BRPI0609669A2 - método para preparar metal primário refratário - Google Patents

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Leonid Natan Shekhter
Leah F Haywiser
Hugh P Greville
Leonid L Lanin
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Starck H C Inc
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Abstract

MéTODO PARA PREPARAR METAL PRIMáRIO REFRATáRIO. A presente invenção refere-se a um método para preparar metais refratários primários (por exemplo, metal tântalo primário) ao colocar um óxido de metal refratário particulado (por exemplo, pentóxido de tântalo) em contato com um gás aquecido (por exemplo, um plasma). O gás aquecido compreende gás hidrogênio. A faixa de temperatura do gás aquecido e razão de massa de gás hidrogênio para óxido de metal refratário são selecionadas de modo que: (i) o gás aquecido compreenda hidrogénio atómico, (ii) o material de alimentação de óxido de metal refratário seja substancialmente estabilizado de forma termodinâmica (ou seja, a formação simultânea de subóxidos que não são reduzidos por hidrogênio atómico é minimizada); e (iii) o óxido de metal refratário é reduzido por contato com o gás aquecido, desse modo formando metal refratário primário (por exemplo, metal tântalo primário e/ou metal nióbio primário).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOPARA PREPARAR METAL PRIMÁRIO REFRATÁRIO".
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se a um método para preparar metalprimário refratário ao reduzir oxido de metal refratário (por exemplo, pentóxi-do de tântalo) em um gás aquecido (por exemplo, um plasma) que contémum gás reativo que compreende hidrogênio. Cada faixa de temperatura dogás aquecido e cada razão de peso de gás hidrogênio para oxido de metalrefratário são selecionadas de modo que o gás aquecido compreenda hidro-gênio atômico, o material de alimentação de oxido de metal refratário sejasubstancialmente estabilizado de forma termodinâmica, e o oxido de metalrefratário seja reduzido por contato com o gás aquecido, desse modo for-mando o metal primário refratário (por exemplo, metal tântalo primário).
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Certos metais refratários, tais como, tântalo e nióbio, podem serdifíceis de se isolar em sua forma pura (ou primária) devido em parte à esta-bilidade termodinâmica de precursores destes, tais como óxidos. A produçãode metais primários refratários é desejada, pois estes são usados em taisaplicações como matérias-primas a partir das quais os ânodos de capacitorpodem ser preparados. Os métodos existentes para formar metais primáriosrefratários tipicamente envolvem processos multifásicos onde um oxido demetal refratário (por exemplo, pentóxido de tântalo ou pentóxido de nióbio)ou outro precursor (por exemplo, haletos de tântalo) é reduzido através deuma ou mais etapas seguidas por etapas de refino e purificação adicionais.Tais processos multifásicos resultam tipicamente na formação de fluxos re-siduais de co-produto.
As matérias-primas a partir das quais o metal tântalo pode serproduzido incluem, por exemplo, heptafluorotantalato (K2TaF7), haletos detântalo e pentóxido de tântalo. A redução de heptafluorotantalato de potássiocom sódio é um método antigo conhecido para produzir metal tântalo. Oheptafluorotantalato de potássio e pequenas porções de sódio são vedadosem um tubo de metal, e aquecidos a um ponto de fulgor que resulta na for-mação de uma massa sólida que inclui metal tântalo, heptafluorotantalato depotássio, sódio e outros co-produtos. A mistura sólida é então triturada e lixi-viada com ácido diluído para isolar o metal tântalo, que é tipicamente menosque puro.
O metal tântalo também pode ser formado através de um método adicional onde uma composição fundida de heptafluorotantalato de po-tássio é reduzida na presença de um sal diluente (por exemplo, cloreto desódio) através da introdução de metal de sódio fundido dentro do reator, sobcondições de agitação constante. O processo de redução de sódio fundidoresulta na formação de uma massa sólida que contém metal tântalo, fluoretode sódio, fluoreto de potássio e outros co-produtos. A massa sólida é tritura-da e lixiviada com uma solução de ácido diluído, para isolar o metal tântalo.Tipicamente, as etapas de processo adicionais, tal como aglomeração, de-vem ser realizadas sobre o metal tântalo de produto para propósitos de aper-feiçoar propriedades físicas. Ver, por exemplo, Patente Norte-americana N92.950.185.
A produção eletrolítica de tântalo envolve eletrolisar uma misturafundida de heptafluorotantalato de potássio que contém pentóxido de tântalo(Ta205) a cerca de 700°C em um recipiente de metal. A redução eletrolíticaresulta na formação de uma massa sólida que contém metal tântalo, hepta-fluorotantalato de potássio, óxidos de tântalo e outros co-produtos. A massasólida é então triturada e lixiviada com ácido diluído para isolar o metal tânta-lo, que é tipicamente menos que puro. Tais métodos eletrolíticos para produ-zir metal tântalo tipicamente não são atualmente usados sobre uma escalade fabricação.
Outros métodos para produzir metais refratários, tal como ummetal tântalo, incluem a redução de pentóxido de tântalo com metal cálcio napresença dê^íoreto decálcio como descrito, por exemplo, na Patente Norte-americana N9 1.728.941; e a redução de pentóxido de tântalo na presençade um silicito, tal como um silicito de magnésio e um hidreto, tal como hidre-to de cálcio, como descrito, por exemplo, na Patente Norte-americana N92.516.863. Outros tais métodos envolvem múltiplas etapas e resultam naformação de co-produtos dos quais o metal refratário deve ser separado. Ummétodo mais recente de produção de metais refratários, tal como metal tân-talo, envolve oxido de metal refratário menos que completamente reduzido(por exemplo, pentóxido de tântalo ou pentóxido de nióbio) colocando o oxi-do de metal refratário em contato com um agente de redução gasoso, talcomo magnésio gasoso. O metal refratário menos que completamente redu-zido é então lixiviado, adicionalmente reduzido e aglomerado. Veja, por e-xemplo, a Patente Norte-americana N9 6.171.363 B1. Outro método recentepara produzir metais refratários, tais como tântalo e nióbio, envolve, primei-ramente, passar gás hidrogênio através do oxido de metal refratário em pó(por exemplo, pentóxido de tântalo) dessa forma, produzindo um subóxidode metal refratário intermediário (por exemplo, mono-óxido de tântalo). Nasegunda etapa, o subóxido de metal refratário é reduzido por contato comum agente de redução gasoso (por exemplo, magnésio gasoso). O metalrefratário quase completamente reduzido é então lixiviado, adicionalmentereduzido e aglomerado. Veja, por exemplo, a Patente Norte-americana N96.558.447 B1.
Ainda métodos adicionais para preparar metais refratários inclu-em introduzir um haleto de metal refratário (por exemplo, pentacloreto detântalo) ou um alcóxido de metal refratário (por exemplo, alcóxido de tântalo)dentro de um plasma formado de gás hidrogênio. Tais métodos de plasmaresultam na formação de co-produtos indesejados, tais como, haletos dehidrogênio gasoso corrosivos (por exemplo, cloreto de hidrogênio gasoso), ealcanóis gasosos. Os métodos de plasma de haleto de metal refratário sãodescritos em mais detalhe, por exemplo, na Patente Norte-americana Nos3.211.548; 3.748.106; e 6.689.187 B2. Os métodos de plasma de alcóxidode metal refratário são descritos em mais detalhe, por exemplo, na PatenteNorte-americana Ne 5.711.783.
A Patente Norte-americana N9 5.972.065 descreve purificaçãode tântalo por meio de fusão por arco de plasma. No método da patente'065, o metal tântalo em pó é depositado em um vaso, e um fluxo de plasmaem movimento formado a partir de hidrogênio e hélio é passado sobre o me-tal tântalo em pó.
O pedido de Patente européia N9 EP 1 066 899 A2 descreve ummétodo para preparar partículas esféricas de alta pureza de metais tais co-mo tântalo e nióbio. O método descrito no pedido '899 envolve a introduçãode pó de tântalo dentro de um plasma formado de gás hidrogênio. A tempe-ratura do plasma é descrita entre 4727°C (5000 K) e 9727°C (10.000 K) nopedido '899.
Poderia ser desejado desenvolver métodos para preparar metaisrefratários substancialmente puros, tais como metais primários refratários,que não envolvam etapas de processo multifásicas, e de preferência, envol-vam apenas uma única etapa de redução. Também poderia ser desejadoque tais métodos recentemente desenvolvidos de preparação de metal refra-tário: façam uso de cargas injetáveis que estão facilmente disponíveis e sãocomparativamente seguras de se manipular; e pelo menos reduzem a for-mação de co-produtos indesejados que devem ser separados e/ou de outramaneira adicionalmente processados.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
De acordo com a presente invenção, proporciona-se um métodopara preparar um metal refratário primário que pode ser obtido substancial-mente em uma única etapa e resulta na formação de um co-produto quecompreende substancialmente água, tal método envolve:
(a) aquecer um gás que compreende um gás reativo, sendo que o ditogás reativo compreende gás hidrogênio, desse modo formando umgás aquecido que possui uma faixa de temperatura; e
(b) colocar um oxido de metal refratário particulado em contato com odito gás aquecido, onde,
(i) a dita faixa de temperatura do dito gás aquecido, e
(ií) lima razão de peso do gás hidrogênio do dito gás aquecido parao dito oxido de metal refratário de particuladosão selecionadas de modo que, o dito gás aquecido compreendahidrogênio atômico,
dito oxido de metal refratário seja substancialmente estabilizadode forma termodinâmica, e
dito oxido de metal refratário seja reduzido por hidrogênio atômi-co na etapa (b),
desse modo formando o dito metal refratário primário.
