Tantale - Tantalum

Tantale,  ₇₃ Ta

Tantale
Prononciation	/ T æ n t ə l əm / ( TAN de-ləm )
Apparence	bleu gris
Poids atomique standard A r, std (Ta)	180.947 88 (2)
Tantale dans le tableau périodique
Hydrogène Hélium Lithium Béryllium Bore Carbone Azote Oxygène Fluor Néon Sodium Magnésium Aluminium Silicium Phosphore Soufre Chlore Argon Potassium Calcium Scandium Titane Vanadium Chrome Manganèse Le fer Cobalt Nickel Le cuivre Zinc Gallium Germanium Arsenic Sélénium Brome Krypton Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdène Technétium Ruthénium Rhodié Palladium Argent Cadmium Indium Étain Antimoine Tellure Iode Xénon Césium Baryum Lanthane Cérium Praséodyme Néodyme Prométhium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutécium Hafnium Tantale Tungstène Rhénium Osmium Iridium Platine Or Mercure (élément) Thallium Mener Bismuth Polonium Astatine Radon Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Américium Curium Berkélium Californie Einsteinium Fermium Mendélévie nobélium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flérovium Moscou Livermorium Tennessine Oganesson Nb de Ta ↓ Db hafnium ← tantale → tungstène
Numéro atomique ( Z )	73
Grouper	groupe 5
Période	période 6
Bloquer	d-bloc
Configuration électronique	[ Xe ] 4f 14 5d 3 6s 2
Électrons par coquille	2, 8, 18, 32, 11, 2
Propriétés physiques
Phase à  STP	solide
Point de fusion	3290  K ​(3017 °C, ​5463 °F)
Point d'ébullition	5731 K ​(5458 °C, ​9856 °F)
Densité (près de  rt )	16,69 g / cm 3
quand liquide (au  mp )	15 g / cm 3
Température de fusion	36,57  kJ/mol
Chaleur de vaporisation	753 kJ/mol
Capacité calorifique molaire	25,36 J/(mol·K)
La pression de vapeur P  (Pa) 1 dix 100 1 kilo 10 kilos 100 000 à  T  (K) 3297 3597 3957 4395 4939 5634
Propriétés atomiques
États d'oxydation	−3, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 (un oxyde légèrement acide )
Électronégativité	Échelle de Pauling : 1,5
Énergies d'ionisation
Rayon atomique	empirique : 146  h
Rayon covalent	170±20h
Lignes spectrales de tantale
Autres propriétés
Occurrence naturelle	primordial
Structure en cristal	corps cubique centrée (bcc) -Ta
Structure en cristal	quadrilatère -Ta
Vitesse du son tige mince	3400 m/s (à 20 °C)
Dilatation thermique	6,3 µm/(m⋅K) (à 25 °C)
Conductivité thermique	57,5 W/(m⋅K)
Résistivité électrique	131 nΩ⋅m (à 20 °C)
Commande magnétique	paramagnétique
Susceptibilité magnétique molaire	+154,0 × 10 −6  cm 3 /mol (293 K)
Module d'Young	186 GPa
Module de cisaillement	69 GPa
Module de vrac	200 GPa
Coefficient de Poisson	0,34
Dureté de Mohs	6.5
Dureté Vickers	870–1200 MPa
dureté Brinell	440-3430 MPa
Numero CAS	7440-25-7
Histoire
Découverte	Anders Gustaf Ekeberg (1802)
Reconnu comme un élément distinct par	Heinrich Rose (1844)
Principaux isotopes du tantale
Isotope Abondance Demi-vie ( t 1/2 ) Mode de décomposition Produit 177 Ta syn 56,56 heures ?? 177 Hf 178 Ta syn 2,36 heures ?? 178 Hf 179 Ta syn 1,82 ans ?? 179 Hf 180 Ta syn 8.125 heures ?? 180 Hf β - 180 W 180 m Ta 0,012% stable 181 ta 99,988% stable 182 Ta syn 114,43 jours β - 182 W 183 Ta syn 5.1 jours β - 183 W
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Le tantale est un élément chimique portant le symbole Ta et le numéro atomique 73. Anciennement connu sous le nom de tantale , il tire son nom de Tantale , un méchant de la mythologie grecque. Le tantale est un métal de transition rare, dur, bleu-gris et lustré , très résistant à la corrosion. Il fait partie du groupe des métaux réfractaires , qui sont largement utilisés comme composants mineurs dans les alliages.

