怎么通过乙醇钽制备钽单质

(1)B　(2)促进Ti(SO 4 ) 2 水解? (3)4HCl+TiO 2 TiCl 4 +2H 2 O? (4)TiCl 4 +4Na Ti+4NaCl　Na与TiCl 4 溶液反应时，钠首先与溶液中水反应生成NaOH和H 2 ，不能达到预期目的?

首先要明确实验目的：制钛，在溶解钛铁矿后，最后是Ti(SO 4 ) 2 的溶液，为了保持较高的酸度不能加水，显然是为了防止Ti(SO 4 ) 2 水解。而第二步中加水稀释，又加热，这样是促进Ti(SO 4 ) 2 水解而制得TiO(OH) 2 沉淀。进而制TiO 2 ，最后制得TiCl 4 。

Ta2O5的含Ta量=181*2/(181*2+32*3)=81.9%

1kg×81.9%=819g

所以，1kg的Ta2O5理论上可以提炼819g的Ta金属

方法提要

试样经硫酸-硝酸-氢氟酸处理，焦硫酸钾熔融分解，酒石酸提取，在pH5的乙酸-乙酸钠缓冲溶液中，铌与钽试剂形成的配合物在滴汞电极上产生灵敏的配位吸附波，峰电位为-1.05V(对饱和甘汞电极)，用极谱法测定。铌的浓度在0.004～4μg/mL与峰高呈线性关系。

仪器

极谱仪。

试剂

硫酸

硝酸。

氢氟酸。

N-苯甲酰苯胲(钽试剂)溶液(7.5g/L)乙醇溶液。

1，2-环己二胺四乙酸(CyDTA)溶液c(CyDTA)=0.025mol/L。

乙酸-乙酸钠溶液pH5.0称取160gNaAc，置于烧杯中，加水溶解，加入60mL冰乙酸，稀释至1000mL，混匀。

酒石酸溶液(100g/L)。

钽试剂(N-苯甲酰苯胲)溶液(7.5g/L)。

五氧化二铌标准溶液ρ(Nb2O5)=10.0μg/mL配制方法参见58.3.3。

二甲基黄指示剂(1g/L)。

校准曲线

移取含有五氧化二铌0μg、0.50μg、1.00μg、2.00μg、…、10.00μg的标准溶液，分别置于一组25mL比色管中，加酒石酸溶液补足1mL，加入10mLCyDTA溶液、2mL钽试剂溶液、1滴二甲基黄指示剂，用稀NaOH溶液中和至呈橙红色，加入2mLHAc-NaAc溶液，用水稀释至刻度，混匀。放置30min，取部分溶液于电解池中，起始电位-0.8V，用示波极谱导数部分进行测定，绘制校准曲线。

分析步骤

称取0.1～0.5g(精确至0.0001g)试样，置于铂坩埚中，加2mL(1+1)H2SO4、1mLHNO3和8mLHF，加热至硫酸冒烟数分钟。冷却，加入4gK2S2O7，加盖，放入650～700℃高温炉中，熔融10min，取出。冷却后放入100mL烧杯中，加入30mL酒石酸溶液，加热提取，用水洗出坩埚，再加热蒸发至30mL左右。冷却，移入50mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

分取上层清液1.0mL于25mL比色管中，加10mLCyDTA溶液，以下按校准曲线测定。

五氧化二铌含量的计算见式(58.2)。

注意事项

CyDTA可以掩蔽钙、铁、铅、锌、锰、铝、锡、钨、铜、钛、铬、锆、钼、钽等干扰，可不经分离直接测定。

“钽（Ta）”的相对原子质量是180.9 ，而

“氧（O）”的相对原子质量是“16.0” ，

所以“五氧化二钽”的相对质量是：

180.9*2+16.0*5=441.8 。

设样品质量为m(克、公斤),则其含钽的

质量是：

m*2*180.9/441.8≈0.819*m=m*81.9% 。

用话讲就是“物料五氧化二钽质量的百分之

八十一点九是金属钽”。

注：按样品是纯品计算，未考虑含有杂质。

钽属于非常惰性的金属，即其化学性质不活泼，根据化学反应的一般性质，不活泼金属一般不能与比之活泼的碱反应的，而且，根据百度文库资料http://baike.baidu.com/view/30116.htm所介绍，钽只在150度左右才会在碱中溶解，而并没反应。

