فلز تانتالم Tantalum

تاریخچه فلز تانتالم یا تانتالوم

تانتالوم در سال ۱۸۰۲ در سوئد توسطAnders- Ekeberg  کشف شد. در سال ۱۸۰۹ تحقیقاتی در خصوص مقایسه با فلز Niobium انجام گرفت و در نهایت در سال ۱۸۵۴ تفاوت های این دو عنصر به طور کامل مشخص شد. برای دهه ها تکنولوژی تجاری مورد استفاده برای جدا سازی تانتالوم از Niobium روش Crystallization of potassium hepta fluoro tentalate  بوده است که بوسیله Jean Charles در سال ۱۸۶۶ مطرح شده. تانتالوم در هیدرو فلوئوریک اسید و اسیدهای که حاوی فلوئور هستند حل کرد.

معرفی تانتالم

تانتالوم خالص یک فلز درخشان نقره ای رنگ می باشد. تانتالوم در دمای زیر ۱۵۰ درجه سانتیگراد هیچگونه واکنشی نمی دهد و به دلیل وجود یک لایه اکسید شده بر روی سطح خود نسبت به خوردگی مقاوم می باشد. تانتالوم یک عنصر شیمیایی با نماد Ta و عدد اتمی ۷۳ می باشد. در گذشته آنرا با اسم تانتالیوم می شناختند. تانتالوم یک فلز کم یاب و سخت می باشد در حالت خالص نقره ای رنگ و در حالت ناخالص به رنگ آبی می باشد این فلز جزء فلزهای نسوز نیز طبقه بندی می شود.

فلز تانتالوم

خواص فیزیکی عنصر تانتالوم به شرح زیر می باشد.

خواص فیزیکی تانتالوم

امروز کمتر فلزی را می‌شناسیم که مقاومت آن در برابر خوردگی به اندازه تانتالوم بالا باشد. تانتالوم در طبیعت به شکل خالص یافت نمی‌شود و معمولاً‌ از کانی تانتالیت استخراج می‌شود.

کشورهایی مانند کنگو و رواندا، به دلیل داشتن معادن تانتالوم و اهمیت آن در صنعت الکترونیک درگیر جنگ های داخلی شده اند. نمودار تولید جهانی تانتالوم از سال ۱۹۷۰تا سال ۲۰۱۵ به شرح زیر می باشد.

تولید جهانی تانتالوم از سال ۱۹۷۰تا سال ۲۰۱۵

بر اساس نمودار فوق از سال ۲۰۰۰ تولید تانتالوم روند صعودی داشته است و در سال ۲۰۰۵ به بیشترین میزان خود رسیده است. معدن اصلی تانتالوم در استرالیا است. جاییکه بزرگترین تولید کننده فلزات خاص می باشد. در سال ۲۰۰۵ استرالیا بزرگترین تولید کننده تانتالوم در جهان بوده است. تانتالوم در تایلند و مالزی نیز تولید می شود. در شکل زیر کشورهای تولید کننده تانتالوم در سال ۲۰۱۵ ارائه شده است.

تولید کنندگان تانتالوم در سال ۲۰۱۵

در سال ۲۰۱۵، بزرگترین تولید کننده تانتالوم کشور رواندا بوده است. تولید تانتالوم در جهان از آغاز قرن بیست و یکم، به طور عمده توسط استرالیا و برزیل انجام می گرفت اما از سال ۲۰۰۷ تا سال ۲۰۱۴، منابع اصلی تولید تانتالوم به طور چشم گیری  توسط رواندا و برخی دیگر از کشورهای آفریقایی انجام گرفت. منابع تامین کننده تانتالوم در آینده بر اساس ظرفیت کشورهای عربستان سعودی، مصر، چین، موزامبیک، کانادا، استرالیا، ایالات متحده فنلاند و برزیل می باشند. بر اساس استخراج با نرخ های فعلی تا ۵۰ سال آینده منابع تانتالوم به پایان می رسد و نیاز به بازیافت آن افزایش می یابد.

جداسازی تانتالیوم از سنگ معدن آن یکی از فرآیندهای جداسازی جدی در صنعت متالورژی است. مشکل اصلی این است که کانی تانتالیوم حاوی مقادیر قابل توجهی از نیوبیوم هستند. که دارای خواص شیمیایی تقریبا یکسان با آن است. برای رسیدگی به این چالش، تعداد زیادی از روش ها برای جداسازی توسعه داده شده است. امروزه جداسازی توسط هیدرومتالورژی به دست می آید. استخراج با شسته شدن سنگ معدن با اسید هیدروفلوئوریک ، اسید سولفوریک یا اسید هیدروکلریک آغاز می شود. این مرحله باعث می شود  تا تانتالوم و نیوبیم را  از ناخالصی های مختلف غیر فلزی سنگ جدا کند. واکنش انجام شده به شرح زیر است.

