CN106186066B - 一种利用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种利用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法，是将各类品种的废钽电容器，通过热解脱壳、破碎、筛分、磁选、氯化、醇盐水解和高温煅烧等工序，制备得到超细氧化钽，并且回收了其中的镍铁电极。本发明具有充分利用市场上的废旧钽电容器、减少高技术新材料产业对钽矿石需要以及回收其中的镍铁电极等优点。而且整个工艺过程中，没有产生有毒气体和废液，在环境友好的条件下实现了废旧钽电容器的资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及废旧钽电容资源化处理技术领域，尤其是涉及一种利用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法。
背景技术
氧化钽，是高技术新材料产业的重要原料和功能材料，主要用于高档电子材料，如精密光学玻璃、声表面波过滤器、光纤通信、X射线增强屏等。随着电子工业的发展，其用量越来越大。同时高新技术的不断革新，对器件的性能要求越来越高，相应的对氧化钽的纯度和粒度的要求也越来越苛刻。超细氧化钽具有优异的物理特性，在现代电子器件的应用中占有非常重要的地位。
钽在化学元素周期表中属VB族，原子序数为73，其化学性质与同族的铌非常相似。因此钽与铌在自然界中常常紧密共生。电子工业上应用的氧化钽对本身的纯度有很高的要求，因此常常需要对钽进行纯化处理以得到高纯氧化钽。随后再对氧化钽进行细化处理而得到超细氧化钽。然而，钽是一种稀有金属，地壳中含量仅为千万分之七。由于电子产品数量的快速增长，钽的消耗不断增加，导致高纯氧化钽粉的价格涨到每吨3800元(2016年)。另外，工业上提取氧化钽的过程，需要消耗大量的能源和化学试剂，带来一系列的环境问题。
另一方面，钽电容器含有45％的钽，这些钽通常不含有铌，因此钽电容器是一种高品质的钽资源。相关研究表明，每年全球约有4.5亿吨的电子废物产生，同时产生了大量的废旧钽电容器。如果利用废旧钽电容器制备超细且纯度高的氧化钽，不但能实现废旧钽电容器的资源再利用，还会带来巨大的经济效益。然而，目前还没有关于利用废旧钽电容器制备超细氧化钽的报道。
目前，工业上制备超细氧化钽通常采用纯度很高的氧化钽或者钽的醇溶液，虽然制备的超细氧化钽满足国家标准，但这些原料的价格很高。而且，提炼钽及制备这些原料又会造成一定的环境污染。废旧钽电容器价格低廉，而且钽的含量及纯度非常高，是一种高品质的钽资源。然而，利用废旧钽电容器制备超细且纯度高的氧化钽仍面临一些难题。比如，钽电容器通常由钽阳极、氧化钽介质层、聚合物或二氧化锰阴极、镍铁电极以及环氧树脂外包装组成。那么，如何环境有好的从废旧钽电容器中分离钽；制备的超细氧化钽是否满足国家标准以及整套工艺是否经济可行成为急需解决的问题。
发明内容
本发明针对上述技术问题提供一种利用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法。该方法对废钽电容器，通过热解脱壳、破碎、筛分、磁选、氯化、醇盐水解、高温煅烧和球磨等工序，制备得到超细氧化钽，并且回收了其中的镍铁电极。整个工艺过程，没有产生有毒气体和废液，在环境友好的条件下实现了废旧钽电容的资源化利用。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：
一种利用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法，包括下列步骤：
步骤1：将废旧钽电容器置于管式炉中热解脱壳，同时收集热解油和热解气；
步骤2：将热解后钽电容残余物通过破碎、筛分和磁选处理，获得镍铁电极和含钽富集粉末；
步骤3：将钽富集粉末置于管式炉中，进行氯化处理得到氯化钽；
步骤4：将氯化钽溶于醇溶液，通入氨气生成氯化铵结晶以去除氯离子，得到钽的醇溶液；
步骤5：将钽的醇溶液水解、干燥、煅烧和球磨得到费氏粒径小于1μm的超细氧化钽粉末。
所述步骤1进行的热解脱壳，具体是：控制热解温度600～800℃，热解时间1～3h，氩气流量50～100ml/min。
