В каких радиодеталях содержится ниобий

В электротехнике и радиотехнике не обойтись без использования конденсаторов. Если в первом случае главное требование — это надежность и долговечность, то во втором случае особое внимание уделяется еще и размерам. Миниатюризация радиотехнических и электронных приборов стала возможна с изобретением танталовых и ниобиевых конденсаторов, размеры которых составляют всего несколько миллиметров.

Тантал способствовал прогрессу

С самого зарождения радиоэлектроники велись исследования, которые были направлены на уменьшение размеров конструктивных элементов. Основное направление в этом вопросе — это увеличение рабочей частоты сигнала. Если сравнить два силовых трансформатора с частотой работы 50 и 400 Гц, то второй примерно в 8 раз меньше по размерам, чем первый.

Устаревшие конструкции конденсаторов представляют собой свернутые рулоны тонкой фольги из алюминия, которые помещаются в электролит. Достижение большой емкости было возможно только за счет увеличения размеров самого элемента. Еще один недостаток такой конструкции — это большая паразитная индуктивность при работе на частотах 100 кГц и выше.

Прорыв в производстве конденсаторов большой емкости и малого размера был достигнут при использовании тантала. Этот редкоземельный металл дороже золота и его добыча довольно сложная, но требуется его для изготовления одного элемента очень мало — не более нескольких микрограммов. Постепенно танталовые электролитические конденсаторы вытеснили устаревшие на основе алюминиевой фольги, так как их производство усовершенствовалось, а стоимость стала довольно низкой.

И это еще не предел для прогресса и усовершенствования конструкции конденсаторов. Приемниками танталовых стали ниобиевые конденсаторы, которые по своей конструкции и технологии производства идентичны предшественникам, но превосходят их по эксплуатационным характеристикам.

Конструктивные особенности устройства

Физико-химические свойства, которыми обладают тантал и ниобий, позволяют создавать из них анод особой пористой структуры. Такие структуры имеют внутреннюю поверхность в несколько десятков раз больше, чем наружную. А это дает возможность накапливать значительный электрический заряд.

Любой современный электролитический конденсатор состоит их трех конструктивных элементов:

• катода и анода;
• диэлектрического слоя;
• одного из видов электролита (щелочи, кислоты, воды, твердого или мягкого вещества).

В роли диэлектрика выступает тончайшая оксидная пленка. Ее получают методом электрохимической коррозии при пропускании электрического тока через анод на стадии производства.

Электролитом служит твердое вещество — диоксид марганца. Он имеет малый коэффициент линейного расширения, не вытекает и не высыхает, как жидкие электролиты. Внутренняя часть катода изготавливается из серебра для увеличения проводимости.

Вся внутренняя начинка заливается похожим на пластмассу веществом с диэлектрическими свойствами — компаундом.

Достоинства и недостатки

Как и танталовые, так и ниобиевые конденсаторы имеют свои положительные и отрицательные качества. Главное их достоинство — это малый размер при относительно большой емкости. А недостаток, который значительно ограничивает сферу их применения, это малая электрическая прочность. Самые мощные образцы способны стабильно и надежно функционировать при напряжениях до 35 В.

Принятая стандартная маркировка танталовых конденсаторов состоит из указания плюсового контакта и численного значения. А цвет корпуса указывает рабочее напряжение. Например:

• розовый цвет — напряжение до 35 В;
• белый цвет — до 30 В;
• серый цвет — до 35 В;
• голубой цвет — до 20 В;
• зеленый цвет — до 16 В;
• черный цвет — до 10 В;
• желтый цвет — до 6,3 В.

Система старой маркировки более сложная и неудобная, поэтому от нее отказались. Она состояла из трех полос и точки разного цвета. Цвет полос соответствовал численному значению, а цвет точки указывал множитель, на который умножалось численное значение. Такая система часто вводила в заблуждение радиотехников и требовала повышенного внимания при работе с конденсаторами, поэтому от нее и отказались и разработали новую маркировку.

Диагностика возможных неисправностей

Чаще всего встречается такая неисправность, как пробой диэлектрической пленки на аноде. Ее толщина составляет всего несколько тысяч ангстрем, а это тоньше человеческого волоса примерно в 500 раз.