Ta_۲O_۵ + ۱۴ HF → ۲ H_۲[TaF_۷] + ۵ H_۲O

واکنش نیوبیوم مشابه واکنش فوق است و به شرح زیر می باشد

Nb_۲O_۵ + ۱۲ HF → ۲ H[NbF_۶] + ۵ H_۲O

کمپلکس تانتالوم و نیوبیوم بوسیله حلال ( همچون سیکلوهگزان، اکتانول) و از طریق جداسازی مایع –مایع جدا می شود در این روش به طور کامل ناخالصی های موجود را از بین می برد. سپس مرحله جداسازی تانتالوم از نیوبیوم است که با کاهش قدرت پیوند یونی بوسیله مخلوط اسیدی به دست می آید و باعث حل شدن نیوبیوم و حذف آن می شود در این شرایط  اکسی فلوراید تشکیل می شود پس از حذف نیوبیوم محلول H2TaF7 خالص شده، با آمونیاک خنثی می شود تا هیدرات اکسید تانتالیم به صورت جامد تشکیل شده وآمده تبدیل به پنتا اکسید تانتالوم کلسیده می باشد.

کاربرد های تانتالم

تانتالوم از لحاظ شیمیایی  پایدار است و در ۳۰۰ درجه سانتیگراد در هوا اکسید می شود این فلز در بسیاری از زمینه های کلینیکی به عنوان صفحه ‌و جزئی از آلیاژهای تیتانیوم در زمینه‌های دندانپزشکی و ارتوپدی کاربرد چشمگیری دارد. با این حال، هزینه نسبتاً بالای تولید تانتالوم، پذیرش وسیع‌ آن را محدود کرده ‌است. متاسفانه، علی رغم نتایج بالینی عالی، این فلز به دلیل چگالی بسیار بالایی که دارد، دارای چندین محدودیت ذاتی (تخلخل حجمی پایین، مدول نسبی بالای الاستیسیته ،مشخصات اصطکاکی پایین) می باشد. به همین دلیل تکنیک هایی  برای  تولید ساختارهای متخلخل و تشکیل نانو لایه های تانتالوم و اکسید آن بر روی زیر لایه های دیگر (سیلیکون، تیتانیوم و آلیاژهای آن) گسترش یافته است. تانتالوم متخلخل یک نوع جدیدی از بیومتریال قابل کاشت در جراحی ارتوپدیک است که بسیار مشابه با ساختار استخوان است. بطور قابل ملاحظه ای این فلز هدایت کننده سلولهای استخوانی می باشد. همچنین استحکام فشاری و مدول الاستیک این ایمپلنت متخلخل مشابه با استخوان طبیعی است، که به طور تئوریکی تنش محافظتی و تمرکز تنش را کاهش می دهد. همچنین ایمنی قابل قبولی در کاربردهای بالینی دارد. این فلز متخلخل دارای حفرات مرتبط با هم پیوسته است که به آن اجازه میدهد که عروق سازی و یک جریان آزاد نسبی مواد غذائی به داخل یک ایمپلنت انجام شود. جذب پروتئین‌ها روی سطوح جامد و سخت، اهمیت زیادی در زمینه‌های ایمپلنت پزشکی، بیوسنسورها و بیوشیمی دارد. از این رو لایه تانتالوم پوشش داده شده، علاوه بر افزایش خواص آبدوستی، قادر است با جذب پروتئین سبب تسریع رشد بافت و کاهش واکنش های مضر شود. همچنین این لایه از رهایش عناصر آلیاژی سمی نظیر وانادیوم و نیکل در محیط فیزیولوژیکی ممانعت می کند. از طریق شکل‌گیری یک لایه آپاتیت، در سیال شبیه‌سازی شده بدن، تانتالوم نشان داده است که به طور بیولوژیکی به استخوان پیوند می‌خورد. علاوه بر این برای اهداف تشخیصی در پزشکی، فلز تانتالوم به واسطه خواص رادیوپسیته ای خوبی که دارد، توانایی بالایی برای رادیوگرافی و ارزیابی خلل و فرج استخوان و تشخیص پوسیدگی دندان دارد. بنابراین تانتالوم به علت زیست سازگاری و خصوصیات بیولوژیکی و مکانیکی مطلوبی که دارد، به صورت ایمن در بیماران برای سالها به عنوان ، صفحات جراحی جمجمه و ایمپلنت های دندانی و ارتوپدی استفاده می شود. از تانتالوم به طور گسترده در ساخت آلیاژها استفاده می شود و به دلیل ویژگی بی اثر بودن، یک ماده بسیار ارزشمند برای تجهیزات آزمایشگاهی و جایگزین مناسبی برای پلاتین می باشد همچنین این ماده کاربرد زیادی در محصولات الکترونیکی همچون ساخت خازن، تلفن همراه ، DVD ،کامپیوتر، کنسول های بازی، مورد استفاده قرار می گیرد. تانتالوم به خاطر نقطه ذوب بالا در موتور هواپیماها و محیط‌های دارای دمای بالا کاربرد دارد.

در بخش مقالات به معرفی دسته ای از محصولات  شیمیایی پرداخته شده است.شایان ذکر است محصولات نام برده شده شامل مطالعات امکانسنجی می باشد. در گزارشات امکانسجی به وضعیت بازار،فرایندهای تولید و اطلاعات سرمایه‌گذاری مورد نیاز پرداخته شده  که تمامی این اطلاعات قابل ارائه به مشتریان می باشد.

این مقالات توسط شرکت آلما شیمی پاسارگاد برای شما تهیه شده است.