中国稀有金属网：钽是由瑞典化学家埃克贝里 (A.G.Ekeberg)在1802年发现的，按希腊神话人物Tantalus（坦塔罗斯）的名字命名为 tantalum。1903年德国化学家博尔顿（W.von Bolton)首次制备了塑性金属钽,用作灯丝材料。1940年大容量的钽电容器出现，并在军用通信中广泛应用。第二次世界大战期间，钽的需要量剧增。50年代以后，由于钽在电容器、高温合金、化工和原子能工业中的应用不断扩大，需要量逐年上升，促进了钽的提取工艺的研究和生产的发展。中国于60年代初期建立了钽的冶金工业。

钽和铌的物理化学性质相似，因此共生于自然界的矿物中。划分钽矿或铌矿主要是根据矿物中钽和铌的含量。钽铌矿物的赋存形式和化学成分复杂,其中除钽、铌外，往往还含有稀土金属、钛、锆、钨、铀、钍和锡等。钽的主要矿物有：钽铁矿[(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6]、重钽铁矿(FeTa2O6)、细晶石[(Na,Ca)Ta2O6(O,OH,F)]和黑稀金矿[(Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6]等。炼锡的废渣中含有钽，也是钽的重要资源。已查明世界的钽储量(以钽计)约为134000短吨，扎伊尔占首位。1979年世界钽矿物的产量(以钽计)为 788短吨(1短吨＝907.2公斤)。中国从含钽比较低的矿物中提取钽的工艺，取得了成就。

钽的线胀系数在0～100℃之间为6.5×10-6K-1，超导转变临界温度为4.38K,原子的热中子吸收截面为21.3靶恩。 在低于150℃的条件下,钽是化学性质最稳定的金属之一。与钽能起反应的只有氟、氢氟酸、含氟离子的酸性溶液和三氧化硫。在室温下与浓碱溶液反应，并且溶于熔融碱中。致密的钽在200℃开始轻微氧化，在280℃时明显氧化。钽有多种氧化物，最稳定的是五氧化二钽(Ta2O5)。钽和氢在250℃以上生成脆性固溶体和金属氢化物如:Ta2H,TaH,TaH2,TaH3。在800～1200℃的真空下，氢从钽中析出,钽又恢复塑性。钽和氮在300℃左右开始反应生成固溶体和氮化合物；在高于2000℃和高真空下，被吸收的氮又从钽中析出。钽与碳在高于2800℃下以三种物相存在:碳钽固溶体、低价碳化物和高价碳化物。钽在室温下能与氟反应,在高于250℃时能与其他卤素反应，生成卤化物。

钽在酸性电解液中形成稳定的阳极氧化膜，用钽制成的电解电容器，具有容量大、体积小和可靠性好等优点，制电容器是钽的最重要用途，70年代末的用量占钽总用量2/3以上。钽也是制作电子发射管、高功率电子管零件的材料。钽制的抗腐蚀设备用于生产强酸、溴、氨等化学工业。金属钽可作飞机发动机的燃烧室的结构材料。钽钨、钽钨铪、钽铪合金用作火箭、导弹和喷气发动机的耐热高强材料以及控制和调节装备的零件等。钽易加工成形，在高温真空炉中作支撑附件、热屏蔽、加热器和散热片等。钽可作骨科和外科手术材料。碳化钽用于制造硬质合金。钽的硼化物、硅化物和氮化物及其合金用作原子能工业中的释热元件和液态金属包套材料。氧化钽用于制造高级光学玻璃和催化剂。1981年钽在美国各部门的消费比例约为:电子元件73％,机械工业19％，交通运输6％，其他2％。

碳化钽硬度大、熔点高、高温性能好，主要用作硬质合金添加剂。添加碳化钽能细化硬质合金的晶粒，是其热硬度、抗热冲击和抗热氧化等性能得到显著提高。长期依赖多以单一的碳化钽添加到碳化钨（或碳化钨与碳化钛）中，与黏结剂金属钴混合、成型、烧结生产硬质合金。为了降低硬质合金成本，往往使用钽铌复合碳化物，目前主要使用的钽铌复合物有：TaC：NbC为80:20及60:40两种，碳化铌在复合物中的最高量达到40%（一般认为不超过20%为好）。

