DE10296409B4

DE10296409B4 - Tantaloxid oder Nioboxid-Pulver und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE10296409B4
Application number: DE10296409T
Authority: DE
Inventors: Kenji Higashi; Hiroyuki Watanabe; Norihiko Miyashita
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: CN1492838A; JPWO2003055805A1; CN100339308C; WO2003055805A1; JP3732199B2; US20040062709A1; DE10296409T5

Abstract

Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver, dadurch gekennzeichnet, dass im L*a*b*-Farbsystem der L*-Wert von 97 bis 100, der a*-Wert von –0,5 bis +0,5 und der b*-Wert von –0,5 bis +0,5 beträgt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf hochreine Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver, welche als optische Materialien, elektronische Materialien und ähnliche verwendet werden, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung

Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver werden als Zusätze zu optischen Gläsern verwendet, oder als Material für Lithiumtantalat- oder Lithiumniobat-Einkristalle zur Verwendung mit Substraten von Oberflächenwellenbauteilen, und die Nachfrage für diese Pulver ist angestiegen.

Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver werden, wie in WO 97/13724A1 beschrieben, allgemein hergestellt durch Hinzufügen von Ammoniak oder Ähnlichem zu einer Lösung, welche Tantal oder Niob aufweist, um ein Präzipitat zu erhalten, welches das Hydroxid von Tantal oder Niob ist, und Rösten des Präzipitats. Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver, die für die oben beschriebenen Zwecke verwendet werden, enthalten vorzugsweise nur geringe Mengen an Verunreinigungen. Daher werden Verunreinigungen auf der Stufe der Herstellung entfernt, so dass die Menge an Verunreinigungen verringert und die Reinheit des Tantaloxids oder Nioboxids erhöht wird. Um Verunreinigungen aus einem Tantal- oder Niob-Rohstoff während der Stufe der Herstellung zu entfernen, wird hauptsächlich die Lösungsmittelextraktion verwendet. Lösungsmittelextraktion beinhaltet Hinzufügen von Flusssäure oder einer gemischten Säure aus Flusssäure und Schwefelsäure zu Tantal und/oder Niob enthaltenden Stoffen, Extraktion von Tantal und/oder Niob von der erhaltenen Lösung durch Verwendung von Methylisobutylketon (MIBK) und Entfernen anderer Verunreinigungen, z.B. Metalle wie Eisen und Mangan. Wie in den offengelegten japanischen Patenten Nr. 60-21343, 63-236716 und 64-45325 beschrieben, gibt es außerdem ein weiteres Verfahren, durch welches vorzugsweise Tantal extrahiert wird, das in einer Flusssäurelösung oder einer gemischten Lösung aus Flusssäure und Schwefelsäure vorliegt, unter Verwendung eines organischen Lösungmittels erhalten durch Auswahl aus einer Gruppe bestehend aus Ketonen, neutralen Phosphaten, Alkylaminen und Alkylamiden, und anschließendem Verdünnen mit Petrol-Kohlenwasserstoff, so dass Tantal von anderen Metallionen getrennt wird. Diese Lösungsmittelextraktionsverfahren ermöglichen es, die Menge an Verunreinigungen zu reduzieren und die Reinheit von Tantaloxid oder Nioboxid zu erhöhen.

Das Czochralski-Verfahren, welches das Befüllen eines Schmelztiegels mit Rohmaterialien, Schmelzen derselben durch Erhitzen, Eintauchen eines Keimkristalls in die Schmelze und Heraufziehen des Keimkristalls, während dieser gleichzeitig gedreht wird, umfasst, wird übrigens weit verbreitet bei der Herstellung von Einkristallen von Lithiumtantalat oder Lithiumniobat verwendet, welche als Substrat für ein elastisches Oberflächenwellenbauteil verwendet werden. Es ist bekannt, dass in diesem Verfahren eine übereinstimmende Zusammensetzung verwendet wird, in welcher die Zusammensetzung des Kristalls mit der der Schmelze übereinstimmt. Es ist jedoch nicht einfach, die Zusammensetzung der beiden Materialien zur Übereinstimmung zu bringen, um eine übereinstimmende Zusammensetzung zu erhalten. Falls die Zusammensetzung der Schmelze (Zusammensetzungsverhältnis) verändert ist, ist die Zusammensetzung des erhaltenen Kristalls verändert, was in einer Schwankung der Ausbeute eines hergestellten elastischen Oberflächenwellenbauteils resultiert.

Daher wurden bis jetzt verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um eine in Frage kommende Zusammensetzung einer Schmelze zu erhalten.

Die japanische Patentveröffentlichung der geprüften Patentanmeldung Kokoku Nr. 3-24438 beschreibt ein Herstellungsverfahren, in welchem das molare Verhältnis von Li/Ta auf 0,937 ± 0,004 in der Zusammensetzung der Rohmaterialien zum Wachsenlassen von Lithiumtantal-Einkristallen eingestellt ist, so dass sich das molare Verhältnis von Li/Ta in der Zusammensetzung der erhaltenen Kristalle bei 0,935 ± 0,006 stabilisiert.

Die Zusammensetzungsverhältnisse von Schmelzen von Rohmaterialien von Lithiumniobat, Lithiumkarbonat und Nioboxid können sich von den in Frage kommenden Zusammensetzungsverhältnissen unterscheiden auf Grund von unnötigen Stoffen, die in den Rohmaterialien enthalten sind. Um dieses Problem zu vermeiden, beschreibt die japanische Patentoffenlegung Nr. 6-48896 ein Verfahren zum Erhalten der einheitlichen Lithiumniobat-Einkristalle, welches das Bereitstellen einer Menge der Rohmaterialien, Lithiumkarbonat und Nioboxid, welches durch Erhitzen reduziert wird, Bestimmen der Menge an unnötigen Stoffen aus der durch Erhitzen reduzierten Menge und Wiegen jedes Rohmaterials aufweist, damit eine übereinstimmende Zusammensetzung (das in Frage kommende Zusammensetzungsverhältnis) erhalten wird.

Damit jedoch die Zusammensetzung der Schmelze genau mit der übereinstimmenden Zusammensetzung, um Lithiumtantalat- oder Lithiumniobat-Einkristalle mit der in Frage kommenden Zusammensetzung zu erhalten, zur Übereinstimmung gebracht wird, ist Genauigkeit für die Zusammensetzung der Rohmaterialien der Schmelzen erforderlich. In anderen Worten, Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver sollten als Rohmaterialien weniger Verunreinigungen enthalten, und die Qualität der Pulver sollte stabil sein.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen. Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, qualitativ hochwertige Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver mit reduzierten Verunreinigungen und konstanterer Qualität und deren Herstellungsverfahren bereitzustellen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

1 zeigt ein Herstellungsverfahren der Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Um das oben genannte Ziel zu erreichen, haben die Erfinder die Herstellungsverfahren oder Eigenschaften von Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulvern untersucht. Als Ergebnis haben sie gefunden, dass der Weißgrad der Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver sich erhöht, wenn die Reinheit des Tantaloxids oder Nioboxids sich erhöht. Sie haben auch gefunden, dass die Abnahme der Reinheit die Hauptursache für die Verringerung der Weiße der Pulver ist. Außerdem haben sie eine vollständige Überprüfung des Herstellungsverfahrens von Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulvern und der Farbe der erhaltenen Pulver durchgeführt. Als Ergebnis wurde gefunden, dass, falls Verunreinigungen entfernt werden, sich die Weiße (der Weißgrad) der Pulver erhöht, selbst wenn die Menge der entfernten Verunreinigungen klein ist. Wenn im Gegensatz eine sehr kleine Menge von Übergangsmetallen wie z.B. Eisen zugemischt wird, werden die Pulver zitronengelb.

