JP3586105B2

JP3586105B2 - 超高純度酸化タンタルの製造方法

Info

Publication number: JP3586105B2
Application number: JP18535198A
Authority: JP
Inventors: 阪浩通井; 崎輝男江
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: JP2000016815A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高純度酸化タンタルの製造に関し、特に電子材料、電子光学材料の単結晶用原料として使用される超高純度酸化タンタルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タンタルは、銀白色の光沢のある金属であるが、普通は表面の酸化膜のため青味をおびており、酸に対しては白金属に次いで安定で、フッ酸（ＨＦ）以外の酸には侵されない。
【０００３】
タンタルの用途は広範囲であり、耐食性、耐熱性に優れているため化学工業用として蒸留塔、オートクレーブ、熱交換器、化学繊維用紡糸ノズルなど各種化学装置に用いられている。また、一般にタンタル酸化皮膜は弁作用（電極が正極であれば誘電体として動作するが、逆に電極が負極であると誘電体として動作しないという特性、すなわち整流特性）と呼ばれる特性を有しているため電解コンデンサの電極材料として使用され搬送機器、電子機器、電子制御機器などに用いられている。さらに、炭化タンタルは超硬切削工具材料として、酸化タンタルは光学レンズの添加材として利用されており、タンタルの重要性は極めて大きく、その需要は増大している。
【０００４】
タンタルは鉱石として産出するときは、その性質が良く似た金属であるニオブと一緒であり、これを分離するのには困難が多い。天然に産する鉱物は一種ではなく、用途の多い方の元素の比率の高い鉱石を選択するが、タンタルの多いものをタンタライト（タンタル石）という。
【０００５】
酸化タンタルの製造法はいくつかあるが、以下に述べるフッ酸溶解−溶媒抽出法が一般的である。酸化タンタルの生産工程を、図１に示す。
【０００６】
まず、鉱石の溶解率を上げるために、ボールミルで微粉砕する。次に粉鉱を溶解槽に入れて、８０％のフッ化水素酸（ＨＦ）で溶解する。次に硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を加えて溶液の酸濃度を調整する。通常硫酸の濃度は８Ｎ以上、Ｔａ_２Ｏ_５＋Ｎｂ_２Ｏ_５の濃度は１００〜２００ｇ／ｌ程度である。次にこれをフィルタープレスでろ過し、清浄な溶液にして溶媒抽出にかける。この調整液のように酸濃度が高い水溶液を有機溶媒ＭＩＢＫと十分接触させると、タンタルとニオブはＭＩＢＫに抽出され、鉱石中に含まれている不純物の鉄、マンガン、シリコンなどは抽残液に残り、不純物を除去することができる。そしてこの抽残液は通常消石灰で中和し、捨てられる。
【０００７】
一方、タンタル、ニオブを含むＭＩＢＫは、タンタルとニオブを分離するため、希硫酸で逆抽出し、ニオブを水溶液に移しタンタルをＭＩＢＫ中に残す。水溶液中のニオブはあとでもう一度精製するのでこの逆抽出ではＭＩＢＫ中のニオブの除去が十分行われるようにし、タンタルの精製を行なう。精製されたＭＩＢＫ中のタンタルは、つぎに水で逆抽出されて水溶液に移り、タンタル水溶液が得られる。ＭＩＢＫは回収され再び使用される。一方水溶液中のニオブはＭＩＢＫで再度抽出し、少量含まれているタンタルと分離するため希硫酸でニオブを逆抽出し、得られたニオブ水溶液を再度ＭＩＢＫで抽出し、その後水で再度抽出して精製されたニオブの水溶液を得る。それぞれ精製されたタンタルとニオブの水溶液は、アンモニア水を加えて水酸化物の沈殿にし、これをろ過、乾燥し、最後に炉でか焼すれば酸化物が得られる。
