DE19649669A1

DE19649669A1 - Verfahren zur Auflösung und Reinigung von Tantalpentoxid

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Publication number: DE19649669A1
Application number: DE19649669A
Authority: DE
Inventors: Raj P Singh; Michael J Miller
Original assignee: Osram Sylvania Inc
Current assignee: Osram Sylvania Inc
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1997-06-05
Anticipated expiration: 2016-11-30
Also published as: CN1159424A; US5635146A; DE19649669B4; RU2171229C2; CN1082935C

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Aufbereitung und Reinigung von Tantal enthaltenden Erzen und Verbindungen. Sie betrifft insbesondere Verfahren zur Herstellung von hochreinen Tantalverbindungen aus Standard-Tantalpentoxid von technischer Qualität.

Hochreines Tantalmetall und Tantalpentoxid werden zunehmend wichtig für die Elektronikindustrie zur Herstellung moderner elektronischer Materialien, wie sie für die Herstellung von Einrichtungen, beispielsweise akustischen Oberflächenwellenfiltern, pyroelektrischen Infrarotsensoren und optisch-elek tronischen Einrichtungen, verwendet werden. Hochreines Tantalatpentoxid wird auch benötigt für die Herstellung von Tantalat-Röntgen-Leuchtstoffen für Röntgenverstärkerschirme. Die Reinheit des Tantalmetalls und des Tatalpen toxids, die für die Herstellung solcher Produkte verwendet werden, sollte mehr als 99,99% betragen und sich vorzugsweise dem Wert 99,9999% nähern.

Es gibt bereits drei Hauptverfahren zur Reinigung von Tantal enthaltenden Materialien: die Destillation (oder Chlorierung), die Flüssig-Flüssig-Lösungs mittelextraktion und der Ionenaustausch.

Bei dem Destillationsverfahren wird eine Mischung aus einem unreines Tantal enthaltenden Material und Kohlenstoff mit Chlorgas bei etwa 600 bis 800°C umgesetzt. Obgleich die Destillation ein allgemein anerkanntes kommerzielles Verfahren zur Reinigung von Tantal enthaltenden Materialien ist, war es bisher schwierig, Tantal und Niob voneinander zu trennen wegen des geringen Un terschieds zwischen den Siedepunkten von Tantalchlorid (239°C) und Niob chlorid (249°C). Da Niob eine allgegenwärtige Verunreinigung in Tantal enthal tenden Materialien ist, sind die Lösungsmittelextraktions- und Ionenaustausch- Verfahren gegenüber der Destillation bevorzugt, wenn hochreines Tantal und hochreines Tantalpentoxid erwünscht sind.

Bei den Lösungsmittelextraktionsverfahren wird ein unreines Tantal enthalten des Material in Fluorwasserstoffsäure(HF)-Medien gelöst und mit einem orga nischen Lösungsmittel in Kontakt gebracht. Die Tantalgehalte werden selektiv in die organische Phase extrahiert, in eine wäßrige Lösung rückextrahiert und durch Hydrolysieren mit wäßrigem Ammoniak als Tantalhydroxid ausgefällt. Das ausgefällte Hydroxid kann durch Calcinieren an der Luft in Tantalpentoxid überführt werden. Zur Erzielung der gewünschten hohen Reinheit können je doch viele Extraktions/Rückextraktions-Zyklen erforderlich sein. Beispiele für Flüssig-Flüssig-Lösungsmittelextraktionsverfahren sind in den US-Patenten 3 117 833, 3 712 939 und 4 673 554 beschrieben.

Bei Ionenaustauschverfahren wird ein unreines Tantal enthaltendes Material in HF-Medien gelöst und dann über eine Ionenaustausch-Kolonne laufen gelas sen, welche die Tantal-Metall-Gehalte selektiv zurückhält. Die Verunreinigun gen bleiben in Lösung und werden in dem Abstrom ausgetragen. Die zurück gehaltenen Tantalgehalte werden anschließend aus der Kolonne eluiert und dann wie oben als Tantalhydroxid ausgefällt. Ein Beispiel für ein solches Ver fahren ist in dem US-Patent 4446 115 beschrieben. Wegen der ziemlich ge ringen Austauschkapazität des Anionenaustauschharzes ist dieses Verfahren jedoch teuer bei der Anwendung in einem kommerziellen Maßstab.

