Экономикалық талдаудың пәні, міндеттері мен түрлері

ҚазаҚстан Республикасының  Білім және ғылым министрлігі

С.Сейфуллин  атындағы қазақ агротехникалық университеті 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 

ТАҚЫРЫБЫ:   тантал  
 

ҚАБЫЛДАҒАН:

ДАЙЫНДАҒАН:  РАХИМОВ НҰРЛАН  102-ТОП 
 
 
 
 
 
 
 
 

АСТАНА 2011 Ж 

ЖОСПАР 

Кіріспе

Химиялық элемент – тантал

ІІ. Негізгі бөлім

2.1. Тантал өндірісі

2.2. Ақылды метал –тантал

Қорытынды

Пайдаланылған әдебиеттер  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Кіріспе

Химиялық элемент – тантал

  Тантал(лат. Tantalum), Та – элементтердіњ периодтық жүйесінің V тобындағы хим. элемент, ат. н. 73, ат. м. 180,948. Ауыр, қиын балқитын, көкшіл ашыќ сүр металл. Тығызд. 16,6 г/см3, балқу t 2014ЄС, ќайнау t 5500ЄС. Табиғатта ниобиймен (Nb) бірге кездеседі.

  Аты = Танта́л / Tantalum (Ta) | символы = Ta | нөмері = 73 | | атомдық  массасы = 180,9479 |

   Ванадий топшасы. Ванадий топшасына ванадий , ниобий және тантал кіреді. Скандий және титан топшасы сияқты ванадий топшасындаѓы металдар үлкен периодтардың жұп ќатарларыныњ элементтері.

    Бұл қосымша (V-B) топтағы металдардың негізгі топтағы элементтермен ұқсастығы жоғарғы валентті қосылыстарында, бұлардың сыртқы қабатындағы электрон саны (1-2) болғандықтан металдық қасиеттері басым. Бұлардың төмен валентті қосылыстары негіздік қасиеті болады да, жоғары валентті қосылыстары, мысалы, оксидтері қышқылдық, өйткені оларға сәйкес қышқылдар және тұздар бар. Топ бойымен жоғарыдан төмен қарай, қышқылдықтан амфотерліге қарай өзгереді, демек металдық қасиет күшейеді.

   Бұл үш металдың үшеуі де өте маңызды металл болғандықтан алу технологиясы қиын болғанымен, оларды бос жеке күйде алуға тырысады. үшеуін де таза түрде алюминотермия жолымен алуға болады:

      3Э2O5 + 10 Al=5Al2O3+6Э

алюминийдің орнына кальций, не магний алса тотықсыздану процесі жақсырақ өтеді.

   Ванадий,  ниобий және тантал жылтыраған сұр түсті металдар. Таза күйінде түрлі химиялық әрекеттерге берік, әсіресе ниобий мен тантал қышқылдарда да және олардың қоспаларында да ерімейді. Бұл металдардың атомдық және иондық радиустарына қарасақ ниобий мен танталдікі бірдей, ол әрине лантаноидтық жиырылудыњқң салдары. Бұл металдардың физика-химтялық қасиеттері олардың таза болуына өте тәуелді. Айталық сутек, диоттек, азот, көміртек араласса, олардың беріктігін, иілгіштігін төмендетеді, қаттылығын өсіреді.

   Ванадий,  ниобий және тантал диоттек, галогендер, азот, көміртек, сутек және басқалармен реакцияласады. Бірақ бұлардың белсендігі – жоғары температурада ғана білінеді, өйткені мұндай жағдайда, бұларды пассивтендіріп тұрған, сыртын қаптаушы оксид қабыршағы бұзылады. Диоттекпен қыздырғанда реакцияласып оксид (Ме2О5) түзеді, кіші валентті оксидтері де ( Ме2О4, Ме2О3, Ме2О2) белгілі.

