CH476643A - Verfahren zur Herstellung von Niob- und Tantalpentoxyd - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von     Niob-    und     Tantalpentoxyd       Das Hauptpatent     Nr.   <B>377 325</B> betrifft die Herstel  lung von reinem     Niob-    und     Tantalpentoxyd    durch Be  handeln von     feingemahlenem,    festem     Pentachlorid    des  entsprechenden     Metalles    mit Wasserdampf bei<B>150</B> bis  <B>300' C</B> bis zur Beendigung der     HCI-Entwicklung.     



  Eine unerwartete Verbesserung des Verfahrens er  reicht man gemäss vorliegender Erfindung nun dadurch,       dass    man bei Anwendung des     Wirbelschichtverfahrens     das     Pentachlorid-Schüttgat    mit Wasserdampf oder einem  Gemisch aus Wasserdampf und Fremdgas bei einer  Temperatur behandelt,<B>die</B> höher als der entsprechende  Taupunkt und niedriger als der Schmelzpunkt des  Schüttgutes liegt, und anschliessend bei     700-1000'   <B>C</B>       kalziniert.     



  Der Wasserdampf wird dabei entweder in der Form  von überhitztem Wasserdampf verwendet oder in Form  eines mit Wasserdampf beladenen Gases z. B. Luft oder  Stickstoff.  



  Das     Wasserdampf-Gasgemisch    kann erzeugt werden  entweder durch Vermischung von Wasserdampf und Gas  von entsprechender Temperatur im gewünschten Ver  hältnis, oder durch Durchleiten des auf entsprechende  Temperatur erhitzten Gases durch Wasser, wodurch das  Gas mit Wasserdampf beladen wird. Gegebenenfalls  kann man auch das Gemisch durch einen zusätzlichen       Wänneaustauscher    vor dem Eintritt in die Reaktions  zone auf die gewünschte Temperatur aufheizen. Die  Erzeugung von überhitztem Wasserdampf erfolgt durch  weiteres Erhitzen von gesättigtem Wasserdampf.  



  In beiden Fällen weist das auf das feste     Pentachlorid          einwirkendeGas        bzw.    Gasgemisch eine Temperatur auf,  die oberhalb des dem Wasserdampfgehalt entsprechen  den Taupunktes liegt. Die Temperatur im Reaktions  raum wiederum     muss    so niedrig gehalten werden,     dass     das     Pentachlorid    nicht in flüssiger oder gar gasförmiger  Phase auftreten kann. Dies hätte ein Verkleben (Fritten)  der einzelnen Teilchen zur Folge und würde ausserdem  eine unerwünschte     Gasphasenreaktion    verursachen.

   Die    Temperatur im Reaktionsraum     muss    also unterhalb des  Schmelzpunktes des     Pentachlorids    liegen. Wenn im all  gemeinen mit Normaldruck oder mit nur geringem  Überdruck gearbeitet wird, so darf die Temperatur  nicht höher sein als etwa 200'<B>C.</B> Da der Oxydations  vorgang     exotherm    verläuft, müssen Menge und Tempe  ratur des zugeführten Wasserdampfes so eingestellt wer  den,     dass    die obigen durch Taupunkt des Wasserdamp  fes und Schmelzpunkt des     Pentachlorids    gegebenen Tem  peraturgrenzen beim Ablauf der Reaktion nicht     üb#-r-          schritten    werden.  



  Die Behandlung des     Pentachlorids    mit dem Wasser  dampf erfolgt in einem     Wirbelschicht-Reaktionsgefäss.     Der überhitzte Wasserdampf strömt durch den Sieb  boden des Gefässes ein und bewirkt so ein     Durchwirbeln     des darin befindlichen     Pentachlorids.    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 erforderliche Menge Wasserdampf eine  ausreichende     Durchwirbelung    der Feststoffe zu errei  chen. Durch eine Abstimmung des Verhältnisses von  Wasserdampf zum beigemischten Gas z. B. Luft, oder       Inertgas    z. B.

