AT220600B - Verfahren zur Herstellung reiner Pentoxyde der Metalle Niob und Tantal - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung reiner Pentoxyde der Metalle
Niob und Tantal 
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Erfindung die Behandlung in einem Wirbelschicht-Reaktionsgefäss erfolgen. Der überhitzte Wasserdampf strömt durch den Siebboden des Gefässes ein und bewirkt so ein Durchwirbeln des darin befindlichen Pen- tacblorids. Im allgemeinen wird in diesem Fall eine Mischung aus Wasserdampf und einem Gas,   z. B.   



   Luft oder Stickstoff verwendet, um unabhängig von der mit   Rücksicht auf   den Verlauf der Reaktion erfor- derlichenMenge Wasserdampf eine ausreichende Durchwirbelung der Feststoffe zu erreichen. Durch eine
Abstimmung des Verhältnisses von Wasserdampf zum beigemischten Gas z. B. Luft, oder Inertgas   z. B.   



   Stickstoff, kann die optimale, zur Erzeugung des Wirbelbettes notwendige Gasmenge und Gasgeschwindig- keit eingestellt werden. Gleichzeitig und unabhängig davon wird durch den Gehalt an Wasserdampf und die Temperatur des Wasserdampf-Gasgemisches die Temperatur in der Reaktionszone innerhalb der er-   wünschten Temperaturgrenzen gehalten. Diese Möglichkeit zur Regelung der Temperatur in der Reaktions-    zone durch die Abstimmung von Temperatur und Zusammensetzung des Wasserdampf-Gasgemisches hat den weiteren Vorteil, dass keine Wärmeenergie durch die Wände des Reaktionsgefässes hindurch ausge- tauscht werden muss. Die Temperatur der Wände des Reaktionsgefässes kann also beliebig und unter Be- rücksichtigung anderer wichtiger Verfahrensbedingungen gewählt werden.

   Im allgemeinen hält man die
Wand temperatur des Wirbelbettreaktors auf einer Temperatur von zirka   110 :-120OC,   also nur geringfügig oberhalb des Siedepunktes des Wassers, um ein Kondensieren des Wasserdampfes an den Wänden zu ver- hindern. Dagegen werden die Wandungen des auf die Reaktionszone folgenden Teiles der Apparatur auf einer höheren Temperatur von etwa 2000C gehalten, um die Belagbildung durch feines Oxydpulver zu verhindern. 



   Vorzugsweise setzt man im Wirbelbett dem auf eine Korngrösse von zirka 500      gemahlenen Pentachlorid noch etwas Pentoxyd zu, wodurch die Fliesseigenschaften des Wirbelbettes verbessert und ein Zusammensintern des Pemachlorides zu grösseren Körnern verhindert wird. 



   Gegebenenfalls kann man die Zusammensetzung des Wasserdampf-Gasgemisches im Verlauf der Re- aktion absatzweise oder laufend ändern um denAblauf der Reaktion zu steuern. Im allgemeinen wird dabei der Wasserdampfgehalt langsam gesteigert. Dadurch werden kurze Reaktionszeiten erreicht, ohne dass es   zur Ausbildung unerwünscht   hoher Reaktionstemperaturen kommt. Das Verfahren wird im Wirbelbett im allgemeinen nicht-kontinuierlich durchgeführt. Man setzt also zu Beginn eine bestimmte Menge Pentachlorid ein und führt die Reaktion bis zur vollständigen Umsetzung in das Pentoxyd bzw. Hydroxyd durch. 



  Das Pentachlorid kann gegebenenfalls mit etwas Pentoxyd vermengt sein. 



   An die Hydrolyse schliesst sich im allgemeinen das Kalzinieren an. Gegebenenfalls kann man Hydrolyse und Kalzinieren im gleichen   Reaktionsgefäss   oder Wirbelbett durchführen, wobei zum Kalzinieren die Beimischung von Wasserdampf entfallen kann und die Lufttemperatur auf eine Temperatur von etwa 700 bis 8000C gesteigert wird. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren ist   zunächst   einmal apparativ wesentlich einfacher als die eingangs erwähnten bekannten Verfahren und liefert ein   freifliessendes   lockeres Pulver. Dies ist darauf zurückzu-   führen, dass   bei dem erfindungsgemässenverfahren ein ausserordentlich gutes Durchmischen und Inkontaktbringen des Pentachlorides mit dem Wasserdampf erfolgt. Das. Reaktionsprodukt ist weiterhin erheblich grobkörniger, als das bei der Hydrolyse von gasförmigem Pentachlorid durch Wasserdampf erhaltene feine Pulver, welches wegen seiner Feinheit ausserordentlich schwierig zu manipulieren ist und störende Ablagerungen an unerwünschten Stellen der Apparatur verursachen kann. 



   Da das Endprodukt im allgemeinen vollständig wasserfrei sein soll, wird das durch Behandlung mit Wasserdampf erhaltene hydroxydhaltige Produkt kalziniert. Durch das Kalzinieren wird gleichzeitig der Gehalt an Chloriden auf das zulässige Mass verringert. Für gewisse Verwendungszwecke kann auf das Kalzinieren verzichtet werden, beispielsweise wenn das Oxyd als Katalysator verwendet werden soll, in welchem Fall auf ein reaktionsfähiges Material Wert gelegt wird. Weiterhin kann eine Entwässerung in beschränktem Umfang auch durch Trocknen unter genau kontrollierten Bedingungen, z. B. im Vakuum, vorgenommen werden. 