制备方法

TaC的制备方法有碳热还原金属氧化物、碳与Ta直接反应、金属卤化物与碳氢化合物的气相反应等。

（1）还原法

制备工艺主要为：氧化钽或碳粉末与碳混合，在高温、氢气保护下或真空条件下进行一次及二次碳化生成碳化钽。需要进行二次碳化的原因是第一次碳化由于多种因素的影响，碳化不彻底，产品中的化合碳、游离碳及杂质等都难达到要求。二次碳化在真空条件下过量的碳与钽生成碳化物。影响碳化物质量的主要因素有：配碳量、原料粒度与纯度、装料方式、碳化温度、碳化时间、二次碳化等。上述方法只能制备块状或大颗粒状的TaC。

从工业角度考虑，金属氧化物的碳热还原法是使用得最广泛的一种方法，但其还原温度在1500℃以上，反应速率十分缓慢，更高温度反应时TaC颗粒容易长大，降低其力学性能。工业上，利用球磨法制备微米级碳化钽粉末，方法是将固体碳球和五氧化二钽混合后放在真空和氩气气氛中球磨，在1700℃的高温下，进行还原和渗碳处理，可以得到粒度尺寸大于2μm的碳化钽粉末。

为了加快反应速度，改善传统方法的缺陷，微波还原法可以很好地提高粉末扩散速率，使反应温度降低50-100℃，并缩短处理时间，节省能量，节约成本。其制备工艺为：Ta2O5+碳黑在1250℃-1500℃微波还原，加热速度大于100℃/min，超过1400℃时，Ta2O5完成转化为TaC，而没有生成任何中间相或Ta的低价氧化物。

（2）化合法

化合法是一种常见的固相法制备TaC工艺。在一定的条件下，T啊和C发生化学反应直接生成TaC：

Ta（s）+C（s）→TaC（s）

陈为亮等[iii]在真空条件下，1500℃合成了TaC，研究了钽粉的碳化机理发现，实际碳化温度（1300-~2100℃）下，由于Ta2C的标准生成自由焓比TaC的小得多(约小52-57kJ/mol)，碳化初期生成Ta2C的趋势很大。碳原子通过TaC层扩散进入Ta2C间隙中，Ta2C晶格中碳原子浓度逐渐提高，TaC层逐渐向Ta2C核心推进，最终完全转化为单相TaC颗粒。

（3）化学气相沉积法

CVD法制备TaC涂层需要用到源物质-TaCl5。TaCl5在500K时气化，将气化了的TaCl5做为气源倒入CVD炉，与其他导入的还原气氛一起沉积生成TaC，其反应过程如下：

TaCl5+CmHn+H2→TaC+HCl+H2

用CVD工艺制备TaC涂层时其工艺控制性好、可设计涂层成分和结构，但由于存在残余热应力，所制备涂层易出现裂纹。而且沉积TaC时易伴随生成Ta2C，同时对设备性能的要求及维护较严格，制备成本高。

热丝CVD也可用于制备TaC涂层。将Ta丝加热到2000℃以上，激活气体进行沉积，而由于Ta熔点高，高温沉积时Ta丝不发生变形，沉积速率高。Tsutsumoto[iv]在啊H2-CH4气氛中，30托压力下，将φ0.5mm的Ta丝加热到2500℃进行CVD。

（4）液相浸渍法

LPI是以焊Ta前驱体为浸渍剂，对胚体进行浸渍、固化，通过热处理使含Ta前驱体转化为TaC的过程。崔红等[v]以研磨好的Ta2O5为原料粉末，利用超声震荡法使其均匀分布于树脂汇总，浸渍一定密度的C/C材料（约0.5g/cm3），经固化、炭化、高温热处理等工序，制备TaC含量不同的C/C复合材料（密度达1.90g/cm3）。

此工艺的优点是材料中Ta2O5含量容易控制，工艺简单，易于实现，成本低。缺点是需要高压设备为使TaC达到一定含量，需要进行反复浸渍，工艺繁杂，周期长。此外由于浸渍剂有一定的粘度，难以浸入到坯体的微米、亚微米孔隙中，生成的TaC难以呈连续网状分布，从而导致最终所制备材料有一定的孔隙度，材料的性能降低。