Während sich der Stand der Technik bisher konzentrierte auf die Reinigung von Tantal enthaltenden Erzen und Abfällen, gibt es große Vorräte an Tantal pentoxid technischer Qualität, das ein verhältnismäßig billiges Ausgangsmate rial für die Herstellung von hochreinem Tantal und Tantaloxid darstellen könnte. Das Standard-Tantalpentoxid technischer Qualität enthält jedoch eine Reihe von unterschiedlichen Verunreinigungen (z. B. Al, Si, F, Cl, Na, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Ti, Zr, Mo, Nb und W) in Gehalten zwischen 500 und 10 000 Teilen pro Million Teilen (ppm). Derart hohe Gehalte an Verunreinigungen wären für die Verwendung für die obengenannten elektronischen und Leuchtstoff- Anwendungen nicht akzeptabel. Das Tantalpentoxid technischer Qualität muß daher gereinigt werden bevor es verwendet werden kann.

Unglücklicherweise löst sich Tantalpentoxid jedoch selbst in Fluorwasser stoffsäure extrem schwer auf, insbesondere gilt dies für die kristalline β-Ta₂O₅- Phase. Eine direkte Auflösung in HF erfordert übermäßig lange Auflösungszei ten und das Vielfache der Menge an HF, die aufgrund der Stöchiometrie für die Reaktion erforderlich wäre. Daher ist die direkte Auflösung von Ta₂O₅ für die Verwendung in konventionellen Reinigungsverfahren, wie Lösungsmittelex traktions- und der Ionenaustausch-Verfahren, kommerziell nicht praktikabel.

Die chemische Reaktion für die Auflösung von Ta₂O₅ in HF kann wie folgt be schrieben werden:

Ta₂O₅ + 14HF(aq) → 2H₂TaF₇(aq) + 5H₂O

Die Reaktionskinetik der Auflösung von Ta₂O₅ in HF-Medien wurde von I.I. Ba ram im "Journal of Applied Chemistry of the U.S.S.R.", V. 38, 2181-2188 (1965), untersucht. Nach den darin angegebenen Ergebnissen konnten nur etwa 5,3 g reines Ta₂O₅, (das 3 h lang bei 800°C calciniert worden war) in 1 l 14,6 M HF innerhalb von 4 h bei 70°C gelöst werden. Da, wie darin angegeben ist, die Auflösungsreaktion eine solche erster Ordnung in bezug auf die HF- Konzentration ist, kann angenommen werden, daß etwa 10,8 g Ta₂O₅ in 1 l 29 M HF innerhalb von 4 h bei 70°C aufgelöst werden, ein Molverhältnis HF:Ta₂O₅ von etwa 1200 : 1. Daraus ergibt sich, daß unter den obengenannten Bedingungen viel mehr HF erforderlich ist zur Auflösung von Ta₂O₅ als dies aufgrund der Stöchiometrie erforderlich wäre. Ein derart großer Überschuß an HF ist nicht nur wirtschaftlich unerwünscht, sondern ist auch gefährlich.

Obgleich mit steigender Temperatur die Auflösungsgeschwindigkeit zunimmt, beträgt die für die Auflösung erforderliche HF-Menge immer noch das Vielfa che der stöchiometrischen Menge. So können beispielsweise über einen Zeit raum von 3 Tagen bei 100°C etwa 15 g Ta₂O₅ in 190 ml einer etwa 25 M HF, d. h. bei einem Molverhältnis HF:Ta₂O₅ von etwa 140 : 1 oder mit etwa der 10- fachen Menge der stöchiometrischen Menge, gelöst werden. Die Verwendung höherer Auflösungstemperaturen führt aber auch zu einem erhöhten Energie verbrauch und zu einer erhöhten Menge der gefährlichen HF-Dämpfe.