De acordo com a presente invenção, também se proporciona ummétodo para preparar metal de tântalo primário que compreende:
(a) aquecer um gás que compreende um gás reativo, sendo que o ditogás reativo compreende gás hidrogênio, desse modo formando umgás aquecido; e
(b) colocar um pentóxido de metal tântalo particulado em contato com odito gás aquecido em uma temperatura de 1627°C (1900 K) (grausKelvin) a 2627°C (2900 K), desse modo reduzindo o dito pentóxido detântalo particulado e formando o metal tântalo primário;
onde o gás hidrogênio do dito gás aquecido e dito pentóxido detântalo particulado entram em contato com o dito gás aquecido possuemuma razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido de tântalo particula-do maior que 1,5:1.
De acordo com a presente invenção, proporciona-se adicional-mente um método para preparar metal nióbio primário que compreende:
(a) aquecer um gás que compreende um gás reativo, sendo que o ditogás reativo compreende gás hidrogênio, desse modo formando umgás aquecido; e
(b) colocar um oxido particulado de nióbio selecionado a partir do grupoque consiste em dióxido de nióbio, pentóxido de nióbio e combina-ções destes, em contato com o dito gás aquecido em uma temperatu-ra de 1827°C (2100 K) a 2427°C (2700° K), desse modo reduzindo odito oxido particulado e formando o metal nióbio primário;
onde o gás hidrogênio do dito gás aquecido e dito oxido particu-lado de nióbio entra em contato com o dito gás aquecido possuem uma ra-zão de massa de gás hidrogênio para oxido particulado de nióbio de pelomenos 9:1.
Os recursos que caracterizam a presente invenção são destaca-dos com particularidade nas reivindicações, que estão anexadas e formamuma parte desta descrição. Estes e outros recursos da invenção, suas van-tagens operacionais e os objetivos específicos obtidos através de seu usoserão completamente entendidos a partir da seguinte descrição detalhada edesenhos em anexo.
Salvo indicação em contrário, todos os números ou expressões,tais como aqueles que expressam dimensões estruturais, quantidades com-posicionais, condições de processo, etc. usados no relatório descritivo e rei-vindicações são considerados como modificados em todos os casos atravésdo termo "aproximadamente".
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Figura 1 é uma representação gráfica de um plano de fraçãode massa como uma função de temperatura, para a formação de metal tân-talo primário, em uma razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido detântalo de 0,1:1,0, a Figura 1 também inclui uma tabulação da fração demassa de metal tântalo primário condensado (Ta(C)) como uma função detemperatura, a partir da qual uma parte do gráfico é traçada;
A Figura 2 é uma representação gráfica de um plano de fraçãode massa como uma função de temperatura, para a formação de metal tân-talo primário, em uma razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido detântalo de 0,25:1,0, a Figura 2 também inclui uma tabulação da fração demassa de metal tântalo primário condensado (Ta(C)) como uma função detemperatura, a partir da qual uma parte do gráfico é traçada;
A Figura 3 é uma representação gráfica de um plano de fraçãode massa como uma função de temperatura, para a formação de metal tân-talo primário, em uma razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido detântalo de 0,4:1,0, a Figura 3 também inclui uma tabulação da fração demassa de metal tantalo primario condensado (Ta(C)) como uma função detemperatura, a partir da qual uma parte do gráfico é traçada;
A Figura 4 é uma representação gráfica de um plano de fraçãode massa como uma função de temperatura, para a formação de metal tân-talo primário, em uma razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido detântalo de 0,7:1,0, a Figura 4 também inclui uma tabulação da fração demassa de metal tântalo primário condensado (Ta(C)) como uma função detemperatura, a partir da qual uma parte do gráfico é traçada;
A Figura 5 é uma representação gráfica de um plano de fraçãode massa como uma função de temperatura, para a formação de metal tân-talo primário, em uma razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido detântalo de 1,0:1,0, a Figura 5 também inclui uma tabulação da fração demassa de metal tântalo primário condensado (Ta(C)) como uma função detemperatura, a partir da qual uma parte do gráfico é traçada;
A Figura 6 é uma representação gráfica de um plano de fraçãode massa como uma função de temperatura, para a formação de metal tân-talo primário, em uma razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido detântalo de 1,5:1,0, a Figura 6 também inclui uma tabulação da fração demassa de metal tântalo primário condensado (Ta(C)) como uma função detemperatura, a partir da qual uma parte do gráfico é traçada;
A Figura 7 é uma representação gráfica de um plano de fraçãode massa como uma função de temperatura, para a formação de metal tân-talo primário, em uma razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido detântalo de 2,3:1,0, a Figura 7 também inclui uma tabulação da fração demassa de metal tântalo primário condensado (Ta(C)) como uma função detemperatura, a partir da qual uma parte do gráfico é traçada;
A Figura 8 é uma representação gráfica de um plano de fraçãode massa como uma função de temperatura, para a formação de metal tân-talo primário, em uma razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido detântalo de 4,0:1,0, a Figura 8 também inclui uma tabulação da fração demassa de metal tântalo primário condensado (Ta(C)) como uma função detemperatura, a partir da qual uma parte do gráfico é traçada;
A Figura 9 é uma representação gráfica de um plano de fraçãode massa como uma função de temperatura, para a formação de metal tân-talo primário, em uma razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido detântalo de 9,0:1,0, a Figura 9 também inclui uma tabulação da fração demassa de metal tântalo primário condensado (Ta(c)) como uma função detemperatura, a partir da qual uma parte do gráfico é traçada;
A Figura 10 é uma representação gráfica de porcentagem derendimento de tântalo como uma função de temperatura, para três razões depeso separadas de gás hidrogênio para pentóxido de tântalo;
A Figura 11 é uma representação gráfica de um plano de fraçãode massa como uma função de temperatura, para a formação de metal nió-bio primário, em uma razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido denióbio de 2,3:1,0, a Figura 11 também inclui uma tabulação da fração demassa de metal tântalo primário condensado (Nb(Cj) como uma função detemperatura, a partir da qual uma parte do gráfico é traçada;
A Figura 12 é uma representação gráfica de um plano de fraçãode massa como uma função de temperatura, para a formação de metal nió-bio primário, em uma razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido denióbio de 4,0:1,0, a Figura 12 também inclui uma tabulação da fração demassa de metal tântalo primário condensado (Nb(C)) como uma função detemperatura, a partir da qual uma parte do gráfico é traçada;
A Figura 13 é uma representação gráfica de um plano de fraçãode massa como uma função de temperatura, para a formação de metal nió-bio primário, em uma razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido denióbio de 9,0:1,0, a Figura 13 também inclui uma tabulação da fração demassa de metal tântalo primário condensado (Nb(C)) como uma função detemperatura, a partir da qual uma parte do gráfico é traçada; e
A Figura 14 é uma representação gráfica de um plano de fraçãode massa como uma função de temperatura, para a formação de metal nió-bio primário, em uma razão de massa de gás hidrogênio para dióxido de ni-óbio de 9,0:1,0, a Figura 14 também inclui uma tabulação da fração de mas-sa de metal tântalo primário condensado (Nb(C)) como uma função de tempe-ratUrã, a partir da qüãTuma parte do gráfico é traçada;
Nas Figuras 1 a 14, referências numéricas e caracteres similaresdesignam os mesmos componentes e características.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Como usado aqui e nas reivindicações, o termo "hidrogênio atô-mico" significa hidrogênio mono-atômico gasoso (ou seja, H(9) ou H) que nãoestá em uma forma iônica (por exemplo, cátion de hidrogênio gasoso, H+(g)ou H+). Como usado aqui, o termo "gás hidrogênio" significa hidrogênio mo-léculas gasoso (diatômico) (ou seja, H2(9) ou H2).
O gás, que é aquecido e entra em contato com o material de a-limentação de oxido de metal refratário no método da presente invenção,compreende um gás reativo que compreende gás hidrogênio. Opcionalmen-te, o gás reativo pode compreender adicionalmente outros componentes rea-tivos, tais como alcanos (por exemplo, metano, etano, propano, butano ecombinações destes). Se o gás reativo incluir componentes reativos que nãohidrogênio (por exemplo, metano), tais outros componentes reativos estãotipicamente presentes em uma quantidade menor (por exemplo, em quanti-dades menores que ou iguais a 49 porcento por peso, baseado no peso totalde gás reativo). O gás reativo pode incluir: hidrogênio em uma quantidade apartir de 51 a 99 porcento por peso, 60 a 85 porcento por peso, ou 70 a 80porcento por peso; e um componente reativo que não hidrogênio (por exem-plo, metano) em uma quantidade de 1 a 49 porcento por peso, 15 a 40 por-cento por peso, ou 20 a 30 porcento por peso, sendo que as porcentagensde peso estão baseadas no peso total do gás reativo. De preferência, o gásreativo compreende substancialmente 100 porcento por peso de gás hidro-gênio. O gás, que é aquecido e entra em contato com o material de oxido demetal refratário no método da presente invenção, pode incluir de forma op-cional e adicional um gás inerte. O gás inerte pode ser selecionado entre,por exemplo, um ou mais gases nobres de grupo VIII da tabela periódica doselementos. Os elementos do grupo VIII a partir dos quais o gás inerte podeser selecionado incluem neônio, argônio, criptônio, xenônio e combinaçõesdestes. Um gás inerte preferido é argônio. Se um gás inerte estiver presente,o gás (gás de alimentação) que é aquecido e entra em contato com o oxidode metal refratário inclui tipicamente: a partir de 20 a 50 porcento por pesode gás reativo, ou 25 a 40 porcento por peso de gás reativo; e a partir de 50a 80 porcento por peso de gás inerte, ou a partir de 60 a 75 porcento porpeso de gás inerte, sendo que as porcentagens de peso estão baseadas nopeso total do gás de alimentação. O gás inerte é tipicamente usado comoum transportador para o gás reativo. Quando o método da presente inven-ção for conduzido por meio de plasma, o gás (gás de alimentação) inclui tipi-camente um gás inerte, tal como argônio, conforme será discutido em maisdetalhes no presente documento.
