化學元素解釋：

概述

鉭為黑灰色金屬，有延展性，熔點2996°C，沸點5425°C，密度16.6克/厘米³，金屬鉭具有體心立方結構。

鉭的化學性質特別穩定，常溫下除氫氟酸外不受其它無機酸堿的侵蝕;高溫下能溶于濃硫酸、濃磷酸和強堿溶液中;金屬鉭在氧氣流中強烈灼燒可得五氧化二鉭;常溫下能與氟反應;高溫下能與氯、硫、氮、碳等單質直接化合。鉭最早用于制燈絲，后被鎢絲代替;化學工業中鉭用于制造耐酸設備;由于鉭不被人體排斥，可用作修復骨折所需的金屬板、螺釘等，還用于制造外科刀具和人造纖維的拉線模等。

性質

元素符號： Ta

原子序數： 73

相對原子質量：(12C = 12.0000)

原子體積：(立方厘米/摩爾)：0.90

元素在海水中的含量:(ppm)：.000002

地殼中含量：(ppm)：2

氧化態：Main Ta+5

Other Ta-3, Ta-1, Ta+1, Ta+2, Ta+3, Ta+6

晶體結構：晶胞為體心立方晶胞，每個晶胞含有2個金屬原子。

晶胞參數：

a = 330.13 pm

b = 330.13 pm

c = 330.13 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 90°

莫氏硬度：6.5

聲音在其中的傳播速率：(m/S) 3400

電離能 (kJ /mol)

M - M+ 761

M+ - M2+ 1500

M2+ - M3+ 2100

M3+ - M4+ 3200

M4+ - M5+ 4300

發現

發現人：1802年由AG Ekeberg (瑞典，烏普薩拉)發現。

來源：主要存在于鉭鐵礦中，同鈮共生。

鉭是由瑞典化學家埃克貝里(A.G.Ekeberg)在1802年發現的，按希臘神話人物Tantalus(坦塔羅斯)的名字命名為tantalum。1903年德國化學家博爾頓(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，并在軍用通信中廣泛應用。第二次世界大戰期間，鉭的需要量劇增。50年代以后，由于鉭在電容器、高溫合金、化工和原子能工業中的應用不斷擴大，需要量逐年上升，促進了鉭的提取工藝的研究和生產的發展。中國于60年代初期建立了鉭的冶金工業。

特性

鉭的質地十分堅硬，硬度可以達到6-6.5。它的熔點高達2996℃ ，僅次于鎢和錸，位居第三。鉭富有延展性，可以拉成細絲式制薄箔。其熱膨脹系數很小，每升高一攝氏度只膨脹百分之六點六。除此之外，它的韌性很強，比銅還要優異。

鉭還有非常出色的化學性質，具有極高的抗腐蝕性。無論是在冷和熱的條件下，對鹽酸、濃硝酸及“王水”都不反應。將鉭放入200℃的硫酸中浸泡一年，表層僅損傷0.006毫米。實驗證明，鉭在常溫下，對堿溶液、氯氣、溴水、稀硫酸以及其他許多藥劑均不起作用，僅在氫氟和熱濃硫酸作用下有所反應。這樣的情況在金屬中是比較罕見的。鉭所具有的特性，使它的應用領域十分廣闊。在制取各種無機酸的設備中，鉭可用來替代不銹鋼，壽命可比不銹鋼提高幾十倍。此外，在化工、電子、電氣等工業中，鉭可以取代過去需要由貴重金屬鉑承擔的任務，使所需費用大大降低。 鉭被制造成了電容裝備到軍用設備中。美國的軍事工業異常發達，是世界最大軍火出口商。世界上鉭金屬的產量一半被用在鉭電容的生產上，美國國防部后勤署則是鉭金屬最大的擁有者，曾一度買斷了世界上三分之一的鉭粉。

性質

鉭在低于150℃的條件下，是化學性質最穩定的金屬之一。與鉭能起反應的只有氟、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，并且溶于熔融堿中。致密的鉭在200℃開始輕微氧化，在280℃時明顯氧化。鉭有多種氧化物，最穩定的是五氧化二鉭。鉭和氫在250℃以上生成脆性固溶體和金屬氫化物。在800-1200℃的真空下，氫從鉭中析出，鉭又恢復塑性。鉭和氮在300℃左右開始反應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、低價碳化物和高價碳化物。鉭在室溫下能與氟反應，在高于250℃時能與其他鹵素反應，生成鹵化物。

資源

鉭和鈮的物理化學性質相似，故多共生于自然界的礦物中。已查明的世界鉭的儲量(以鉭計)約為134000短噸，扎伊爾占首位。1979年世界鉭礦物的產量(以鉭計)為788短噸(1短噸=907.2公斤)。中國鉭的儲量，1993年為83470噸，當年的產量18.027噸。

制取

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酮、磷酸三丁酯、仲辛醇和乙酰胺等)、分步結晶法和離子交換法

用途

用途：用于金屬合金。五氧化鉭用于電容器。鉭也用于切削工具，真空燈絲，照相機鏡頭。鉭在酸性電解液中形成穩定的陽極氧化膜，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點，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。鉭也是制作電子發射管、高功率電子管零件的材料。鉭制的抗腐蝕設備可用于生產強酸、溴 、氨等化學工業。