Es würde daher eine beträchtliche Verbesserung des Standes der Technik darstellen, wenn man über ein Verfahren zur Auflösung von Ta₂O₅ in einem HF-Medium zur Herstellung einer Tantal enthaltenden Lösung verfügte, die direkt in konventionellen Lösungsmittelextraktions- und Ionenaustausch- Reinigungsverfahren verwendet werden könnte. Es wäre auch eine signifikan te Verbesserung darin zu sehen, über ein Verfahren zur Auflösung von Ta₂O₅ in HF-Medien zu verfügen, bei dem viel weniger HF benötigt wird als für die direkte Auflösung von Ta₂O₅ in HF-Medien unter den gleichen Bedingungen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Ziel der Erfindung ist es insbesondere, ein wirtschaftliches und sicheres Verfahren zur Auflösung und Reinigung von Tantalpentoxid bereitzu stellen. Ziel der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zur Auflösung und Rei nigung von Tantalpentoxid ohne Anwendung von Lösungsmittelextraktions- oder Ionenaustausch-Verfahren bereitzustellen.

Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Auf lösung und Reinigung von Tantalpentoxid, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Tantalpentoxid mit einer Kalium enthaltenden Verbindung umsetzt unter Bildung von Kaliumtantalat, das Kaliumtantalat in einem Fluorwasser stoffsäure-Medium auflöst unter Bildung einer die Tantalgehalte und Verun reinigungen enthaltenden Lösung und die Tantalgehalte von den Verunreini gungen trennt.

Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Auflösung und Reinigung von Tantalpentoxid, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man stöchiometrische Mengen eines unreinen Tantalpentoxids mit Kaliumcarbonat umsetzt unter Bildung von Kaliumtantalat, das Kaliumtantalat gegebenenfalls mit Schwefelsäure aufschlämmt, das Kaliumtantalat in einem Fluorwasserstoffsäure-Medium auflöst unter Bildung einer Tantalgehalte und Verunreinigungen enthalten Lösung, Kaliumfluorotantalat durch Zugabe einer wasserlöslichen Kaliumverbindung ausfällt, die Lösung filtriert unter Bildung eines feuchten Niederschlags, den feuchten Niederschlag in Wasser suspen diert, gegebenenfalls eine wirksame Menge eines Chelatbildners zugibt, durch Zugabe von Ammoniumhydroxid (NH₄)₂Ta₂O₆·H₂O ausfällt und das (NH₄)₂Ta₂O₆·H₂O calciniert unter Bildung eines Tantalpentoxids mit geringen Mengen an Niob und Übergangsmetallen.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeich nung näher erläutert. Diese zeigt ein Blockdiagramm, welches das erfindungs gemäße Verfahren erläutert.

Andere und weitere Ziele, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfin dung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Patentansprüchen und der vorstehend beschriebenen Zeichnung. Die Erfindung wird nachstehend anhand von spezifischen Beispie len näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Zur Reinigung von Tantalpentoxid technischer Qualität unter Anwendung kon ventioneller Lösungsmittelextraktions- oder Ionenaustausch-Verfahren ist es erforderlich, zuerst das unreine Ta₂O₅ in einem HF-Medium aufzulösen. Um die Schwierigkeiten zu vermeiden, die beim direkten Auflösen von Ta₂O₅ in einem HF-Medium auftreten, wird das unreine Ta₂O₅ zuerst in Kaliumtantalat KTaO₃ umgewandelt durch Umsetzung des Ta₂O₅ mit einer stöchiometrischen Menge einer Kalium enthaltenden Verbindung, vorzugsweise Kaliumcarbonat K₂CO₃, bei einer Temperatur zwischen etwa 550°C und etwa 1 300°C für eine Zeit spanne zwischen etwa 3 und etwa 20 h. Als weitere Kaliumquellen können außerdem verwendet werden beispielsweise KCl, K₂O, K₂C₂O₄, KHCO₃ und dgl. Die bevorzugte Reaktion läuft nach der folgenden Gleichung ab:

Ta₂O₅+ K₂CO₃ → 2 KTaO₃+ CO₂(g)↑

Die bevorzugte Reaktions-Temperatur und die bevorzugte Reaktionszeit be tragen etwa 750 bis etwa 850°C für etwa 5 bis etwa 10 h.