O método da presente invenção inclui a seleção tanto da faixade temperatura do gás aquecido, como uma razão de peso de gás hidrogê-nio para o material de alimentação de oxido de metal refratário particulado,que entra em contato com o gás aquecido. Estes parâmetros são seleciona-dos de modo que: o gás aquecido compreenda hidrogênio atômico; o mate-rial de alimentação de oxido de metal refratário seja substancialmente esta-bilizado de forma termodinâmica, e o material de alimentação de oxido demetal refratário seja reduzido por hidrogênio atômico. De preferência, o ma-terial de alimentação de oxido de metal refratário é substancial e completa-mente reduzido por hidrogênio atômico durante o contato com o gás aqueci-do.
A seleção da faixa de temperatura e do gás aquecido, e a razãode peso de gás hidrogênio para oxido de metal refratário particulado não éum esforço trivial, e não foi reconhecida até agora. Para propósitos de de-monstração, a formação de metal tântalo primário por meio da redução depentóxido de tântalo com hidrogênio atômico será discutida como se segue.O metal tântalo possui um ponto de fusão de aproximadamente 3000°C.Como tal, as temperaturas de gás aquecido abaixo e de certa forma acimado ponto de fusão de tântalo são de interesse, para propósitos de reduzir oscustos de energia, e depende de se a formação de metal tântalo fundido édesejada.
A formação de metal tântalo primário por meio da redução depénfóxido de fânfãTo com hidrogênio molecular (ou seja, H2(g)), não é termo-dinamicamente favorável sobre uma faixa de temperatura de 1000°C a3600°C. A seguinte equação de reação geral (I) é representativa da reduçãode pentóxido de tântalo por hidrogênio molecular,<formula>formula see original document page 12</formula>
A equação de reação geral (I) foi analisada de forma termodinâ-mica por meio de um método de análise de redução de energia de Gibbsque utiliza um programa de computador comercialmente disponível a partirde Outokumpu Research Oy, da Finlândia, sob o nome HSC Chemistry 5.1.
Para propósitos de referência geral, se os valores de energialivre de Gibbs padrão (ou seja, valores AG) forem negativos, a reação deequação (I) é considerada favorável e conseqüentemente o equilíbrio destaé deslocado para a direita da equação, e a constante de equilíbrio relaciona-da é maior que 1,0. Correspondentemente, se os valores de energia livre deGibbs padrão forem positivos, a reação é considerada menos favorável oudesfavorável (dependendo da magnitude do valor positivo) e conseqüente-mente o equilíbrio desta é deslocado para a esquerda da equação, e a cons-tante de equilíbrio relacionada é menor que 1,0. Um valor de energia livre deGibbs padrão de zero corresponde a uma constante de equilíbrio de 1,0.
Os valores de energia livre de Gibbs padrão são calculados utili-zando a seguinte equação geral.
<formula>formula see original document page 12</formula>
Na equação acima: o símbolo "R" representa a constante degás; "T" representa temperatura em graus Kelvin; e "K" é a constante de e-quilíbrio. Mais particularmente, os resultados de uma análise de computadorde redução de energia de Gibbs de equação de reação (I) que utiliza o soft-ware HSC Chemistry 5.1 estão resumidos na seguinte Tabela 1.
<table>table see original document page 12</column></row><table><table>table see original document page 13</column></row><table>
Os resultados resumidos na Tabela 1 indicam que a redução depentóxido de tântalo por hidrogênio molecular e do metal tântalo primário deformação, como representado pela equação de reação geral (I), não é ter-modinamicamente favorável sobre uma faixa de temperatura de 1000°C a3600°C. Em particular, deve ser observado que os valores AG da Tabela 1são positivos e de grande magnitude (mais que 100 Kcal) acima da faixa detemperatura avaliada (ou seja, o equilíbrio de equação de reação (I) é deslo-cado para a esquerda/lado de alimentação e longe da direita/lado de produtodeste). Como tal, a redução de pentóxido de tântalo não é possível sobreuma faixa de temperatura de 1000°C a 3600°C.
Os símbolos na Tabela 1, e as seguintes tabelas, possuem osseguintes significados: T representa temperatura; H representa entalpia; Srepresenta entropia; AG representa energia livre de Gibbs padrão; e K re-presenta a constante de equilíbrio da equação de reação relacionada.
A redução de pentóxido de tântalo por hidrogênio atômico é re-presentada pela seguinte equação de reação representativa (II),
(II)
<formula>formula see original document page 13</formula>
Os resultados de uma análise de computador de redução de e-nergia de Gibbs de equação de reação (II), que utilize o software HSC Che-mistry 5.1, estão resumidos na seguinte Tabela 2.<table>table see original document page 14</column></row><table>
Os resultados resumidos na Tabela 2 indicam que a formação
de metal tântalo primário por meio da redução de pentóxido de tântalo comhidrogênio atômico é termodinamicamente possível em uma temperaturamenor que ou igual à cerca de 3000°C, e mais favorável em temperaturasmenores que ou iguais a 2800°C. Acima da faixa de temperatura de 1000°Ca 2600°C, os valores AG da Tabela 2 são negativos, desta maneira indican-do um deslocamento na de equilíbrio de equação de reação (II) para a direi-ta/lado de produto da equação (ou seja, em direção à formação de metaltântalo primário). Em temperaturas de 2800°C e 3000°C, os valores de e-nergia livre de Gibbs padrão, enquanto positivos, são de magnitude suficien-temente pequena que o tântalo é formado. Geralmente, os resultados daTabela 2 obtidos por si próprios, indicam que a redução de pentóxido de tân-talo por hidrogênio atômico é mais favorável e deveria ser conduzida emtemperaturas menores que ou iguais a 2600°C.
Entretanto, a formação de hidrogênio iônico (que é capaz de re-duzir pentóxido de tântalo) sobre uma faixa de temperatura de 1000°C a3000°C, não é termodinamicamente viável. Ademais, a formação de hidro-gênio atômico, enquanto viável em temperaturas maiores que ou iguais a2000°C, apenas se torna favorável em temperaturas maiores que ou iguais a3000°C, como será discutido em mais detalhe no presente documento.
A formação de hidrogênio atômico é representada através daseguinte equação de reação geral (III),
<formula>formula see original document page 15</formula>
A reação geral representada pela equação geral (III) foi submeti-da a uma análise de computador de redução de energia de Gibbs, que utilizao software HSC Chemistry 5.1, cujos resultados estão resumidos na seguin-te Tabela 3.
<table>table see original document page 15</column></row><table>
A partir do resumo de dados na Tabela 3 pode ser observadoque a energia livre de Gibbs padrão para a formação de hidrogênio atômicoé positiva sobre a faixa de temperatura total de 1000°C a 3400°C, e se tornanegativa em uma temperatura de 3600°C. A constante de equilíbrio (K) paraequação de reação geral (III), é representada pela seguinte equação.
<formula>formula see original document page 16</formula>
O símbolo "PH(g)" se refere à pressão parcial de hidrogênio atô-mico, e o símbolo "PH2(g)" se refere à pressão parcial de hidrogênio molecu-lar. Presume-se uma porcentagem de volume de gás hidrogênio de 100 por-cento por volume e uma pressão parcial de gás hidrogênio de 1 atm, umaestimativa da porcentagem de volume de hidrogênio atômico pode ser de-terminada a partir de uma raiz quadrada da constante de equilíbrio em umatemperatura particular. Por exemplo, em uma temperatura de 2000°C, a por-centagem de volume de hidrogênio atômico é cerca de 1 porcento, enquantoa porcentagem de volume de hidrogênio molecular, conseqüentemente, écerca de 99 porcento. Em uma temperatura de 2200°C, a porcentagem devolume de hidrogênio atômico é cerca de 2 porcento, enquanto a porcenta-gem de volume de hidrogênio molecular conseqüentemente, é cerca de 98porcento.
Em uma temperatura de 2400°C, a porcentagem de volume dehidrogênio atômico é cerca de 10 porcento, enquanto a porcentagem de vo-lume de hidrogênio molecular conseqüentemente, é cerca de 90 porcento.Como tal, a formação de hidrogênio atômico não é suficientemente viável emtemperaturas menores que 2000°C. Em temperaturas a partir de 2000°C a2800°C, a formação de hidrogênio atômico é viável, porém em quantidadesindesejavelmente pequenas. Os resultados resumidos na Tabela 3 indicamque as temperaturas iguais a ou maiores que 3000°C são requeridas para aformação favorável de hidrogênio atômico. Embora não mostrado na Tabela3, em temperaturas acima de 4000°C, o equilíbrio de equação (III) é deslo-cado substancialmente para a direita (ou seja, substancialmente todo o hi-drogênio molecular é convertido para hidrogênio atômico).
A formação de hidrogênio iônico é representada pela seguinteequação geral (IV),
<formula>formula see original document page 16</formula>
A análise de computador de redução de energia de Gibbs dareação de equação (111) foi realizada utilizando o software HSC Chemistry5.1, e os resultados desta estão resumidos na seguinte Tabela 4.
<table>table see original document page 17</column></row><table>
Os resultados da Tabela 4 mostram claramente que a formaçãode hidrogênio iônico sobre uma faixa de temperatura de 1000°C a 3600°Cnão é termodinamicamente favorável, visto que os valores de energia livrede Gibbs padrão são positivos e de grande magnitude acima da faixa detemperatura total. Embora não mostrado na Tabela 4, o hidrogênio iôniconão é formado em quantidades significativas abaixo de uma temperatura deaproximadamente 10.000°C.
A análise termodinâmica de equações de reação (I) a (IV) comoresumido nas Tabelas 1 a 4, proporciona indicações divergentes para astemperaturas abaixo das quaiso pentóxidode tântalonseTá adequadamentereduzido por hidrogênio atômico para formar metal tântalo. Em particular, aanálise termodinâmica de equação de reação (II) como resumido na Tabela2, indica que a redução de pentóxido de tântalo por hidrogênio atômico étermodinamicamente favorável em temperaturas menores que ou iguais a2600°C. Entretanto, a análise termodinâmica de equação de reação (III) co-mo resumido na Tabela 3, indica que temperaturas maiores ou iguais a3000°C são requeridas para formar quantidades suficientes de hidrogênioatômico. Como tal, as equações obtidas (II) e (III), e dados termodinâmicosdas Tabelas 2 e 3 juntamente, a redução de pentoxido de tântalo por umaquantidade estequiométrica de hidrogênio atômico (ou seja, em uma razãode peso de gás hidrogênio para pentoxido de tântalo de 0,02 para 1,0) nãoparece ser razoavelmente viável em temperaturas menores que 3000°C.