【０００８】
以上説明した、従来のフッ酸溶解−溶媒抽出法によるタンタルおよびニオブ酸化物の製造においては、得られる酸化タンタルあるいは酸化ニオブの純度は９９．９％程度であって、電子材料などの単結晶の原料としては不適切であり、一層の改善が望まれている。例えば、ＬｉＴａＯ_３単結品はＳＡＷ（表面弾性波フィルター）として用いられるが、Ｔａ_２Ｏ_５中にＮｂ_２Ｏ_５が３ｐｐｍ以上含有していると、ＬｉＴａＯ_３単結晶育成時に折損し、大型結晶が得られない、歩留が低下する、などの問題が生じていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、フッ酸溶解−溶媒抽出法におけるタンタルとニオブの分離性能を上げ、フォーナイン以上の純度を有する超高純度酸化タンタルの製造法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の事項を特徴とするものである。
（１）原料として水酸化タンタル（Ｔａ（ＯＨ）_５）および／またはタンタルスクラップを用いるフッ酸溶解−溶媒抽出法による酸化タンタルの製造方法であって、溶解工程において前記原料をフッ酸（ＨＦ）で溶解した後、遊離フッ酸濃度調整工程においてＴａ（ＯＨ） _５を加えて遊離フッ酸濃度が１．５規定（Ｎ）以下になるように調整することを特徴とする超高純度酸化タンタルの製造方法。
（２）原料として水酸化タンタルおよび／またはタンタルスクラップを用いるフッ酸化溶解−溶媒抽出法による酸化タンタルの製造方法であって、溶解工程で原料をフッ酸で溶解した後、遊離フッ酸濃度調整工程においてＴａ（ＯＨ） _５を加えて遊離フッ酸濃度が１．５規定（Ｎ）以下になるように調整し、この溶解液調整工程に引き続く溶媒抽出工程において複数段からなるミキサーセトラーを用いてタンタル中のニオブの含有量を低減することを特徴とする超高純度酸化タンタルの製造方法。
【００１１】
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明の超高純度酸化タンタルの製造においては、原料として水酸化タンタルおよび／またはタンタルスクラップが使用される。水酸化タンタルは、タンタル含有鉱石あるいはタンタルを含有する使用済スクラップ、有機物など不純物混入廃材などのタンタル含有廃棄物を処理して作る。またタンタルスクラップとしては、タンタル電解コンデンサ（使用済、不良品、製造用タンタル金属粉末の不良品）、タンタル炉材、タンタル酸リチウム単結晶材料を使用する。
【００１２】
本発明の方法におけるフッ酸溶解−溶媒抽出によるタンタルとニオブの分離には、ケトン類を主体とする有機溶媒が用いられ、Ｍｅｔｈｙｌｉｓｏｂｕｔｙｌｋｅｔｏｎｅ（ＭＩＢＫ）が採用されている。また溶媒抽出用供給液としてはフッ酸−硫酸の混酸が最良であり、硫酸の濃度を変えることによってタンタルとニオブを分離することができる。すなわち、酸濃度を高くすればＭＩＢＫにより抽出される力は強まるので、タンタル、ニオブとも抽出されるが、中間濃度では抽出されやすいタンタルのみが抽出され、酸濃度がゼロに近くなると、両者ともに抽出されない。
【００１３】