Auf der anderen Seite nimmt die Weiße manchmal ab, auch wenn die Reinheit der Pulver ausreichend hoch ist. Als Ergebnis einer vollständigen Überprüfung wurde gefunden, dass eine zweite Ursache für die Verringerung der Weiße die Erzeugung einer bestimmten Menge von Tantal-oder Nioboxid mit verringertem Sauerstoff ist. Die stabilste Oxidationsstufe von Tantaloxid oder Nioboxid ist das Pentoxid, welches durch Zusammensetzungsformeln, wie Ta₂O₅ oder Nb₂O₅, dargestellt wird. Falls eine bestimmte Menge von Sauerstoff während einer Stufe des Röstens von Tantal- oder Niob-Hydroxid bei hoher Temperatur nicht ausreichend ist, wird nicht genügend Sauerstoff geliefert, und manche Verbindungen mit verringertem Sauerstoff werden erzeugt. Die Erfinder nehmen an, dass dies die Weiße der Pulver verringert.

Sie haben gefunden, dass die Stabilität von Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulvern als Pentoxide bestimmt werden kann durch Bestimmen der Farbe der Pulver, wodurch die vorliegende Erfindung vervollständigt wird.

Das heißt, die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver, welche eine extrem hohe Farbhelligkeit haben, mit einem L*-Wert von 97 bis 100 in einem L*a*b*-Farbsystem und einen a*-Wert von –0,5 bis +0,5 und einen b*-Wert von –0,5 bis +0,5, welche Farbton und Sättigung in einem L*a*b*-Farbsystem repräsentieren. Sowohl die a*- als auch die b*-Werte betragen bevorzugt zwischen –0,3 und +0,3.

Der Ausdruck "L*a*b*-Farbsystem" bedeutet hier ein Farbzuordnungsverfahren entsprechend JIS Z 8729. Der Wert L* repräsentiert die Helligkeit, und die Werte a* und b* repräsentieren Farbton und Sättigung unter Verwendung von positiven und negativen Werten. Im Chromatizitätsdiagramm des L*a*b*-Farbsystems ist, je höher der L*-Wert ist, die Farbe, die erhalten werden kann, um so weißer, und je kleiner der Wert ist, um so schwärzer ist die Farbe, die erhalten werden kann. Je größer außerdem der positive a*-Wert ist, um so röter ist die Farbe, die erhalten werden kann, und je größer der negative a*-Wert ist, um so grüner ist die Farbe, die erhalten werden kann. Wenn der absolute Wert klein ist, wird die Farbe achromatisch. Je größer außerdem der positive b*-Wert ist, um so gelber ist die Farbe, die erhalten werden kann, und je größer der negative b*-Wert ist, umso blauer ist die Farbe, die erhalten werden kann. Wenn der absolute Wert klein ist, wird die Farbe achromatisch.

Die Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver der vorliegenden Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass sie Pulver mit einer besonders hohen Weiße sind. Ihre Helligkeit ist vorzugsweise ein L*-Wert von 97 bis 100 und stärker bevorzugt 99 bis 100. Daher zeigt die extrem hohe Helligkeit der Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver, dass die Pulver eine stabile Pentoxid-Form von Tantal oder Niob haben, und auch, dass die Pulver eine kleine Menge an Verunreinigung enthalten, z.B. Übergangsmetalle wie Eisen, welche die Färbung der Pulver verursachen.

Die Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver der vorliegenden Erfindung haben eine extrem hohe Weiße und sind qualitativ hochwertige Pulver mit hoher Reinheit. Die Pulver werden vorzugsweise verwendet als additive Materialien für optische Gläser, um einen hohen Brechungsindex zu erhalten. Die Pulver sind auch bevorzugt als Rohmaterialien für Lithiumtantalat- oder Lithiumniobat-Einkristalle, welche Genauigkeit im Zusammensetzungsverhältnis der Rohmaterialien erfordern.

Diese Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver haben hohe Reinheit und sind extrem stabil als Oxide, und daher ist die Qualität der Pulver konstant. Die Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver mit extrem hoher Weiße haben eine stabile Pentoxidform von Tantaloxid oder Nioboxid wie auch einen niedrigen Gehalt an Verunreinigungen.

Ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver der vorliegenden Erfindung wird unten beschrieben. Das heißt, das Herstellungsverfahren weist auf die Schritte des Hinzufügens von Ammoniak zu einer Flusssäurelösung, welche Tantal und/oder Niob aufweist, um Tantalhydroxid und/oder Niobhydroxid zu präzipitieren, Abtrennen des präzipitierten Tantalhydroxids und/oder Niobhydroxids von der Lösung, und Rösten des abgetrennten Tantalhydroxids und/oder Niobhydroxids, um Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver zu erhalten; wobei das oben genannte Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass bei der Stufe des Röstens das Tantalhydroxid und/oder Niobhydroxid bei einer Rösttemperatur von 500°C bis 1100°C geröstet wird, während man sauerstoffhaltiges Gas als Umgebungsgas strömen lässt und eine oxidationsfördernde Behandlung durchgeführt wird, um zu erzwingen, dass das geröstete Produkt in Kontakt mit Sauerstoff kommt.

Das Herstellungsverfahren für Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver der vorliegenden Erfindung zielt darauf, qualitativ hochwertige Nioboxid-Pulver herzustellen, indem erzwungen wird, dass das geröstete Produkt mit Sauerstoff in Kontakt kommt. Der Ausdruck "oxidationsfördernde Behandlung" bedeutet hier z.B., eine Behandlung, um ein geröstetes Produkt mit einer durch Rösten erhaltenen hohen Temperatur vom Röstofen zu entfernen, oder eine Behandlung, um das geröstete Produkt aufzubrechen und der Luft auszusetzen. Außerdem kann die oxidationsfördernde Behandlung auch eine Behandlung zur kontinuierlichen Drehung des Röstofens nach dem Rösten aufweisen, um kinetische Energie auf die Röstprodukte Tantalhydroxid und/oder Niobhydroxid während des Röstens zu übertragen. Wenn eine solche oxidationsfördernde Behandlung durchgeführt wird, kann das Röstprodukt zuverlässiger oxidiert werden, und dadurch können hochreine, qualitativ hochwertige Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver mit einer hohen Weiße erhalten werden. Diese Pulver werden vorzugsweise verwendet als additive Materialien für optische Gläser, um einen hohen Brechungsindex zu erhalten. Das erhaltene Tantaloxid und/oder Nioboxid wird, falls nötig, vor der Verwendung zerbröckelt.