Die Umwandlung von Standard-Ta₂O₅ technischer Qualität in KTaO₃ stellt eine sehr wirksame Methode der Auflösung von Tantalpentoxid in einem HF- Medium dar, da KTaO₃ sich nahezu sofort in dem HF-Medium auflöst. Darüber hinaus wird während der Herstellung von KTaO₃ die Reinheit von Ta₂O₅ tech nischer Qualität verbessert in bezug auf W, Mo, Cr und Nb. Diese Zunahme der Reinheit ist in der Tabelle II beispielhaft dargestellt. Außerdem kann aus stöchiometrischen Mengen von K₂CO₃ und Ta₂O₅ ausschließlich die Perovskit- Form von KTaO₃ hergestellt werden ohne Bildung der Übergangsform (Zwischenprodukts) von KTaO₃ mit kubischer Pyrochlor-Struktur.

Tabelle II

Nachdem das KTaO₃ gebildet worden ist, wird es abgekühlt, mit Wasser ge waschen und bei 110°C getrocknet. Das KTaO₃ reagiert stark mit HF und kann nahezu sofort bei Raumtemperatur aufgelöst werden. Zur Erzielung eines noch wirksameren Auflösungsverfahrens wird das KTaO₃ jedoch zuerst mit Schwe felsäure H₂SO₄ aufgeschlämmt, bevor es in HF aufgelöst wird.

Beispiel 1

10 ml konzentrierte HF-Säure (49-51%) wurden zu 5 g KTaO₃, das aus Ta₂O₅ technischer Qualität hergestellt worden war, zugegeben. Es trat eine sofortige und heftige exotherme Reaktion auf und es wurde nahezu das gesamte feste Material aufgelöst. Die Lösung wurde mit Wasser auf 200 ml verdünnt und es wurde mit 7,4 M Ammoniumhydroxid ausgefällt. Der Niederschlag wurde durch Glimmentladungs-Massenspektrometrie (GD-MS) analysiert, wobei ermittelt wurde, daß nur 0,3 Gew.-% Kalium in dem Niederschlag zurückblieben, was anzeigt, daß mehr als 97% des KTaO₃ sich in der HF aufgelöst hatten. Auf diese Weise kann eine Tantalpentoxid-Lösung mit 16 bis 20 g Ta/l leicht in einer etwa 1,5 M (oder 2%igen) HF hergestellt werden.

Beispiele 2 bis 3

25 g KTaO₃, die aus Ta₂O₅ technischer Qualität hergestellt worden waren, wurden mit 25 ml konzentrierter H₂SO₄ aufgeschlämmt und dann wurden 25 ml konzentrierte (29 M) HF zugegeben. Nach einer stark exothermen Reaktion erhielt man eine farblose Paste. Die Paste löste sich in verdünnter (etwa 1,5 M) HF vollständig auf unter Bildung einer klaren Lösung, die etwa 17 g/l Ta enthielt.

Zum Vergleich wurden unter ähnlichen Bedingungen 25 g Ta₂O₅ von techni scher Qualität mit 25 ml konzentrierter H₂SO₄ aufgeschlämmt und dann wur den 25 ml konzentrierte HF zugegeben. Es wurde keine sichtbare Reaktion zwischen dem Feststoff und der Säure festgestellt. Der Feststoff wurde von der HF abgetrennt, mit Wasser gewaschen, getrocknet und gewogen. Es wurde gefunden, daß nur 1,2 g der ursprünglichen 25 g Ta₂O₅ sich in dem HF- Medium gelöst hatten.

Unter ähnlichen Bedingungen können somit 20,6 g Ta₂O₅ von technischer Qualität (entsprechend 25 g KTaO₃) in einem HF-Medium leicht aufgelöst wer den, indem man zuerst das Ta₂O₅ in KTaO₃ umwandelt, während nur 1,2 g Ta₂O₅ durch direkte Auflösung gelöst werden können.

Beispiel 4

125 g KTaO₃, hergestellt aus Ta₂O₅ technischer Qualität, wurden innerhalb von weniger als 10 min in 5,5 l einer verdünnten HF/H₂SO₄-Lösung gelöst, die 225 ml konzentrierte HF und 200 ml konzentrierte H₂SO₄ enthielt. Auf diese Weise ist es verhältnismäßig leicht, unter Verwendung einer verdünnten HF/H₂SO₄-Lösung (1% HF und 1,3 N H₂SO₄) eine Lösung herzustellen, die 15 g/l Ta enthält.