Foi descoberto que este obstáculo, relativa à formação termodi-namicamente desfavorável de hidrogênio atômico em temperaturas menoresque 3000°C, pode ser superado ao selecionar cuidadosamente tanto: (i) afaixa de temperatura na qual o gás hidrogênio (ou seja, gás hidrogênio mo-lecular) é aquecido; como (ii) a razão de peso de gás hidrogênio para oxidode metal refratário. Para propósitos de demonstração, a seleção destas con-dições será discutido com relação à redução de pentoxido de tântalo (Ta20s)para formar o metal tântalo primário (Ta).
Na seguinte discussão, as faixas de temperatura de cerca de1627°C (1900 K) a 3327°C (3600 K) ou cerca de 1827°C (2100 K) a 3327°C(3600 K) foram investigadas. As nove seguintes razões de massa (ou peso)de gás hidrogênio para pentoxido de tântalo foram investigadas através des-ta faixa de temperatura: 0,1:1,0; 0,25:1,0; 0,4:1,0; 0,7:1,0; 1:1,0; 1,5:1,0;2,3:1,0; 4:1,0; e 9:1,0. As razões de peso citadas foram analisadas por meiode um método de redução de energia de Gibbs, que utiliza um programa decomputador que é comercialmente disponível a partir de B. G. Trusov, deMoscou, Rússia, sob o nome TERRA. A análise de computador TERRA ge-rou planos de frações de massa de equilíbrio dos vários componentes dereação e produtos, com relação a um sistema de reação que inclui pentoxidode tântalo e gás hidrogênio como reagentes, como uma função de tempera-tura. Ademais, as frações de massa de equilíbrio dos seguintes co-produtostambém são mostradas nos gráficos: dióxido de tântalo (Ta02(g)); e monóxi-do de tântalo (TaO(g)), que resultam da decomposição térmica de pentoxidode tântalo, como representado pela seguinte equação de reação (V).<formula>formula see original document page 19</formula>
Os planos gráficos de fração de massa versus temperatura, paraa redução de pentóxido de tântalo, são mostrados nas Figuras 1 a 9 dos de-senhos. Nos gráficos das Figuras 1 a 9, as fórmulas Ta205(C) e Ta(c) se re-ferem às espécies condensadas relacionadas. Nas Figuras 1 a 9, o símbolo"H" se refere a hidrogênio atômico gasoso. Nas Figuras 1 a 9, todas as es-pécies sem um subscrito-(c) são espécies gasosas. Também, nas Figuras 1a 9, inclui-se uma tabulação da fração de massa de equilíbrio de metal tânta-lo primário sobre uma faixa de temperatura de 1827°C (2100 K) a 2927°C(3200 K), em uma pressão total de 0,1 MPa.
Em uma razão de massa (ou peso) de gás hidrogênio para pen-tóxido de tântalo de 0,1:1,0, a formação de metal tântalo primário é relativa-mente baixa (possuindo um valor de fração de massa máximo de 0,049 emuma temperatura de 2627°C (2900 K)). Veja o gráfico e tabela da Figura 1.Ademais, a 2627°C (2900 K), a quantidade de dióxido de tântalo gasoso(Ta02) formada é indesejável e substancialmente equivalente à quantidademáxima de metal tântalo primário formada naquela temperatura. Como seráadicionalmente discutido aqui, a formação de subóxidos do oxido de metalrefratário de alimentação (por exemplo), TaO e Ta02 gasosos no caso depentóxido de tântalo) é tipicamente indesejada, particularmente se os subó-xidos não forem reduzidos por hidrogênio atômico.
O nível de tântalo primário formado em uma razão de massa degás hidrogênio para pentóxido de tântalo de 0,25:1,0, é maior com relação auma razão de massa de 0,1:1,0 (por exemplo, possuindo uma fração demassa máxima de 0,097 em uma temperatura de 2627°C (2900 K)). Veja ográfico e tabela da Figura 2. Entretanto, em uma temperatura de 2627°C(2900K), a quantidade de dióxido de tântatogasoso formada é indesejável esubstancialmente equivalente à quantidade máxima de metal tântalo primá-rio formada naquela temperatura. As razões de massa de gás hidrogêniopara pentóxido de tântalo de 0,4:1,0, 0,7:1,0, 1,0:1,0 e 1,5:1,0 resultam naformação de níveis maiores de metal tântalo primário, com relação a umarazão de massa de 0,1:1,0. Veja Figuras 3 a 6. Entretanto, como similarmen-te observado com uma razão de massa de 0,25:1, o nível de formação desubóxido gasoso (por exemplo, TaO e/ou Ta02 gasosos) é indesejavelmentealto com relação ao nível de formação de metal tântalo primário nestas ra-zões de massa. Ademais, nestas razões de peso, as quantidades máximasou pico de metal tântalo primário são formadas sobre faixas de temperaturarelativamente estreitas (por exemplo, sobre uma faixa de temperatura de -173°C (100 K) no caso de uma razão de massa de 1,5:1,0, veja Figura 6).Manter tais faixas de temperatura estreitas, embora possível sob condiçõeslaboratoriais, pode ser menos que desejado no nível de produção de fábrica.
Uma razão de peso de gás hidrogênio para oxido de metal refra-tário que proporciona um equilíbrio de um nível suficiente, reproduzível esubstancialmente constante de formação de metal refratário primário sobreuma extensa faixa de temperatura, é desejada. É adicionalmente desejadoque a formação de subóxidos gasosos do material de alimentação de oxidode metal refratário (por exemplo, TaO e Ta02 gasosos) seja mínima sobreesta faixa de temperatura, em particular se esta não for reduzida por hidro-gênio atômico. Tal equilíbrio de condições de reação é particularmente dese-jado no nível de produção de fábrica (ou comercial), por exemplo), para pro-pósitos de otimizar o desenho de equipamento e equilíbrios de massa asso-ciados com este.
Tal equilíbrio favorável de condições de reação (ou seja, forma-ção de metal tântalo primário suficientemente alta, acoplada com uma faixade temperatura suficientemente ampla e o nível reduzido ou mínimo de for-mação de subóxido gasoso) é proporcionado por uma razão de massa degás hidrogênio para pentóxido de tântalo que é maior que 1,5:1,0. Em umamodalidade da presente invenção, a razão de massa de gás hidrogênio parapentóxido de tântalo é de preferência pelo menos 2,3:1,0, e mais preferivel-mente pelo menos 4,0:1,0. Veja Figuras 7 e 8. Em uma razão de massa degás hidrogênio para pentóxido de tântalo de 2,3:1,0, uma combinação de umalto nível de formação de metal tântalo primário e formação reduzida de su-bóxidos gasosos (TaO e Ta02 gasosos) é obtida sobre uma faixa de tempe-ratura de cerca de 1927°C (2200 K) a 2527°C (2800 K) (Figura 7). Uma ra-zão de peso de gás hidrogênio para pentóxido de tântalo de 4,0:1,0 propor-ciona uma faixa de temperatura maior sobre a qual uma combinação de for-mação de tântalo primário é acoplada com níveis reduzidos de formação desubóxido gasoso, por exemplo, sobre uma faixa de temperatura de cerca de1827°C (2100 K) a cerca de 2627°C (2900 K) (Figura 8).
Um equilíbrio particularmente desejado de nível suficiente, re-produzível e substancialmente constante de formação de metal tântalo pri-mário sobre uma extensa faixa de temperatura, é proporcionado por umarazão de massa de gás hidrogênio para pentóxido de tântalo de pelo menos9,0:1,0. Veja Figura 9. Em uma razão de massa de 9,0:1,0, um nível sufici-ente e substancialmente constante de formação de metal tântalo primário(um valor de fração de massa de equilíbrio de cerca de 0,08) é obtido sobreuma faixa de temperatura de aproximadamente 1627°C (1900 K) a 2427°C(2700 K). Ademais, a formação de subóxidos gasosos (TaO e Ta02 gaso-sos) sobre esta faixa de temperatura (de 1627°C (1900 K) a 2427°C (2700K)) é adicionalmente reduzida e minimizada.
A redução de pentóxido de tântalo com hidrogênio atômico tam-bém pode ser avaliada em termos de rendimento de tântalo. O rendimentode tântalo é calculado a partir da seguinte equação.
% de Rendimento de Tântalo = {Ta(C)/Ta(feed)} x 100
O termo "Ta(c)" representa a quantidade de metal tântalo con-densado formado, e o termo "Ta (alimentação)" representa a quantidade detântalo alimentada dentro da reação, que é calculada a partir do peso depentóxido de tântalo (Ta205) alimentado dentro da reação. Na Figura 10, aporcentagem de rendimento de tântalo como uma função de temperatura érepresentada por razões de peso de gás hidrogênio para pentóxido de tânta-lo clê 9;0TT,0, 27371,0 è~Õ,1 pargM.O. Com referência T Figura 10, em umarazão de peso de gás hidrogênio para pentóxido de tântalo de 9,0:1,0, umrendimento de tântalo de substancialmente 100 porcento é obtido sobre umafaixa de temperatura desejavelmente grande de aproximadamente 1877°C(2150 K) a 2477°C (2750 K). Baseado no aumento tanto na porcentagem derendimento de tântalo como na faixa de temperatura sobre a qual tais rendi-mentos aumentados são obtidos, com razões de peso crescentes de gáshidrogênio para pentóxido de tântalo (como mostrado na Figura 10), espera-se que razões de peso de gás hidrogênio para pentóxido de tântalo maioresque 9,0:1,0 irão resultar possivelmente em rendimentos de tântalo de subs-tancialmente 100 porcento sobre uma faixa de temperatura maior (por e-xemplo, sobre uma faixa de temperatura de 2000°C a 3000°C).
