maakt tantaal geschikt voor het trekken van draden.
• Tantaaloxide wordt vanwege de hoge brekingsindex gebruikt voor lenzen.
• Voor condensatoren met een hoge capaciteit bij gering gewicht, bijvoorbeeld in mobiele telefoons.
• In de chemische industrie als verwarmingskaarsen, thermokoppelbeschermbuis. Het wordt vooral toegepast bij de aanwezigheid van chloride-ionen bij hogere temperaturen.
• Omdat zuiver tantaal niet reageert met lichaamsvloeistoffen, het heeft geen irriterende werking op het lichaam en wordt gebruikt om te hechten, als implantaat en voor medische apparatuur.
• Tantaal is sterk, buigzaam en bijna immuun voor chemische verwering bij kamertemperatuur..
• Tantaal wordt aangewend om onderdelen te maken voor chemische fabrieken, nucleaire reactoren, vliegtuigen en raketten.
• Tantaal pentoxide (Ta2O5), is een dielektrisch materiaal en wordt gebruikt in condensatoren.
• Het wordt ook gebruikt om glas te maken, dat wordt toegepast in camera lenzen.
• Tantaal carbide (TaC) is een van de hardste materialen die we kennen en wordt gebruikt in hoge-snelheid snijgereedschap
• Tantaal-Tungsten We voegen tussen 2,5 en 10 gewichtsprocent wolfraam toe aan tantaal. De resulterende legering is 1,5 maal sterker dan zuiver tantaal, is consistent tot temperaturen van 1600 ° C. en dus bijzonder geschikt voor de warmtewisselaars en verwarmingselementen in chemische apparaten.

Invloed tantalium op milieu en gezondheid

• Metallisch tantaal wordt niet aangetast door lichaamsstoffen het is in contact met weefsel inert en daardoor onschadelijk.
• Met tantaliumverbindingen worden we niet vaak geconfronteerd, maar zijn wel giftig; van sommige verbindingen is aangetoond dat zij kanker kunnen veroorzaken.
• Kan schadelijk zijn bij inademing, inslikken of opname via de huid. Veroorzaakt oog- en huidirritatie. Materiaal werkt irriterend op de slijmvliezen en ademhalingsorganen.
• Er zijn geen meldingen gedaan van gezondheidseffecten bij werklieden in de industrie.
• Het materiaal mag niet in het milieu worden geloosd zonder de juiste milieuvergunningen. Isoleer de run-off van tantaal oxide om milieu verontreiniging te voorkomen.