   Stickstoff, kann die optimale, zur Erzeu  gung des Wirbelbettes notwendige Gasmenge und Gas  geschwindigkeit eingestellt werden. Gleichzeitig und un  abhängig 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 Möglich  keit zur Regelung der Temperatur in der Reaktions  zone durch die Abstimmung von Temperatur und Zu  sammensetzung des     Wasserdampf-Gasgemisches    hat den  weiteren Vorteil,     dass    keine Wärmeenergie durch die  Wände des Reaktionsgefässes hindurch ausgetauscht wer  den     muss.    Die Temperatur der Wände des Reaktions  gefässes kann also beliebig und unter Berücksichtigung  anderer wichtiger Verfahrensbedingungen gewählt wer  den. Im allgemeinen hält man die Wandtemperatur des           Wirbelbettreaktors    auf einer Temperatur von etwa       110-120'   <B>C,</B> also nur geringfügig oberhalb des Siede  punktes des Wassers, um ein Kondensieren des Wasser  dampfes an den Wänden zu verhindern.

   Dagegen wer  den die Wandungen des auf die Reaktionszone folgenden  Teiles der Apparatur auf einer höheren Temperatur  um etwa 200' gehalten, um die     Belagbildung    durch  feines     Oxydpulver    zu verhindern.  



  Vorzugsweise setzt man im Wirbelbett dem auf eine  Korngrösse von etwa<B>500,a</B> gemahlenen     Pentachlorid     noch etwas     Pentoxyd    zu, wodurch die Fliesseigenschaf  ten des Wirbelbettes verbessert und ein Zusammen  sintern des     Pentachlorides    zu grösseren Körnern verhin  dert wird.  



  Im Falle der Verwendung eines     Wasserdampf-Gas-          gemisches    kann man die Zusammensetzung des Gemi  sches im Verlauf der Reaktion absatzweise oder laufend  ändern, um den Ablauf der Reaktion zu steuern. Dabei  wird der Wasserdampfgehalt langsam gesteigert, wo  durch kurze Reaktionszeiten erreicht werden, ohne     dass     es zur Ausbildung unerwünscht hoher Reaktionstempe  raturen kommt. Das Verfahren wird im Wirbelbett im  allgemeinen nichtkontinuierlich durchgeführt.

   Man setzt  also zu Beginn eine bestimmte, Menge     Pentachlorid,     gegebenenfalls mit etwas     Pentoxyd    vermengt ein und  führt die Reaktion bis zur vollständigen Umsetzung in  das     Pentoxyd        bzw.        Hydroxyd    durch.  



  An die Hydrolyse schliesst sich im allgemeinen das       Kalzinieren    an, das im gleichen Reaktionsgefäss durch  geführt werden kann, wobei die Beimischung von Was  serdampf entfällt und die Lufttemperatur auf eine Tem  peratur von etwa     700-1000'   <B>C</B> gesteigert wird.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren ist zunächst ein  mal     apparativ    wesentlich einfacher als die eingangs  erwähnten bekannten Verfahren und liefert ein frei  fliessendes lockeres Pulver. Dies ist darauf zurückzu  führen,     dass    bei dem erfindungsgemässen Verfahren ein  ausserordentlich gutes Durchmischen und     Inkontaktbrin-          gen    des     Pentachlorides    mit dem Wasserdampf erfolgt.

    Das Reaktionsprodukt ist weiterhin erheblich grobkör  niger, als das bei der Hydrolyse von gasförmigem     Penta-          chlorid    durch Wasserdampf erhaltene feine Pulver, wel  ches wegen seiner Feinheit ausserordentlich schwierig zu  manipulieren ist und störende Ablagerungen an uner  wünschten Stellen der Apparatur verursachen kann.  



  Da das Endprodukt im allgemeinen vollständig was  serfrei sein soll, wird das durch Behandlung mit Wasser  dampf 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 reak  tionsfähiges 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 voll  ständige, die     Kalzinierungsstufe    enthaltende Verfahren  beschränkt, sie betrifft auch solche Verfahren, bei wel  chen unter Verzicht auf das     Kalzinieren    lediglich die       Pentachloride    mit Wasserdampf in     Oxydverbindungen     verwandelt: werden.  



  Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für das  Verfahren angegeben, ohne     dass    jedoch damit die Er  findung auf dieses Beispiel eingeschränkt sein soll.    <I>Beispiel</I>  Als     Wirbelbettreaktor    wurde ein senkrecht stehendes  Rohr von<B>130</B> mm Durchmesser und<B>1</B> m Länge ver  wendet, dessen unteres Ende mit einem Siebboden ver  sehen war.  



