TANTAL A NIOB (Tantalum, Niobium) 73TaV  41NbIII,IV,V

 

VLASTNOSTI TANTALU A NIOBU A JEJICH POUŽITÍ

 

            Atomová hmotnost tantalu - Ta - je 180,95, niobu - Nb - 92,91; měrná hmotnost tantalu 16,6 g/cm3, niobu 8,56 g/cm3; teplota tavení tantalu 2950 až 3000 °C, niobu 2415 ± 15°C; teplota varu tantalu asi 5 300°C, niobu asi 3 300 °C.

Oba kovy jsou chemicky velmi stálé a dobře tvářitelné. Široké použití tantalu a niobu je spojeno s rozvojem vakuové techniky a s odolností obou kovů, především tantalu, proti chemikáliím, hlavně proti minerálním kyselinám. Z těchto kovů se vyrábějí různé přístroje a chemická zařízení, v ocelářství se používají jako přísada do nerezavějících ocelí (v podobě feroniobu a ferotantalu).

 V posledních letech se slitiny těchto kovů používají především ke konstrukci raket, nadzvukových letadel a vysokotlakých kotlů. Niobu se používá v jaderné technice při stavbě reaktorů a na pláště uranových tyčí. Další použití niobu je ve slitině s AI, Ti, Sn jako supravodiče elektrického proudu.

 

VÝROBA TANTALU A NIOBU

Oba prvky se v přírodě vyskytují téměř vždy společně. Hlavními zdroji v rudách jsou minerály kolumbit (FeMn) (NbTa)2O6 a tantalit (MnFe) (TaNb)2O6. V ČR se oba prvky vyskytují v cíno-wolframových rudách z Krušných hor (Cínovec, Krásno), které obsahují desetiny procenta jejich kysličníků. Kovy se získávají z čistých chemických sloučenin, např. z kysličníků, chloridů a z fluórových solí.

            Nejrozšířenějším způsobem zpracování tantalito-kolumbitových koncentrátů je tavení s louhy (NaOH, KOH), sodou nebo potaší. Sodné nebo draselné soli ovlivňují značně postup neboť vznikající niobičnan a tantaličnan sodný jsou nerozpustné, zatímco draselné soli jsou rozpustné. Rozdíly jsou patrné ze schémat pracovních postupů uvedených na obr. 148. Vznikají alkalické niobičnany a tantaličnany (Na5NbO5, Na5TaO5), které se při loužení hydrolyzují; z roztoků se pak vylučují složité kysličníky. Sraženina těchto kysličníků se rozloží kyselinou solnou za vzniku hydratovaných kysličníků Ta2O5 . xH20 a Nb2O5.xH2O, které se odfiltrují.

            Podle jiného způsobu se koncentráty rozkládají kyselinou fluorovodíkovou, přičemž přecházejí niob a tantal do roztoků, z nichž vykrystalují komplexní fluoridy K2TaF7 a K2NbF7.

            Vyluhování kyselinou fluorovodíkovou se používá též při zpracování našich koncentrátů Sn-W, kdy se Nb a Ta získávají z loužence po extrakci wolframu.

            Pro velmi příbuzné vlastnosti je dělení obou kovů obtížné. Nejužívanější je způsob založený na různé rozpustnosti K2TaF7 a K2NbOF5, neboť sůl tantalu je podstatně méně rozpustná. Dále se používá k oddělování obou kovů v průmyslovém měřítku extrakce organickými rozpouštědly.

 

Kovový tantal se získává těmito způsoby:

 

a)     redukcí K2TaF7 sodíkem při teplotě 900°C;

b)     elektrolýzou z taveniny K2TaF7 a NaCI a KCl. Anoda je grafitová,katoda je ocelová. Po vymytí solí se získá velmi čistý tantal (99,9 %);

c)      redukcí chloridu TaCIs hořčíkem v kelímku zasunutém do elektrické

pece:

2 TaCI5 + 5 Mg = 2 Ta + 5 MgCl2

 

Kovový niob se získává:

a)     elektrolýzou K2NbF7, která však dává pro rozpustnost sloučenin niobu menší proudovou výtěžnost;

b)     redukcí Nb2O5 ve vakuu tak, že se nejdříve při teplotě 1 600°C vytvoří v rafitové trubce karbid, ten se briketuje s Nb2O5 a brikety se žíhají při teplotě 1600°C ve vakuu:

Nb2O5 + 7 C = 2 NbC + 5 CO

Nb2O5 + 5 NbC = 7 Nb + 5 CO

 

Velmi často se vyrábějí slitiny obou kovů, a to redukcí směsi komplexních

fluoridů nebo kysličníků. Slitiny mají stejné vlastnosti jako kovy.

            Pro vysokou teplotu tavení obou kovů jsou konečným produktem výroby práškové kovy. Kompaktní kovy se získávají nejčastěji způsobem běžným u wolframu, tj. lisováním kovových prášků a slinováním výlisků elektrickým proudem při vysoké teplotě (2 600 °C). Slinuté hranolky se vykovají a znovu slinují, až se získá dobře tvářitelný ingot, který je možno zpracovat na plechy a jiné výrobky.

            Zajímavé je zpracování odpadů těchto kovů, jako jsou konce hranolů, úlomky, odpady při válcování apod. Odpady se zahřívají v atmosféře vodíku při teplotě 800 až 900°C, čímž přejdou kovy na hydridy. Ty se pak mísí s práškovými kovy, lisují do hranolků a slinují.

            K ocelářským účelům se vyrábí slitina feroniob redukcí hliníkem:

3 Nb2O5 + 10 AI = 6 Nb + 5Al2O3

 

Feroniob mívá asi 50 % Nb a 7 % AI.