Die oxidationsfördernde Behandlung wird bevorzugt durchgeführt, wenn die Temperatur des Röstprodukts 200°C oder höher ist. Das heißt, falls die obige oxidationsfördernde Behandlung in einer Zeitspanne vom Beginn des Röstens bis zur Vervollständigung des Abkühlens des Röstprodukts durchgeführt wird, wird die Oxidation effizienter durchgeführt, wenn die Temperatur des Röstprodukts 200°C oder höher ist, und das ist bevorzugt.

Zusätzlich zur oxidationsfördernden Behandlung kann auch eine körperliche bzw. physische Behandlung durchgeführt werden, bei welcher die Röstprodukte, Tantalhydroxid und/oder Niobhydroxid, im Kontakt mit Umgebungsgas kommen. Der Ausdruck "körperliche Behandlung" bedeutet hier eine Behandlung, um den Kontakt des Röstgegenstands mit Umgebungsgas zu gewährleisten. Die pysische Behandlung ist grob aufgeteilt in eine Behandlung, die auf den Röstgegenstand vor dem Rösten angewendet wird, und eine Behandlung, die nach Beginn des Röstens darauf angewendet wird. Falls das Röstobjekt ein Kuchen aus Tantalhydroxid und/oder Niobhydroxid ist, umfassen Beispiele einer körperlichen Behandlung, die vor dem Rösten durchgeführt wird, eine Behandlung zur dünnen Verteilung des Kuchens, so dass der Zustand des Kontakts mit dem Umgebungsgas gewährleistet ist, und eine formende Behandlung, um den Kuchen in eine bestimmte Form vor dem Rösten durch Mittel der Formgebung, wie z.B. Tablettenkompression, zu unterteilen. Beispiele einer körperlichen Behandlung, die nach Beginn des Röstens (während des Röstens) durchgeführt wird, kann eine Behandlung des Rotierens eines Röstofens umfassen, um kinetische Energie auf das Tantalhydroxid und/oder Niobhydroxid zu übertragen. Die Behandlung zur physischen Übertragung kinetischer Energie auf die obige Verbindung nach Beginn des Röstens hat einen bedeutend starken Effekt der körperlichen Behandlung, bevor die Rösttemperatur ansteigt (z.B. der Zustand bei 150°C oder weniger). Im Gegensatz dazu kann ein starker Effekt der oben beschriebenen oxidationsfördemden Behandlung erhalten werden, nachdem die Rösttemperatur ansteigt.

Falls die obige physische Behandlung durchgeführt wird, um den Kontakt des gesamten Röstproduktes mit Umgebungsgas sicherzustellen, kann das gesamte Röstprodukt während des Röstens zuverlässig oxidiert werden, wodurch hochreine, qualitativ hochwertige Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver mit einer hohen Weiße erhalten werden, welche bevorzugt als additive Materialien für optische Gläser verwendet werden, um einen hohen Brechungsindex zu erreichen. Falls insbesondere die physische Behandlung vor dem Rösten durchgeführt wird, kann ein Röstgegenstand, wie z.B. ein Kuchen aus Tantalhydroxid, zuverlässig von Beginn des Röstvorgangs an in Kontakt mit Umgebungsgas kommen. Es sollte erwähnt werden, dass die vor dem Rösten durchgeführte physische Behandlung sich von der, die während des Röstens durchgeführt wird, unterscheidet in der Zeitspanne, während der sie ausgeführt wird, und dadurch können beide diese Behandlungen in Kombination verwendet werden.

BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben.

1 zeigt ein Herstellungsverfahren von Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulvern der vorliegenden Erfindung.

Das Herstellungsverfahren von Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulvern wird in Bezug auf 1 erklärt.

Zunächst wird in einem Zerkleinerungsschritt Erz, wie z.B. Columbit oder Tantalit, welches als Rohmaterial verwendet wird, mit einer Kugelmühle oder ähnlichem pulverisiert, um die Lösungsrate des Erzes zu steigern.

In einem Auflösungsschritt wird das oben erhaltene Erz in einen Lösungsbehälter gebracht und mit 80%iger Flusssäure aufgelöst.

In einem Schritt zur Herstellung der Lösung wird die Konzentration von sowohl Flusssäure als auch Schwefelsäure eingestellt. Wenn sowohl Tantal als auch Niob in dem folgenden Lösungsmittelextraktionsschritt extrahiert werden, wird die Konzentration der Säuren so eingestellt, dass freie Flusssäure 1 bis 10 mol/l und Schwefelsäure 3 bis 5 mol/l ist.

In einem Filtrationsschritt werden unlösliche Produkte durch ein Filter aus der in dem obigen Schritt des Herstellens der Lösung erhaltenen Lösung entfernt, bevor die Lösung dem folgenden Lösungsmittelextraktionsschritt zugeführt wird. Eine Filterpresse ist ein Beispiel eines hier verwendeten Filters.

Anschließend wird die Lösungsmittelextraktion durch das Säulenverfahren oder das Mischer-Absetzer-Verfahren (mixer-settler method) durchgeführt.

In einem Lösungsmittelextraktionsschritt (1) wird eine Lösung, die dem Lösungsmittelextraktionsschritt zugeführt wird, in Kontakt mit Methylisobutylketon (MIBK) gebracht, so dass Tantal oder Niob in der Lösung, die dem Lösungsmittelextraktionsschritt zugeführt wird, mit MIBK selektiv extrahiert werden. Unreinheiten, wie z.B. Eisen, Mangan und Silicium, welche im Rohmaterial Erz enthalten sind, verbleiben in der zurück bleibenden Extraktionslösung und werden anschließend entfernt.

In einem Lösungsmittelextraktionsschritt (2) wird Tantal oder Niob enthaltendes MIBK einem Stripping mit verdünnter Schwefelsäure ausgesetzt, und Niob wird in eine wässrige Lösung überführt, während Tantal in MIBK zurück bleibt, so dass Niob entfernt wird und reines Tantal erhalten wird.

In einem Lösungsmittelextraktionsschritt (3t) wird aus dem Lösungsmittelextraktionsschritt (2) erhaltenes Tantal in MIBK einem Stripping mit Wasser ausgesetzt, um eine wässrige Lösung von reinem Tantal zu erhalten.

Zur gleichen Zeit wird Niob in einem Lösungsmittelextraktionsschritt (3n) in der in Lösungsmittelextraktionsschritt (2) erhaltenen Lösung erneut mit MIBK extrahiert, so dass Niob in der wässrigen Lösung gereinigt ist, um ein reines Produkt zu erhalten.

In einem Präzipitationsschritt wird Ammoniakwasser zu sowohl der Tantal als auch der Niob enthaltenden Lösung, welche in den Lösungsmittelextraktionsschritten (3t) bzw. (3n) erhalten wurden, hinzugefügt, damit der pH-Wert auf ca. 8 eingestellt wird, und so sowohl Tantal als auch Niob als Hydroxid präzipitiert und abgeschieden werden.