本発明の方法においては、図２に示すように、溶解抽出後の溶媒抽出工程の供給液を遊離フッ酸濃度調整工程で、遊離フッ酸濃度が１．５規定（Ｎ）以下になるように調整することを特徴としている。従来は、遊離フッ酸濃度は３Ｎ以上であったが、これを１．５Ｎ程度以下に低減して用いることによりタンタル中のニオブの含有量を低減させ、タンタルの純度を向上させることができることを見い出した。
【００１４】
本発明の超高純度酸化タンタルの製造工程を、図２に示す。
本発明の方法では原料の水酸化タンタルおよび／またはタンタルスクラップをフッ化水素酸に溶解し、次いで遊離フッ化水素酸濃度調整剤としてＴａ（ＯＨ）_５や消石灰を加え、酸濃度調整後の遊離フッ酸が１．５規程以下になるように調整し、続いて抽出された溶液をろ過して未溶解物を除去し、硫酸をろ液に添加して後工程の溶媒抽出工程でタンタル溶液中のニオブの含有量を低減させ、タンタルの純度を上げるために酸濃度調整を行う。なお、上記説明とは逆に、ろ過工程に続いて遊離フッ酸濃度調整工程を設けることも可能である。
【００１５】
遊離フッ酸濃度を１．５規定以下に酸濃度調整された溶液は、溶媒抽出工程に送られ、有機溶媒ＭＩＢＫによってタンタルとニオブを抽出し、タンタルとニオブ以外の不純物を抽残液に残す。次にこの溶媒を希硫酸で逆抽出し、ニオブを水溶液に移し、タンタルをＭＩＢＫ中に残す。精製されたタンタルを含むＭＩＢＫを水で逆抽出し、純度の高いタンタルを含む精製液を得る。
【００１６】
本発明の方法はこの抽出領域においてミキサーセトラーを設けることを特徴としている。本発明方法で用いられるミキサーセトラーの側面図を図３に、またミキサーセトラーの構造模式図を、図４に示す。
【００１７】
溶媒抽出工程を経て得られたＴａ精製液は、その後沈殿工程で、ＮＨ_４ＯＨを添加し、ｐＨを９．５前後に調整し、Ｔａを水酸化物として析出させ、沈殿させる。
【００１８】
ろ過工程では、沈殿工程で得られたＴａ沈殿物をスラリーとして抜き取り、ろ過機で固液分離し、Ｔａ（ＯＨ）_５のケーキとして回収する。ろ過機としては、真空ろ過機等汎用のろ過機が使用できる。
乾燥工程では、ろ過工程で得られたＴａ（ＯＨ）_５のケーキを８０〜１８０℃に加熱してケーキ中の水分を蒸発させる。乾燥機としてはロータリードライヤー、熱風乾燥機、赤外線乾燥機等汎用の乾燥機が使用できる。
か焼工程では、Ｔａ（ＯＨ）_５を焼成してＴａ_２Ｏ_５を得る。か焼炉としてはプッシャー式トンネル炉、シャトル炉等汎用の焼成炉が使用できる。
【００１９】
本発明法によって得られたＴａ_２Ｏ_５の品位は９９．９９％以上と高く、不純物量はＮｂ_２Ｏ_５が３ｐｐｍ以下、およびＦｅ，Ｍｎ，Ｓｉ等の合計が５０ｐｐｍ以下と低い値を示している。
【００２０】
【実施例】
以下に、本発明を実施例と比較例によりさらに説明する。
実施例１
原料として、タンタルスクラッ焙焼品１３０ｋｇを用い、これに５５％ＨＦ２２０ｋｇを加えて溶解し、Ｔａ_２Ｏ_５７４０ｇ／リットル、Ｎｂ_２Ｏ_５２２００ｍｇ／リットル、遊離フッ酸濃度１２Ｎの溶解抽出液１８０リットルを得た。次にこの溶液に水酸化タンタル７０ｋｇ（Ｔａ_２Ｏ_５５０ｋｇ）を加えて遊離フッ酸濃度を５Ｎに調整した。この調整液（Ｔａ_２Ｏ_５９００ｇ／リットル）をフィルタプレスでろ過して未溶解残渣を除去してろ液２００リットルを得た。
【００２１】
次いで酸濃度調整工程においてこの得られたろ液に濃Ｈ_２ＳＯ_４８０リットル、水５４０リットル添加し、Ｔａ_２Ｏ_５２２０ｇ／リットル、Ｎｂ_２Ｏ_５６００ｍｇ／リットル、遊離フッ酸濃度１．５Ｎ、硫酸３．５Ｎに調整した溶液８２０リットルを得た。
【００２２】