Andere Alkalitantalate weisen nicht die gleichen vorteilhaften Auflösungsei genschaften wie KTaO₃ auf. So wurde beispielsweise bei Tests, bei denen die Auflösungseigenschaften von KTaO₃ mit NaTaO₃ und LiTaO₃ verglichen wur den, gefunden, daß unter ähnlichen Bedingungen nur 25% des NaTaO₃ und LiTaO₃ in einem HF-Medium gelöst würden, verglichen mit nahezu 100% des KTaO₃.

Es wird angenommen, daß die Reaktion zur Auflösung von KTaO₃ nach dem folgenden Mechanismus abläuft:

2KTaO₃ + 14HF(aq) → H₂TaF₇(aq) + 2KOH(aq) + 4H₂O

Einige der Kaliumionen können mit dem wäßrigen H₂TaF₇ in der Tantal enthal tenden Lösung reagieren unter Bildung eines Kaliumfluorotantalat K₂TaF₇- Niederschlags. Das ausgefallene K₂TaF₇ kann jedoch in verdünnter HF und H₂SO₄ leicht gelöst werden. Auf diese Weise ergibt die Umwandlung des Ta₂O₅ technischer Qualität in KTaO₃ und die anschließende Auflösung in ei nem HF-Medium eine Tantal enthaltende Lösung, die geeignet ist für die Ver wendung in konventionellen Lösungsmittelextraktions- oder Ionenaustausch- Reinigungsverfahren.

Außerdem kann hochreines K₂TaF₇ von Kondensator-Qualität aus der Tantal enthaltenden Lösung direkt ausgefällt werden durch Zugabe einer wasserlösli chen Kaliumverbindung wie KCl. Die Reaktion läuft wie folgt ab:

H₂TaF₇(aq) + 2KCl → K₂TaF₇(s)↓ + 2HCl

Bei einem bevorzugten Verfahren beträgt die Menge der bei der Reaktion ver wendeten wasserlöslichen Kaliumverbindung etwa das Doppelte derjenigen, die stöchiometrisch erforderlich ist. Zu anderen akzeptablen wasserlöslichen Kaliumverbindungen, die zur Bildung des K₂TaF₇-Niederschlags verwendet werden können, gehören K₂CO₃, KOH, KF, K₂C₂O₄ und K₂O.

Beispiel 5

Hochreines Kaliumfluorotantalat wurde hergestellt durch Bildung einer Mi schung aus 132 g Ta₂O₅ von technischer Qualität und 45 g K₂CO₃. Die Mi schung wurde in einem Aluminiumoxid-Schmelztiegel 5 bis 10 h lang auf 750°C erhitzt zur Bildung von KTaO₃. Nach dem Waschen des KTaO₃ mit Wasser und Trocknen bei 100°C wurden 125 g des getrockneten KTaO₃ mit 125 ml konzentrierter H₂SO₄ in einem Kunststoffbecher aufgeschlämmt, dem dann 225 ml konzentrierte HF zugesetzt wurden. Es trat eine exotherme Reak tion auf, die das gesamte KTaO₃ in K₂TaF₇/H₂TaF₇ umwandelte. Es wurde Wasser zugegeben, um das Lösungsvolumen auf 4 l zu bringen. Die Lösung wurde von dem K₂TaF-Niederschlag abgetrennt und es wurden 100 g KCl zu der Lösung zugegeben, um die Ausfällung von K₂TaF₇ zu vervollständigen, das dann von der Lösung abgetrennt wurde. Beide Niederschläge wurden miteinander vermischt und mit 2 × 1 l 0,5%iger HF (es kann auch das Wa schen mit Wasser angewendet werden) gewaschen. Die gewaschende Mi schung wurde bei 100°C getrocknet und durch Röntgenbeugung (XRD) und GD-MS charakterisiert. Die XRD-Ergebnisse bestätigten, daß die Niederschlä ge K₂TaF₇ waren.