In einem Filtrationsschritt wird das Präzipitat von sowohl Tantal als auch Niob, das aus dem obigen Präzipitationsschritt erhalten wurde, als Aufschlämmung abgezogen, und die Aufschlämmung wird dann einer Festphasen-Flüssigphasen-Trennung durch einen Filter unterzogen, so dass sowohl Tantal als auch Niob als Hydroxid-Kuchen erhalten werden. Ein allgemein verwendeter Filter, wie z.B. ein Vakuumfilter, kann hier verwendet werden.

In einem Trocknungsschritt wird der aus dem Filtrationsschritt erhaltene Hydroxidkuchen von sowohl Tantal als auch Niob auf 80°C bis 100°C erwärmt, um im Kuchen enthaltenes Wasser zu verdampfen. Allgemein verwendete Trockner, wie z.B. ein Drehtrockner, ein Warmlufttrockner oder ein Infrarottrockner können hier verwendet werden.

In einem Röstschritt wird nach dem Trocknen das Hydroxid von sowohl Tantal als auch Niob in der Luft unter einer sauren Atmosphäre bei 500°C bis 1100°C für 1 bis 24 h geröstet, um sowohl Tantaloxid als auch Nioboxid zu erhalten. Die Rösttemperatur beträgt hierbei vorzugsweise 600°C bis 1000°C bei der Herstellung von Tantaloxid und bevorzugt 550°C bis 900°C bei der Herstellung von Nioboxid. Falls die Rösttemperatur hoch eingestellt ist, kann die Röstzeit verringert werden. Falls die Rösttemperatur jedoch zu hoch ist, ist es wahrscheinlich, dass Tantal und Niob-Pentoxid Sauerstoff freisetzen, und darum kann eine stabile Pentoxid-Form nicht erhalten werden. Entsprechend ist der obere Grenzwert der Rösttemperatur besonders bevorzugt 1000°C für Tantaloxid und 900°C für Nioboxid. Nioboxid hat also einen niedrigeren Temperaturbereich. Das liegt daran, dass Nioboxid die Eigenschaft hat, dass es, verglichen mit Tantaloxid, unter erhöhten Temperaturbedingungen leicht Sauerstoff freisetzt.

Allgemein verwendete Röstöfen, wie z.B. ein elektrischer Ofen oder ein Drehröstofen (Drehofen), können in dem Röstschritt verwendet werden.

Insbesondere wird ein Drehofen bevorzugt verwendet, weil er ermöglicht, dass ein Röstprodukt vollständig mit der Luft in Kontakt kommt (zur Durchführung einer physischen Behandlung) durch Drehen des Ofens während des Röstens. Wenn der Drehofen verwendet wird, ist es bevorzugt, die Drehung des Ofens auch nach dem Rösten fortzuführen, um das Röstprodukt zu kühlen, während der Kontakt des Produkts mit der Luft im Ofen gefördert und aufrecht erhalten wird (um eine oxidationsfördernde Behandlung durchzuführen). Durch vollständiges In-Kontakt-Bringen des Röstprodukts mit der Luft in dem Röstofen kann daher ein stabiles Pentoxid erhalten werden.

Wenn ein statischer Ofen, wie z.B. ein elektrischer Ofen, verwendet wird, werden die nachfolgend genannten Mittel (eine physische Behandlung und eine oxidationsfördernde Behandlung) vorzugsweise durchgeführt. Die folgenden Mittel bewirken den guten Kontakt zwischen dem Röstprodukt und der Luft, und dadurch kann eine stabile Pentoxidform von sowohl Tantaloxid als auch Nioboxid erhalten werden.

Das erste Mittel (physische Behandlung) besteht darin, ein Röstobjekt, z.B. einen Tantalhydroxid-Kuchen, der durch Filtration erhalten wurde, dünn zu verteilen. Durch dieses Mittel kann Luft sogar zum Inneren des Röstprodukts geliefert werden. Dieses Verfahren eignet sich besonders für die Herstellung von kleinen Mengen an Produkten. Für die Herstellung relativ großer Mengen an Produkten hat dieses Verfahren jedoch bestimmte Einschränkungen in Bezug auf die großtechnische Herstellung.

Das zweite Mittel (physische Behandlung) besteht darin, durch Formen den Röstgegenstand-Kuchen, der durch Filtration erhalten wurde, zu unterteilen. Der Ausdruck "Formen" bedeutet hier die Unterteilung des Kuchens in mehrere Stücke mit einer bestimmten Form, so dass die Luft gut zwischen und in die geformten Produkte strömen kann. Beispiele des Formens umfassen Pressen, z.B. Extrusion, Abstanzen oder Tablettenkompression; Formen durch Rollen, welches das Erwärmen des Inneren einer Trommel mit Rillen aufweist, Kombinieren zweiter dieser Trommeln und das Dazwischendrücken eines Kuchens zum Formen; und Sprühtrocknungsformen, wobei die Aufschlämmung direkt in Hochtemperaturgas gesprüht wird. Wenn ein Hydroxid-Kuchen durch diese Verfahren gebildet wird, ist es bevorzugt, nicht zu viele Feinanteile eines Röstgegenstands, wie z.B. Tantalhydroxid, zu erzeugen. Das liegt daran, dass es ein Risiko gibt, dass solche Feinanteile verhindern können, dass Umgebungsgas frei zwischen den gebildeten Produkten während des Röstens strömt, wodurch die Förderung der Oxidation verhindert wird. Insbesondere ist es bevorzugt, das Formen so durchzuführen, dass der Anteil an Feinanteilen, die eine Siebgröße von 100 mesh (0,254 mm) oder eine kleinere Siebgröße haben, 20% oder weniger Gewichtsanteil des gesamten Röstgegenstands, Tantalhydroxid und/oder Nioboxid, beträgt. Das gebildete Produkt wird außerdem bevorzugt so gebildet, dass der minimale Abstand von jedem Teil im gebildeten Produkt zu dessen äußerer Oberfläche unter 10 mm beträgt. Falls das gebildete Produkt z.B. sphärisch ist, ist sein Radius bevorzugt 10 mm oder kürzer, und falls es rechteckig, z.B. stiftförmig ist, ist zumindest "Höhe (Länge), Breite oder Tiefe" bevorzugt 20 mm oder kürzer.

Die oben beschriebene physische Behandlung wird bevorzugt, mindestens bevor ein Hydroxid als Röstgegenstand in ein Oxid umgewandelt wird (vor Vervollständigung der Umwandlung), durchgeführt, und im Allgemeinen wird die Behandlung bei einem Hydroxidzustand vor dem Rösten durchgeführt.