L'inertie chimique du tantale en fait une substance précieuse pour l'équipement de laboratoire et comme substitut du platine . Son utilisation principale est aujourd'hui dans les condensateurs au tantale dans les équipements électroniques tels que les téléphones portables , les lecteurs DVD , les systèmes de jeux vidéo et les ordinateurs . Le tantale, toujours avec le niobium chimiquement similaire , se trouve dans les groupes minéraux tantalite , colombite et coltan (ce dernier est un mélange de colombite et de tantalite, bien qu'il ne soit pas reconnu comme une espèce minérale distincte). Le tantale est considéré comme un élément technologiquement critique .

Histoire

Le tantale a été découvert en Suède en 1802 par Anders Ekeberg , dans deux échantillons de minéraux – l'un de Suède et l'autre de Finlande. Un an plus tôt, Charles Hatchett avait découvert le colombium (aujourd'hui le niobium), et en 1809 le chimiste anglais William Hyde Wollaston compara son oxyde, la colombite d'une densité de 5,918 g/cm ³ , à celui du tantale, la tantalite d'une densité de 7,935 g /cm ³ . Il a conclu que les deux oxydes, malgré leur différence de densité mesurée, étaient identiques et ont conservé le nom de tantale. Après que Friedrich Wöhler ait confirmé ces résultats, on a pensé que le colombium et le tantale étaient le même élément. Cette conclusion a été contestée en 1846 par le chimiste allemand Heinrich Rose , qui a soutenu qu'il y avait deux éléments supplémentaires dans l'échantillon de tantalite, et il les a nommés d'après les enfants de Tantale : le niobium (de Niobe , la déesse des larmes), et le pélopium ( de Pélops ). L'élément supposé "pelopium" a ensuite été identifié comme un mélange de tantale et de niobium, et il a été constaté que le niobium était identique au columbium déjà découvert en 1801 par Hatchett.

Les différences entre le tantale et le niobium ont été démontrées sans équivoque en 1864 par Christian Wilhelm Blomstrand et Henri Etienne Sainte-Claire Deville , ainsi que par Louis J. Troost , qui a déterminé les formules empiriques de certains de leurs composés en 1865. le chimiste suisse Jean Charles Galissard de Marignac , en 1866, qui prouva qu'il n'y avait que deux éléments. Ces découvertes n'empêchèrent pas les scientifiques de publier des articles sur l' ilménium jusqu'en 1871. De Marignac fut le premier à produire la forme métallique du tantale en 1864, lorsqu'il réduisit le chlorure de tantale en le chauffant dans une atmosphère d' hydrogène . Les premiers chercheurs n'avaient pu produire que du tantale impur, et le premier métal ductile relativement pur a été produit par Werner von Bolton à Charlottenburg en 1903. Des fils fabriqués avec du tantale métallique ont été utilisés pour les filaments d' ampoules jusqu'à ce que le tungstène le remplace.

Le nom tantale est dérivé du nom du mythologique Tantale , le père de Niobe dans la mythologie grecque . Dans l'histoire, il avait été puni après la mort en étant condamné à se tenir jusqu'aux genoux dans l'eau avec des fruits parfaits poussant au-dessus de sa tête, ce qui l'a éternellement séduit . (S'il se penchait pour boire l'eau, elle s'écoulait en dessous du niveau qu'il pouvait atteindre, et s'il attrapait le fruit, les branches lui échappaient.) Anders Ekeberg a écrit "Ce métal que j'appelle tantale ... en partie par allusion à son incapacité, lorsqu'il est immergé dans l'acide, d'en absorber et d'être saturé.