Незначительный скачок напряжения может привести к пробою, при котором диэлектрическая пленка приобретает кристаллическую структуру и становится проводником электричества. В этом случае конденсатор становится проводником и сопротивление между анодом и катодом приближается к нулевому значению. На корпусе при пробое часто визуально заметно потемнение и иногда обугливание защитного покрытия из краски.

Более сложно диагностировать потерю номинального значения емкости. В домашних условиях выявить такую неисправность невозможно, для этого требуется специализированное диагностическое оборудование.

Стоимость танталовых и ниобиевых конденсаторов настолько мала, что проводить сложные измерительные работы нет смысла. Подозрительный элемент просто заменяют на новый или заведомо исправный.

Лом тантала – редкий вид вторичного сырья, поэтому статья будет посвящена больше самому металлу, его свойствам и области применения, нежели лому тантала.

⇓ Посмотреть средние цены на тантал ⇓

⇓ Посмотреть видео “Танталовые конденсаторы” ⇓

Важная информация:

На территории СНГ существует ЕДИНСТВЕННОЕ и одно из крупнейших в мире предприятий с полным циклом производства тантала (от переработки танталниобийсодержащего сырья до готовой продукции) – это АО “Ульбинский металлургический завод” (сайт).

Тантал относится к виду «стратегических» металлов, в силу ряда причин. Одна из них использование этого элемента для оборонной, аэрокосмической отрасли промышленности. Тантал эксплуатируется разнопланово, в частности для оборонки он применяется как:

• металлическая облицовка зарядов;

• внутри конденсаторов электронных приборов.

Еще один фактор отнесения этого металла к разряду «стратегический» – его применение для теплообменников ядерно-энергетических систем. Это связано с высокой степенью устойчивости материала к высоким температурам и парам цезия.

Особенности сдачи лома титана

Во-первых, это ограниченный выбор пунктов приема (а в некоторых городах и вовсе их отсутствие). Большинство из них не работают с некоторыми видами редких металлов, к которым относится тантал.

Второй ограничительный фактор – возможность проверки сдаваемой партии на законность сделки. Конечно, это больше относится к металлическим отходам в форме прутьев, листов или слитков.

Например, в городе Усть-Каменогорске (Республика Казахстан), где расположен упомянутый выше крупнейший металлургический комбинат “УМЗ” с производством тантала – все пункты приема лома оповещены о том, что при первом же случаи обнаружения лома тантала следует сообщать  в полицию.

к содержанию ↑

Останавливаясь на элементе, как источнике вторичного редкого металла, можно определить несколько видов танталосодержащих отходов:

• кусковой лом, включает прутья, листы, трубки, проволоку и прочее;

• сплавы с другими редкими металлами;

• конденсаторы.

Дополнительно, элемент содержится в сплавах вольфрам-титан-тантал, однако его содержание внутри соединения не превышает 14%. Еще один потенциальный источник обнаружить тантал – пылевые отходы. Они образуются при работе с твердосплавными материалами:

• обработка пластин алмазным инструментом;

• производство смесей.

Для первого случая процентная концентрация тантала составляет 2 – 6%, во втором варианте не более 1.5. Следует добавить, что подобные пылеобразные отходы принимаются, как лом вольфрама, поэтому сдать тантал подобным образом крайне проблематично.

к содержанию ↑

Много прибыли из небольших деталей

Интересный факт заключается в том, что практически треть производимого тантала уходит под изготовление конденсаторов на основе этого материала. Элемент используется как анод радиоэлектронных емкостей, имеющий форму высокопористой гранулированной таблетки. Преимущество танталовых конденсаторов – продолжительность срока эксплуатации. Однако даже более стойкие изделия со временем приходят к непригодному состоянию.

Несомненно, рынок использованных танталовых конденсаторов не переполнен продукцией, поступающей из военного комплекса, вследствие сложности их реализации. Но изъять емкости из бытовых приборов, для рядового охотника за редкими металлами не проблема.