Das dritte Mittel (oxidationsfördernde Behandlung) besteht darin, das durch Rösten erhaltene Röstprodukt zu kühlen, während man es vollständig in Kontakt mit sauerstoffhaltigem Gas, z.B. Luft, kommen lässt. Als Beispiel des dritten Mittels wird sauerstoffhaltiges Gas, z.B. Luft, in einen Raum, z.B. einen Röstofen, geliefert, in welchem das zu kühlende Röstprodukt angeordnet ist. Beispiele des dritten Mittels umfassen außerdem Mittel zum Enfrernen des Röstprodukts vom Röstofen nach dem Rösten und das In-Kontakt-Kommen-lassen (Exponieren) mit der Luft (Umgebungsluft) während des Kühlschritts, bevor das Produkt auf Raumtemperatur gekühlt wird, und Mittel zum Zerkleinern des entfernten Röstprodukts und Exponieren desselben an der Luft. Wenn das Röstprodukt der Luft ausgesetzt wird, ist es daher bevorzugt, das zu kühlende Röstprodukt aus dem Röstofen zu entfernen, wenn die Temperatur des Produkts zwischen 100°C und 600°C beträgt und stärker bevorzugt 200°C oder höher ist. Ein weiteres Beispiel oxidationsfördernder Behandlung umfasst ferner Mittel zum erzwungenen Zerkleinern (Mahlen) des Röstprodukts, z.B. durch Aufbrechend des Produkts, bevor es auf Raumtemperatur gekühlt wird, unabhängig davon, ob das Produkt vom Röstofen entfernt wird oder nicht. Die Gründe, aus denen oxidationsfördernde Behandlungen bevorzugt ausgeführt werden, sind wie folgt: Falls das Kühlen lediglich in einem geschlossenen Raum, z.B. einem Röstofen, durchgeführt wird, wird die Luft nicht leicht zum Röstprodukt geliefert. Außerdem wird wahrscheinlich eine bestimmte Menge Sauerstoff von seiner Pentoxidform freigesetzt, wenn es eine hohe Temperatur hat. Dementsprechend wird wahrscheinlich eine Verbindung mit wenigen Sauerstoffatomen im Inneren des Röstprodukts erzeugt, wo Sauerstoff kaum verteilt wird. Wenn ein statischer Ofen (elektrischer Ofen, etc.) verwendet wird, sollte der Röstgegenstand, Tantalhydroxid oder Niobhydroxid, in einem Schiffchen oder Ähnlichem angeordnet werden. Selbst falls eine formende Behandlung mit dem Röstgegenstand durchgeführt wird, wird Sauerstoff kaum zu einem Bereich verteilt, der in Kontakt mit dem Schiffchen ist. Wenn jedoch das Röstprodukt aus dem Ofen entfernt wird, wenn es eine relativ hohe Temperatur hat, wird es der Luft ausgesetzt und von dem Schiffchen getrennt. Dann wird Sauerstoff vollständig zu dem Bereich geliefert, an den Sauerstoff kaum gelangt ist, und somit kann Tantaloxid oder Nioboxid mit einer Pentoxidform ohne Sauerstoffmangel erhalten werden.

Die oben beschriebenen ersten, zweiten und dritten Mittel können verbreitet angewendet werden, nicht nur bei einer Verwendung eines statischen Ofens, sondern auch bei der Verwendung von verbreiteten Röstöfen, z.B. einem Drehröstofen.

