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 %.