A faixa de temperatura de gás aquecido (que inclui gás hidrogê-nio) e razão de peso de gás hidrogênio para oxido de metal refratário tam-bém são selecionadas de modo que o material de alimentação de oxido demetal refratário seja substancial e termodinamicamente estabilizado. No mé-todo da presente invenção, estabilizar termodinamicamente o material dealimentação de oxido de metal refratário minimiza a formação de subóxidosde metal refratário relacionados a partir deste, esta pode não ser reduzidapor contato com hidrogênio atômico. Tal estabilização, desta maneira garan-te-se mais que uma redução mais completa do material de alimentação deoxido de metal refratário seja obtida no método da presente invenção.
Por exemplo, a decomposição térmica de pentóxido de tântaloresulta na formação de mono e dióxidos gasosos como representado porfórmula de reação (V), que é reproduzida como se segue.
<formula>formula see original document page 22</formula>
Uma equação de equilíbrio da formula de reação (V) é represen-tada pela seguinte Equação-(1),
<formula>formula see original document page 22</formula>
Na Equação-(1), K(V> é a constante de equilíbrio de fórmula dereação (V), e cada símbolo "P" se refere à pressão parcial relacionada.
A seguinte fórmula de reação (VI) também é de significância,com relação a uma análise da estabilidade termodinâmica de material dealimentação de pentóxido de tântalo.
(VI)
<formula>formula see original document page 22</formula>Uma equação de equilíbrio da fórmula de reação (VI) é repre-sentada pela seguinte Equação-(2),
(2)
<formula>formula see original document page 23</formula>
Na Equação-(2), K(Vi) é a constante de equilíbrio da fórmula dereação (VI), e cada símbolo "P" se refere à pressão parcial relacionada.
Quando o pentóxido de tântalo for aquecido na presença de gáshidrogênio (ver fórmula (II) acima), a pressão parcial de oxigênio deve satis-fazer tanto as Equações de Reação (1) como (2). Em uma dada temperatu-ra, cada constante de equilíbrio K(V) e K(Vi) das Equações-(l) e -(2) permane-ce constante. À medida que a razão de (PH2(g)/PH20(g)} da Equação-(2) dimi-nui, a pressão parcial de 02(g) da Equação-(2) aumenta, e conseqüentemen-te a pressão parcial de 02(9) da Equação-(1) também aumenta. À medidaque a pressão parcial de C>2(g) da Equação-(1) aumenta, o múltiplo das pres-sões parciais de TaO(g) e Ta02(g) diminui. Correspondentemente, à medidaque o múltiplo das pressões parciais de TaO(g) e Ta02(g) diminui, a estabili-dade termodinâmica ou térmica de Ta205 aumenta, e em particular a volatili-zação de Ta205 é minimizada.
O efeito da razão de peso de gás hidrogênio para pentóxido detântalo sobre a estabilização termodinâmica de material de alimentação depentóxido de tântalo em uma temperatura particular pode ser demonstradocom referência às Figuras 6 e 9 dos desenhos. Em uma razão de peso degás hidrogênio para pentóxido de tântalo de 1,5:1,0 e temperatura de2427°C (2700 K), com referência à Figura 6, a fração de massa de Ta02(g) éaproximadamente 0,06. Entretanto, em uma razão de peso de gás hidrogê-nio para pentóxido de tântalo de 9,0:1,0 e uma temperatura de 2427°C (2700K), com referência à Figura 9, a fração de massa de Ta02(g) é insignificante(menor que 0,01). A medida que a razão de pêsõ de gás hidrogênio parapentóxido de tântalo aumenta, a fração de massa de Ta02(g) diminui, e con-seqüentemente, a estabilidade termodinâmica de pentóxido de tântalo au-menta.
No método da presente invenção, o material de alimentação deoxido de metal refratário que é reduzido, está na forma de oxido de metalrefratário particulado. As partículas de oxido de metal refratário podem pos-suir formatos selecionados a partir de, porém sem caráter limitativo, formatosesféricos, formatos esféricos alongados, formatos irregulares (por exemplo,dotado de bordas afiadas), formatos tipo chapa ou tipo lâmina, formatos tipobastão, formatos redondos e combinações destes. O tamanho médio de par-ticular do oxido de metal refratário particulado é selecionado de modo que ooxido de metal refratário particulado flua livremente. O oxido de metal refra-tário particulado possui tipicamente um tamanho médio de partícula a partirde 20 um a 1000 um, mais tipicamente a partir de 30 um a 800 um, e deforma adicional tipicamente a partir de 50 um a 300 um.
O metal refratário primário formado no método da presente in-venção pode estar na forma de um material substancialmente sólido e contí-nuo (por exemplo, na forma de um cilindro). De preferência, o metal refratá-rio primário formado no método da presente invenção está na forma de me-tal refratário primário particulado, e de forma adicional preferivelmente é ummetal refratário primário particulado de fluxo livre. O produto de metal refra-tário primário particulado possui tipicamente um tamanho médio de partículaa partir de 200 nm a 1000 um, mais tipicamente a partir de 1 um a 800 um, ede forma adicional tipicamente a partir de 10 um a 300 um.
No método da presente invenção, pelo menos algum oxido demetal refratário particulado é reduzido para formar o metal refratário primáriopor contato com o gás aquecido. De preferência, pelo menos 50 porcentopor peso do oxido de metal refratário particulado, baseado no peso de oxidode metal refratário particulado, é reduzido por contato com o gás aquecido.Em uma modalidade particularmente preferida da presente invenção, pelomenos 90 porcento por peso (por exemplo, 98 ou 100 porcento por peso) dometal refratário particulado, baseado no peso de oxido de metal refratárioparticulado, é reduzido por contato com gás aquecido.
O gás, ou gás de alimentação (que inclui gás hidrogênio) é a-quecido no método da presente invenção de modo que o gás aquecido in-clua hidrogênio atômico, como anteriormente discutido aqui. De preferência,o gás aquecido é substancialmente isento de hidrogênio iônico. Como usadoaqui e nas reivindicações, o termo "substancialmente isento de hidrogênioiônico" significa que o gás aquecido contém uma fração de massa de hidro-gênio iônico (H+(g)) menor que 1 x 10"10 (como determinado por um cálculode minimização de energia de Gibbs que utiliza o programa de computadorTERRA).
O metal refratário do oxido de metal refratário pode ser selecio-nado entre tântalo (Ta), nióbio (Nb), titânio (Ti), zircônio (Zr), háfnio (Hf) ecombinações e ligas destes. De preferência, o oxido de metal refratário éselecionado entre pentóxido de tântalo, pentóxido de nióbio, dióxido de nió-bio e combinações destes.
O gás aquecido e ó oxido de metal refratário particulado podementrar em contato um com o outro por meios adequados. Por exemplo, ooxido de metal refratário particulado pode ser introduzido dentro de um fluxodo gás aquecido, ou o gás aquecido pode ser passado através/sobre o oxidode metal refratário particulado. Em uma modalidade, o oxido de metal refra-tário particulado é colocado em um recipiente adequado (por exemplo, umrecipiente fabricado a partir de um metal refratário, tal como tântalo, nióbioou molibdênio) e o gás aquecido é passado através (e sobre) o oxido de me-tal refratário particulado dentro do recipiente. Por exemplo, um recipientecilíndrico que possui uma extremidade substancialmente aberta e uma ex-tremidade terminal que possui uma rede de metal fina que as cobre, podeser usado. O oxido de metal refratário particulado é colocado dentro do reci-piente cilíndrico, e o gás aquecido é introduzido de forma contínua dentro dorecipiente através da extremidade aberta, enquanto os co-produtos gasosossão removidos do recipiente através da rede de metal fina. O metal refratárioprimário formado dentro do recipiente pode estar em uma forma sólida con-tínua, ou dê preferência êm forma de particulado. O metal refratário primáriode produto pode ser então removido do recipiente e adicionalmente proces-sado (por exemplo, moído, compactado ou fabricado em arame, chapa oufolhas finas).
O contato entre o oxido de metal refratário e o gás aquecido quecompreende gás hidrogênio pode ser conduzido na presença de um catali-sador. Como usado aqui e nas reivindicações, o termo "catalisador", comrelação ao contato entre o oxido de metal refratário e o gás aquecido, signifi-ca um material que aumenta a taxa de formação de hidrogênio atômico apartir de gás hidrogênio (ou seja, gás hidrogênio molecular). Embora sem seater a qualquer teoria, acredita-se que o catalisador aumenta a taxa de for-mação de hidrogênio atômico a partir de gás hidrogênio ao reduzir a energiade ativação associada com tal formação. A presença de um catalisador édesejada de modo que uma redução na temperatura requerida para a for-mação de hidrogênio atômico do oxido de metal refratário também possa serobtida (por exemplo, temperaturas menores que ou iguais a 2000°C, 1500°Cou 1000°C).
O catalisador é, de preferência, um catalisador particulado quecompreende um metal selecionado a partir de pelo menos um entre paládio,platina, irídio, rutênio, ródio, combinações destes, e ligas destes. Os catali-sadores particulados são preferidos devido à área de superfície mais exten-sa proporcionada por estes. Tipicamente, o catalisador particulado possuiuma área de superfície a partir de 5 a 25 m2/grama de catalisador, por e-xemplo, 10 m2/grama de catalisador.