   Галогендермен  де қыздырғанда реакцияласып VF5-түссіз кристалдық зат түзеді,  Nb мен Ta ұқыш галогенидтер түзеді. Галогенидтері гидролизденгіш:

        NbCl5+4H2O→ H3NbO4+5HCl

Ванадий топшасы  металдарымен сутек тікелей реакцияласпай, металдардың бойына көп мөлшерде сіңіп кетеді. Бірақ сутек осы сіңіп еруде көп жылу бөліп шығарады, демек ол химиялық қосылыс түзгендігінің белгісі. Азотпен 1000-1100єС жоғары құрамы MeN типтес нитридтер түзіледі. Таза нитридті термиялық диссоциацияланған аммиак буында алуға болады:

         V2O2+3H2+N2→2VN+2H2O+H2↑

                       2NH3

бұл нитридтер, қатты, балқуы қиын тұрақты қосылыстар Nb2N, NbN «патша сұйығында» да айрылмайды.

    Ванадий, ниобий және тантал балқыған күйде көмірсутекпен тікелей әрекеттесуінен карбидтер түзіледі: V5C, V2C, V4C3 және VC, Nb2C, NbC, Ta2C, TaC. Карбидтер электр өткізгіш заттар, өздері басқа металдарда ериді.

    Кремниймен  де балқыған күйде реакцияласып, силицидтер MeSi2 түзеді. Бұлар қатты, балқуы қиындыққа берік заттар өндірісінде үлкен роль атқарады. Химиялық өте тұрақты заттар.

  Борид,  сульфид, фосфид қосылыстары да бар.

   Сумен  бұл металдар, қорғауыш қабыршағы болғандықтан реакцияласпайды.

 Қышқылдарға қатынасына келсек, азот қышқылында ванадий тотығады. 

       3V+5HNO3→3HVO3+5NO↑+H2O

осы реакциямен қатар

        V+3H2SO4→(VO)SO4+2SO2↑+3H2O

V+6HNO3→(VO2)NO3+5NO2↑+3H2O жүруі мүмкін.

Nb мен Ta «патша сұйығында», не HF HNO3-те ериді:

 3Nb+5HNO3(HF) → 3HNbO3+5NO↑+H2O

Осымен қабат:

3Nb+5HNO3+21HF→3H2[NbF7]+ 5NO↑+10H2O

   Ванадий «патша сұйығында» ериді:

3V+4HNO3+12HC→3VCl4+4NO↑+8H2O

Ванадий (IV) тетрахлориді – қызыл-қоңыр түсті полюссіз сұйықтық, сумен жартылай ванадий дихлоридіне дейін гидролизденеді.

Сілті ерітінділерімен V, Nb, Ta реакцияласпайды. Балқыған сілтілерде, бетіндегі оксид қабыршақтарда реакцияласу есебінен, металдар біртіндеп күйрейді:

   Me2O5+2KOH→2KMeO3+H2O

Диоттек қатынасында былай реакцияласады:

4Me+5O2+12KOH→4K3[ЭO4]+6H2O 
 
 
 
 
 

2.1. Тантал өндірісін дамыту

   Тантал (Та) – электронды технологияда (Та конденсаторлар, оптоэлектроника, шаңдататын нысаналар), авиажасау, химиялық және мұнай-химия өнеркәсібі, механикалық өңдеуде (аса қатты қорытпалар) қолданылатын металл. Танталдың жоғары ыстыққа төзімділігі, коррозияға мүлде шалдықпайтындығы оны болашақтың металы етеді.

  Ілбі металлургия зауытының («Қазатомөнеркәсіп» холдингі құрамында) Тантал өндірісі құрамында тантал-ниобий бар шикізатты қайта өңдеуден бастап дайын өнімге дейінгі толық өндірістік циклға ие ТМД аумағындағы жалғыз және дүние жүзіндегі ірі кәсіпорындардың бірі болып отыр.

   Жоғары технологиялық тантал өнімдері өндірісін құру бойынша стратегия шеңберінде мыналар жоспарланған:

Өндірісті тантал-ниобий шикізатымен қамтамасыз ету бойынша стратегиялық бағдарламаны жүзеге асыру;

-Сыйымдылығы жоғары конденсаторлы тантал ұнтақтарын шығару;

-Прокат, сым  және нысаналар өндірісі;

-Конденсаторлық зауыт құрылысы.