Марок конденсаторов, содержащих танталовые аноды, насчитывается более трех десятков, однако серий при этом, только две: К52 и К53. Следует отметить, что содержание тантала в емкостях варьируется достаточно широко. Нижний предел составляет 80 грамм, тогда как максимальный вес достигает 40 килограмм, обе величины приведены из расчета на тысячу единиц использованной продукции.

Наиболее танталовосодержащими емкостями оказываются изделия марок К52-5 4 и К52-7А. В целом, вся серия конденсаторов К52 содержит более грамма тантала на единицу продукции, за исключением нескольких габаритных моделей. Единственная белая ворона – марка К52-10. В этом изделии отсутствие тантала компенсируется высоким содержанием палладия.

к содержанию ↑

Сколько стоит килограмм тантала

Если мы говорим про лом тантала, то цена его относительно невысокая. Т.к. в России мало пунктов приема, кто занимается скупкой тантала и обращаться стоит к тем, кто принимает лом радиодеталей.

Средняя цена на лом тантала составляет – 400-500$ за 1 килограмм.

Средняя цена на деловой лом из тантала (листы, проволока и прочий прокат) составляет – 1000$ за 1 килограмм.

Отсюда можно сделать вывод, что разбирая радиодетали на лом тантала громадной выгоды получить не удастся.

Цена на танталовые конденсаторы составляет порядка 9000 рублей за килограмм.

к содержанию ↑

Трубная продукция

Отдельной отраслью, использующей танталовые трубки, теплообменники выступает атомная энергетика. Обладая высокой жаропрочностью, низким сечением захвата нейтронов, элемент долгое время занимал основную долю в конструкционном материале ядерных установок.

Сегодня, тантал вытесняется из этой отрасли ниобием. Однако сдавать, списанные из атомно-энергетической сферы, танталовые изделия вряд ли получится в силу комплекса препятствий:

• запрет на реализацию;

• невозможность достать этот вид вторичного металла;

• угроза для здоровья.

Напротив, исключительная инертность тантала относительно кислот находит применение редкому металлу в химической и лабораторной целях. Из танталовых трубок изготавливаются змеевики, магистрали для подачи соляной кислоты, мешалки. Некоторые разновидности лабораторной посуды также исполнены из этого материала. Несмотря на долгие термины службы, окупающие высокую стоимость танталовой продукции, изделия со временем изнашиваются и подлежат замене. Некоторая часть списанной трубной продукции успевает просочиться на пункты приема металлолома.

Остается добавить, что не все трубы изготовлены из марки высокочистого тантала ТВЧ. Существенный процент этих изделий исполнен из сплава этого металла с вольфрамом. Марки этих жаропрочных соединений ТВ-5 (10,15) содержат тантала на уровне 95 – 85%.

к содержанию ↑

Марки высокочистого тантала используются в производстве слитков и различных разновидностях металлопроката:

• листовые изделия, включая пластины, диски, ленты;

• фольга;

• трубные конструкции;

• прутки;

• проволока.

Область эксплуатации танталовых трубок достаточно широка. Они используются для транспортировки жидкого металла, в качестве трубопроводов под кислотные среды.

Металлургическое использование тантала широко реализовано при получении редкоземельных элементов, а также иттрия, скандия, когда танталовые тигли применяются для плавки и литья. Особенность металла уживаться с тканями человеческого организма без негативных последствий широко реализована в протезировании. Дополнительно, танталовые скобы выступают, как материл при закреплении шва.

С одной стороны, отходы металлического тантала, включая его сплавы, характеризуются широким разнообразием:

1. Кускового лома слитков. Образуются обломки корон при вакуумно-дуговом переплаве.
2. Обрезью листовых полуфабрикатов.
3. Браком штабиков.
4. Стружкой.
5. Отсевами порошка.

С другого ракурса, сдача вторичного тантала остается существенно ограниченной из-за особенностей сфер его использования: оборонная промышленность, атомная энергетика, химическое производство, лабораторные цели.

к содержанию ↑

Видео – как извлекают тантал из радиодеталей

ЧАСТЬ 1

ЧАСТЬ 2