DE809195C

DE809195C - Verfahren zur Trennung von Niob und Tantal

Info

Publication number: DE809195C
Application number: DEP49166A
Authority: DE
Original assignee: Societe Generale Metallurgique de Hoboken SA
Current assignee: Societe Generale Metallurgique de Hoboken SA
Priority date: 1945-12-07
Filing date: 1949-07-17
Publication date: 1951-07-23
Also published as: AT162940B; AT162939B; DE824340C

Description

Verfahren zur Trennung von Niob und Tantal Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Metallen der 5. Gruppe des periodischen Systems und insbesondere auf die Trennung des N iobs von Tantal, die bekanntlich sehr schwierig ist. Die Erfindung gestattet eine rasche Trennung des Niobs von Tantal und auch von anderen Metallen der 5. Gruppe des periodischen Systems durch ein einfaches Verfahret.
Erfindungsgemäß wird derart verfahren, daß ein Stoffgemisch, das Niob und Tantal in Form von Pentoxyden enthält, der Einwirkung eines Nitride bildenden Mittels, z B. gasförmigem Ammoniak, unterworfen wird unter Bedingungen, bei denen Niobpentoxyd in Niobnitrid umgewandelt wird und das gebildete Niobnitrid der Wirkung eines halogenierenden Mittels unterworfen wird, das in ein flüchtiges Niobhalogenid übergeführt wird, das dann durch Destillation und Kondensation getrennt von dem Tantalpentoxyd gewonnen wird. Als Halogenierungsmittel können Chlor, Brom oder Jod oder zersetzliche Verbindungen der genannten Halogene Verwendung finden.
Die vorstehend beschriebenen Reaktionen verlaufen nach folgenden Formeln: i. 3 Nb205 + io NH3 = 6 NbN + 15 H20 + z N2 z. 2 NbN + 5 C12 = 2 NbC13 + N2 X-Strahlen-Prüfungen haben gezeigt, daß die Umwandlung von Nzob in Nitride gegen 6oo° beginnt, während die Reaktion mit Tantal erst bei etwa 8oo° anfängt. Infolgedessen wird die Umwandlung des Niobs in Nitrid bei dem vorstehend erläuterten Verfahren zwischen 6oo und 8oo °, vorzugsweise in der Nachbarschaft von etwa 70o° durchgeführt.
Auch der physikalische Zustand des zu verarbeitenden Oxydgemisches besitzt eine gewisse Bedeutung. Mit Vorteil werden präzipitierte Oxyde angewendet. Die Reduktionsbedingungen können ein wenig variieren je nach der Natur der Oxyde und den Temperaturen, bei welchen sie vorher geröstet worden sind.
Bei 700' dissoziiert das Ammoniak in großem Ausmaß. Wie gefunden wurde, kann auch eine Mischung von Stickstoff und Wasserstoff für die Umwandlung der Oxyde in Nitride verwendet werden. In diesem Falle liegt jedoch die Temperatur für die Umwandlung in Nitride'höher. Bei Anwendung einer Mischung von Wasserstoffgas und Stickstoff entsprechend der Formel des Ammoniaks liegt die Umwandlungstemperatur z. B. bei etwa goo°.
In manchen Fällen gehen geringe Mengen von Tantal in das kondensierte Niobchlorid über. Dies beruht auf Nebenreaktionen, welche nachstehend kurz beschriehen werden sollen.
Da Tantal eine höhere Affinität zu Stickstoff besitzt als Niob, kann ein Austausch von Stickstoff nach der Formel 2 NbN -1- Ta=OS = 2 TaN -b Nb205 stattfinden. Das gebildete Tantalnitrid wird alsdann chloriert, und das gebildete Tantalchlorid (Ta C15) geht als Verunreinigung in ,das Kondensationsprodukt über. Diese Reaktion verläuft indessen verhältnismäßig langsam, da sie nur bei Kontakt und Diffusion stattfindet. Um eine möglichst vollständige Trennung zu erzielen, empfiehlt es sich, das Trennungsverfahren bei verhältnismäßig niedriger Temperatur in kurzer Zeit und mit einer pulverförmigen Mischung durchzuführen.
Eine andere Ursache für die Verunreinigungen des Niobchlorids kann auf der Bildung von Nioboxychlorid 11n Sinne der Formel 5 NbC15 + Ta205 E_ >NbOC1S + 3 TaC15 beruhen. Diese Reaktion kann während der Chlorierung stattfinden, wenn das Niobchlorid eine dicke Schicht von Tantaloxyd oder eines Oxydgemisches durchdringt. Hierbei können nicht unbeträchtliche Verluste an Tantal entstehen, wenn örtliche Überhitzungen stattfinden. Um Überhitzungen und die dadurch, bedingten Nachteile zu vermeiden, empfiehlt es sich, dem Chlor ein inertes Gas, z. B. .Stickstoff, zuzumischen. Die Gase der Chlorierungsoperation, welche Stickstoff enthalten, können zu diesem Zweck Verwendung finden. Auf alle Fälle empfiehlt es sich, mit dünnen Schichten zu arbeiten und die Chlorierung bei den niedrigsten Temperaturen durchzuführen, welche für eine genügend rasche Durchführung des Vorgangs in Betracht kommen. In einem typischen Fall wurden Gemische von Nioboxyd und Tantaloxyd bei Temperaturen von etwa goo° mit gasförmigem Ammoniak behandelt. Die Oxyde enthalten 47,3 % Nb2O5 und 49,9 0/0 Ta205. Nach 2j/ Stunden war der Wasserstoff durch Stickstoff ersetzt und die Temperatur auf etwa 400° erniedrigt. Die Chlorierung mit reinem Chlor dauerte eine halbe Stunde.
Nach erfolgter Chlorierung enthielt der Rückstand 18,6% Nb205 und 78,8% Ta205. Insgesamt wurden etwa 83,5 % des Niobs abgetrennt.
Bei Durchführung der Umwandlung in Nitride bei 700° während 18Y2 Stunden enthielt der Chlorierungsrückstand io,o8% Nb205 und 88,o% Ta205. Hierbei wurden 88% des Niobs abgetrennt. Immerhin gingen 4,8% des Tantals in das kondensierte Niobchlorid über.
Beim Arbeiten mit einer Mischung von Chlor und Stickstoff wird eine erheblich bessere Separation des N iobs erzielt.

Claims

PATENTANSPRCCHE: i. Verfahren zur Trennung von Niob von Tantal und/oder anderen Metallen der 5. Gruppe des periodischen Systems, dadurch gekennzeichnet, daß ein Niob und Tantal in Form von Pentoxyden enthaltendes Stoffgemisch der Einwirkung eines zur Bildung von Nitriden befähigten Mittels, z. B. von gasförmigem Ammoniak, unter Bedingungen unterworfen wird, bei denen Niobpentoxyd in Niobnitrid umgewandelt wird, das so gebildete Niobnitrid der Einwirkung eines halogenierenden Mittels, vorzugsweise von gasförmigem Chlor, unterworfen wird und das hierbei gebildete flüchtige Niobhalogenid durch Abdestillieren und Kondensieren getrennt von dem Tantalpentoxyd gewonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine fein verteilte Mischung von Niobpentoxyd und Tantalpentoxyd der Einwirkung von gasförmigem Ammoniak bei einer Temperatur zwischen etwa 500 und 8oo° unterworfen wird zwecks Umwandlung des Niobpentoxyds in Niobnitrid unter Vermeidung der Bildung von Tantalnitrid.