Pendant des décennies, la technologie commerciale pour séparer le tantale du niobium impliquait la cristallisation fractionnée de l'heptafluorotantalate de potassium à partir de l'oxypentafluorotantalate de potassium monohydraté, un procédé découvert par Jean Charles Galissard de Marignac en 1866. Cette méthode a été supplantée par l'extraction par solvant de fluorure contenant solutions de tantale.

Caractéristiques

Propriétés physiques

Le tantale est foncé (bleu-gris), dense, ductile, très dur, facile à fabriquer et très conducteur de chaleur et d'électricité. Le métal est réputé pour sa résistance à la corrosion par les acides ; en fait, à des températures inférieures à 150 ° C, le tantale est presque totalement immunisé contre les attaques de l' eau régale normalement agressive . Il peut être dissous avec de l'acide fluorhydrique ou des solutions acides contenant l' ion fluorure et le trioxyde de soufre , ainsi qu'avec une solution d' hydroxyde de potassium . Le point de fusion élevé du tantale de 3017 °C (point d'ébullition de 5458 °C) n'est dépassé parmi les éléments que par le tungstène , le rhénium et l' osmium pour les métaux, et le carbone .

Le tantale existe en deux phases cristallines, alpha et bêta. La phase alpha est relativement ductile et molle ; il a une structure cubique centrée ( groupe spatial Im3m , constante de réseau a = 0,33058 nm), une dureté Knoop 200-400 HN et une résistivité électrique 15-60 µΩ⋅cm. La phase bêta est dure et cassante ; sa symétrie cristalline est tétragonale (groupe spatial P42/mnm , a = 1,0194 nm, c = 0,5313 nm), la dureté Knoop est de 1000–1300 HN et la résistivité électrique est relativement élevée à 170–210 µΩ⋅cm. La phase bêta est métastable et se transforme en phase alpha lors du chauffage à 750-775 °C. Le tantale en vrac est presque entièrement en phase alpha et la phase bêta existe généralement sous forme de films minces obtenus par pulvérisation cathodique magnétron , dépôt chimique en phase vapeur ou dépôt électrochimique à partir d'une solution de sel fondu eutectique .

Isotopes

Le tantale naturel est constitué de deux isotopes : ^180m Ta (0,012%) et ¹⁸¹ Ta (99,988%). ^{Le 181} Ta est un isotope stable . ^180m Ta ( m désigne un état métastable) devrait se désintégrer de trois manières : transition isomérique vers l' état fondamental de ¹⁸⁰ Ta , désintégration bêta à ¹⁸⁰ W , ou capture d'électrons à ¹⁸⁰ Hf . Cependant, la radioactivité de cet isomère nucléaire n'a jamais été observée et seule une limite inférieure de sa demi-vie de 2,0 × 10 ¹⁶  ans a été fixée. L'état fondamental du ¹⁸⁰ Ta a une demi-vie de seulement 8 heures. ^{Le 180m} Ta est le seul isomère nucléaire naturel (à l'exclusion des nucléides radiogéniques et cosmogéniques à courte durée de vie). C'est aussi l'isotope primordial le plus rare de l'Univers, compte tenu de l'abondance élémentaire du tantale et de l'abondance isotopique de ^180m Ta dans le mélange naturel d'isotopes (et encore une fois en excluant les nucléides radiogéniques et cosmogéniques à courte durée de vie).

Le tantale a été étudié théoriquement en tant que matériau de « salage » pour les armes nucléaires (le cobalt est le matériau de salage hypothétique le plus connu). Une enveloppe externe de ¹⁸¹ Ta serait irradiée par le flux intensif de neutrons à haute énergie d'une hypothétique arme nucléaire explosant. Cela transmuterait le tantale en l'isotope radioactif ¹⁸² Ta, qui a une demi-vie de 114,4 jours et produit des rayons gamma avec environ 1,12 million d'électrons-volts (MeV) d'énergie chacun, ce qui augmenterait considérablement la radioactivité des retombées nucléaires de l'explosion pendant plusieurs mois. De telles armes "salées" n'ont jamais été construites ou testées, pour autant que l'on sache publiquement, et certainement jamais utilisées comme armes.