所述步骤2进行的破碎、筛分和磁选处理的方法包括球磨机或者锤式破粹机方法，旋振筛分或超声波振动筛方法。
所述步骤3中的氯化反应，具体是：控制氩气流量50～100ml/min，钽富集粉末与氯盐质量比为1：1～4，反应温度为400～650℃，反应时间为0.5～4h。
步骤3中氯化反应的化学方程式为：
2Ta+5MCl2＝2TaCl5+5M(M为金属)
步骤3中钽富集粉末的其他物质不与氯盐发生氯化反应；生成的氯化钽沸点为231.4℃,所以在氯化温度下，氯化钽会以气态形式随氩气挥发出去，结果冷凝在氯化钽收集器里。
所述步骤4的醇溶液可以是乙醇、正丁醇或者异丙醇。
所述步骤5的水解温度25～40℃，水解时间3～8h；干燥温度80～120℃，干燥时间12～36h；煅烧温度500～800℃，煅烧时间2～4h；磨球为氧化钽球。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)充分利用市场上的废旧钽电容器、减少高技术新材料产业对钽矿石需要以及回收其中的镍铁电极等优点。
2)采用廉价的废旧钽电容器制备的超细氧化钽满足国家标准，解决了制备超细氧化钽原材料价格昂贵的问题。
3)整个工艺经济可行，而且没有产生有毒气体和废液，在环境友好的条件下实现了废旧钽电容器的资源化利用。
附图说明
图1为本发明用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法的流程图。
图2为制备的超细氧化钽的X射线衍射图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
利用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法，包括如下的步骤：
1.热解脱壳：取20g钽含量为35.9％的树脂包封的废旧钽电容器，分析结果如下：Ta：35.9％，Ag：0.3％，Ni：2.08％，Fe：3.85％。将钽电容器置于管式炉中，控制热解温度为600℃，热解时间为3h，氩气流量为60ml/min。获得热解油、热解气和热解残余物；
2.将热解残余物采用球磨机进行破碎、旋振筛分器筛分和磁选得到镍铁电极和钽富集粉末；
3.将钽富集粉末置于管式炉中，进行氯化处理得到氯化钽。控制氩气流量为50ml/min，钽富集粉末与氯盐质量比为1：1，反应温度为500℃，反应时间为4h；
4.将氯化钽溶于乙醇溶液，通入氨气生成氯化铵结晶(去除氯离子)，过滤得到钽的醇溶液；
5.将钽的醇溶液水解、干燥和煅烧得到超细氧化钽粉末。控制水解温度25℃，水解时间7h；干燥温度80℃，干燥时间36h；煅烧温度500℃，煅烧时间4h。煅烧后的物料在球磨机內用氧化钽球进行球磨过筛后得到质量约为8.3g的白色粉末。
对白色粉末进行X射线衍射分析(图2)，可知得到的白色粉末为氧化钽。将氧化钽粉末按照国家标准GB/T15076-2008和GB/T3249-2009进行分析检测，结果如下：
氧化钽的纯度高于99.9％，费氏粒径小于1μm，结果符合国标超细氧化钽的要求。
实施例2
利用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法，包括如下步骤：
1.热解脱壳：取20g钽含量为35.9％的树脂包封的废旧钽电容器，分析结果如下：Ta：35.9％，Ag：0.3％，Ni：2.08％，Fe：3.85％。将钽电容置于管式炉中，控制热解温度为700℃，热解时间为2h，氩气流量为80ml/min。获得热解油、热解气和热解残余物；
2.将热解残余物采用锤式破粹机进行破碎，超声波振动筛筛分和磁选得到镍铁电极和钽富集粉末；
3.将钽富集粉末置于管式炉中，进行氯化处理得到氯化钽。控制氩气流量为70ml/min，钽富集粉末与氯盐质量比为1：2，反应温度为600℃，反应时间为3h；
4.将氯化钽溶于正丁醇溶液，通入氨气生成氯化铵结晶(去除氯离子)，过滤得到钽的醇溶液；
6.将钽的醇溶液水解、干燥和煅烧得到超细氧化钽粉末。控制水解温度30℃，水解时间5h；干燥温度100℃，干燥时间24h；煅烧温度600℃，煅烧时间3h。煅烧后的物料在球磨机內用氧化钽球进行球磨过筛后得到质量约为8.0g的白色粉末。