In einem Zerkleinerungsschritt wird das Röstprodukt des Tantaloxids oder Nioboxids zerkleinert, so dass verklumpte Partikel aufgebrochen werden. Verbreitet verwendete Verkleinerungseinrichtungen, z.B. Kugelmühlen und Vibrationsmühlen, können dazu verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung wird ausführlicher an Hand der folgenden Beispiele beschrieben.
Beispiel 1
Ammoniakwasser wurde zu einer Flusssäurelösung, welche Niob aufwies, hinzu gefügt, um ein Niobhydroxidpräzipitat zu erzeugen. Dieses Präzipitat wurde gewaschen, bis die Konzentration an Fluoridionen 3000 ppm betrug, und dann wurde damit eine Filtration durchgeführt, um einen Niobhydroxid-Kuchen zu erhalten. Der erhaltene Kuchen wurde in einem Brennschiffchen aus hochreinem Quarz angordnet, so dass die Dicke des Kuchens ca. 5 mm (physische Behandlung) war, und er wurde bei 800°C für 4 h in einem Luftstrom in einem elektrischen Ofen geröstet. Nach dem Rösten wurde das Röstprodukt auf 200°C im elektrischen Ofen abgekühlt, und anschließend wurde das Röstprodukt mit 200°C aus dem Ofen entfernt (oxidationsfördernde Behandlung). Das Röstprodukt wurde weiter auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend in einer Vibrationsmühle zerkleinert, um Nioboxid-Pulver zu erhalten.
Beispiel 2
Eine Extrusion (physische Behandlung) wurde mit einem in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 erhaltenen Niobhydroxid-Kuchen durchgeführt, so dass ein Kuchen mit einer Dicke von ca. 200 mm erhalten wurde. Der erhaltene Kuchen wurde in einem Brennschiffchen aus hochreinem Quarz angeordnet und anschließend bei 1000°C für 4 h in einem Luftstrom in einem elektrischen Ofen geröstet. Anschließend wurde das Röstprodukt daraus in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 entfernt und wurde dann auf Raumtemperatur gekühlt mit anschließendem Zerkleinern, um Nioboxid-Pulver zu erhalten.
Beispiel 3
Eine Extrusion (physische Behandlung) wurde mit einem Niobhydroxidkuchen, der in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 erhalten wurde, durchgeführt, so dass ein Kuchen mit einer Dicke von ca. 200 mm erhalten wurde. Der erhaltene Kuchen wurde in einem Brennschiffchen aus hochreinem Quarz angeordnet und anschließend in einem elektrischen Ofen in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 geröstet. Nach dem Rösten wurde das Röstprodukt aus dem elektrischen Ofen entfernt, als es 600°C hatte, und eine Behandlung zum Aufbrechen (Zerkleinern) des Produkts (oxidationsfördernde Behandlung) wurde sofort durchgeführt. Während das Produkt noch heiß war, wurde ermöglicht, dass es in vollständigen Kontakt mit Luft kommt, und anschließend wurde es abgekühlt. Danach wurde das Produkt in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 zerkleinert, um Nioboxid-Pulver zu erhalten.
Beispiel 4
Zur Herstellung von Nioboxid wurde ein Drehröstofen anstatt eines elektrischen Ofens verwendet. Ein in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 erhaltener Niobhydroxid-Kuchen wurde im Drehröstofen angeordnet, so dass der Kuchen einen Anteil am inneren Volumen des Probenrohrs des Röstofens ca. 40% einnahm. Während der Kuchen bei einer Drehgeschwindigkeit von 5 min^–1 (physische und oxidationsfördernde Behandlung) gedreht wurde, wurde er bei 800°C für 4 h geröstet. Dieses Mal wurde das Probenrohr nicht hermetisch abgeschlossen, so dass Luft frei strömen konnte. Nach dem Rösten unter fortwährendem Drehen des Röstprodukts im Drehröstofen (oxidationsfördernde Behandlung) wurde er auf natürliche Weise auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wurde das Röstprodukt mit einer Vibrationsmühle zerkleinert, um Nioboxid-Pulver zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 1
Eine Extrusion (physische Behandlung) wurde mit einem Niobhydroxid-Kuchen durchgeführt, der in der gleichen Weise erhalten wurde wie in Beispiel 1, so dass ein Kuchen mit einer Dicke von ca. 200 mm erhalten wurde. Der erhaltene Kuchen wurde in einem Brennschiffchen aus hochreinem Quarz angeordnet und anschließend in einem elektrischen Ofen auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 geröstet. Nach dem Rösten wurde das Röstprodukt auf natürliche Weise auf Raumtemperatur im elektrischen Ofen abgekühlt. Anschließend wurde das Produkt in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 zerkleinert, um Nioboxid-Pulver zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 2
Ein in gleicher Weise wie in Beispiel 1 erhaltener Niobhydroxid-Kuchen wurde in einem elektrischen Ofen geröstet, abgekühlt und zerkleinert, um Nioboxid-Pulver zu erhalten, dies alles auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass die Dicke des Niobhydroxid-Kuchens ca. 200 mm betrug und dass die Rösttemperatur auf 1200°C im elektrischen Ofen eingestellt wurde.
Vergleichsbeispiel 3
Rösten, Abkühlen und Zerkleinern wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 ausgeführt, mit der Ausnahme, dass, wenn ein Kuchen mit einer Dicke von ca. 5 mm, der durch Extrusion (physische Behandlung) des auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhaltenen Niobhydroxid-Kuchens erhalten wurde, in einem Brennschiffchen aus hochreinem Quarz angeordnet und anschließend in einem elektrischen Ofen geröstet wurde, Stickstoffgas, welches 1 Vol.-% Wasserstoff enthielt, als Umgebungsgas geströmt wurde, um Nioboxid-Pulver zu erhalten.
Beurteilung der Farbe
Die Farbe der Nioboxid-Pulver, die in jedem der Beispiele 1 bis 4 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 erhalten wurden, d.h. die Wert der L*, a* und b* der erhal tenen Nioboxid-Pulver in einem L*a*b*-Farbsystem, wurden mit einem Farbunterschied-Messgerät gemessen (Minolta Co., Ltd., Farbunterschied-Messgerät R-300) unter Verwendung der Standardbeleuchtung C als Lichtquelle, und sie wurden anschließend bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Produktionsbewertung von Lithiumniobat-Einkristallen
Die in jedem der Beispiele 1 bis 4 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3 erhaltenen Nioboxid-Pulver wurden mit Lithiumkarbonat-Pulver in einem Verhältnis von 136,626 g : 35,91 g (Li₂CO₃ : Nb₂O₅ = 48,60 : 51,40 molares Verhältnis) gemischt. Die erhaltene Mischung wurde in einen Platin-Tiegel eingebracht. Sie wurde durch Hochfrequenz-Erhitzen geschmolzen, um eine Schmelze zu erhalten. Anschließend wurde das Czochralski-Verfahren durchgeführt, wobei die Einkristallwachstumsgeschwindigkeit auf 0,5 mm/h und eine Rotationsgeschwindigkeit von 30 min^–1 eingestellt wurden, um Lithiumniobat-Einkristalle zu erzeugen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Beurteilung der Erscheinung der Einkristalle, die aufgezogen wurden.
In Beispiel 1 wurde die Dicke eines Niobhydroxid-Kuchens auf 5 mm eingestellt und unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen geröstet. Die erhaltenen Nioboxid-Pulver hatten eine extrem hohe Weiße, mit einem L*-Wert von 99,40, einem a*-Wert von 0,28 und einem b*-Wert von 0,12.
Das Vergleichsbeispiel 1 andererseits wurde unter den gleichen Bedingungen wie unter denen von Beispiel 1 durchgeführt. Diese Bedingungen schließen eine formende Behandlung, die vor dem Rösten durchgeführt wurde, Röstatmosphäre, Rösttemperatur und Röstdauer ein. Das erhaltene Nioboxid-Pulver hatte jedoch eine niedrige Weiße, mit einem L*-Wert von 96,84, einem a*-Wert von 0,53 und einem b*-Wert von 0,31. Es wird vermutet, da das Röstprodukt nach dem Rösten im Ofen auf natürliche Weise zur Raumtemperatur abgekühlt wurde, dass ein Sauerstoffmangel im Röstprodukt auftrat und eine Nioboxid-Verbindung mit reduziertem Sauerstoffgehalt erhalten wurde. Im Ergebnis wurde gefunden, dass, falls eine oxidationsfördernde Behandlung, z.B. Abkühlen des Röstprodukts in einem Ofen, nicht durchgeführt wird, selbst bei Durchführen einer formenden Behandlung (physischen Behandlung) die erhaltenen Pulver eine verringerte Weiße haben und die Pulver daher farbig werden.
Im Beispiel 2 wurde mit einem Niobhydroxid-Kuchen eine Extrusion durchgeführt, um seine Dicke auf ca. 200 mm einzustellen, und die Rösttemperatur wurde auf 1000°C eingestellt. Die im Beispiel 2 erhaltenen Nioboxid-Pulver hatten eine noch höhere Weiße, trotz des etwas niedrigen L*-Werts und eines etwas höheren absoluten b*-Werts, im Vergleich mit dem in Beispiel 1 erhaltenen Gegenstück.
Im Gegensatz dazu wurde im Vergleichsbeispiel 2 die Dicke eines Niobhydroxid-Kuchens einfach auf 200 mm eingestellt, und die Rösttemperatur wurde auf 1200°C eingestellt. Das erhaltene Nioboxid-Pulver war ein bisschen blau, mit einem L*-Wert von 96,21, einem a*-Wert von 0,85 und einem b*-Wert von –1,27. Im Vergleichsbeispiel 2 wurde das Rösten bei einer Temperatur ausgeführt, die höher als 500°C bis 1100°C liegt, was als Rösttemperatur bevorzugt ist. Es wird daher angenommen, dass ein Sauerstoffmangel im Röstprodukt während einer Röstdauer oder einer Hochtemperatur-Zeitspanne nach dem Rösten andauerte und Verbindungen mit reduziertem Sauerstoffgehalt erzeugt und verfärbt wurden. Durch Vergleich von Beispiel 2 mit Vergleichsbeispiel 2 wurde gefunden, dass, falls ein Kuchen dick ist, eine physische Behandlung, z.B. eine formende Behandlung, wirksam ist, um weiße Nioboxid-Pulver zu erhalten.
In Beispiel 3, wie im Vergleichsbeispiel 1, wurde die Dicke eines Niobhydroxid-Kuchens auf 200 mm eingestellt, und die Rösttemperatur wurde auf 800°C eingestellt. Nach dem Rösten wurde das Röstprodukt jedoch aus dem Röstofen entfernt, als es eine Temperatur von 600°C hatte, und das noch heiße Produkt wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, während es aufgebrochen wurde. Anschließend wurde das Produkt wie im Beispiel 1 zerkleinert, um Nioboxid-Pulver zu erhalten. Das erhaltene Nioboxid-Pulver hat eine hohe Weiße, mit einem L*-Wert von 99,12, einem a*-Wert von 0,46 und einem b*-Wert von 0,08. Im Unterschied zum Vergleichsbeispiel 1 wurde in Beispiel 3 nach dem Rösten das Röstprodukt nicht im elektrischen Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt, sondern eine oxidationsfördernde Behandlung wurde durchgeführt, indem das Produkt aus dem Ofen entfernt wurde, als es eine Temperatur von 600°C hatte, und das noch heiße Produkt wurde aufgebrochen und auf Raumtemperatur abgekühlt. Das scheint der Grund für die o.g. guten Ergebnisse zu sein. Es wird angenommen, dass als Folge der o.g. Behandlung Sauerstoff zum Inneren des Röstprodukts geliefert wurde, so dass Nioboxid-Pulver mit einer stabilen Pentoxid-Form erhalten wurde.