Le tantale peut être utilisé comme matériau cible pour des faisceaux de protons accélérés pour la production de divers isotopes à courte durée de vie, notamment ⁸ Li, ⁸⁰ Rb et ¹⁶⁰ Yb.

Composants chimiques

Le tantale forme des composés aux états d'oxydation -III à +V. Les plus couramment rencontrés sont les oxydes de Ta(V), qui comprennent tous les minéraux. Les propriétés chimiques du Ta et du Nb sont très similaires. En milieu aqueux, le Ta ne présente que l'état d'oxydation +V. Comme le niobium, le tantale est à peine soluble dans les solutions diluées d' acides chlorhydrique , sulfurique , nitrique et phosphorique en raison de la précipitation de l'oxyde de Ta(V) hydraté. Dans les milieux basiques, Ta peut être solubilisé en raison de la formation d'espèces de polyoxotantalate.

Oxydes, nitrures, carbures, sulfures

Le pentoxyde de tantale (Ta ₂ O ₅ ) est le composé le plus important du point de vue des applications. Les oxydes de tantale aux états d'oxydation inférieurs sont nombreux, y compris de nombreuses structures défectueuses , et sont peu étudiés ou mal caractérisés.

Les tantalates, composés contenant [TaO ₄ ] ³⁻ ou [TaO ₃ ] ⁻ sont nombreux. Le tantalate de lithium (LiTaO ₃ ) adopte une structure pérovskite. Le tantalate de lanthane (LaTaO ₄ ) contient du TaO isolé³⁻
₄ tétraèdres.

Comme dans le cas des autres métaux réfractaires , les composés connus les plus durs du tantale sont les nitrures et les carbures. Le carbure de tantale , TaC, comme le carbure de tungstène le plus couramment utilisé , est une céramique dure qui est utilisée dans les outils de coupe. Le nitrure de tantale (III) est utilisé comme isolant à couche mince dans certains procédés de fabrication microélectronique.

Le chalcogénure le mieux étudié est le TaS ₂ , un semi - conducteur en couches , comme on le voit pour d' autres dichalcogénures de métaux de transition . Un alliage tantale-tellure forme des quasicristaux .

Halogénures

Les halogénures de tantale couvrent les états d'oxydation de +5, +4 et +3. Le pentafluorure de tantale (TaF ₅ ) est un solide blanc avec un point de fusion de 97,0 °C. L'anion [TaF ₇ ] ^2- est utilisé pour sa séparation du niobium. Le chlorure TaCl
₅, qui existe sous forme de dimère, est le principal réactif de synthèse de nouveaux composés Ta. Il s'hydrolyse facilement en un oxychlorure . La Taxe aux halogénures inférieurs
₄et Fiscalité
₃, comportent des obligations Ta-Ta.

Composés organo-tantale

Les composés organotantale comprennent le pentaméthyltantale , des chlorures d'alkyltantale mixtes, des hydrures d'alkyltantale, des complexes d'alkylidène ainsi que des dérivés cyclopentadiényle de ceux-ci. Divers sels et dérivés substitués sont connus pour l'hexacarbonyle [Ta(CO) ₆ ] ⁻ et les isocyanures apparentés .

Occurrence

On estime que le tantale représente environ 1  ppm ou 2  ppm de la croûte terrestre en poids . Il existe de nombreuses espèces de minéraux de tantale, dont seules certaines sont jusqu'à présent utilisées par l'industrie comme matières premières : la tantalite (une série constituée de tantalite-(Fe), tantalite-(Mn) et tantalite-(Mg)) microlite (aujourd'hui un nom de groupe), wodginite , euxenite (en fait euxenite-(Y)) et polycrase (en fait polycrase-(Y)). La tantalite ( Fe , Mn )Ta ₂ O ₆ est le minéral le plus important pour l'extraction du tantale. La tantalite a la même structure minérale que la colombite ( Fe , Mn ) (Ta, Nb ) ₂ O ₆ ; quand il y a plus de tantale que de niobium on l'appelle tantalite et quand il y a plus de niobium que de tantale on l'appelle colombite (ou niobite ). La haute densité de tantalite et d'autres minéraux contenant du tantale fait de l'utilisation de la séparation gravitationnelle la meilleure méthode. D'autres minéraux comprennent la samarskite et la fergusonite .