（5）溶胶-凝胶（sol-gel）

溶胶-凝胶法制备涂层的基本原理是将金属醇盐或无机盐做为前驱体，溶于溶剂中形成均匀溶液，溶质与溶剂产生水解或醇解反应，反应生成物聚集成几个纳米左右的粒子，并形成凝胶，再以溶胶为原料对各种基材进行涂膜处理，溶胶膜经凝胶化及干燥处理后得到干凝胶膜，最后在一定温度下烧结可得到所需涂层。

（6）有机前驱体热分解炭化法

该工艺是以沸点较低的过渡金属有机前驱体为原料，高温下，使其分解，然后在H2和CH4的混合气流中高温炭化分解产物，制备碳化物的过程。Souza等[vi]从氧化钽中合成了草酸钽前驱体。在硫酸氢钠中加热氧化钽使之溶解，将熔融产物溶于硫酸后，用氨水中和，生成Ta2O5·H2O沉淀，将陈定溶于等摩尔的草酸或草酸氨溶液中，制备草酸钽前驱体，并在CH4-H2气氛中进行热解 、碳化，1000℃即可获得TaC粉末。制备的TaC粉末在惰性气氛中经1400℃、10h烧结后，致密度可达理论值的96%。

该工艺中，碳化时由于发生气一固反应，降低了TaC生成温度，比传统炭热还原Ta2O5制备TaC的温度低500℃左右。但是，制备草酸担前驱体的过程十分繁琐，限制该工艺的广泛使用。

碳化钽的应用

碳化钽的主要用途是硬质合金，电容器，电子器件、高温构件、化工设备和穿甲弹等。

1.硬质合金

碳化钽在硬质合金中发挥了重要作用，它通过改善纤维组织和相变动力学而提高合金性能，使合金具有更高的强度，相稳定性和加工变形能力。碳化钽的熔点非常高（4000℃），热力学稳定性好（熔点时△Gf=-154kj/mol）。钽能够特别有效地促进成核作用，防止凝固后期形成的核晶脆性薄膜中析出碳[i]。其作用主要为：（1）阻止硬质合金晶粒的长大；（2）与TiC一起形成WC和Co之外的第三弥散相，从而显著增加硬质合金抗热冲击、抗月牙洼磨损及抗氧化的能力，并提高其红硬性。

研究者对于TaC对WC-Co硬质合金的增强作用进行了大量的研究。林木寿认为添加TaC能提高γ相中W的固溶度[ii]；Suzuki H等认为TaC可扩大WC-Co合金两相区宽度，因而可调节合金的碳含量[iii]；刘寿荣[iv]的研究表明，Ta在γ相中的固溶使W固溶度下降，而C在γ相中固溶度相应提高，因而TaC可稍微提高WC-Co合金的碳含量，同时TaC可延缓WC在γ相中溶解析出过程，可以阻止WC晶粒普遍长大。实际应用中，由于TaC在γ相中固溶度有限（w=0.3%），而人们通常在合金中所添加的TaC量都已远远超出此饱和固溶度值，TaC必然主要以TaC-WC固溶体形式析出而以游离态存在，但其晶粒尺寸(1μm～2μm)大于WC晶粒尺寸(<1μm)，因此，游离的TaC-WC固溶体晶粒不可能完全分布在WC-γ相界上。

TaC以不同的方式加入到合金中，也会极大的影响合金的性能。余振辉研究表面，TaC以TiC-TaC-W C固溶体相较之以单质形式加入到合金中，形成的WC核TiC-TaC-WC相有着较粗的亚晶尺寸和较小的微观应变，且前者具有较好的物理力学性能和较长的切削寿命 。

2.电子工业

近年来，过渡金属碳化物由于具有化学稳定性，硬度高，抗氧化及耐腐蚀能力强，电阻系数低等诸多优点而备受关注。碳化物纳米材料在金属涂层，工具，机器零部件以及复合材料等相关领域展现出了巨大的应用潜力。在所有的碳化物纳米线材料中，碳化银是最受欢迎的材料之一，也是潜力最大的材料之一。碳化钽不但继承了碳化物纳米材料诸多优点，还具有其自身的独特一面。如硬度高（常温下莫氏硬度为9-10、熔点高（大约为3880℃）、杨氏模量高（283-550GPa）、导电性强（电导率25℃时为32.7-117.4μΩ·cm）、高温超导（10.5K）、抗化学腐烛及热震能力强、对氨分解及氢气分离有很高的催化活性。