In der Tabelle I ist die Reinheit des ausgefällten K₂TaF₇ gegenüber derjenigen des Ta₂O₅ von technischer Qualität angegeben. Diese Ergebnisse zeigen, daß die Niob- und Übergangsmetall-Verunreinigungen, die in dem Ta₂O₅ von technischer Qualität enthalten sind, stark vermindert wurden, was zu einem hochreinen K₂TaF₇ führte, das akzeptabel ist für die Verwendung bei der Her stellung von Tantal-Kondensatoren.

Aus der Tabelle I ist auch zu ersehen, daß die Reinheit des über die Auflösung von KTaO₃ (KTaO₃/H₂SO₄/HF) hergestellten Kaliumfluorotantalats signifikant besser war als diejenige des über die direkte Auflösung von Ta₂O₅ (Ta₂O₅/H₂SO₄/HF) hergestellten Kaliumfluorotantalats. Die Zugabe von H₂SO₄ vor der Auflösung von KTaO₃ in HF fördert die Entfernung von Nb- und ande ren Übergangsmetall-Verunreinigungen während der selektiven Kristallisation von K₂TaF₇. Wie aus der Tabelle I ersichtlich, wird ein reineres K₂TaF₇ erhal ten durch Zugabe von H₂SO₄ zu dem KTaO₃ vor der Auflösung in HF (KTaO₃/H₂SO₄/HF) als bei der direkten Auflösung von KTaO₃ in HF (KTaO₃/HF).

Tabelle I

Das erfindungsgemäß erhaltene Kaliumfluorotantalat (K₂TaF₇) ist nicht nur rein, sondern kann auch direkt ohne vorherige Auflösung in HF in hydratisier tes Ammoniumtantaloxid umgewandelt werden. Da das K₂TaF₇ aus einer stark übersättigten Lösung (übersättigt an K₂TaF₇) sofort gebildet wird, weist es eine höhere spezifische Oberflächengröße auf als das K₂TaF₇, das durch langsame Kristallisation hergestellt worden ist. Das nach dem erfindungsgemäßen Ver fahren hergestellte K₂TaF₇ hatte eine durchschnittliche Oberflächengröße von etwa 0,62 m²/g, während Proben von im Handel erhältlichem K₂TaF₇ eine durchschnittliche Oberflächengröße von 0,12 ± 0 5 m²/g hatten. Aufgrund sei ner höheren Oberflächengröße kann das ausgefällte K₂TaF₇ unter Verwen dung von Ammoniumhydroxid direkt in hydratisiertes Ammoniumtantaloxid um gewandelt werden. Dies ist eine signifikante Verbesserung gegenüber der der zeitigen Technologie, die eine vollständige Auflösung von K₂TaF₇ in HF erfor dert, bevor die Umwandlung in hydratisiertes Ammoniumtantaloxid durch Um setzung mit Ammoniumhydroxid durchgeführt wird.

Die beiliegende Zeichnung erläutert die verschiedenen Wege, auf denen ge reinigtes Tantal enthaltende Verbindungen nach der Tantalpentoxid- Auflösungsstufe erhalten werden können. Der Hauptweg ist ein bevorzugtes nasses chemisches Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung von reinem Tantalpentoxid von elektronischer Qualität. Dieses Verfahren erfordert weder große Volumina an organischen Lösungsmitteln, wie sie bei den Lösungsmitte lextraktionsverfahren verwendet werden, noch das verhältnismäßig teure Harz und die teure Vorrichtung, die für den Ionenaustausch benötigt werden.