La principale exploitation minière de tantale se trouve en Australie , où le plus grand producteur, Global Advanced Metals , anciennement connu sous le nom de Talison Minerals , exploite deux mines en Australie occidentale, Greenbushes dans le sud-ouest et Wodgina dans la région de Pilbara . La mine de Wodgina a été rouverte en janvier 2011 après que l'exploitation minière sur le site a été suspendue fin 2008 en raison de la crise financière mondiale . Moins d'un an après sa réouverture, Global Advanced Metals a annoncé qu'en raison à nouveau de "... un ralentissement de la demande de tantale...", et d'autres facteurs, les opérations d'extraction de tantale devaient cesser à la fin de février 2012. Wodgina produit un tantale primaire concentré qui est encore amélioré à l'exploitation de Greenbushes avant d'être vendu aux clients. Alors que les gros producteurs de niobium se trouvent au Brésil et au Canada , le minerai y produit également un faible pourcentage de tantale. Certains autres pays tels que la Chine , l' Éthiopie et le Mozambique extraient des minerais avec un pourcentage plus élevé de tantale, et ils en produisent un pourcentage important de la production mondiale. Le tantale est également produit en Thaïlande et en Malaisie en tant que sous-produit de l' extraction de l' étain là-bas. Au cours de la séparation gravitationnelle des minerais des gisements de placers, non seulement la cassitérite (SnO ₂ ) est trouvée, mais un petit pourcentage de tantalite est également inclus. Le laitier des fonderies d'étain contient alors des quantités économiquement utiles de tantale, qui est lessivé du laitier.

La production minière mondiale de tantale a subi un important changement géographique depuis le début du 21e siècle, lorsque la production provenait principalement d'Australie et du Brésil. À partir de 2007 et jusqu'en 2014, les principales sources de production de tantale à partir des mines se sont considérablement déplacées vers la RDC, le Rwanda et certains autres pays africains. Les futures sources d'approvisionnement en tantale, par ordre de taille estimée, sont à l'étude en Arabie saoudite , en Égypte , au Groenland , en Chine , au Mozambique , au Canada , en Australie , aux États-Unis , en Finlande et au Brésil .

On estime qu'il reste moins de 50 ans de ressources en tantale, sur la base de l'extraction aux taux actuels, démontrant la nécessité d'un recyclage accru .

Statut en tant que ressource de conflit

Le tantale est considéré comme une ressource de conflit . Le coltan , nom industriel d'un minéral de colombite - tantalite à partir duquel le niobium et le tantale sont extraits, peut également être trouvé en Afrique centrale , c'est pourquoi le tantale est lié à la guerre en République démocratique du Congo (anciennement Zaïre ). Selon un rapport des Nations Unies du 23 octobre 2003 , la contrebande et l'exportation de coltan ont contribué à alimenter la guerre au Congo, une crise qui a fait environ 5,4 millions de morts depuis 1998, ce qui en fait le conflit documenté le plus meurtrier au monde depuis la Seconde Guerre mondiale. . Des questions éthiques ont été soulevées sur le comportement responsable des entreprises, les droits de l'homme et la mise en danger de la faune, en raison de l'exploitation de ressources telles que le coltan dans les régions de conflit armé du bassin du Congo . Le United States Geological Survey rapporte dans son annuaire que cette région a produit un peu moins de 1% de la production mondiale de tantale en 2002-2006, culminant à 10% en 2000 et 2008. Les données de l'USGS publiées en janvier 2021 ont indiqué que près de 40% de la production mondiale de mines de tantale provenait de la République démocratique du Congo, et 18% supplémentaires provenaient du Rwanda et du Burundi voisins .