目前，通过碳热还原法，热等离子体，溶剂热，溶胶凝胶，微波加热，碱化物还原，自蔓延高温合成以及高频感应加热烧结等方法，己经制备出了碳化钽粉末及须状碳化钽。

3.高温合金

在碳化物中，耐熔性最好的是碳化钽（TaC）（熔点3890℃）和碳化铪（HfC）（熔点3880℃），其次是碳化锆（ZrC）（熔点3500℃）。在高温下，这几种材料机械性能极好，大大超过最好的多晶石墨，尤其碳化钽，是在2900℃-3200℃温度范围内唯一能保持一定机械性能的材料，但其缺点是对热震极为敏感，碳化物的低导热系数和高热膨胀系数，成为宇航材料中应用的最大障碍。而将碳化钽加入到炭/炭复合材料中，将拥有更高的导热性和更低的热膨胀条件，发挥难熔金属的抗氧化性和耐烧蚀性。

参考文献

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[4] Tsutsumoto T. ImProvement of Tafilament for diamond CVD[J].Thin Solid Films, 1998, 317:371-375.

[5]崔红,苏君明,李瑞珍.添加难熔金属碳化物提高C/C复合材料抗烧蚀性能的研究[J].西北工业大学学报,2000,18(4):669-673.

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[7] 黄金昌.钽及其合金的一些应用[J].中国材料进展,1996(4):46-46.

化学符号Ta，钢灰色金属，在元素周期表中属VB族，原子序数73，原子量180.9479，体心立方晶体，常见化合价为+5。

钽是由瑞典化学家埃克贝里 (A.G.Ekeberg)在1802年发现的，按希腊神话人物Tantalus（坦塔罗斯）的名字命名为 tantalum。1903年德国化学家博尔顿（W.von Bolton)首次制备了塑性金属钽用作灯丝材料。1940年大容量的钽电容器出现，并在军用通信中广泛应用。第二次世界大战期间，钽的需要量剧增。50年代以后，由于钽在电容器、高温合金、化工和原子能工业中的应用不断扩大，需要量逐年上升，促进了钽的提取工艺的研究和生产的发展。中国于60年代初期建立了钽的冶金工业。

钽的硬度较低，并与含氧量相关，普通纯钽，退火态的维氏硬度仅有140HV 。它的熔点高达2995℃ ，在单质中 ，仅次于碳，钨，铼和锇，位居第五。钽富有延展性，可以拉成细丝式制薄箔。其热膨胀系数很小。每升高一摄氏度只膨胀百万分之六点六。除此之外，它的韧性很强，比铜还要优异。

钽的作用与用途是：

可以拉成细丝式制薄箔。其热膨胀系数很小。钽有非常出色的化学性质，具有极高的抗腐蚀性。可用来制造蒸发器皿等，也可做电子管的电极、整流器、电解电容。

医疗上用来制成薄片或细线，缝补破坏的组织。虽然钽的抗腐蚀性很强，但是其抗腐蚀性是由于表面生成稳定的五氧化二钽保护膜。

钽的化学性质

钽有非常出色的化学性质，具有极高的抗腐蚀性，无论是在冷和热的条件下，对盐酸、浓硝酸及“王水”都不反应。但钽在热的浓硫酸中能被腐蚀，在150℃以下，钽不会被浓硫酸腐蚀，只有在高于此温度才会有反应。

在175度的浓硫酸中1年，被腐蚀的厚度为0.0004毫米，将钽放入200℃的硫酸中浸泡一年，表层仅损伤0.006毫米。在250度时，腐蚀速度有所增加，为每年被腐蚀的厚度为0.116毫米。

在300度时，被腐蚀的速度则更加快，浸泡1年，表面被腐蚀1.368毫米。在发烟硫酸腐蚀速度比浓硫酸中更加严重，在130度的该溶液里浸泡1年，表面被腐蚀的厚度为15.6毫米。