Bei diesem bevorzugten Verfahren wird KCl zur Ausfällung von K₂TaF₇ aus der in der Auflösungsstufe gebildeten, Tantal enthaltenden Lösung verwendet. Der K₂TaF₇-Niederschlag wird von der Flüssigkeit durch Filtrieren abgetrennt und mit Wasser gewaschen. Der nasse Niederschlag wird dann in Wasser sus pendiert und gegebenenfalls wird ein Chelatbildner wie Ethylendiamintetraes sigsäure (EDTA) zugegeben, um Übergangsmetalle wie Eisen und Kupfer zu sequestrieren. Nach dem Mischen wird das K₂TaF₇ direkt in hydratisiertes Ammoniumtantaloxid (NH₄)₂Ta₂O₆ · H₂O umgewandelt durch Hydrolysieren der Suspension mit 14,5 bis 15M Ammoniumhydroxid, das unter kontinuierlichem Rühren der Suspension zugegeben wird. Nach 2 bis 3 h wird der (NH₄)₂Ta₂O₆ · H₂O-Niederschlag abfiltriert, mit Wasser bis zu einem neutralen pH-Wert gewaschen und bei 110°C getrocknet. Das (NH₄)₂Ta₂O₆·H₂O kann dann durch Calcinieren zwischen etwa 900 und etwa 1000°C in Tantalpentoxid umgewandelt werden.

Gereinigtes Tantalpentoxid wurde hergestellt durch Bildung einer Mischung aus 132 g Tantalpentoxid von technischer Qualität, das etwa 600 ppm Niob- und andere Übergangsmetall-Verunreinigungen enthielt, und 45 g Kaliumcar bonat. Die Mischung wurde in einem Aluminiumoxid-Schmelztiegel 5 bis 10 h lang auf 750 bis 850°C erhitzt zur Bildung von Kaliumtantalat, das mit Wasser gewaschen und bei 110°C getrocknet wurde. In einem 4 l-Kunststoffbecher, dem 225 ml konzentrierte HF zugegeben worden waren, wurde eine Auf schlämmung von 125 g Kaliumtantalat und 125 ml konzentrierter Schwefelsäu re hergestellt. Es trat eine exotherme Reaktion auf und das gesamte Kali umtantalat wurde in Kalium/Wasserstoff-fluorotantalat umgewandelt. Es wur de Wasser zugegeben, um das Gesamtvolumen auf 4 l zu bringen. Bei der Zugabe von 100 g KCl zu der Lösung bildete sich ein Kaliumfluorotantalat- Niederschlag. Nachdem die Kristalle von Kaliumfluorotantalat sich abgesetzt hatten, wurde die überstehende Flüssigkeit durch Dekantieren entfernt, wobei etwa 1 l Aufschlämmung zurückblieben. Zu der Aufschlämmung wurde 1 l Wasser zugegeben und der K₂TaF₇-Niederschlag wurde durch Filtrieren abge trennt, mit 1,5 l Wasser gewaschen und in 6 l Wasser wieder suspendiert. Die Suspension wurde gut geschüttelt und es wurde 1 g EDTA zugegeben. Dann bildete sich ein Niederschlag bei der Zugabe von 800 ml 14,5 bis 15 M Am moniumhydroxid unter kontinuierlichem Rühren der Suspension. Der weiße Niederschlag wurde 2 h bis 3 Tage lang in der Mutterlauge stehen gelassen. Der Niederschlag wurde abfiltriert, bis zu einem neutralen pH-Wert gewaschen und bei 110°C getrocknet, wobei man hydratisiertes Ammoniumtantaloxid er hielt. Durch Calcinieren des hydratisierten Ammoniumtantalpentoxids bei einer Temperatur zwischen 900 und 1000°C in einem Siliciumdioxid-Schiffchen wur de gereinigtes Tantalpentoxid erhalten. Proben aus jeder Stufe wurden durch Röntgenbeugungs(XRD)-, Glimmentladungs-Massenspektrometrie(GDMS)- und Infrarot(IR)-Spektroskopie-Verfahren charakterisiert.

Die Reinheit des nach der bevorzugten nassen chemischen Methode herge stellten Tantalpentoxids ist in den Tabellen III und IV angegeben. In der Tabel le III ist die Reinheit des als Ausgangsmaterial verwendeten Tantalpentoxids von technischer Qualität verglichen mit der Reinheit des aus drei getrennten Chargen erhaltenen gereinigten Tantalpentoxids. Die Reinheit von Tantalpen toxid, das aus zwei verschiedenen Tantalpentoxid-Quellen von technischer Qualität hergestellt worden war, ist in der Tabelle IV angegeben.