Im Vergleichsbeispiel 3 wurde ein Niobhydroxid-Kuchen, der auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 erhalten wurde, einer Extrusion unterzogen, um seine Dicke auf ca. 5 mm einzustellen. Der Kuchen mit einer Dicke von ca. 5 mm, der durch Extrusion (physische Behandlung) erhalten wurde, wurde in einem Brennschiffchen aus hochreinem Quarz angeordnet, und die Brennatmosphäre wurde auf Stickstoffgas, welches 1,0 Vol.-% Wasserstoff enthielt (reduzierende Atmosphäre) eingestellt. Die erhaltenen Nioboxid-Pulver waren verfärbt mit einem L*-Wert von 94,47, einem a*-Wert von –0,12 und einem b*-Wert von –2,81. Es wird vermutet, dass eine stabile Pentoxid-Form nicht erhalten wurde, da unter der reduzierenden Atmosphäre Sauerstoffmangel vorlag, und dass dadurch Verbindungen mit reduziertem Sauerstoffgehalt erzeugt wurden und verfärbt wurden. Aus den obigen Ergebnissen wurde gefunden, dass die Weiße eines Röstprodukts auf Grund eines Sauerstoffmangels abnimmt. Es wurde auch gefunden, dass sauerstoffhaltiges Gas, z.B. Luft (Sauerstoffkonzentration: ca. 21 %) als Umgebungsgas zum Rösten bevorzugt ist.
In Beispiel 4 wurde das Rösten unter Verwendung eines Drehofens durchgeführt, der am stärksten bevorzugt ist, um die Nioboxid-Pulver der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Das erhaltene Nioboxid-Pulver hat eine extrem hohe Weiße, mit einem L*-Wert von 99,87, einem a*-Wert von 0,12 und einem b*-Wert von 0,09. Eine oxidationsfördernde Behandlung wurde selbst bei hoher Temperatur während und nach dem Rösten durchgeführt, so dass der Drehofen kontinuierliche gedreht und Luft geströmt wurde, um sie vollständig im Inneren des Röstofens zu verteilen, und dadurch wurden Nioboxid-Pulver mit einer stabilen Pentoxid-Form erhalten.
Aus den Ergebnissen der Beispiele 3 und 4 wurde gefunden, dass es bevorzugt ist, eine Behandlung durchzuführen, die es ermöglicht, dass das Produkt in Kontakt mit einer möglichst großen Menge an sauerstoffhaltigem Gas während des Abkühlens des Produkts nach dem Rösten kommt, um Oxidation zu fördern (oxidationsfördernde Behandlung).
Die Produktionsbewertung der Lithiumniobat-Einkristalle wurde durchgeführt unter Verwendung der Nioboxid-Pulver der Beispiele 1 bis 4 als Rohmaterialien, welche in der obigen Farbbewertung eine hohe Weiße aufwiesen, und als Folge wurden Einkristalle mit gleichförmiger Dicke erhalten. Andererseits wurde der Produktionstest der gleichen obigen Kristalle ausgeführt unter Verwendung der Nioboxid-Pulver der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 als Rohmaterialien, welche eine niedrige Weiße in der obigen Farbbewertung zeigten. Im Ergebnis wurde, wenn das Pulver des Vergleichsbeispiels 1 verwendet wurde, in den erhaltenen Kristallen Torsion erzeugt. Wenn Pulver des vergleichenden Beispiels 2 verwendet wurden, wurde häufig Torsion erzeugt, und die erhaltenen Kristalle waren nicht gleichför>mig. Wenn außerdem Pulver des vergleichenden Beispiels 3 verwendet wurden, wurden Einkristalle abgetrennt, als sie hochgezogen wurden. Aus den obigen Ergebnissen wurde gefunden, dass Nioboxid-Pulver mit hoher Weiße für die Produktion von Lithiumniobat-Einkristallen bevorzugt sind.
Beispiel 5
Ammoniakwasser wurde zu einer Flusssäurelösung, welche Tantal aufwies, hinzugefügt, um ein Tantalhydroxid-Präzipitat zu erzeugen. Dieses Präzipitat wurde gewaschen, bis die Konzentration an Fluoridionen in der Waschlösung 3000 ppm oder weniger betrug, und anschließend wurde damit eine Filtration durchgeführt, um einen Tantalhydroxid-Kuchen zu erhalten. Der erhaltene Kuchen wurde in einem Brennschiffchen aus hochreinem Quarz angeordnet, so dass die Dicke des Kuchens ca. 5 mm betrug (körperliche Behandlung), und er wurde bei einer Rösttemperatur von 1000°C für 6 h in einem Luftstrom in einem elektrischen Ofen geröstet. Nach dem Rösten wurde das Produkt auf 200°C im elektrischen Ofen abgekühlt. Anschließend wurde das Produkt aus dem Ofen entfernt und weiter auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wurde das Produkt mit einer Vibrationsmühle zerkleinert, um Tantaloxid-Pulver zu erhalten.
Beispiel 6
Eine Extrusion (physische Behandlung) wurde mit einem Tantalhydroxid-Kuchen durchgeführt, der in der gleichen Weise wie im Beispiel 5 erhalten wurde. Der erhaltene Kuchen wurde in einem Brennschiffchen aus hochreinem Quarz angeordnet, so dass die Dicke des Kuchens ca. 100 mm betrug, und anschließend in einem elektrischen Ofen in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 geröstet. Nach dem Rösten wurde das Röstprodukt aus dem elektrischen Ofen enfrernt, während es eine Temperatur von 600°C hatte. Das Röstprodukt wurde dann sofort aufgebrochen, und das noch heiße Produkt konnte in vollständigen Kontakt mit Luft zum Abkühlen kommen. Anschließend wurde das Produkt in einer Vibrationsmühle in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 zerkleinert, um Tantaloxid-Pulver zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 4
Tantaloxid-Pulver wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Dicke des Tantalhydroxid-Kuchens, der in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 erhalten wurde, auf 100 mm eingestellt wurde und dass nach dem Rösten das Produkt auf natürliche Weise auf Raumtemperatur in einem Ofen abgekühlt wurde.
Farbbewertung
Die Farbe der in den Beispielen 5, 6 und dem Vergleichsbeispiel 4 erhaltenen Tantaloxid-Pulver, d.h. die Werte L*, a* und b* der erhaltenen Tantaloxid-Pulver in einem L*a*b*-Farbsystem wurden mit einem Farbunterschiedmesser gemessen (Minolta Co., Ltd., Farbunterschied-Farbmesser R-300), unter Verwendung einer Standardbeleuchtung C als Lichtquelle, und sie wurden anschließend bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Produktionsbewertung der Lithiumniobat-Einkristalle
Die in den Beispielen 5 und 6 und dem Vergleichsbeispiel 4 erhaltenen Tantaloxid-Pulver wurden mit Lithiumkarbonat-Pulver in einem Verhältnis von 227, 133 g : 35,91 g (Li₂CO₃ : Ta₂O₅ = 48,60 : 51,40 molares Verhältnis). Die erhaltene Mischung wurde in einen Platin-Schmelztiegel eingebracht. Sie wurde durch Hochfrequenzerhitzen geschmolzen, um eine Schmelze zu erhalten. Anschließend wurde das Czochralski-Verfahren durchgeführt, wobei die Wachstumsgeschwindigkeit des Einkristalls auf 0,5 mm/h und eine Umdrehungsgeschwindigkeit von 30 min^–1 eingestellt wurde, um Lithiumtantalat-Einkristalle zu erzeugen. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse des Vergleichs der Erscheinung der Einkristalle, die aufgezogen wurden.
Im Beispiel 5 wurde die Dicke eines Tantalhydroxid-Kuchens auf 5 mm eingestellt, und er wurde unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen geröstet. Das erhaltene Tantaloxid-Pulver hatte eine extrem hohe Weiße, mit einem L*-Wert von 99,58, einem a*-Wert von 0,25 und einem b*-Wert von 0,17.
Andererseits wurde Vergleichsbeispiel 4 unter den gleichen Bedingungen wie jene von Beispiel 5 durchgeführt. Diese Bedingungen umfassen Brennatmosphäre, Rösttemperatur und Röstdauer. Die erhaltenen Tantaloxid-Pulver hatten jedoch eine niedrige Weiße, mit einem L*-Wert von 95,83, einem a*-Wert von 0,67 und einem b*-Wert von 0,38. Es wird vermutet, dass im Vergleichsbeispiel 4 ein Sauerstoffmangel im Röstprodukt während und nach dem Rösten auftrat, da die Dicke des Tantalhydroxid-Kuchens auf 100 mm eingestellt wurde, was dicker war als der Kuchen von Beispiel 5 (5 mm), und ein Tantaloxid-Verbindung mit reduziertem Sauerstoffgehalt wurde erhalten. Es wird außerdem ebenfalls vermutet, dass natürliches Abkühlen des Röstprodukts auf Raumtemperatur in einem Ofen ein weiterer Grund für den Mangel an Sauerstoff im Röstprodukt ist.
Im Beispiel 6 wurde die Dicke eines Tantalhydroxids auf 100 mm eingestellt. Das erhaltene Tantaloxid-Pulver hat eine hohe Weiße, mit einem L*-Wert von 99,73, einem a*-Wert von 0,47 und einem b*-Wert von 0,09. Im Unterschied zu Vergleichsbeispiel 4 wurde nach dem Rösten im Beispiel 6 das Röstprodukt nicht auf 200°C im elektrischen Ofen abgekühlt, sondern das Produkt wurde daraus entfernt, als es eine Temperatur von 600°C hatte, und das noch heiße Produkt wurde aufgebrochen und auf Raumtemperatur gekühlt. Dies scheint ein Grund für die guten oben gezeigten Ergebnisse zu sein. Es wird angenommen, dass als Folge der obigen Behandlung Sauerstoff in das Innere des Röstprodukts geliefert wurde, so dass Tantaloxid-Pulver mit einer stabilen Pentoxid-Form erhalten wurde.
Die Produktionsbewertung von Lithiumtantalat-Einkristallen wurde ausgeführt unter Verwendung der Tantaloxid-Pulver der Beispiele 5 und 6, die eine hohe Weiße in der obigen Farbbewertung zeigten, als Rohmaterialien, und als Folge wurden Einkristalle mit einer gleichförmigen Dicke erhalten. Andererseits wurde der Produktionstest der obigen Kristalle ausgeführt unter Verwendung des Tantaloxid-Pulvers des Vergleichsbeispiels 4 als Rohmaterial, welches eine niedrige Weiße in der obigen Farbbewertung zeigte. In Folge dessen wurde in den produ zierten Kristallen häufig Torsion beobachtet. Aus den obigen Ergebnissen wurde gefunden, dass Tantaloxid-Pulver mit einer hohen Weiße für die Produktion von Lithiumtantalat-Einkristallen bevorzugt ist.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver mit einer extrem hohen Weiße erhalten, wobei der L*-Wert zwischen 97 und 100 ist, der a*-Wert zwischen –0,5 und +0,5 ist und der b*-Wert zwischen –0,5 und +0,5 in einem L*a*b*-Farbsystem ist; und die vorliegende Erfindung stellt somit qualitativ hochwertige Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver mit stabiler Pentoxid-Form bereit. Diese Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver mit einer hohen Weiße sind bevorzugt als Rohmaterialien zur Verwendung in der Produktion von Lithiumtantalat- oder Lithiumniobat-Einkristallen, welche Genauigkeit in dem Zusammensetzungsverhältnis der Rohmaterialien erfordern. Die Verwendung dieser Pulver verbessert die Ausbeute bei der Produktion von Einkristallen. Außerdem sind Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver mit hoher Weiße bevorzugt als additive Materialien für optische Gläser. Wenn diese Pulver verwendet werden, kann optisches Glas mit einem hohen Brechungsindex erhalten werden.