O catalisador, de preferência em forma de particulado, pode sercolocado em um leito através do qual o gás aquecido que compreende gáshidrogênio é passado, desse modo formando um fluxo de gás que compre-ende hidrogênio atômico que então entra em contato com o oxido de metalrefratário. Em uma modalidade, o oxido de metal refratário particulado é co-locado sobre a superfície superior de uma peneira (por exemplo, uma penei-ra para tântalo) que possui uma pluralidade de perfurações. O catalisadorparticulado é mantido em contato com a superfície inferior da peneira (porexemplo, por meio de uma peneira adicional que possui uma pluralidade deperfurações, sendo que o catalisador particulado é interposto entre a peneirae a peneira adicional). O gás aquecido que compreende gás hidrogênio (porexemplo, aquecido por meio de um forno de resistência elétrica) é passadoatravés do catalisador particulado, desse modo formando hidrogênio atômicoque passa através da peneira e entra em contato com o oxido de metal refra-tário particulado que se situa sobre a superfície superior da peneira, dessemodo reduzindo o oxido de metal refratário e formando oxido de metal refra-tário primário. Tal processo de peneira é tipicamente conduzido como umprocesso em lote.
Os catalisadores podem ser empregados em um processo con-tínuo de acordo com a presente invenção. Uma peneira (por exemplo, detântalo) que compreende uma pluralidade de perfurações é proporcionadana forma de uma correia contínua. A correia possui uma superfície internaque define um volume interno dentro do qual o catalisador particulado é in-troduzido e contido. O oxido de metal refratário particulado é continuamenteproporcionado sobre a superfície externa da correia superior à medida que acorreia é continuamente movida (por exemplo, sobre roletes). Ao mesmotempo, o gás aquecido que compreende gás hidrogênio é passado atravésda parte inferior da correia e através do catalisador particulado contido den-tro do volume interno da correia, desse modo formando hidrogênio atômico.O hidrogênio atômico passa adicionalmente através da parte superior dacorreia e entra em contato com o oxido de metal refratário particulado que sesitua sobre a superfície externa da correia superior, desse modo formandooxido de metal refratário primário. A correia pode estar opcionalmente conti-da em um forno dentro do qual o gás hidrogênio é introduzido.
Em uma modalidade da presente invenção, o gás aquecido é umplasma. O plasma é formado a partir de um gás de alimentação que com-preende um gás inerte e o gás reativo. Mais particularmente, o plasma é cri-ado através da ionização do gás inerte (por exemplo, argônio ionizado), queé distribuído e misturado com o gás hidrogênio. Como usado aqui e nas rei-vindicações, o termo "plasma" significa um gás aquecido que inclui gás iner-teríõns de gáslherte e gásleativo (por exemplo, gás hidrogênio e hidrogê-nio atômico), e opcionalmente uma quantidade pequena de íon de hidrogê-nio (por exemplo, uma fração de massa de hidrogênio de íon menor que 1 x10-10). O oxido de metal refratário particulado entra em contato com o plas-ma e é reduzido para formar o metal refratário primário.O gás inerte e o gás reativo do plasma, e quantidades relativasdeste, são como anteriormente descrito aqui com relação ao gás que é a-quecido no método da presente invenção. Por exemplo, o gás inerte podeser selecionado a partir de pelo menos um gás nobre do grupo VIII (por e-xemplo, néon, argônio, criptônio, xenônio e combinações destes).
O gás reativo do plasma compreende hidrogênio e opcionalmen-te de forma adicional um gás reativo que é um que não hidrogênio, tal comoum alcano (por exemplo, metano, etano, propano, butano e combinaçõesdestes). As quantidades relativas de hidrogênio e adicionalmente gás reativopodem ser selecionadas a partir daquelas quantidades e faixas como citadasanteriormente aqui com relação ao gás que é aquecido no método da pre-sente invenção. De preferência, o gás reativo do plasma compreende 100porcento por peso de hidrogênio, baseado no peso total do gás reativo.
O oxido de metal refratário particulado e o plasma podem serconectados um ao outro ao passar o plasma através e sobre o oxido de me-tal refratário particulado. Por exemplo, o oxido de metal refratário particuladopode ser colocado em um recipiente (por exemplo, um recipiente cilíndrico)através do qual o plasma é passado, como anteriormente descrito aqui comrelação a colocar o oxido de metal refratário particulado em contato com umgás aquecido.
De preferência, o oxido de metal refratário particulado e o plas-ma podem entrar em contato um com o outro ao introduzir o oxido de metalrefratário particulado dentro do plasma (às vezes referido como chama deplasma ou fluxo de plasma). Os aparelhos de plasma que podem ser usadosno método da presente invenção incluem aqueles que são conhecidos peloversado na técnica. Em uma modalidade da presente invenção, o aparelhode plasma inclui uma arma de plasma, um reator químico de plasma e umaparelho de coleta de produto. O reator químico de plasma (por exemplo, naforma de um cilindro alongado) possui uma primeira extremidade e uma se-gunda extremidade. A arma de plasma é fixada na primeira extremidade doreator químico de plasma, e o aparelho de coleta de produto é conectado àsegunda extremidade do reator químico de plasma. A arma de plasma e oaparelho de coleta de produto estão em comunicação gasosa com o reatorquímico de plasma. O aparelho de plasma é de preferência orientado deforma vertical com a arma de plasma na extremidade superior e o aparelhode coleta de produto na extremidade inferior deste, permitindo uma combi-nação de fluxo de gás e gravidade para conduzir o metal refratario primáriopara baixo e dentro do aparelho de coleta. Alternativamente, o aparelho deplasma pode ser horizontalmente orientado.
O gás de alimentação (por exemplo, que compreende argônio egás hidrogênio em uma razão de volume de argônio para hidrogênio de 3:1)é alimentado dentro da arma de plasma, e um plasma formado se estendeatravés de pelo menos uma parte do reator químico de plasma.
O oxido de metal refratario particulado é alimentado dentro doreator químico de plasma e entra em contato com o plasma neste. O oxidode metal refratario particulado pode ser alimentado dentro do reator por meiode um gás transportador inerte, tal como argônio. Opcionalmente, o gás rea-tivo adicional (por exemplo, hidrogênio) pode ser alimentado separadamentedentro do reator químico de plasma.
O contato do oxido de metal refratario particulado com o plasmano reator químico de plasma, de acordo com o método da presente inven-ção, resulta na redução do oxido de metal refratario particulado para formaroxido de metal refratario primário. De preferência, o metal refratario primárioformado no reator químico de plasma está na forma de particulado.
O produto de metal refratario primário passa a partir do reatorquímico de plasma dentro do aparelho de coleta de produto. O aparelho decoleta de produto pode ser selecionado a partir daqueles que são conheci-dos pelo versado na técnica. Por exemplo, o aparelho de coleta de produtopode estar na forma de um cilindro alongado que possui uma parte de coletaconica terminal. O aparelho de coleta de produto pode incluir portas para aintrodução e passagem de gases adicionais (por exemplo, gases transporta-dores, tal como argônio) neste e através deste, para facilitar a coleta do pro-duto de metal refratario primário. Ademais, se o metal refratario primário forfundido durante sua formação no reator químico de plasma, a introdução degases transportadores inertes adicionais dentro do aparelho de coleta deproduto também pode servir para solidificar o metal refratário primário emuma forma de particulado.
O aparelho de coleta de produto pode incluir opcionalmente ins-trumentação analítica, tal como um espectrômetro de massa, para monitorar(por exemplo, continuamente) a composição dos gases que passam atravésdeste. Em uma modalidade, os resultados de análise em tempo real dos ga-ses que passam através do aparelho de coleta de produto são usados paraajustar continuamente, por exemplo, as taxas de composição e alimentaçãodo gás de alimentação e oxido de metal refratário particulado que são ali-mentadas dentro do reator químico de plasma. O metal refratário primário deproduto pode ser então removido do aparelho de coleta de produto.
O método da presente invenção pode ser conduzido como umprocesso em lote ou continuamente. A passagem de um gás aquecido ouplasma através de um recipiente que está preenchido pelo menos parcial-mente com oxido de metal refratário particulado é tipicamente realizada co-mo um processo em lote. A introdução de oxido de metal refratário particula-do dentro dê um fluxo de gás aquecido ou um plasma (por exemplo, utilizan-do um aparelho de plasma como anteriormente descrito aqui) é tipicamenteconduzida como um processo contínuo.
O método da presente invenção pode ser conduzido sob condi-ções de pressão reduzia, pressão atmosférica ou temperatura elevada. Porexemplo, a pressão reduzida pode ser proporcionada pelo menos em umaparte do aparelho de coleta de produto do aparelho de plasma. Tipicamente,o método da presente invenção é conduzido sob condições de pressãosubstancialmente atmosférica. Em particular, o contato entre o gás aquecido(ou plasma) e o oxido de metal refratário particulado é de preferência condu-zido sob condições de pressão atmosférica (por exemplo, pressão atmosfé-rica ambiente).
Conduzir o método da presente invenção sob condições de pelomenos pressão atmosférica também serve para estabilizar o oxido de metalrefratário (por exemplo, pentóxido de tântalo). Com referência à equação dereação (V) e Equação-(1), anteriormente no presente documento, baseadono Princípio de Le Chatelier, o equilíbrio de reação (V) é deslocado para aesquerda (lado de pentóxido de tântalo) à medida que a pressão total au-menta.
Em uma modalidade da presente invenção, o método envolvepreparar metal tântalo primário a partir de pentóxido de tântalo particulado. Aformação de metal tântalo primário foi discutida anteriormente no presentedocumento com referência às Figuras 1 a 9. O gás que entra em contatocom o pentóxido de tântalo particulado é aquecido a uma temperatura de1627°C (1900 K) a 2627°C (2900 K).