L'objectif déclaré du projet Solutions for Hope Tantalum est de « s'approvisionner en tantale sans conflit en République démocratique du Congo »

Production et fabrication

Plusieurs étapes sont impliquées dans l'extraction du tantale de la tantalite. Tout d'abord, le minéral est broyé et concentré par séparation gravitaire . Celle-ci est généralement réalisée à proximité du site minier .

Raffinage

Le raffinage du tantale à partir de ses minerais est l'un des procédés de séparation les plus exigeants de la métallurgie industrielle. Le principal problème est que les minerais de tantale contiennent des quantités importantes de niobium , qui a des propriétés chimiques presque identiques à celles du Ta. Un grand nombre de procédures ont été développées pour relever ce défi.

A l'époque moderne, la séparation est réalisée par hydrométallurgie . L'extraction commence par la lixiviation du minerai avec de l'acide fluorhydrique associé à de l'acide sulfurique ou de l'acide chlorhydrique . Cette étape permet de séparer le tantale et le niobium des différentes impuretés non métalliques de la roche. Bien que Ta se présente sous la forme de divers minéraux, il est commodément représenté comme le pentoxyde, car la plupart des oxydes de tantale (V) se comportent de la même manière dans ces conditions. Une équation simplifiée pour son extraction est donc :

Ta ₂ O ₅ + 14 HF → 2 H ₂ [TaF ₇ ] + 5 H ₂ O

Des réactions tout à fait analogues se produisent pour le composant niobium, mais l'hexafluorure est typiquement prédominant dans les conditions de l'extraction.

Nb ₂ O ₅ + 12 HF → 2 H[NbF ₆ ] + 5 H ₂ O

Ces équations sont simplifiées : on soupçonne que le bisulfate (HSO ₄ ⁻ ) et le chlorure sont en compétition comme ligands pour les ions Nb(V) et Ta(V), lorsque les acides sulfurique et chlorhydrique sont respectivement utilisés. Les complexes de fluorure de tantale et de niobium sont ensuite éliminés de la solution aqueuse par extraction liquide-liquide dans des solvants organiques , tels que la cyclohexanone , l' octanol et la méthylisobutylcétone . Cette procédure simple permet d'éliminer la plupart des impuretés contenant des métaux (par exemple le fer, le manganèse, le titane, le zirconium), qui restent dans la phase aqueuse sous la forme de leurs fluorures et autres complexes.

La séparation du tantale du niobium est alors réalisée en abaissant la force ionique du mélange acide, ce qui provoque la dissolution du niobium dans la phase aqueuse. Il est proposé que l' oxyfluorure H ₂ [NbOF ₅ ] se forme dans ces conditions. Après élimination du niobium, la solution de H ₂ purifié [TaF ₇ ] est neutralisée avec de l' ammoniaque pour précipiter l'oxyde de tantale hydraté sous forme solide, qui peut être calciné en pentoxyde de tantale (Ta ₂ O ₅ ).

Au lieu de l'hydrolyse, le H ₂ [TaF ₇ ] peut être traité avec du fluorure de potassium pour produire de l'heptafluorotantalate de potassium :

H ₂ [TaF ₇ ] + 2 KF → K ₂ [TaF ₇ ] + 2 HF

Contrairement à H ₂ [TaF ₇ ], le sel de potassium est facilement cristallisé et manipulé sous forme solide.

Le K ₂ [TaF ₇ ] peut être transformé en tantale métallique par réduction avec du sodium , à environ 800 °C dans le sel fondu .

K ₂ [TaF ₇ ] + 5 Na → Ta + 5 NaF + 2 KF

Dans une méthode plus ancienne, appelée le procédé de Marignac , le mélange de H ₂ [TaF ₇ ] et H ₂ [NbOF ₅ ] a été converti en un mélange de K ₂ [TaF ₇ ] et K ₂ [NbOF ₅ ], qui a ensuite été séparés par cristallisation fractionnée , en exploitant leurs différentes solubilités dans l'eau.