Tabelle III

Tabelle IV

Ein reines Tantalpentoxid von elektronischer Qualität kann somit ohne Anwen dung der Lösungsmittelextraktions- oder Ionenaustausch-Reinigungsverfahren erhalten werden.

Die Erfindung wurde vorstehend zwar anhand spezifischer bevorzugter Aus führungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann ohne weiteres selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Claims

1. Verfahren zur Auflösung und Reinigung von Tantalpentoxid, dadurch gekennzeichnet, daß man Tantalpentoxid mit einer Kalium enthaltenden Ver bindung umsetzt zur Bildung von Kaliumtantalat, das Kaliumtantalat in einem Fluorwasserstoffsäure-Medium auflöst unter Bildung einer Tantalgehalte und Verunreinigungen enthaltenden Lösung und die Tantalgehalte von den Verun reinigungen trennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Kalium enthaltenden Verbindung um Kaliumcarbonat handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man stöchiometrische Mengen von Tantalpentoxid und Kaliumcarbonat bei einer Temperatur zwischen etwa 550 und etwa 1300°C für eine Zeitspanne von etwa 3 bis etwa 20 h miteinander umsetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tempe ratur etwa 750 bis etwa 850°C und die Zeit etwa 5 bis etwa 10 h betragen.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß das Kaliumtantalat mit Schwefelsäure aufgeschlämmt wird, bevor es in dem Fluorwasserstoffsäure-Medium aufgelöst wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Fluorwasserstoffsäure-Medium konzentrierte Fluor wasserstoffsäure ist.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Tantal-Gehalte und die Verunreinigungen durch Io nenaustausch voneinander getrennt werden.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Tantalgehalte und die Verunreinigungen durch Lö sungsmittelextraktion voneinander getrennt werden.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Tantalgehalte von den Verunreinigungen getrennt werden durch Zugabe einer wasserlöslichen Kaliumverbindung zu der Lösung zur Bildung eines K₂TaF₇-Niederschlags.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der K₂TaF₇-Niederschlag mit verdünnter HF oder mit Wasser gewaschen und ge trocknet wird unter Bildung von K₂TaF₇ von Kondensator-Qualität.

11. Verfahren nach Anspruch 9 und/oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem umfaßt das Suspendieren des K₂TaF₇-Niederschlags in ei ner wäßrigen Lösung, die gegebenenfalls einen Chelatbildner enthält, und die Zugabe von Ammoniumhydroxid zur Bildung eines Ammoniumtantaloxid- Niederschlags.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es außer dem umfaßt das Filtrieren, Waschen, Trocknen und Calcinieren des Ammoni umtantaloxid-Niederschlags bei einer Temperatur zwischen etwa 900 bis etwa 1000°C zur Herstellung eines gereinigten Tantalpentoxids.

13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserlösliche Kaliumverbindung ausgewählt wird aus K₂CO₃, KOH, KF, KCl, K₂C₂O₄ und K₂O.

14. Verfahren zur Auflösung und Reinigung von Tantalpentoxid, dadurch gekennzeichnet, daß man stöchiometirsche Mengen eines unreinen Tantal pentoxids und von Kaliumcarbonat miteinander reagieren läßt zur Bildung von Kaliumtantalat, das Kaliumtantalat gegebenenfalls mit Schwefelsäure auf schlämmt, das Kaliumtantalat in einem Fluorwasserstoffsäure-Medium auflöst unter Bildung einer Lösung, die Tantalgehalte und Verunreinigungen enthält, durch Zugabe einer wasserlöslichen Kaliumverbindung Kaliumfluorotantalat ausfällt, die Lösung filtriert unter Bildung eines nassen Niederschlags, den nassen Niederschlag in Wasser suspendiert, gegebenenfalls eine wirksame Menge eines Chelatbildners zugibt, durch Zugabe von Ammoniumhydroxid (NH₄)₂Ta₂O₆ · H₂O ausfällt und das (NH₄)₂Ta₂O₆ · H₂O calciniert zur Herstellung eines Tantalpentoxids, das geringe Mengen von Niob und Übergangsmetallen enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der wasserlöslichen Kaliumverbindung um KCl handelt.

16. Verfahren nach Anspruch 13 und/oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Chelatbildner um EDTA handelt.