O gás hidrogênio do gás aquecido e o pentóxido de tântalo parti-culado em contato com o gás aquecido possuem uma razão de massa degás hidrogênio para pentóxido de tântalo particulado maior que 1,5:1. Depreferência, a razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido de tântaloparticulado é maior que ou igual a 2,3:1. Mais preferivelmente, a razão demassa de gás hidrogênio para pentóxido de tântalo particulado é maior queou igual a 4,0:1. Em uma modalidade particularmente preferida, a razão demassa de gás hidrogênio para pentóxido de tântalo particulado é maior queou igual a 9,0:1. A faixa superior da razão de massa de gás hidrogênio parapentóxido de tântalo particulado é tipicamente menor que ou igual a 15:1,mais tipicamente menor que ou igual a 11:1, e de forma adicional tipicamen-te menor que ou igual a 10:1. A razão de massa de gás hidrogênio para pen-tóxido de tântalo particulado pode variar entre qualquer combinação destesvalores superiores e inferiores, inclusive dos valores citados (salvo indicaçãoem contrário). Por exemplo, a razão de massa de gás hidrogênio para pen-tóxido de tântalo particulado pode variar a partir de um valor maior que 1,5:1a 15:1 , de preferência a partir de 2,3:1 a 10:1, mais preferivelmente a partirde 4,0:1 a 10:1, e ainda mais preferivelmente a partir de 9:1 a 15:1 , ou 9:1 a11:1, ou 9:1 a10:1.
Quando a razão de massa de faixa de gás hidrogênio para pen-tóxido de tântalo particulado for maior que ou igual a 9:1, o pentóxido de tân-talo particulado é de preferência colocado em contato com o gás aquecidoem uma temperatura de 1627°C (1900 K) a 2427°C (2700 K).
O metal tântalo primário pode ser preparado ao colocar o pentó-xido de tântalo particulado em contato com um plasma, de acordo com ométodo anteriormente descrito aqui.
O pentóxido de tântalo particulado pode ser selecionado a partirde classes comercialmente disponíveis. Para aperfeiçoar a pureza do metaltântalo primário de produto, é preferível utilizar um pentóxido de tântalo par-ticulado que seja substancialmente puro. Em uma modalidade da presenteinvenção, o pentóxido de tântalo particulado é substancialmente puro. Opentóxido de tântalo particulado substancialmente puro contém carbono,nióbio, silício, tungstênio, alumínio e ferro em uma quantidade total de me-nos que 50 ppm. Em uma modalidade particularmente preferida da presenteinvenção, o pentóxido de tântalo particulado substancialmente puro possuium teor de carbono menor que 10 ppm.
Em uma modalidade da presente invenção, o metal nióbio primá-rio é preparado a partir de pentóxido de nióbio (Nb205) e/ou dióxido de nió-bio (Nb02). As razões de peso de gás hidrogênio para pentóxido de nióbioforam investigadas em temperaturas a partir de 1727°C (2000 K) a 3527°C(3800 K), por meio de um método de minimização de energia de Gibbs, queutiliza um programa de computador que está comercialmente disponível apartir de B. G. Trusov, de Moscou, Rússia, sob o nome TERRA. As seguin-tes razões de massa de gás hidrogênio para pentóxido de nióbio foram in-vestigadas: 2,3:1,0, 4,0:1,0 e 9,0:1,0. Ver Figuras 11 , 12 e 13.
As Figuras 11 a 13 também incluem uma tabulação da fração demassa de metal nióbio primário formado como uma função de temperatura, apartir da qual uma parte de cada gráfico é traçada. Nas Figuras 11 a 13, osímbolo parentético "(c)" identifica uma espécie condensada (por exemplo,Nb(C) significa nióbio condensado). Ademais, nas Figuras 11 a 13, todas asespécies que não possuem um subscrito-(c) são espécies gasosas.
De acordo com o método da presente invenção é preferível re-duzir substancialmente todo o pentóxido de nióbio e/ou dióxido de nióbiopara formar metal nióbio primário. Entretanto, a formação de co-produto demonóxido de nióbio também pode ser desejada, visto que combinações demetal nióbio primário e monóxido de nióbio são comercialmente úteis.
Em uma razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido denióbio de 2,3:1,0, a formação de metal nióbio primário chega ao máximo so-bre uma faixa de temperatura relativamente estreita (entre 2327°C (2600 K)e 2427°C (2700 K)). Ademais, monóxido de nióbio é concorrente mente for-mado com metal nióbio primário. Ver Figura 11.
Em uma razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido denióbio de 4,0:1,0, a formação de metal nióbio primário chega ao máximo emuma temperatura de 2027°C (2300 K), a partir da qual esta cai gradualmen-te. O monóxido de nióbio é concorrente mente formado nas faixas de tempe-ratura tanto inferiores como superiores sobre as quais o metal nióbio primá-rio é formado sob estas condições. Em uma razão de massa de gás hidro-gênio para pentóxido de nióbio de 4,0:1,0, a formação de metal nióbio primá-rio é de preferência realizada sobre uma faixa de temperatura de 2027°C(2300 K) a 2327°C (2600 K). Ver Figura 12.
Um equilíbrio particularmente desejado de nível suficiente, re-produzível e substancialmente constante de formação de metal nióbio primá-rio sobre uma extensa faixa de temperatura, é obtido em uma razão de pesode gás hidrogênio para pentóxido de nióbio de pelo menos 9,0:1,0. Ver Figu-ra 13. Em uma razão de peso de 9,0:1,0, um nível suficiente e substancial-mente constante de formação de metal nióbio primário (que possui um valorde fração de massa de equilíbrio de cerca de 0,06 a 0,07) é obtido sobreuma faixa de temperatura de aproximadamente 1827°C (2100 K) a 2427°C(2700 K). Ademais, a formação de subóxidos (NbO, em particular) sobre es-ta faixa de temperatura (de 1827°C (2100 K) a 2427°C (2700 K)) é substan-cialmente reduzida e minimizada.
Em uma modalidade da presente invenção, o gás hidrogênio dogás aquecido e o pentóxido de nióbio particulado em contato com o gás a-quecido (para formar metal nióbio primário) possuem uma razão de massade gás hidrogênio para pentóxido de nióbio particulado maior que 2,3:1. Depreferência, a razão de massa de gás hidrogênio para pentóxido de nióbioparticulado é maior que ou igual a 4,0:1. Mais preferivelmente, a razão demassa de gás hidrogênio para pentóxido de nióbio particulado é maior queou igual a 9,0:1. A faixa superior da razão de massa de gás hidrogênio parapentóxido de nióbio particulado é tipicamente menor que ou igual a 15:1,mais tipicamente menor que ou igual a 11:1, e de forma adicional tipicamen-te menor que ou igual a 10:1. A razão de massa de gás hidrogênio para pen-tóxido de nióbio particulado pode variar entre qualquer combinação destesvalores superiores e inferiores, inclusive dos valores citados (salvo indicaçãoem contrário). Por exemplo, a razão de massa de gás hidrogênio para pen-tóxido de nióbio particulado pode variar a partir de um valor maior que 2,3:1a 15:1, de preferência a partir de 4,0:1 a 11:1, e mais preferivelmente a partirde 9,0:1 a 15:1, ou 9,0:1 a 11:1, ou 9,0:1 a 10:1.
A formação de metal nióbio primário a partir de dióxido de nióbio(NbOa) foi investigada em temperaturas a partir de 1627°C (1900 K) a3727°C (4000 K), por meio de um método de minimização de energia deGibbs, que utiliza um programa de computador que está comercialmentedisponível a partir de B. G. Trusov, de Moscou, Rússia, sob o nome TERRA.Uma razão de peso de gás hidrogênio para dióxido de nióbio de 9,0:1,0 foiinvestigada. Ver Figura 14. A Figura 14 também inclui uma tabulação da fra-ção de massa de metal nióbio primário formado como uma função de tempe-ratura, a partir da qual uma parte do gráfico é traçada. Conforme com as Fi-guras 1 a 13, na Figura 14, o símbolo parentético "(c)" identifica uma espéciecondensada (por exemplo, Nb(C) significa nióbio condensado), e espéciesque não possuem um subscrito-(c) são espécies gasosas.
Em uma razão de massa de gás hidrogênio para dióxido de nió-bio de 9,0:1,0, a formação de metal nióbio primário chaga ao máximo emuma temperatura de 1827°C (2100 K), a partir da qual esta cai a princípiolentamente e então rapidamente. Ver Figura 14. Um equilíbrio particularmen-te desejado de nível suficiente, reproduzível e substancialmente constantede formação de metal nióbio primário sobre uma extensa faixa de temperatu-ra, é obtido em uma razão de peso de gás hidrogênio para dióxido de nióbiode pelo menos 9,0:1,0. Ver Figura 14. Em uma razão de peso de 9,0:1,0, umnível suficiente e substancialmente constante de formação de metal nióbioprimário (que possui um valor de fração de massa de equilíbrio de cerca de0,07) é obtido sobre uma faixa de temperatura de aproximadamente 1827°C(2100 K) a 2227°C (2500 K). Ademais, a formação de subóxidos (NbO, emparticular) sobre esta faixa de temperatura (de 1827°C (2100 K) a 2227°C(2500 K)) é substancialmente reduzida e minimizada.
No método da presente invenção, a faixa superior da razão demassa de gás hidrogênio para dióxido de nióbio particulado é tipicamentemenor que ou igual a 15:1, mais tipicamente menor que ou igual a 11:1, e deforma adicional tipicamente menor que ou igual a 10:1. A razão de massa degás hidrogênio para dióxido de nióbio particulado pode variar entre qualquercombinação destes valores superiores e uma razão de 9:1, inclusive dosvalores citados. Por exemplo, a razão de massa de gás hidrogênio para dió-xido de nióbio particulado pode variar a partir de um valor de pelo menos9,0:1 a 15:1, de preferência a partir de 9,0:1 a 11:1, e mais preferivelmente apartir de 9,0:1 a 10:1.