   Аталмыш  стратегияны жүзеге асыру қосымша құны жоғары және жаңа тұтынушылық қасиеттерге бай өнімдерді шығаруды ұйымдастыруға, сондай-ақ өз қызметін тұтынушылардың, қызметкерлердің және жалпы қоғамның ұзақ мерзімді мүдделеріне бағыттай отырып, әлемдік тантал өнімдерін өндірушілер арасында жетекші шепті иеленуге мүмкіндік береді.

    Тарихтан  дерек

    Тантал  өндірісініњ тарихы өткен ғасырдың 50-жылдарынан бастау алады. 1951 жылдың сәуірінде калий фтортанталы өндірісі басталды. 1959 жылы танталдың темір ұнтағын алуға қол жеткізілді. 1960 жылы гидрометаллургиялық бөлістің экстрациялық технологиясы қолданысқа енгізіліп, екі жылдан кейін тантал құймасын вакуумды-доғалы балқытудың өндірісі игерілді. 1964 жылдан бастап құймаларды электронды-сәулелі рафинаттау жүзеге асырылды.

1969 жылы тантал  өндірісінде титанды ниобий қорытпасынан (НТ-50) өткізгіштік қабілеті жоғары материалдар әзірлейтін тәжірибелік учаске ашылды. Осы учаске жоғары электрлік, техникалық және қолдану сипаттамаларына ие заманауи өткізгіштер, кабельдер мен шиналар жасауға мүмкіндік беретін бірегей кешеннің негізін қалады.

  Еліміз егемендік алған соң, 2001 жылы таза ниобий пентаоксиды өндірісі жолға қойылып, ізінше-ақ ниобий құймалары шығарыла бастады. 2007 жылы жоғары сыйымдылықтағы конденсатор ұнтақтарының жартылай өнеркәсіптік өндірісі іске қосылды. Арадан бір жыл өткен соң оларды толық өнеркәсіптік жолмен шығаратын, конденсаторларға арналған тантал сымдарын әзірлейтін қуатқа ие цех, сондай-ақ ниобий-алюминий лигатуралары өндірісі пайдалануға тапсырылды.ТАНТАЛ ӨНІМДЕРІ:

  Екі және үш дүркін  электрондық-сәулелік балқыту әдісімен өндірілген , тазалығы 3N2, 3N5, 3N7, 4N и 4N5 тантал құймаметалдары

      -¦сақ тіліктер;

      -Жазық және домалақ тантал илегі;

      -Конденсаторлық тантал ұнтақтары;

      -Конденсаторларға арналған материалдар

      -TaY құймалары. TaY өнімдері

      -TaW құймалары. TaW  өнімдері

      -Вакуумдық-доғалық балқыту әдісімен өндірілген, тазалығы 4N5 тантал құймаметалдары.

 «Тантал  өндірісіндегі жаңа бағыт та дамып келеді. Мұнда өндірістік ауқымда тантал сымдары шығарылып, шетелдік конденсатор шығарушыларға жеткізуде Қазіргі кезде “ақылды металл” деп орынды аталып кеткен, талайларды таңдандырған тантал ұнтақтары жөнінде айта кетсек орынды болар. Сыйымдылығы жоғары тантал ұнтақтары наноқұрылымды материал болып табылады. Тантал ұнтақтарындағы 0,5 грамға 4,5 шаршы метрден астам кеңістік түзіліп, сол арқылы салмақ бірлігіндегі үлкен сыйымдылық қамтамасыз етіледі. Бұл әдіс сыйымдылығы жоғары конденсатты тантал ұнтақтарын шығаратын технологиялық циклдың негізін қалап, ол кейінірек электр сызбасындағы конденсатор жұмысы барысында электр зарядын ұзақ уақыт бойы сақтауды қамтамасыз етеді. Мәселен, сыйымдылығы жоғары наноқұрылымды тантал ұнтағының небәрі 0,5 грамынан шартты аумағы Жер шарының диаметріне тең келетін электр зарядын жинақтай алатын конденсатор жасауға болады. Тантал ұнтақтары қондырғысы ел экономикасын арттыруға елеулі үлес қоспақ. Электролитті тантал конденсаторлары жұмыста мейлінше қалыпты, сенімді әрі төзімді. Қызмет ету мерзімі 12 жыл. Одан ұялы телефондар, компьютерлер,  аудио-бейне техника үшін құрамдас бөліктер жасалып,  автокөлік өнеркәсібі, әскери-өндірістік кешенде де кеңінен қолданылады Әлемде танталды пайдаланудың негізгі сегменті сыйымдылығы жоғары тантал ұнтақтары болып табылады. Аталмыш ұнтақтар негізінен тантал конденсаторлары өндірісінде қолданылады. Ол өз кезегінде телекоммуникация, компьютерлер, автомобиль және тұрмыстық техника салаларындағы жоғары технологиялық заттарда пайдаланылады.