   Die Erfindung ist also nicht auf das vollständige, die Kalzinierungsstufe enthaltende Verfahren beschränkt, sie betrifft auch solche Verfahren bei welchen unter Verzicht auf das Kalzinieren lediglich die Pentachloride mit Wasserdampf in Oxydverbindungen verwandelt werden. 



     1m   folgenden werden einige Ausführungsbeispiele für das Verfahren angegeben, ohne dass jedoch damit die Erfindung auf diese Beispiele eingeschränkt sein soll. 



   Beispiel   l : 100 Gew.-Teile   feingemahlenes, hochreines Tantalpentachlorid wurden in einem Glasgefäss, das mit einem exakt der Wandung nachstreifenden Rührer versehen war und in ein Ölbad von 180  eintauchte, unter langsamem Rühren während 120 Minuten mit einem auf   2500   überhitzten Dampfstrom von 4 Gew.-Teilen pro Minute behandelt, wobei der Dampfstrom in die gerührte, pulverige Masse 

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 eingeleitet wurde. Das Material blieb während der ganzen Operation lose und freifliessend. 



   Anschliessend wurde das so erhaltene Pentoxyd während 60 Minuten bei 8000 kalziniert. Die Analyse ergab einen Siliciumdioxydgehalt von unter 0, 01%. 



   Beispiel 2: 50 Gew.-Teile feingemahlenes Niobpentachlorid wurden im gleichen Apparat unter den Bedingungen des Beispiels 1 während 120 Minuten behandelt. Es wurde ein freifliessendes Produkt und nach dem Kalzinieren bei 8000 Niobpentoxyd als weisses, loses Pulver erhalten, dessen Reinheit derjeni- gen des angewendeten Pentachlorids entsprach. 



     Beispiel 3 :   Als Wirbelbettreaktor wurde ein senkrecht stehendes Rohr von 130 mm Durchmesser und 1 m Länge verwendet, dessen unteres Ende mit einem Siebboden versehen war. 



   In dieses Rohr wurden 3 kg Tantalpentachlorid der Korngrössen   10-1000 li eingefüllt,   welches mit
300 g Tantalpentoxyd gut vermischt war. Durch den Siebboden des Rohres wurde ein aus Stickstoff und
Wasserdampf bestehendes Gasgemisch eingeleitet,   u. zw.   zunächst 401/min Stickstoff vermischt mit
3 g/min Wasserdampf und einer Temperatur von   120 C.   Das Gemisch wurde hergestellt durch Einleiten von Stickstoff in Wasser, wobei das Mischungsverhältnis durch Erhitzen des Wassers auf eine entsprechen- de Temperatur eingestellt wurde. Nach 1 Stunde wurde die Zusammensetzung des Gasgemisches geändert in   251/minStickstoff   und 9 g/min Wasserdampf und einer Temperatur von   140 C.

   Nach   weiteren 2 Stun- den wurde die Zufuhr von Stickstoff unterbrochen und 1 Stunde lang lediglich 15 g/min Wasserdampf von
1400C zugeführt. 



   Die Wände der Reaktionszone wurden auf einer Temperatur von   110-130 C,   die oberen Teile des Wirbelbettreaktors sowie die Leitung zur Abführung der Reaktionsgase auf einer Temperatur von zirka 2000C gehalten. Die Reaktionsgase wurden in einem   Gegenstromkt1h1er   gekühlt und durch Auswaschen mit Wasser von mitgeführtem Oxyd befreit, welches aus dem Waschwasser durch Filtrieren rückgewonnen wurde. Das erhaltene Oxyd wurde in einem Tiegel 6 Stunden lang bei einer Temperatur von   900 C   kalziniert. 



   Erhalten wurden 1,75 kgpentoxyd als Pulver mit einer Körnung von 50 bis   250 u   und einem Chloridgehalt von 0, 01%. 



     Beispiel 4 :   20 g Tantalpentachlorid wurden in einem   Quarzschiffchen   in ein waagrecht liegen-   desQuarzrohr eingebracht. DasRohr   wurde auf 1500C erhitzt und reiner Wasserdampf hindurchgeleitet, bis keine Salzsäureentwicklung mehr festzustellen war. Darauf wurde die Temperatur auf 900 C erhöht und der Dampf durch Luft ersetzt. Nach vierstündiger Kalzination wurden 11, 5 g Tantalpentoxyd mit einem Chlorgehalt von 0,   013%   erhalten. 



    PATENT ANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zur Herstellung reiner Pentoxyde der Metalle Niob und Tantal, dadurch gekennzeich-   net, dass   man festes   reines Pentachlorid   in feingemahlener Form mit Wasserdampf bei Temperaturen unter dem Schmelzpunkt der Pentachloride bis zur Beendigung der Salzsäureentwicklung behandelt und gege-   benenfalls anschliessend   kalziniert.

Claims (1)

1. 2. Verfahren gemäss Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass reiner überhitzter Wasserdampf verwendet wird.

   3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Wasserdampf beladenes Gas verwendet wird, dessen Temperatur über dem Taupunkt liegt.

   4. Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit Wasserdampf beladene Luft verwendet wird.

   5. Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit Wasserdampf beladener Stickstoff verwendet wird.

   6. Verfahren gemäss Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass dem Pentachlorid das Pentoxyd des betreffenden Metalls beigemischt wird.

   7. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf in einen, das feste Pentachlorid enthaltendenRührkessel eingeführt wird, wobei der Rührer laufend die Gefässwände abstreift.

   8. Verfahren gemäss Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf durch den Siebboden eines das feste Pentachlorid enthaltenden Wirbelbettreaktors eingeführt wird.

   9. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasserdampf ein Gas in solcher Menge beigemischt wird, dass die erforderliche Durchwirbelung des Wirbelbettes erreicht wird.