对白色粉末进行X射线衍射分析(附图2)，可知得到的白色粉末为氧化钽。将氧化钽粉末按照国家标准GB/T15076-2008和GB/T3249-2009进行分析检测，结果：氧化钽的纯度高于99.8％，费氏粒径小于1.5μm，结果符合国标超细氧化钽的要求。
实施例3
利用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法，包括如下步骤：
1.热解脱壳：取20g钽含量为35.9％的树脂包封的废旧钽电容器，分析结果如下：Ta：35.9％，Ag：0.3％，Ni：2.08％，Fe：3.85％。将钽电容置于管式炉中，控制热解温度为800℃，热解时间为1h，氩气流量为100ml/min。获得热解油、热解气和热解残余物；
2.将热解残余物采用球磨机进行破碎，超声波振动筛筛分和磁选得到镍铁电极和钽富集粉末；
3.将钽富集粉末置于管式炉中，进行氯化处理得到氯化钽。控制氩气流量为80ml/min，钽富集粉末与氯盐质量比为1：3，反应温度为650℃，反应时间为2h；
4.将氯化钽溶于异丙醇溶液，通入氨气生成氯化铵结晶(去除氯离子)，过滤得到钽的醇溶液；
7.将钽的醇溶液水解、干燥和煅烧得到超细氧化钽粉末。控制水解温度40℃，水解时间4h；干燥温度120℃，干燥时间12h；煅烧温度700℃，煅烧时间2h。煅烧后的物料在球磨机內用氧化钽球进行球磨过筛后得到质量约为7.8g的白色粉末。
对白色粉末进行X射线衍射分析(附图2)，可知得到的白色粉末为氧化钽。将氧化钽粉末按照国家标准GB/T15076-2008和GB/T3249-2009进行分析检测，结果：氧化钽的纯度高于99.9％，费氏粒径小于3μm，结果符合国标超细氧化钽的要求。
Claims (8)
1.一种用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
步骤1：将废旧钽电容器置于管式炉中热解脱壳，同时收集热解油和热解气，其中热解氛围为氩气氛围；
步骤2：将热解后钽电容残余物通过破碎、筛分和磁选处理，获得镍铁电极和含钽富集粉末；
步骤3：将钽富集粉末置于管式炉中，进行氯化处理得到氯化钽，氯化反应的化学方程式为：
2Ta+5MCl2＝2TaCl5+5M，M为金属；
步骤4：将氯化钽溶于醇溶液，通入氨气生成氯化铵结晶，过滤得到钽的醇溶液；
步骤5：将钽的醇溶液水解、干燥、煅烧和球磨得到超细氧化钽粉末。
2.如权利要求1所述的用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法，其特征在于，所述的步骤1进行的热解反应，具体是：控制热解温度600～800℃，热解时间1～3h，氩气流量50～100ml/min。
3.如权利要求1所述的用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法，其特征在于，所述的步骤2中的破碎、筛分和磁选处理的方法包括球磨机或者锤式破粹机方法，旋振筛分或超声波振动筛方法。
4.如权利要求1所述的用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法，其特征在于，所述步骤3的氯化反应，具体是：氩气流量50～100ml/min，钽富集粉末与氯盐质量比为1：1～4，反应温度为400～650℃，反应时间为0.5～4h。
5.如权利要求1所述的用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法，其特征在于，所述步骤4的醇溶液是乙醇、正丁醇或者异丙醇。
6.如权利要求1所述的用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法，其特征在于，所述步骤5中水解温度25～40℃，水解时间3～8h；干燥温度80～120℃，干燥时间12～36h；煅烧温度500～800℃，煅烧时间2～4h。
7.如权利要求1所述的用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法，其特征在于，所述步骤5的磨球采用氧化钽球。
8.如权利要求1所述的用废旧钽电容器制备超细氧化钽的方法，其特征在于，所述超细氧化钽粉末的费氏粒径小于1μm。
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