Électrolyse

Le tantale peut également être raffiné par électrolyse, en utilisant une version modifiée du procédé Hall-Héroult . Au lieu d'exiger que l'oxyde d'entrée et le métal de sortie soient sous forme liquide, l'électrolyse au tantale fonctionne sur des oxydes en poudre non liquides. La découverte initiale a eu lieu en 1997 lorsque des chercheurs de l'Université de Cambridge ont immergé de petits échantillons de certains oxydes dans des bains de sel fondu et ont réduit l'oxyde avec un courant électrique. La cathode utilise de l'oxyde métallique en poudre. L'anode est en carbone. Le sel fondu à 1 000 °C (1830 °F) est l'électrolyte. La première raffinerie a une capacité suffisante pour fournir 3 à 4 % de la demande mondiale annuelle.

Fabrication et travail des métaux

Tout soudage du tantale doit être effectué dans une atmosphère inerte d' argon ou d' hélium afin de le protéger de la contamination par les gaz atmosphériques. Le tantale n'est pas soudable . Le broyage du tantale est difficile, en particulier pour le tantale recuit . A l'état recuit, le tantale est extrêmement ductile et peut être facilement mis en forme sous forme de tôles.

Applications

Électronique

La principale utilisation du tantale, en tant que poudre métallique, est la production de composants électroniques, principalement des condensateurs et certaines résistances de haute puissance . Les condensateurs électrolytiques au tantale exploitent la tendance du tantale à former une couche de surface d' oxyde protecteur , en utilisant de la poudre de tantale, pressée en forme de pastille, comme une "plaque" du condensateur, l'oxyde comme diélectrique , et une solution électrolytique ou un solide conducteur comme le autre "plaque". Comme la couche diélectrique peut être très fine (plus fine que la couche similaire dans, par exemple, un condensateur électrolytique en aluminium), une capacité élevée peut être obtenue dans un petit volume. En raison des avantages de taille et de poids, les condensateurs au tantale sont attrayants pour les téléphones portables , les ordinateurs personnels , l'électronique automobile et les appareils photo .

Alliages

Le tantale est également utilisé pour produire une variété d' alliages qui ont des points de fusion, une résistance et une ductilité élevés. Allié à d'autres métaux, il est également utilisé dans la fabrication d'outils en carbure pour les équipements de travail des métaux et dans la production de superalliages pour les composants de moteurs à réaction, les équipements de traitement chimique, les réacteurs nucléaires , les pièces de missiles, les échangeurs de chaleur, les réservoirs et les navires. En raison de sa ductilité, le tantale peut être étiré en fils ou filaments fins, qui sont utilisés pour évaporer des métaux tels que l' aluminium . Comme il résiste aux attaques des fluides corporels et n'est pas irritant, le tantale est largement utilisé dans la fabrication d'instruments chirurgicaux et d'implants. Par exemple, les revêtements de tantale poreux sont utilisés dans la construction d'implants orthopédiques en raison de la capacité du tantale à former une liaison directe avec les tissus durs.

Le tantale est inerte contre la plupart des acides, à l' exception de l'acide fluorhydrique et de l'acide sulfurique chaud , et les solutions alcalines chaudes provoquent également la corrosion du tantale. Cette propriété en fait un métal utile pour les réacteurs chimiques et les tuyaux pour liquides corrosifs. Les serpentins d'échange de chaleur pour le chauffage à la vapeur d'acide chlorhydrique sont fabriqués à partir de tantale. Le tantale a été largement utilisé dans la production de tubes électroniques à ultra haute fréquence pour les émetteurs radio. Le tantale est capable de capturer l'oxygène et l'azote en formant des nitrures et des oxydes et a donc contribué à maintenir le vide poussé nécessaire aux tubes lorsqu'ils sont utilisés pour des pièces internes telles que des grilles et des plaques.