Claims

Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulver, dadurch gekennzeichnet, dass im L*a*b*-Farbsystem der L*-Wert von 97 bis 100, der a*-Wert von –0,5 bis +0,5 und der b*-Wert von –0,5 bis +0,5 beträgt.
Verfahren zur Herstellung von Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulvern gemäß Anspruch 1, bei welchem zu einer Flusssäurelösung, die Tantal und/oder Niob enthält, Ammoniak hinzugefügt wird; das präzipitierte Tantalhydroxid und/oder Niobhydroxid von der Lösung abgetrennt und geröstet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Rösten bei einer Temperatur von 500°C bis 1100°C erfolgt, während sauerstoffhaltiges Gas als Umgebungsgas hindurchgeleitet wird, und dass das Röstprodukt einer oxidationsfördernden Behandlung ausgesetzt wird, bei der das Röstprodukt nach dem Rösten in Kontakt mit Sauerstoff kommt.
Verfahren zur Herstellung von Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulvern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidationsfördernde Behandlung anfängt, wenn die Temperatur des Röstprodukts 200°C oder höher ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewährleistung des Kontakts der Röstgegenstände, Tantalhydroxid und/oder Niobhydroxid, mit dem Umgebungsgas die Röstgegenstände einer körperlichen Behandlung unterzogen werden, derart, – dass der Feinanteil mit einer Siebgröße von 100 mesh (0,254 mm) oder kleiner 20% des Gewichtsanteils oder weniger beträgt, – und/oder dass der Röstgegenstand auf eine Größe gebracht wird, bei der der minimale Abstand von jedem Teil im gebildeten Produkt zu dessen äusserer Oberfläche unter 10 mm beträgt.
Verfahren zur Herstellung von Tantaloxid- und/oder Nioboxid-Pulvern nach Anspruch 4, wobei die körperliche Behandlung zumindest vor der Vervollständigung des Röstens durchgeführt wird.