この溶液をＴａ抽出段５段（容量１２リットル／段）、洗浄段７段（容量１２リットル／段）、ストリップ段４段（溶量１２リットル／段）からなるミキサーセトラを順次通液し、タンタル精製液１．９６ｍ^３（Ｔａ_２Ｏ_５９０ｇ／リットル）を得た。なお、溶媒抽出工程での運転条件は、タンタル抽出段でのＭＩＢＫ流量１リットル／分、溶液流量０．５リットル／分、洗浄段での洗浄３．５ＮＨ_２ＳＯ_４、同流量０．２リットル／分、ストリップ段でのストリップ液水、同流量１．２リットル／分であった。
【００２３】
このタンタル精製液に２５％アンモニア水３５０リットル加えてｐＨ９．５に調整し、水酸化タンタルを沈殿させた後、真空ろ過してケーキ量３２５ｋｇ（Ｔａ_２Ｏ_５１９５ｋｇ）を得、テフロンバットに入れ熱風乾燥機内で静置乾燥（１５０℃×２０時間）して、２８０ｋｇの（Ｔａ_２Ｏ_５１９５ｋｇ）の固形体とし、次いでプッシャー式トンネル炉でか焼（１０９０℃×１０時間）して１９５ｋｇのＴａ_２Ｏ_５を得た。このＴａ_２Ｏ_５の品位は９９．９９５％であり、Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量は１ｐｐｍ以下であった。
【００２４】
比較例１
原料として、タンタルスクラップ焙焼品１３０ｋｇを用い、これに５５％ＨＦ２２０ｋｇを加えて溶解し、Ｔａ_２Ｏ_５７４０ｇ／リットル、Ｎｂ_２Ｏ_５２２００ｍｇ／リットル、遊離フッ酸濃度１２Ｎの溶解抽出液１８０リットルを得た。
【００２５】
次に、この溶解抽出液を遊離フッ酸濃度調整を行わなかった以外は実施例１と同一の製造工程、製造条件で酸化タンタルを製造した。溶媒抽出工程供給液の遊離フッ酸濃度は３．６Ｎで、得られたＴａ_２Ｏ_５の品位は９９．９％、Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量は１０ｐｐｍであった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、溶媒抽出工程供給される酸濃度調整工程での溶液の遊離フッ酸濃度が１．５規定以下にすることにより、得られるＴａ_２Ｏ_５の品位は９９．９９％と高く、これに含まれるＮｂ_２Ｏ_５の量も１ｐｐｍ以下と低い。これによりＬｉＴａＯ_３単結品育成時の折損などもなく歩留りが良く、大型結晶が得られるのでＳＡＷ（表面弾性波フィルター）として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶媒抽出法によるタンタル、ニオブ酸化物の製造工程を示す図である。
【図２】本発明は超高純度酸化タンタルの製造工程を示す図である。
【図３】ミキサーセトラーの側面図である。
【図４】ミキサーセトラーの構造模式図である。

Claims

原料として水酸化タンタル（Ｔａ（ＯＨ）_５）および／またはタンタルスクラップを用いるフッ酸溶解−溶媒抽出法による酸化タンタルの製造方法であって、溶解工程において前記原料をフッ酸（ＨＦ）で溶解した後、遊離フッ酸濃度調整工程においてＴａ（ＯＨ） _５を加えて遊離フッ酸濃度が１．５規定（Ｎ）以下になるように調整することを特徴とする超高純度酸化タンタルの製造方法。
原料として水酸化タンタルおよび／またはタンタルスクラップを用いるフッ酸溶解−溶媒抽出法による酸化タンタルの製造方法であって、溶解工程で原料をフッ酸で溶解した後、遊離フッ酸濃度調整工程においてＴａ（ＯＨ） _５を加えて遊離フッ酸濃度が１．５規定（Ｎ）以下になるように調整し、この溶解液調整工程に引き続く溶媒抽出工程において、複数段のミキサーセトラーを用いてタンタル中のニオブの含有量を低減することを特徴とする超高純度酸化タンタルの製造方法。