Cada pentóxido de nióbio e dióxido de nióbio particulado podeser selecionado independentemente a partir de classes comercialmente dis-poníveis. Para aperfeiçoar a pureza do metal nióbio primário de produto, épreferível utilizar um pentóxido de nióbio e/ou dióxido de nióbio particuladoque seja substancialmente puro. Em uma modalidade da presente invenção,o oxido particulado de nióbio (ou seja, pentóxido de nióbio e/ou dióxido denióbio) é substancialmente puro. O pentóxido de nióbio e/ou dióxido de nió-bio particulado substancialmente puro contém tipicamente carbono, tântalo,ferro, silício, tungstênio e alumínio em uma quantidade total menor que 50ppm. Em uma modalidade particularmente preferida da presente invenção, ooxido particulado de nióbio substancialmente puro possui um teor de carbo-noníenor que 10 pprrT
O metal nióbio primário pode ser formado de acordo com a pre-sente invenção utilizando aqueles métodos como anteriormente discutido nopresente documento com relação a metais refratários primários, em geral, emetal tântalo primário, em particular. Por exemplo, o gás aquecido e o pen-tóxido de nióbio e/ou dióxido de nióbio pode entrar em contato um com ooutro ao passar o gás aquecido (opcionalmente na forma de um plasma)através e sobre o pentóxido de nióbio particulado enquanto este é mantidodentro de um recipiente (por exemplo, um recipiente cilíndrico). Alternativa-mente, o pentóxido de nióbio e/ou dióxido de nióbio particulado pode ser in-troduzido dentro de um plasma que compreende gás hidrogênio, desse mo-do formando metal nióbio primário, como anteriormente discutido no presen-te documento.
Os artigos de fabricação que podem incluir os metais refratariosprimários (por exemplo, tântalo e/ou nióbio) preparados de acordo com ométodo da presente invenção incluem, porém sem caráter limitativo, capaci-tores eletrônicos, eletrólitos sólidos com qualidade para computador, eletróli-tos sólidos com qualidade para telecomunicações, montagens eletro-ópticase artigos supercondutores. Em particular, os autodenominados capacitoresde tamanho pequeno (que possuem uma combinação de alta capacitânciapor volume de unidade e propriedades de rendimento estáveis) podem serfabricados a partir de metais refratarios primários preparados de acordo como método da presente invenção. De preferência, os metais refratarios primá-rios preparados de acordo com a presente invenção são metais refratariosprimários particulados, e os artigos citados de fabricação (por exemplo, ca-pacitores eletrônicos) são fabricados a partir dos metais refratarios primáriosparticulados.
A presente invenção foi descrita com referência a detalhes es-pecíficos de modalidades particulares desta. Não se pretende que tais deta-lhes sejam considerados como limitações sobre o escopo da invenção exce-to enquanto e na medida em que estes são incluídos nas reivindicações emanexo.

Claims (35)

1. Método para preparar um metal refratário primário que com-preende:(a) aquecer um gás que compreende um gás reativo, sendo que o ditogás reativo compreende gás hidrogênio, desse modo formando umgás aquecido que possui uma faixa de temperatura; e(b) colocar um oxido de metal refratário particulado em contato com odito gás aquecido, em que,(i) a dita faixa de temperatura do dito gás aquecido, e(ii) uma razão de peso do gás hidrogênio do dito gás aquecido parao dito oxido de metal refratário de particuladosão selecionadas de modo que,o dito gás aquecido compreenda hidrogênio atômico,dito oxido de metal refratário seja substancialmente estabilizadode forma termodinâmica, edito oxido de metal refratário seja reduzido por hidrogênio atômi-co na etapa (b),desse modo formando o dito metal refratário primário.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que pelo menos90% por peso do dito oxido de metal refratário é reduzido e formado dentrodo metal refratário primário na etapa (b).
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o dito gásaquecido é substancialmente isento de hidrogênio iônico.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o dito gásaquecido é um plasma, sendo que o dito plasma é formado a partir de umgás de alimentação que compreende um gás inerte e dito gás reativo, e sen-do que o dito metal refratário particulado entra em contato com o dito plasmana etapa (b).
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, em que o dito gásinerte é selecionado a partir do grupo que consiste em gases nobres do gru-po VIII da tabela periódica dos elementos, e combinações destes.
6. Método, de acordo com a reivindicação 4, em que o dito oxidode metal refratário particulado entra em contato com o dito plasma ao intro-duzir o dito oxido de metal refratário particulado dentro do dito plasma.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o metal dodito oxido de metal refratário é selecionado a partir do grupo que consisteem Ta, Nb, Ti, Zr, Hf e combinações destes.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, em que o dito oxidode metal refratário é selecionado a partir do grupo que consiste em pentóxi-do de tântalo, pentóxido de nióbio, dióxido de nióbio e combinações destes.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o gás reati-vo compreende substancialmente 100 porcento por peso de gás hidrogênio.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, ern que o dito oxi-do de metal refratário particulado entra em contato com o dito gás aquecidona presença de um catalisador.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, em que o ditocatalisador é um catalisador particulado que compreende um metal selecio-nado a partir do grupo que consiste em paládio, platina, irídio, rutênio, ródio,combinações destes e ligas destes.
12. Método para preparar metal tântalo primário que compreen-de:(a) aquecer um gás que compreende um gás reativo, sendo que o ditogás reativo compreende gás hidrogênio, desse modo formando umgás aquecido; e(b) colocar um pentóxido de tântalo particulado em contato com o ditogás aquecido em uma temperatura de 1627°C (19O0 K) a 2627°C(2900 K), desse modo reduzindo o dito pentóxido de tântalo particula-do e formando metal tântalo primário;em que o gás hidrogênio do dito gás aquecido e dito pentóxidode tantalo particulado em contato com o dito gás aquecido possuem umarazão de massa de gás hidrogênio para pentóxido de tântalo particuladomaior que 1,5:1.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, em que a ditarazão de massa de gás hidrogênio para pentóxido de tântalo particulado épelo menos 2,3:1.
14. Método, de acordo com a reivindicação 12, em que a ditarazão de massa de gás hidrogênio para pentóxido de tântalo particulado épelo menos 4:1.
15. Método, de acordo com a reivindicação 12, em que a ditarazão de massa de gás hidrogênio para pentóxido de tântalo particulado épelo menos 9:1, e o pentóxido de tântalo particulado entra em contato com odito gás aquecido em uma temperatura de 1627°C (1900 K) a 2427°C (2700K).
16. Método, de acordo com a reivindicação 12, em que pelo me-nos 98% por peso do dito pentóxido de tântalo particulado é reduzido e for-mado dentro do metal tântalo primário na etapa (b).
17. Método, de acordo com a reivindicação 12, em que o metaltântalo primário formado é metal tântalo primário particulado.
18. Método, de acordo com a reivindicação 12, em que o ditogás aquecido é um plasma, sendo que o dito plasma é formado a partir deum gás de alimentação que compreende um gás inerte e dito gás reativo, esendo que o dito pentóxido de tântalo particulado entra em contato com odito plasma na etapa (b).
19. Método, de acordo com a reivindicação 18, em que o ditogás inerte é selecionado a partir do grupo que consiste em gases nobres dogrupo VIII da tabela periódica dos elementos, e combinações destes.
20. Método, de acordo com a reivindicação 18, em que o ditopentóxido de tântalo particulado entra em contato com o dito plasma ao in-troduzir o dito pentóxido de tântalo particulado dentro do dito plasma.
21. Método, de acordo com a reivindicação 12, em que o gásreativo compreende substancialmente 100 porcento por peso de gás hidro-gênio.
22. Método, de acordo com a reivindicação 12, em que o ditopentóxido de tântalo é pentóxido de tântalo substancialmente puro.
23. Método, de acordo com a reivindicação 22, em que o ditopentóxido de tântalo possui um teor de carbono menor que 10 ppm.
24. Método, de acordo com a reivindicação 12, em que o ditoprocesso é conduzido em pressão substancialmente atmosférica.
25. Método para preparar metal nióbio primário que compreen-de:(a) aquecer um gás que compreende um gás reativo, sendo que o ditogás reativo compreende gás hidrogênio, desse modo formando umgás aquecido; e(b) colocar um oxido particulado de nióbio selecionado a partir do grupoque consiste em dióxido de nióbio, pentóxido de nióbio e combina-ções destes, em contato com o dito gás aquecido em uma temperatu-ra de 1827°C (2100 K) a 2427°C (2700° K), desse modo reduzindo odito oxido particulado e formando o metal nióbio primário;em que o gás hidrogênio do dito gás aquecido e dito oxido parti-culado de nióbio entra em contato com o dito gás aquecido possuem umarazão de massa de gás hidrogênio para oxido particulado de nióbio de pelomenos 9:1.
26. Método, de acordo com a reivindicação 25, em que pelo me-nos 90% por peso do dito oxido particulado de nióbio é reduzido e formadodentro de metal nióbio primário na etapa (b).
27. Método, de acordo com a reivindicação 25, em que o metalnióbio primário formado é metal nióbio primário particulado.
28. Método, de acordo com a reivindicação 25, em que o ditogás aquecido é um plasma, sendo que o dito plasma é formado a partir deum gás de alimentação que compreende um gás inerte e dito gás reativo, esendo que o dito oxido particulado de nióbio entra em contato com o ditoplasma na etapa (b).
29. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que o ditogás inertêTé selecionado a partir do grupo que consiste em gases nobre dogrupo VIII da tabela periódica dos elementos, e combinações destes.
30. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que o ditooxido particulado de nióbio entra em contato com o dito plasma ao introduziro dito oxido particulado de nióbio dentro do dito plasma.
31. Método, de acordo com a reivindicação 25, em que o gásreativo compreende substancialmente 100 porcento por peso de gás hidro-gênio.
32. Método, de acordo com a reivindicação 25, em que o ditoprocesso é conduzido em pressão substancialmente atmosférica.
33. Método, de acordo com a reivindicação 25, em que o ditooxido de nióbio é pentóxido de nióbio substancialmente puro.
34. Método, de acordo com a reivindicação 33, em que o ditopentóxido de nióbio possui um teor de carbono de menos que 10 ppm.
35. Método, de acordo com a reivindicação 25, em que o ditooxido particulado é dióxido de nióbio particulado, o dióxido de nióbio particu-lado entra em contato com o dito gás aquecido em uma temperatura de-1827°C (2100 K) a 2227°C (2500 K), e o gás hidrogênio do dito gás aqueci-do e dióxido de nióbio entram em contato com o dito gás aquecido possuemuma razão de massa de gás hidrogênio para dióxido de nióbio particulado depelo menos 9:1.
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