Тантал и ниобий - обычно эти два металла рассматривают вместе. Их многое объединяет. Главное - общность свойств. Их привезли из Северной Америки, вернее минерал, содержащий их оксиды, и поместили в Британском музее (Лондон). В 1801 г. английский химик Ч. Хатчетт (1765-1847) доказал, что минерал содержит незнакомый элемент (он получил его оксид), и назвал его колумбитом.
Годом позднее был открыт тантал. Это сделал шведский ученый А.-Г. Экеберг (1767-1813). В 1844 г. немецкий химик Г. Розе (1795- 1864) доказал, что колумбит содержит два различных металла - тантал и ниобий. Названия этих металлов должны были подчеркнуть трудности и мучения химиков, с которыми встретились они при разделении этих элементов. Фригийский царь Тантал, в греческой мифологии, за свои преступления был обречен на вечные мучения. Стоя по горло в воде и видя над собой плоды, Тантал не мог утолить жажду и голод - вода уходила из-под его губ, плоды поднимались на недосягаемую высоту. А Ниоба, дочь Тантала, является воплощением печали и страдания.
Потребовалось более 100 лет на то, чтобы человек смог получить эти металлы в чистом виде (99,5 %). Необходимо отметить, что получение тантала и ниобия высшей чистоты до сих пор является определенной проблемой. Первым промышленным применением тантала можно считать его использование в качестве нитей накаливания в электрических осветительных лампочках в период с 1903 по 1906 гг. Ниобий впервые применили в 1925 г. как легирующий элемент в стали.
Тантал, обладая исключительно высокой коррозионной стойкостью, широко используется в химической промышленности. Оборудование из тантала для получения и регенерации серной кислоты, хлористого водорода, азотной кислоты и ряда других чрезвычайно агрессивных сред десятилетиями работает без ремонта. Несмотря на высокую стоимость тантала использование такого оборудования экономически выгодно.
Пример в подтверждение сказанного - нагреватель из нержавеющей стали в чанах для травления соляной кислотой заменили на танталовый. Учитывая, что теплопроводность тантала почти в 3 раза выше, чем нержавеющей стали, нагреватель занял меньший объем и сократил время нагрева до рабочей температуры в 3,5 раза. Нагреватель из нержавеющей стали приходилось менять через 600 ч работы и через каждые 100 ч удалять плохо проводящую тепло пленку окислов, образующуюся на поверхности металла. Танталовый нагреватель после 10-летней эксплуатации не потребовал не только замены, но и профилактики, а экономически он окупил себя уже на 4-м году работы.
Ниобий оказал не менее важную помощь в сварочном производстве. Долгое время сварка нержавеющей стали давала сварные швы с низкой коррозионной стойкостью. Оказалось, что при сварке многие легирующие элементы, а титан особенно, выгорают и сварочный шов теряет свойства свариваемой нержавеющей стали. Ниобий (всего 1 %), введенный в сталь, обеспечивает одинаковую коррозионную стойкость шва и основного металла.
В химических лабораториях тантал заменил платину. Затем тантал и ниобий начали использоваться в атомной энергетике. Тантал находит применение в оборудовании, в котором ядерное горючее подвергается химической переработке. Тантал химически инертен и тугоплавок. По стойкости к коррозионным процессам среди тугоплавких металлов он является самым коррозионностойким. А ниобий применяется для изготовления чехлов тепловыделяющих элементов, реакторов, трубопроводов и как легирующий элемент для урана. Ниобий повышает коррозионную стойкость урана, стабилизирует некоторые модификации урана, т. е. повышает живучесть урановых тепловыделяющих элементов.
Весьма почетна служба сплавов тантала и ниобия в электронной технике и радиотехнике. Из них изготовляют сетки электронных трубок, аноды электролитических конденсаторов. В течение долгого времени единственным материалом для анодов электролитических конденсаторов был алюминий. Однако поиск новых металлов показал, что танталовые конденсаторы имеют меньшие токи утечки, большую стабильность параметров, более высокую рабочую температуру. Танталовые конденсаторы начали свой путь в 30-е годы нашего столетия, и уже в 1974 г. свыше 60 % мирового производства тантала потреблялось конденсаторостроением.
Большая надежда возлагается на тантал и ниобий как на тугоплавкие металлы. Последние десятилетия ниобий, тантал, вольфрам и молибден считаются наиболее перспективными металлами для изготовления жаропрочных сплавов. Они образуют так называемую «большую четверку тугоплавких». Особое положение занимает ниобий, так как он имеет наименьшую плотность из всех металлов «большой четверки», пластичен при обработке давлением и хорошо поддается различным видам сварки.
Сплавы на основе ниобия в настоящее время обеспечивают работоспособность изделий при температуре до 1300 °С, а на основе тантала- до 1700°С. Несмотря на более высокие температуры плавления сплавы на основе тантала распространены меньше, чем сплавы на основе ниобия. Причин несколько, главная - дефицитность и высокая цена тантала. Поэтому в последнее десятилетие решили при производстве этих элементов не разделять их. Действительно, зачем разделять их, если они, всегда сопутствующие друг другу в исходном сырье, превосходно дополняют друг друга в сплавах.
Тантал обладает уникальным свойством - он является единственным металлом, имеющим биологическую совместимость с живой тканью. Металлу, названному именем мифологического мученика, выпала гуманная миссия - он пришел на помощь человеку, его живым тканям. В восстановительной хирургии и нейрохирургии тантал начал применяться в годы второй мировой войны: замена поврежденных частей черепа, скрепление переломанных костей, замена небольших косточек проволокой и полосками тантала. Танталовая пряжа и сетка использовались для замены мускульной ткани и как основа для роста новой ткани. Удивительный металл! Металлическая сетка употребляется для укрепления стенок брюшной полости. С помощью тонкой танталовой проволоки сшиваются сухожилия, поврежденные нервы.
Аналогичным свойством - биологической совместимостью - обладают сплавы тантала с ниобием. Меньшая плотность сплавов по сравнению с танталом делает их более перспективными в медицине, в том числе в стоматологической практике. Сколько проблем сразу исчезнет, если тантал придет на смену нержавеющей стали, золотым и другим традиционным сплавам. Человеческий организм воспринимает тантал не как инородное тело, а как собственную костную ткань.
Данные о мировом производстве и ценах на эти металлы несколько противоречивы. Ориентировочно можно назвать такие: мировое производство ниобия составляет 3-6 тыс. т; тантала - в 3-4 раза меньше.