金屬鉭可作收音機發動機的燃燒室的結構材料。鉭鎢、鉭鎢鉿、鉭鉿合金用作火箭、導彈和噴氣發動機的耐熱高強材料及控制和調節裝備的零件等。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材料。碳化鉭用于制造硬質合金。鉭的硼化物、硅化物和氮化物及其合金用作原子能工業中的釋熱元件和液態金屬包套材料。氧化鉭用于制造高級光學玻璃和催化劑。

鉭合金

tantalum alloys ，以鉭為基加入其他元素組成的合金。鉭的陽極氧化膜很穩定，耐蝕，介電性能優異，適于制造電解電容器。鉭抗化學腐蝕能力強,除氟化氫、三氧化硫、氫氟酸、熱濃硫酸和堿外，能抗御一切有機和無機酸的腐蝕，因而可用作化學工業和醫學的耐蝕材料。鉭的碳化物是制造硬質合金的重要添加劑。此外，鉭也用于某些電子管中。1958年，Ta-10W合金投入生產。20世紀60年代，鉭合金作為高溫結構材料用于航天工業上。鉭和鉭合金產品有板材、帶材、箔材、棒材、線材、異型件和燒結制品等。中國在50年代末開始研究鉭的冶煉和塑性加工，60年代中期已能生產鉭及其合金的制品。

合金強化 在難熔金屬中，鉭的低溫塑性是最好的，它的塑性-脆性轉變溫度低于-196℃。研制鉭合金必須考慮保持鉭的優異的低溫塑性。鉭合金多采用固溶強化的方法，也采用固溶和沉淀強化相結合的方法來提高強度,在周期表中鉭的毗鄰元素有的能在鉭中完全固溶,有的溶解度很大。強化效果最明顯的置換固溶元素是錸、鎢、鋯和鉿。加入元素量如超過一定范圍，會損害鉭的低溫塑性。一般認為加入的原子百分比應少于12～14%。間隙元素氮、碳和氧對提高鉭的強度效果不大，卻使鉭的低溫塑性和加工塑性受到明顯的損害。這些間隙元素與活性元素鋯或鉿形成彌散的沉淀相時,才有明顯的強化效果。由Ta-10W發展出來的Ta-10W-2.5Hf-0.01C合金是固溶和沉淀強化相結合的典型合金。鉭和幾種典型的鉭合金的力學性能。

坯錠：鉭及其合金坯料可用粉末冶金工藝或熔煉工藝生產。粉末冶金工藝多用于生產小型鉭制品和加工用的坯料。用熱還原法或電解法制得的粉末鉭原料，經壓制成型后進行真空燒結。燒結工藝取決于對產品的使用要求。一次燒結(1600～2200℃)用于生產熔煉用電極和多孔陽極。二次燒結用于生產鍛造、軋制和拉拔等塑性加工用的坯料。兩次燒結之間常進行鍛造或軋制，加工率約50%。二次燒結溫度為2000～2700℃。

真空自耗電弧和電子束熔煉工藝是制取鉭及其合金鑄

錠的常用方法。電子束熔煉工藝主要用于鉭的提純,自耗電弧熔煉工藝可制取大直徑和合金成分更均勻的鑄錠，自耗電弧熔煉的電極可用燒結棒或電子束熔煉錠制成，熔煉法得到的鑄錠晶粒粗大，常需開坯破碎鑄態晶粒以提高塑性。為使鉭進一步提純或制備單晶可使用電子束區域熔煉法。

塑性加工 純鉭的塑性良好，變形抗力小，加工硬化率較小，各種型材和異型零部件都可用塑性加工方法制得。純鉭在室溫下可軋成板材、帶材、箔材、管材和棒材，加工率可達90%以上。為減輕氧化，純鉭塑性加工常在室溫或 500℃以下進行。鉭合金由于強度高和鑄錠塑性差，須先在1200℃以上進行開坯，以后的加工工藝與純鉭相同。開坯的擠壓比應大于4，鍛造比應大于2。錠坯在加熱開坯時，要防止氣體污染而使材料塑性下降。為保證產品有良好沖壓和旋壓性能，要用交叉軋制。交叉軋制前的加工率應保持在80%左右。鉭板通過旋壓和深沖可制成杯、帽、管、錐體、噴管等不同形狀的零件。供拉絲用的旋鍛棒直徑一般為2.5毫米。由于鉭質軟,易和模具粘結和劃傷表面，拉絲時常先使線材表面經過陽極氧化形成氧化膜，并用蜂蠟潤滑。

焊接：真空電子束焊接和惰性氣體保護鎢極焊接工藝,可制取塑性-脆性轉變溫度低的焊件。這種焊接工藝制得的焊接鉭管，可滿足化工部門的使用要求。鉭還可和不銹鋼、鈦合金、鎳合金和碳鋼焊接在一起。用高能率成形(爆炸法)可使鋼和鉭復合成雙金屬，是制造大型耐蝕設備內襯的有效方法。

切削加工：鉭和鉭合金容易磨損和粘結刀具，宜用高速鋼刀具，并用四氯化碳等有機溶劑冷卻。磨削加工宜用碳化硅砂輪，因氧化鋁砂輪易使磨面龜裂。

熱處理：主要有退火和固溶時效處理。為防止大氣污染,鉭合金的熱處理必須在10-4托的真空中或高純惰性氣體中進行，有時甚至需要用鉭箔把產品包裹起來。