  In dieses Rohr wurden<B>3 kg</B>     Tantalpentachlorid    der  Korngrössen<B>10-1000 ss</B> eingefüllt, welches mit<B>300 g</B>       Tantalpentoxyd    gut vermischt war. Durch den Sieb  boden des Rohres wurde ein aus Stickstoff und Wasser  dampf bestehendes Gasgemisch eingeleitet, und zwar  zunächst 40     1/min    Stickstoff vermischt mit<B>3</B>     g/min     Wasserdampf und einer Temperatur von 120'<B>C.</B> Das  Gemisch wurde hergestellt durch Einleiten von Stick  stoff in Wasser, wobei das Mischungsverhältnis durch  Erhitzen des Wassers auf eine entsprechende Tempera  tur eingestellt wurde.

   Nach<B>1</B> Stunde wurde die Zu  sammensetzung des Gasgemisches geändert in<B>25</B>     1/min     Stickstoff und<B>9</B>     g/min    Wasserdampf und einer Tempe  ratur von 140'<B>C.</B> Nach weiteren 2 Stunden wurde die  Zufuhr von Stickstoff unterbrochen und<B>1</B> Stunde lang  lediglich<B>15</B>     g/min    Wasserdampf von 140'<B>C</B> zuge  führt.  



  Die Wände der Reaktionszone wurden auf einer  Temperatur von     110-130'   <B>C,</B> die oberen Teile des       Wirbelbettreaktors    sowie die Leitung zur Abführung der  Reaktionsgase auf einer Temperatur von etwa 200'<B>C</B>  gehalten. Die Reaktionsgase wurden in einem Gegen  stromkühler gekühlt und durch Auswaschen mit Wasser  von mitgeführtem Oxyd befreit, welches aus dem Wasch  wasser durch Filtrieren zurückgewonnen wurde. Das  erhaltene Oxyd wurde in einem Tiegel<B>6</B> Stunden lang  bei einer Temperatur von<B>900' C</B>     kalziniert.     



  Erhalten wurden<B>1,75 kg</B>     Pentoxyd    als Pulver mit  einer Körnung von<B>50-250 y</B> und einem     Chloridgehalt     von     0,01        %.  

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH</B> Verfahren zur Herstellung reiner Pentoxyde der Me talle Niob und Tantal aus den feingemahlenen festen reinen Pentachloriden dieser Metalle durch Hydrolyse in der Wirbelschicht bis zur Beendigung der Salzsäure- produktion, dadurch gekennzeichnet, dass überhitzter Wasserdampf allein oder im Gemisch mit Fremdgasen zur Hydrolyse bei einer Temperatur verwendet wird,

   die höher als der Taupunkt des Dampfes bzw. Dampf/ Gas-Gemisches und niedriger als der Schmelzpunkt des als Reaktionsgut dienenden Pentachlorids ist. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass bei Verwendung eines Wasserdampf/ Gas-Gemisches das Verhältnis beider Komponenten beim Fortschreiten der Reaktion zuaunsten des Wasser dampfes verändert wird. 2.

   Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass durch Wahl der Strömungsgeschwin digkeit und Zusammensetzung des Gasgemisches die Temperatur in der Reaktionszone dergestalt geregelt wird, dass eine Wärmeabfuhr durch die Gefässwandung überflüssig wird. <B>3.</B> Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wandtemperatur der Reaktions zone 110-130' <B>C</B> und die des darüberliegenden Reak torteiles um 200'<B>C</B> liegen. 4.

   Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass dem als Ausgangsverbindung ver wendeten Pentachlorid das Pentoxyd des betreffenden Metalles beigemischt wird. <B>5.</B> Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das dargestellte Oxyd bei<B>700</B> bis <B>1000' C</B> kalziniert wird.

   <B><I>A</I></B><I>nmerkung des</I> Eidg. <B><I>A</I></B><I>mtes für geistiges Eigentum:</I> Sollten Teile der Beschreibung mit der im Patentanspruch gegebenen Definition der Erfindung nicht in Einklang stehen, so sei daran erinnert, dass gogemäss Art.<B>51</B> des Patentgesetzes der Patentanspruch für den sachlichen Geltungs bereich des Patentes massgebend ist.