    Тантал  рыногының басты тұтыну саласы және оның қозғаушы күші конденсатор жасау болғандықтан, жоғары технологиялық тантал өнімдері өндірісін жасау жөніндегі стратегия шеңберінде технологиялық зерттеме әзірленіп, сыйымдылығы жоғары тантал ұнтақтарын шығару қолға алынды. 
 
 
 
 

2.2. «Ақылды» металл

Сыйымдылығы жоғары тантал ұнтақтары наноқұрылымды материал болып табылады. Тантал ұнтақтарындағы заттың 0,5 грамында 4,5 шаршы метрден астам кеңістік түзіліп, сол арқылы салмақ бірлігіндегі үлкен сыйымдылық қамтамасыз етіледі. Бұл әдістер  сыйымдылығы жоғары конденсаторлы тантал ұнтақтарын шығаратын технологиялық циклдың негізін қалап, ол кейінірек электр сызбасындадағы конденсатор жұмысы барысында электр зарядын ұзақ уақыт бойы сақтауды қамтамасыз етеді. Мәселен, сыйымдылығы жоғары наноқұрылымды тантал ұнтағының небәрі 0,5 грамынан шартты аумағы Жер шарының диаметріне тең келетін элепктр зарядын жинақтай алатын конденсатор жасауға болады.

   Осындай  қасиеттерінің арқасында сыйымдылығы  жоғары ұнтақтар қазіргі заманғы электрониканың талаптарын қанағаттандыра алатын мейлінше кіші конденсаторларды жасау мүмкіндігін береді, тиісінше қымбат бағалы металл санатындағы тантал аз жұмсалатын болады. Мысалы, қазір баспа монтажы үшін бір конденсатор жасап шығаруға кемінде 0,6 миллиграмм ұнтақ жұмсалады.

   Электролитті тантал конденсаторлары жұмыста мейлінше қалыпты, сенімді әрі төзімді: олардың қызмет ету мерзімі 12 жыл, тіпті одан да көп. Миниатюралық тантал конденсаторлары ұялы телефондар, компьютерлер, аудио-бейне техника үшін құрамдас бөліктер жасауда, автомобиль өнеркәсібінде, әскери-өнеркәсіптік кешенде кеңінен қолданылады. Сонымен қатар, ыстыққа төзімділігі, иілгіштігі, коррозияға ерекше жоғары шыдамдылығы сияқты бірегей қасиеттері арқасында тантал металлургияда, металл өңдеуде, химиялық машина жасауда, аспап жасауда (рентген аппаратурасы), аэроғарыштық техникада (жоғары температурадағы конструкциялық материал), медицинада (қалпына келтіру хирургиясы мен протездеуге экологиялық таза материал), ядролық энергетикада (ядролық-энергетикалық жүйе үшін жылу алмастырушы ретінде) пайдаланылады. Бұл конденсаторлардыњ өзін-өзі «жөндей» алатындығы тіпті ғажап. Айталық, егер жоғары кернеу кезінде тұтанған ұшқын оқшаулау қабатын бұзғандай болса, сол мезгілде-ақ әлгі жерде жаңадан оқшаулаушы қабыршақ қалыптасады да, ештеңе болмағандай конденсатор жұмысын одан әрі жалғастыра береді.

   Ілбі металлургия зауыты негізінде конденсаторлы тантал ұнтақтары өндірісін жобалық қуатқа шығаратындай етіп сатылап іске қосу жылына 72,9 тонна түрлі кластағы тантал ұнтақтарын өндіруге мүмкіндік туғызады.