Autres utilisations

Le tantale a été utilisé par la NASA pour protéger les composants des engins spatiaux, tels que Voyager 1 et 2, des radiations. Le point de fusion élevé et la résistance à l'oxydation conduisent à l'utilisation du métal dans la production de pièces de four sous vide . Le tantale est extrêmement inerte et est donc formé en une variété de pièces résistantes à la corrosion, telles que les doigts de gant , les corps de vanne et les attaches en tantale. En raison de sa haute densité, les revêtements de charge creuse et de pénétration explosive ont été construits à partir de tantale. Le tantale augmente considérablement les capacités de pénétration d'armure d'une charge creuse en raison de sa densité élevée et de son point de fusion élevé. Il est également parfois utilisé dans des montres précieuses, par exemple Audemars Piguet , FP Journe , Hublot , Montblanc , Omega et Panerai . Le tantale est également hautement bio-inerte et est utilisé comme matériau d'implant orthopédique. La rigidité élevée du tantale rend nécessaire son utilisation comme mousse hautement poreuse ou échafaudage avec une rigidité inférieure pour les implants de remplacement de la hanche afin d'éviter le stress shielding . Le tantale étant un métal non ferreux et non magnétique, ces implants sont considérés comme acceptables pour les patients subissant des procédures d'IRM. L'oxyde est utilisé pour fabriquer un verre spécial à indice de réfraction élevé pour les objectifs de caméra .

Problèmes environnementaux

Le tantale reçoit beaucoup moins d'attention dans le domaine de l'environnement que dans les autres géosciences. La concentration de la croûte supérieure (UCC) et le rapport Nb/Ta dans la croûte supérieure et dans les minéraux sont disponibles car ces mesures sont utiles comme outil géochimique. La dernière valeur pour la concentration de la croûte supérieure est de 0,92 ppm et le rapport Nb/Ta(w/w) s'élève à 12,7.

Peu de données sont disponibles sur les concentrations de tantale dans les différents compartiments environnementaux, en particulier dans les eaux naturelles où des estimations fiables des concentrations de tantale «dissous» dans l'eau de mer et les eaux douces n'ont même pas été produites. Certaines valeurs sur les concentrations dissoutes dans les océans ont été publiées, mais elles sont contradictoires. Les valeurs dans les eaux douces sont à peine meilleures, mais, dans tous les cas, elles sont probablement inférieures à 1 ng L ⁻¹ , car les concentrations « dissoutes » dans les eaux naturelles sont bien inférieures aux capacités analytiques les plus courantes. L'analyse nécessite des procédures de pré-concentration qui, pour le moment, ne donnent pas des résultats cohérents. Et dans tous les cas, le tantale semble être présent dans les eaux naturelles principalement sous forme de particules plutôt que de dissolution.

Les valeurs des concentrations dans les sols, les sédiments du lit et les aérosols atmosphériques sont plus faciles à obtenir. Les valeurs dans les sols sont proches de 1 ppm et donc des valeurs UCC. Cela indique l'origine détritique. Pour les aérosols atmosphériques, les valeurs disponibles sont éparses et limitées. Lorsqu'un enrichissement en tantale est observé, il est probablement dû à la perte d'éléments plus hydrosolubles dans les aérosols des nuages.

La pollution liée à l'utilisation humaine de l'élément n'a pas été détectée. Le tantale semble être un élément très conservateur en termes biogéochimiques, mais son cycle et sa réactivité ne sont pas encore entièrement compris.

Précautions

Les composés contenant du tantale sont rarement rencontrés en laboratoire. Le métal est hautement biocompatible et est utilisé pour les implants corporels et les revêtements . Par conséquent, l'attention peut être portée sur d'autres éléments ou sur la nature physique du composé chimique .

Les personnes peuvent être exposées au tantale sur leur lieu de travail en l'inhalant, en contactant la peau ou les yeux. L' Occupational Safety and Health Administration (OSHA) a fixé la limite légale (limite d' exposition admissible ) pour l'exposition au tantale sur le lieu de travail à 5 ​​mg/m ³ sur une journée de travail de 8 heures. Le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) a fixé une limite d'exposition recommandée (REL) de 5 mg/m ³ sur une journée de travail de 8 heures et une limite à court terme de 10 mg/m ³ . A des niveaux de 2500 mg/m ³ , le tantale est immédiatement dangereux pour la vie et la santé .

Les références

Liens externes

• Centre d'études international tantale-niobium
• CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards