JP6362000B1 - Complete recycling of diluents in tantalum production - Google Patents

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Abstract

【課題】 金属タンタ粉末の製法として、フッ化タンタル酸カリウムを金属ナトリウムで還元する製法がある。この還元反応にはフッ化カリウムや塩化カリウム等の無機塩が希釈剤として使用される。本発明はこれ等の無機塩の回収方法に関する。【解決手段】 上記の反応において金属ナトリウムによる還元反応が完結した後、冷却に入る直前において予め計算された無機塩の一部を反応器に投入して反応後の希釈剤の組成を均一に調整し、所定の品質の金属タンタル粉末を得ると共に、副生した希釈剤から無機塩を回収し、これを精製して再使用する。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To produce metal tanta powder by reducing potassium fluorotantalate with metallic sodium. In this reduction reaction, an inorganic salt such as potassium fluoride or potassium chloride is used as a diluent. The present invention relates to a method for recovering these inorganic salts. SOLUTION: After the reduction reaction with metallic sodium is completed in the above reaction, a part of the inorganic salt calculated in advance is introduced into the reactor immediately before entering the cooling to uniformly adjust the composition of the diluent after the reaction. In addition to obtaining a metal tantalum powder of a predetermined quality, an inorganic salt is recovered from the by-produced diluent, purified, and reused. [Selection] Figure 2

Description

発明の詳細な説明Detailed Description of the Invention

本発明は電子部品産業に用いられる高純度のタンタル粉末の製造において反応時の希釈剤として用いられるフッ素化合物や塩素化合物の回収と再利用に関する。従来これ等の化合物の大部分はタンタルを製造する際には回収されず、産業廃棄物として埋め立て処理されていた。本発明はこれ等の化合物を全量回収して産業廃棄物を排出しないタンタル粉末の製造法を提供する。  The present invention relates to the recovery and reuse of fluorine compounds and chlorine compounds used as diluents during reactions in the production of high purity tantalum powder used in the electronic component industry. Conventionally, most of these compounds have not been recovered when producing tantalum, but have been landfilled as industrial waste. The present invention provides a method for producing tantalum powder that recovers all of these compounds and does not discharge industrial waste.

自然界に存在するタンタル(元素記号Ta)は通常は酸化物の状態でニオブ(元素記号Nb)と共に採掘される。両元素は元素の周期律表で同属にあり、極めて似た性質を持っている。このため工業的に各々の金属を収得するには、予め化学的な予備処理を行い両者を完全に分離してから各々の金属の精製を行っている。  Tantalum (element symbol Ta) existing in nature is usually mined together with niobium (element symbol Nb) in the form of an oxide. Both elements belong to the same genus in the periodic table of elements and have very similar properties. For this reason, in order to obtain each metal industrially, a chemical pretreatment is performed in advance to completely separate the two metals, and then each metal is purified.

この化学的な予備処理で生成されるタンタル化合物は化学式ではKTaFでフッ化タンタル酸カリウムと呼ばれる。タンタルを製造するにはこの化合物をナトリウム(元素記号Na)で還元する方法が一般的で、現在では世界中のタンタル製造メーカーがこの方法を採用している。この反応式は弱い発熱反応で次式の通りである。
TaF + 5Na = Ta + 2KF + 5NaF
(100) (29) (46) (30) (53)
( )内の数値は主原料KTaFを100とした場合の重量比である。この還元反応は800℃前後でナトリウムの沸点(=892℃)を超えない高温でアルゴン(元素記号Ar)の雰囲気下で行われ、所定の比表面積を有するタンタル粉末を収得する。
The tantalum compound produced by this chemical pretreatment is K 2 TaF 7 in the chemical formula and is called potassium fluorotantalate. In order to produce tantalum, a method of reducing this compound with sodium (element symbol Na) is common, and this method is currently used by tantalum manufacturers all over the world. This reaction formula is a weak exothermic reaction and is as follows.
K 2 TaF 7 + 5Na = Ta + 2KF + 5NaF
(100) (29) (46) (30) (53)
The numerical value in () is the weight ratio when the main raw material K 2 TaF 7 is 100. This reduction reaction is performed in an atmosphere of argon (element symbol Ar) at a high temperature not exceeding the boiling point of sodium (= 892 ° C.) at around 800 ° C., and tantalum powder having a predetermined specific surface area is obtained.

還元反応ではタンタル粉末が直接、生成する。タンタル粉末の主たる需要先はタンタルコンデンサー向けであるが、その製造元である電子部品業界からは各社の製品グレードにより各種の比表面積を有するタンタル粉末の要求がある。この比表面積を調整するために製造メーカーは反応工程おいてフッ化タンタル酸カリウムに無機塩等の希釈剤を混合して還元反応を行っている。主原料のフッ化タンタル酸カリウムに対し、希釈剤を増やせばより比表面積の大きなタンタル粉末を得ることができる。この希釈剤として代表的なものはフッ化カリウム(以降KFと略す)と塩化カリウム(以降KCLと略す)で、通常はこれ等の無機塩を混合して使用する。これ等の無機塩が選ばれた理由や組合わせについては次章で解説する。  In the reduction reaction, tantalum powder is directly generated. The main demand for tantalum powder is for tantalum capacitors, but the electronic component industry, which is the manufacturer, demands tantalum powder having various specific surface areas depending on the product grade of each company. In order to adjust this specific surface area, the manufacturer performs a reduction reaction by mixing a diluent such as an inorganic salt with potassium fluorotantalate in the reaction step. A tantalum powder having a larger specific surface area can be obtained by increasing the diluent relative to the main raw material potassium tantalum fluorinate. Typical examples of the diluent are potassium fluoride (hereinafter abbreviated as KF) and potassium chloride (hereinafter abbreviated as KCL), and these inorganic salts are usually used in combination. The reason and combination of these inorganic salts will be explained in the next chapter.

この還元反応はバッチ方式で行われる。反応の終了後は反応器は冷却され、上部の蓋を開放し内容物を取り出す。この際、比重の重いタンタルは反応器の底部に比重の軽い希釈剤はその上部に明確に区分されて蓄積しているので反応器を転倒すれば両者は容易に分離して取り出すことができる。これ等の反応プロセスの詳細は下記の資料に公開されている。
特許文献 特開2015−078439
上記の特許はタンタル粉末の製造メーカーから出願されたものである。通常はこのような自社ノウハウを含む技術内容の詳細が特許として公開される例は少ないが、昨今のTPP(=環太平洋経済連携協定)の発足に合わせ自社の知的財産の確保を図ったものと推測される。 尚、この特許は特許査定されている。
This reduction reaction is performed in a batch mode. After completion of the reaction, the reactor is cooled, the upper lid is opened, and the contents are taken out. At this time, tantalum having a high specific gravity is accumulated at the bottom of the reactor and the diluent having a low specific gravity is clearly separated and accumulated at the top thereof. Therefore, if the reactor is turned over, both can be easily separated and taken out. Details of these reaction processes are published in the following materials.
Patent Document JP-A-2015-078439
The above patent was filed from a manufacturer of tantalum powder. Usually, there are few examples where details of the technical content including such in-house know-how are disclosed as patents, but in line with the recent establishment of TPP (= Pacific Rim Economic Partnership Agreement) It is guessed. This patent has been assessed.

反応器から分離された希釈剤中の無機塩は全て水に可溶である。水に溶解した無機塩中のフッ化物は有害性で、特に植物を枯渇させる性質があり、そのまま廃棄できないので排水処理工程へ送られる。ここでフッ素分を石灰や塩化カルシウムと反応させて可溶性のフッ素分を水に不溶なフッ化カルシウムとして固定化し回収する。  All inorganic salts in the diluent separated from the reactor are soluble in water. Fluorides in inorganic salts dissolved in water are harmful and have the property of depleting plants in particular and are sent to the wastewater treatment process because they cannot be discarded as they are. Here, the fluorine content is reacted with lime or calcium chloride to fix and recover the soluble fluorine content as calcium fluoride insoluble in water.

回収されるフッ化カルシウムの量は収得するタンタルの品質により異なるが、含水で製品1重量に対し数倍から時には10倍以上に達し、この処理方法はタンタル製造に際しての極めて重要な仕事になっている。これ等のフッ化カルシウムは本来ならばフッ素原料として再度工業的に利用することが本筋であるが、タンタル製造工程から回収されたフッ化カルシウムは鉄、ニッケル、クロム等の各種の金属成分の他に硫酸イオン等の不純物を多量に含む。このため、その純度を上げることが難しく かつ国外例えば東南アジア等へ輸出することは環境保護の観点からバーゼル条約で国際的に固く禁止されている。この結果、回収されたフッ化カルシウムの殆んどは産業廃棄物として国内の管理型処理場で埋立て処理されていた。  The amount of calcium fluoride recovered varies depending on the quality of tantalum to be obtained, but the water content is several times to sometimes more than 10 times the weight of the product with water, and this processing method is an extremely important task in the production of tantalum. Yes. These calcium fluorides are originally intended to be industrially reused as a raw material for fluorine, but calcium fluoride recovered from the tantalum production process is used in addition to various metal components such as iron, nickel and chromium. Contains a large amount of impurities such as sulfate ions. For this reason, it is difficult to increase its purity, and export to foreign countries such as Southeast Asia is strictly prohibited by the Basel Convention from the viewpoint of environmental protection. As a result, most of the recovered calcium fluoride was landfilled as industrial waste at a domestic management-type treatment plant.

ゼロエミッションが普及しつつある国内においてこのように廃棄物を多量に排出する産業が将来に渡り継続できる可能性は極めて小さい。 更に昨今は電子部品業界におけるタンタルコンデンサーの小型化に伴い比表面積の大きなタンタル粉末の需要が増大する傾向がある。比表面積の大きなタンタル粉末を製造するにはタンタル製造時に従来より多量の希釈剤の使用が必要となり、タンタル粉末の製造業から排出される産業廃棄物の数量は今後益々増大する傾向にある。 このため国内タンタルの製造業ではその対応策が重要な課題として検討されてきた。検討された対応策は次の三種の対策である。  It is extremely unlikely that an industry that discharges a large amount of waste in this way can continue in the future in the country where zero emission is spreading. Furthermore, recently, with the miniaturization of tantalum capacitors in the electronic component industry, the demand for tantalum powder having a large specific surface area tends to increase. In order to produce a tantalum powder having a large specific surface area, it is necessary to use a larger amount of diluent than in the prior art when producing tantalum, and the amount of industrial waste discharged from the tantalum powder manufacturing industry tends to increase in the future. For this reason, countermeasures have been considered as an important issue in the domestic tantalum manufacturing industry. The countermeasures examined are the following three types.

第一の対策は還元時に使用する希釈剤を増加させない方法である。タンタル粉末の比表面積を大きくするため主原料に対する希釈剤の希釈倍率を上げることが必要であることは既述したが、この倍率を如何に抑えるかの対策である。従来の反応では先ず反応器に主原料と希釈剤を投入し、高温で熔融させたのち、定められた温度の元でナトリウムを液状で連続または断続的に投入し還元反応を完結させていた。これに対し新たな還元法は先ず反応器には希釈剤のみを投入、熔融させた状態で数分割した主原料を投入しナトリウムで還元する。 この操作を繰り返して最終的に所定量の主原料を全て還元させる方法である。この分割比を大きくすれば結果として希釈倍率を大きくした反応と同じ結果を得ることができるからである。  The first measure is a method that does not increase the diluent used during reduction. As described above, it is necessary to increase the dilution ratio of the diluent with respect to the main raw material in order to increase the specific surface area of the tantalum powder. In the conventional reaction, first, a main raw material and a diluent are charged into a reactor and melted at a high temperature, and then sodium is added in a liquid state continuously or intermittently at a predetermined temperature to complete a reduction reaction. On the other hand, in the new reduction method, first, only the diluent is charged into the reactor, and the main raw material divided into several parts is charged in the melted state and reduced with sodium. This operation is repeated to finally reduce all the predetermined amount of the main raw material. This is because, if this division ratio is increased, the same result as the reaction in which the dilution factor is increased can be obtained.

この改善法は本文[0005]で記載した特許文献にも実施例として記載されている。しかしこの改善法では希釈剤の使用量を低減させることは可能であるが、産業廃棄物をゼロにすることは不可能である。このために次に開発された改善策は希釈剤を繰り返し使用しようとする対策である。これに関連する技術は下記の特許として公開されている。尚、特許文献1、2及び3は同一のタンタル粉末の製造企業からの出願である。
特開2006−002241号公報 特開2010−168650号公報 特開 平05−203368号公報 特開2000−060862号公報
This improvement method is also described as an example in the patent document described in the text [0005]. However, with this improved method, the amount of diluent used can be reduced, but industrial waste cannot be reduced to zero. For this reason, the next improved measure is a measure to repeatedly use the diluent. The related technology is disclosed as the following patent. Patent Documents 1, 2, and 3 are applications from the same tantalum powder manufacturing company.
JP 2006-002241 A JP 2010-168650 A JP 05-203368 A JP 2000-060862 A

特許文献1,2および3は希釈剤を一回だけの使用で全てを廃棄せず、目標とする組成構成となるよう、その一部だけを計算式に従って反応器から熔融した状態で抜き出し、次いで投入機を用いて新たな希釈剤を追加投入する方策が開示されている。これに類似した方法は 既に鉄鋼業の高炉において原料の鉄鉱石やコークスの投入や生成した銑鉄とスラグの抜出しに既に実践されている。タンタル粉末の反応器の大きさは高炉の比べれば容量で1/1000程度の小型でかつ金属性であり、関連する機器の製作は容易である。更に近年はロードセルと称される自動計量秤の目覚ましい進歩があり、計量誤差を千分1の以下の精度で計量が可能となった。この等の技術を組み合わせれば、熔融状態での希釈剤の抜出しと追加投入には技術的に大きな問題はない。尚、特許文献1、2はその後、技術は既に公知であるという理由で拒絶査定されている。  Patent Documents 1, 2 and 3 do not discard all of the diluent by a single use, but only a part of the diluent is extracted from the reactor in accordance with the calculation formula so as to achieve the target composition, A method for additionally charging a new diluent using a charging machine is disclosed. A similar method has already been practiced in the iron and steel industry blast furnaces for the input of raw iron ore and coke, and for the extraction of generated pig iron and slag. The size of the reactor of tantalum powder is as small as 1/1000 in volume and metallic compared to that of a blast furnace, and the manufacture of related equipment is easy. Furthermore, in recent years, there has been a remarkable progress in automatic weighing scales called load cells, and weighing errors can be measured with an accuracy of 1 / 1,000 or less. When these techniques are combined, there is no technical problem in extracting the diluent and adding it in the molten state. In addition, Patent Documents 1 and 2 have been subsequently rejected because the technology is already known.

特許文献1には反応器の下部から専用弁を通じて反応生成物を正確に抜き出す方法が記載されている。特許文献2にはこの弁の代わりにサイフォンを使って抜き出す方法が記載されている。更に特許文献3にはタンタル反応器のような密閉容器へロードセルを使って固体原料を正確に投入する方法が記載されている。この技術の大きな長所はタンタル生産効率の大幅な向上である。即ちこの発明によれば反応器を高温に維持した状態で反応専用とすることが可能となり、一基の反応器を使って、一日に数バッチ、例えば10バッチ程度の反応が可能となる。  Patent Document 1 describes a method for accurately extracting a reaction product from a lower part of a reactor through a dedicated valve. Patent Document 2 describes a method of extracting using a siphon instead of this valve. Further, Patent Document 3 describes a method of accurately charging a solid material using a load cell into a closed container such as a tantalum reactor. A major advantage of this technology is a significant improvement in tantalum production efficiency. That is, according to the present invention, it is possible to dedicate the reaction while maintaining the reactor at a high temperature, and it is possible to perform several batches, for example, about 10 batches per day using one reactor.

これに比し、従来のバッチ式の反応器では反応器の昇温と冷却に長時間、例えば12時間以上を費やすため、一日 1バッチ程度が限界であった。特許文献1、2の短所は反応器から抜き出した希釈剤の処理が依然として必要となるが、この数量は[0009]で記載した改善策との組み合わせにより、従来の産業廃棄物の発生量に比べて大幅な低減、例えば1/10程度以下に低減することが可能となる。  On the other hand, in conventional batch reactors, it takes a long time, for example, 12 hours or more, to raise and cool the reactor, so that one batch per day is the limit. Disadvantages of Patent Documents 1 and 2 still require treatment of the diluent extracted from the reactor, but this quantity is in combination with the improvement measures described in [0009] compared to the amount of conventional industrial waste generated. Can be greatly reduced, for example, about 1/10 or less.

特許文献4には前記特許文献1、2とは全く異なる改善策が提示されている。この発明では反応器から回収された希釈剤全量を水に溶かした後、再結晶法を使って晶析させて乾燥し、回収された希釈剤を再度タンタル粉末の還元反応に利用するものである。この提言での最大の難問は反応で得られる異なる組成を有する混合塩から、如何にして均一な組成を有する混合塩を回収できるかにある。  Patent Document 4 presents a completely different improvement plan from Patent Documents 1 and 2. In this invention, the entire amount of diluent recovered from the reactor is dissolved in water, and then crystallized using a recrystallization method and dried, and the recovered diluent is used again for the reduction reaction of tantalum powder. . The biggest problem with this proposal is how to recover a mixed salt having a uniform composition from mixed salts having different compositions obtained by the reaction.

この問題を解決するために混合塩中の3成分であるKF、KCL及びNaFの溶解度に注目し、水に易なKF:KCLについて、その混合塩中の比率が一定ならば、混合塩を溶解した水溶液からは 常に一定比率を有するKF と KCLの混合塩を回収できることを見出し、これを活用した改善策を提言している。To solve this problem, pay attention to the solubility of the three components KF, KCL and NaF in the mixed salt. If the ratio of KF: KCL, which is easy to water, is constant, dissolve the mixed salt . We have found that a mixed salt of KF and KCL having a constant ratio can always be recovered from the aqueous solution, and we have proposed improvement measures using this.

反応グレード毎に主原料に対する希釈剤の倍率を変えて調整することは既に本文の[0004]で記載した。この結果 各グレードに対し同一組成の希釈剤で反応を行った場合、反応後ではKF:KCLの比率は反応に伴いKFが副生するので反応前の比率と異なってくる。このために特許文献4では還元条件の重要な項目の一つである希釈剤の組成、即ちKF:KCLの混合比率を反応後の希釈剤の物質収支から算出された計算式に基づき反応前の段階でグレード毎に変更する提言を行っている。  It has already been described in [0004] of the main text that the ratio of the diluent to the main raw material is changed for each reaction grade. As a result, when the reaction is carried out with a diluent having the same composition for each grade, the ratio of KF: KCL differs from the ratio before the reaction because KF is by-produced during the reaction. For this reason, in Patent Document 4, the composition of the diluent, which is one of the important items of the reducing conditions, that is, the mixing ratio of KF: KCL is calculated based on the calculation formula calculated from the material balance of the diluent after the reaction. Proposals are made for changing grades at each stage.

特許文献4の希釈剤の回収方法は水溶解、再結晶、固液分離、乾燥という化学工場では極めて普遍的な操作でかつ全工程で操作温度は100℃以下、操作圧力は常圧近辺という安全なプロセスである。一方で、反応条件のうち最も重要な条件の一つである「希釈剤の組成を各反応グレードに併せて、反応前に個別に調整しなければならない」という短所を有す。希釈剤の組成を自動調整することは個々の希釈剤に対し個別のロードセルを使用すれば、技術的には困難な操作ではない。しかし実際にこのプロセスを導入するとなるとこの製法転換は容易ではない。特に「ISO−9000」を取得した企業間ではこの製法転換は極めて困難である。  The method of recovering the diluent of Patent Document 4 is a very universal operation in chemical factories such as water dissolution, recrystallization, solid-liquid separation, and drying, and the operation temperature is 100 ° C. or lower in all steps, and the operation pressure is safe at around normal pressure. Process. On the other hand, one of the most important reaction conditions is that “diluent composition must be adjusted to each reaction grade and individually adjusted before reaction”. Automatic adjustment of diluent composition is not a technically difficult operation if individual load cells are used for each diluent. However, if this process is actually introduced, this process change is not easy. In particular, this method conversion is very difficult among companies that have acquired “ISO-9000”.

「ISO−9000」とは国際標準化機構が設定した国際的な品質管理標準で工場や事業者の品質管理システムに関し、国が認可した第三機関がその原料調達、製造、検査、出荷に至るまで品質管理と保証体制を検査するシステムである。事業者等はその変更に関し、第三機関の定期的な検定を受けることが義務付けられている。現状では電子製品製造者の殆どが、既に「ISO−9000」の認定を受けている。  “ISO-9000” is an international quality control standard set by the International Organization for Standardization, and is related to the quality control system of factories and businesses. It is a system for inspecting quality control and assurance systems. Operators are obliged to receive regular inspections of third parties for such changes. At present, most electronic product manufacturers have already been certified as “ISO-9000”.

今回のようにタンタル粉末製造者が「反応前に希釈剤の構成比率を変更する」という製法の変更を行う場合は、プロセスの大きな変更と見なされ、第三機関により品質管理上の製法の制定と維持に関し、検査を受けなければならない。その影響は下流の電子部品製造、電子製品製造者にも波及する。この結果よほどの緊急性が発生しない限り、タンタル粉末の製造者が製法を変換する動機は生じない。まして今回の事例のように自社に対案が確立されている場合、新たなプロセス変更が実行される可能性は殆どゼロに近い。 品質保証への厳しい規制が一方で環境保全への変革の足かせとなる実例である。  If the tantalum powder manufacturer changes the manufacturing method to `` change the composition ratio of the diluent before the reaction '' like this time, it is considered a major process change and the third organization established the manufacturing method for quality control. And must be inspected for maintenance. The influence also affects downstream electronic component manufacturers and electronic product manufacturers. As long as this result is not so urgent, there will be no incentive for the tantalum powder manufacturer to change the process. In addition, if a proposal is established in-house as in this case, the possibility of a new process change is almost zero. On the other hand, strict regulations on quality assurance are an example of the impediment to changes to environmental conservation.

最初に主原料フッ化タンタル酸カリウムをナトリウムで還元反応を行う際に使用される希釈剤の選択について記す。この反応は下式に示す通り反応温度は約800℃前後でタンタルを粉末状で収得する。希釈剤は主原料に対する割合を増加させるとタンタル粉末の比表面積をほぼ比例して増大させる効果があり、最も安定して比表面積を調整する手段として現在も広く採用されている。
反応式はKTaF + 5Na = Ta + 2KF + 5NaF で、反応後にTaの他にKFとNaFが副生する。
First, the selection of the diluent used when the main raw material potassium fluorotantalate is reduced with sodium will be described. In this reaction, tantalum is obtained in a powder form at a reaction temperature of about 800 ° C. as shown in the following formula. Diluents have the effect of increasing the specific surface area of the tantalum powder almost proportionally when the ratio to the main raw material is increased, and it is still widely used as a means for adjusting the specific surface area most stably.
The reaction formula is K 2 TaF 7 + 5Na = Ta + 2KF + 5NaF, and KF and NaF are by-produced in addition to Ta after the reaction.

この反応で使用される希釈剤はKFとKCLの混合塩である。反応後にはこの希釈剤に反応によるNaFが加わり、併せて3種の混合塩となる。希釈剤としてKFとKCLを選択する理由は「この混合塩の融点が低いこと」による。融点が高い場合は昇温に伴うエネルギーの増加と使用機器の高級化に伴う材料費の増大となる。これを回避するため出来るだけ融点の低い混合塩の組合わせが選択される。  The diluent used in this reaction is a mixed salt of KF and KCL. After the reaction, NaF due to the reaction is added to the diluent, and three kinds of mixed salts are formed. The reason for selecting KF and KCL as diluents is that “the melting point of this mixed salt is low”. When the melting point is high, the energy increases as the temperature rises and the material cost increases as the equipment used increases. In order to avoid this, a combination of mixed salts having a melting point as low as possible is selected.

上記3種の混合塩の成分割合を変えた場合の融点の変化を[図1]に示す。出典はロシアの文献である。図中で三角形の頂点は各塩が単独である融点を示し、混合塩の融点は図中の曲線から読み取ることができる。また混合塩の成分構成は図中の一点から三角形の底辺へ引いた垂線の長さで示される。反応前の希釈剤の融点はKFとKCLを結ぶ直線上で示されるが、最も融点の低い成分構成はKF:KCL=40:60付近にあり、その温度は約610℃である。実際の反応で使用される希釈剤の構成比はこの付近の比率を採用するが、最も簡便な割合で、かつ融点の近い組成の50:50(=図1ではA点)とするケースが多い。[0005]で既述した特許文献でもこの構成比が使用されている。  The change in melting point when the component ratio of the above three kinds of mixed salts is changed is shown in FIG. Source is Russian literature. In the figure, the vertices of triangles indicate the melting points at which each salt is independent, and the melting point of the mixed salt can be read from the curve in the figure. The component composition of the mixed salt is indicated by the length of a perpendicular drawn from one point in the figure to the base of the triangle. The melting point of the diluent before the reaction is shown on a straight line connecting KF and KCL, but the component composition with the lowest melting point is around KF: KCL = 40: 60, and the temperature is about 610 ° C. The composition ratio of the diluent used in the actual reaction adopts a ratio in the vicinity of this, but in most cases, the composition is 50:50 (= point A in FIG. 1) of the composition that is the simplest and close to the melting point. . This component ratio is also used in the patent documents described in [0005].

還元反応が開始されると反応器内の希釈剤の成分は図中のA点からB点に向けての直線上を進行する。B点は先の還元反応で生成するKFとNaFの化学量論比である。反応終了時の希釈剤の構成比は図中ではC点で示される。主原料に対する希釈倍率が小さければ、小さい程C点はB点に近づき、逆に大きければA点に近づく。ここで特徴的なことは主原料に対する希釈剤の倍率を変化させるとC点は上記直線上を移動し同一点に留まらないことである。即ち、目標とする比表面積を有するタンタル粉末を得るために希釈剤の倍率を変化させれば反応終了時の希釈剤の成分構成は反応の前後では異なってしまう。  When the reduction reaction is started, the diluent components in the reactor proceed on a straight line from point A to point B in the figure. Point B is the stoichiometric ratio of KF and NaF generated in the previous reduction reaction. The composition ratio of the diluent at the end of the reaction is indicated by point C in the figure. The smaller the dilution ratio for the main raw material, the closer the point C becomes to the B point, and vice versa. What is characteristic here is that when the magnification of the diluent with respect to the main raw material is changed, the point C moves on the straight line and does not stay at the same point. That is, if the dilution factor of the diluent is changed in order to obtain a tantalum powder having a target specific surface area, the component composition of the diluent at the end of the reaction will be different before and after the reaction.

先の特許文献4ではこの反応後の希釈剤の成分構成に着目しこの希釈剤中のカリウム塩、即ちKF:KCLの構成比が各反応バッチ毎に同一ならば、水を使って再結晶する場合、得られる回収塩のKF:KCLの構成比は全て同一になることを見出した。この実現のため反応前の希釈剤の調合比を希釈剤の物質収支から求めた計算式で算出し、各バッチ毎に調合することを提言した。しかしこの特許はISO=9000の壁を打ち破れず、現状では実践の可能性が非常に小さいことは既に記載した。  In the previous Patent Document 4, paying attention to the component composition of the diluent after the reaction, if the composition ratio of potassium salt in the diluent, that is, KF: KCL is the same for each reaction batch, recrystallization is performed using water. In this case, it was found that the composition ratios of KF: KCL in the recovered salt obtained were all the same. In order to realize this, it was suggested that the blending ratio of the diluent before the reaction was calculated by a formula obtained from the material balance of the diluent and blended for each batch. However, it has already been described that this patent does not break through the ISO = 9000 barrier and is very unlikely to be practiced at present.

前項の発見を活かすためにはISO=9000の壁、即ち「反応に関与する重要な反応条件を変える」という手段ではなく如何にして反応終了時に各反応バッチ毎のKF:KCL比が同一となる手段を見出すことである。これが第一の課題である。  In order to make use of the findings of the previous paragraph, the KF: KCL ratio for each reaction batch becomes the same at the end of the reaction, not the means of ISO = 9000, that is, the means of “changing important reaction conditions involved in the reaction” Finding the means. This is the first issue.

第二の課題は希釈剤の回収に関する課題である。特許文献4では請求項にはないが、同特許の明細書の中で「希釈剤の溶解に当たってはその水量の決定は対象とするカリウム塩の溶解に必要な水量を大幅に超えない水量とする」との記載があり、実施例でもその水量が例示されている。しかし実施例で示された水量では対象のカリウム塩の全量を溶解するには十分な水量ではない。この水量を大幅に増加させると溶解液中のNaFが溶解して混入し、希釈剤の純度低下を引き起こす。従ってこの水量の設定は重要であり、学術的論拠に基づく正確な提言でなければならない。  The second problem is related to the recovery of the diluent. Although there is no claim in Patent Document 4, in the specification of the patent, “in determining the amount of water in dissolving the diluent, the amount of water that does not significantly exceed the amount of water required for dissolving the target potassium salt” The amount of water is also exemplified in the examples. However, the amount of water shown in the examples is not sufficient to dissolve the total amount of the target potassium salt. If this amount of water is significantly increased, NaF in the solution is dissolved and mixed, causing a decrease in the purity of the diluent. Therefore, this water volume setting is important and must be an accurate recommendation based on academic evidence.

更に同特許では希釈剤からカリウム塩の回収に関する記載はあるが、カリウム塩を回収した後の残渣に関して一切の記載はない。この残渣中には多量のNaFが含有されている。この回収方法を明確にしなければ「タンタル製造時における希釈剤の完全リサイクル」とはいえない。カリウム塩の溶解条件を明確に提示すること。そして残渣中のNaFの回収法を明示すること。これが第二の課題である。  Further, the patent discloses a recovery of potassium salt from a diluent, but does not describe any residue after recovering the potassium salt. This residue contains a large amount of NaF. If this recovery method is not clarified, it cannot be said that "the complete recycling of the diluent during the production of tantalum". Clearly indicate the dissolution conditions for potassium salts. Specify the method for recovering NaF in the residue. This is the second problem.

最初に反応後の希釈剤中のKF:KCLの比率を全ロットについて同一にする手段について記す。特許文献4に開示された方法は反応前に希釈剤を調整する段階で両者の混合比率をロッド毎に予め定められた計算式に従って変える方策を選定した。これに対し今回提言する方法は前記特許とは異なり、かつ簡潔かつ安全な方策である。 無論ISO−9000規定に定める反応条件の大幅な変更に該当しない方策でもある。  First, means for making the ratio of KF: KCL in the diluent after the reaction the same for all lots will be described. In the method disclosed in Patent Document 4, a method was selected in which the mixing ratio of both was changed according to a predetermined calculation formula for each rod at the stage of adjusting the diluent before the reaction. On the other hand, the method proposed this time is different from the above patent and is a simple and safe measure. Of course, this is a measure that does not correspond to a significant change in the reaction conditions defined in ISO-9000.

タンタル製造の還元反応は既述したように主原料と希釈剤を仕込みアルゴン雰囲気下で電気炉を使って昇温、約800℃前後の均一の熔融状態とし金属ナトリウムを連続的又は断続的に添加して主原料を還元させる。更に一定温度で数時間(=通常は4時間程度)保持した後冷却して反応器を開放し内容物を取り出す。即ち、反応工程は昇温、反応、保持、冷却の手順で進められる。  In the reduction reaction of tantalum production, as described above, the main raw material and diluent are charged, the temperature is raised using an electric furnace in an argon atmosphere, the molten state is made uniform at around 800 ° C, and metallic sodium is added continuously or intermittently. The main raw material is reduced. Further, it is kept at a constant temperature for several hours (= usually about 4 hours) and then cooled to open the reactor and take out the contents. That is, the reaction process proceeds in the order of temperature rise, reaction, holding, and cooling.

この間にタンタル粒子は定性的な表現では、タンタルの結晶核の生成、成長及び凝集を経て目標とする比表面積を有するタンタル粉末となる。粉末の特性を決める段階はこの手順の中で反応後の保持の段階で全て完了する。反応生成物は金属タンタルと無機塩の混合塩である希釈剤であるが、両者に比重には大きな差があり、冷却後には二層に分離して固形化するので、反応器を開放して両層を取り出し分離する。  During this time, the tantalum particles, in a qualitative expression, become tantalum powder having a target specific surface area through generation, growth and aggregation of tantalum crystal nuclei. The steps for determining the properties of the powder are all completed in this procedure in the post-reaction holding step. The reaction product is a diluent that is a mixed salt of metal tantalum and inorganic salt, but there is a large difference in specific gravity between them, and after cooling, the two layers separate and solidify, so the reactor is opened. Remove both layers and separate.

今回の新たな提言はこの保持が全て完了し、冷却に入る直前に予め計量されたKCLを粉末状態で専用の投入器を経由して反応器に投入する。KCLを投入する時期は「反応が全て完了した時点で実行される」ことが極めて重要である。投入するKCLの重量は主原料の還元で副生するKFに見合う重量とし、投入後の反応器内の希釈剤中のKF:KCLの比率が反応前に仕込んだ希釈剤のKF:KCL比率と同一となる重量とする。この際KCLの投入量は主原料の投入法が一括投入でも分割投入でも、その総量が変わらなければ変化しない。  In this new recommendation, all of this holding is completed, and KCL, which has been weighed in advance immediately before entering cooling, is charged into the reactor in a powder state via a dedicated charging device. It is extremely important that the time when KCL is added is “executed when all the reactions are completed”. The weight of KCL to be charged is a weight commensurate with KF by-produced by reduction of the main raw material, and the ratio of KF: KCL in the diluent in the reactor after the charging is the KF: KCL ratio of the diluent charged before the reaction. The weight is the same. At this time, the amount of KCL input does not change if the total amount does not change regardless of whether the main raw material input method is batch input or split input.

KCLの投入により反応器内の温度はKCLの熔解熱で数度程度下降するが、数分後には元の冷却線に復帰する。この時、反応器内はまだ十分な熔融状態にあり、投入されたKCLは攪拌機により反応器内の希釈剤と完璧に混合される。この撹拌を1持間程度継続した後、ヒーターを切り攪拌機は停止されて反応器の上部に機械的に引き上げられる。この後、反応器の冷却は徐々に進行する。この操作を次の実施例で説明する  The temperature in the reactor is lowered by about several degrees due to the KCL melting heat due to the introduction of KCL, but after a few minutes, it returns to the original cooling line. At this time, the reactor is still in a sufficiently molten state, and the charged KCL is thoroughly mixed with the diluent in the reactor by the stirrer. After this stirring is continued for about 1 hour, the heater is turned off and the stirrer is stopped and mechanically pulled up to the top of the reactor. Thereafter, the cooling of the reactor proceeds gradually. This operation is illustrated in the next example.

例として次の還元反応(=比表面積で上級クラス)を取り上げる。
主原料 フッ化タンタル酸カリウム 100kg
希釈剤 KF 300kg + KCL 300kg
これを反応器に仕込み、均一の熔融状態にした後、金属ナトリウムで還元する。 反応終了後、予め計算されたKCLを反応器に投入し、十分混合する.
反応前後の希釈剤の重量は以下の通りとなる。 (単位はkg)

Figure 0006362000
上表から明らかのように反応前後の希釈剤中の比率はKF:KCL=1.0:1.0で変化はない。更に追加して投入するKCL量は主原料の重量が一定なら、どの反応ロットでも常に一定(=実施例1では30kg)である。もし反応前の希釈剤の調節比が上表と異なる場合は追加投入するKCL量は上表の値にその希釈剤の調整比を乗じた重量とすれば良い。The following reduction reaction (= advanced class with specific surface area) is taken as an example.
Main raw material Potassium fluorotantalate 100kg
Diluent KF 300kg + KCL 300kg
This is charged into a reactor to obtain a uniform molten state, and then reduced with sodium metal. After completion of the reaction, add the pre-calculated KCL to the reactor and mix well.
The weight of the diluent before and after the reaction is as follows. (Unit is kg)
Figure 0006362000
As is clear from the above table, the ratio in the diluent before and after the reaction is KF: KCL = 1.0: 1.0 and there is no change. Further, the amount of KCL added additionally is always constant (= 30 kg in Example 1) as long as the weight of the main raw material is constant. If the adjustment ratio of the diluent before the reaction is different from the above table, the additional amount of KCL to be added may be a weight obtained by multiplying the value in the above table by the adjustment ratio of the diluent.

例として次の還元反応(=比表面積で中級クラス)を取り上げる。
主原料 フッ化タンタル酸カリウム 100kg
希釈剤 KF 200kg + KCL 200kg
反応前後の希釈剤の重量は以下の通りとなる。 (単位はkg)

Figure 0006362000
上表から明らかのようにこの反応でも反応前後の希釈剤中の比率はKF:KCL=1.0:1.0で変化はない。更に追加投入するKCLム量は主原料の重量が一定なら、この反応でも一定量(=実施例1と同じ30kg)である。As an example, the following reduction reaction (= intermediate class with specific surface area) is taken up.
Main raw material Potassium fluorotantalate 100kg
Diluent KF 200kg + KCL 200kg
The weight of the diluent before and after the reaction is as follows. (Unit is kg)
Figure 0006362000
As is clear from the above table, the ratio in the diluent before and after the reaction is KF: KCL = 1.0: 1.0 and there is no change in this reaction. Furthermore, if the weight of the main raw material is constant, the amount of KCL added additionally is also constant in this reaction (= 30 kg as in Example 1).

この事実は製造メーカーが反応マニュアルを決める際に極めて便利である。通常、この反応条件を定める場合は、次の手順で進められる。
(1)主原料フッ化タンタル酸カリウムの数量を決める・・通常は全ロット一定
(2)希釈剤を選定する・・・通常はKFとKCLの混合塩
(3)希釈剤の混合比を決める・・・通常はKF:KCL=50:50
(4)主原料への希釈剤倍率を決める・・・ 製品グレードにより可変
この手順までは殆どの製造メーカーで同一である。各メーカーはこれに独自の反応温度、主原料の投入法(=一括又は分割)、金属ナトリウムの投入法(=連続式又は断続式)、撹拌方法更に第三物質例えば窒素化合物や硫黄等の添加方法等を別途定め、独自のノウハウとして自社技術を確立している。先の[0005]で開示された実施例もその一例である。
This fact is very useful when the manufacturer decides on a reaction manual. Usually, when this reaction condition is defined, it proceeds by the following procedure.
(1) Decide the quantity of the main raw material potassium fluorotantalate. ・ Normally, all lots are constant (2) Select the diluent ... Normally, the mixed salt of KF and KCL (3) Determine the mixing ratio of the diluent ... Normally KF: KCL = 50: 50
(4) Determining the dilution factor for the main raw material ... Variable depending on product grade This procedure is the same for most manufacturers. Each manufacturer has its own reaction temperature, main raw material charging method (= batch or split), metallic sodium charging method (= continuous or intermittent), stirring method, and addition of third substances such as nitrogen compounds and sulfur The company has established its own technology as its own know-how by separately determining methods. The embodiment disclosed in the previous [0005] is one example.

この手順に従えば前記の実施例1、2で示したように主原料の重量が一定ならば、反応後の希釈剤の組成比を一定にするためにはどの反応ロットに対しても反応が完全に終了した段階で同じ重量(=実施例では30kg)のKCLを追加して投入するだけでよい。この操作と先の特許文献4で規定される操作とを比較すれば、操作の
簡便性でその差異は明確である。以上の改善手段を請求項1とした。
According to this procedure, as shown in Examples 1 and 2 above, if the weight of the main raw material is constant, the reaction can be performed for any reaction lot in order to make the composition ratio of the diluent after the reaction constant. It is only necessary to add an additional KCL of the same weight (= 30 kg in the embodiment) when it is completely finished. If this operation is compared with the operation defined in the above Patent Document 4, the difference is clear due to the simplicity of the operation. The above improvement means is defined as claim 1.

ここで本発明と特許文献4との特許性について再度整理し、その差異を明確にしておく。両特許とも同じ発明者による出願である。発明の元となる原理は「2種の化合物からなる混合塩を水に溶解し、その溶液から晶析操作を用いて結晶を得る場合、溶液中の混合塩の組成比が一定ならば、得られる結晶の組成は常に一定である」という極めて普遍的な化学原則に基づいている。  Here, the patentability between the present invention and Patent Document 4 is organized again, and the difference is clarified. Both patents are filed by the same inventor. The principle on which the invention is based is that "when a mixed salt composed of two compounds is dissolved in water and crystals are obtained from the solution using a crystallization operation, the composition ratio of the mixed salt in the solution is constant. It is based on the very universal chemical principle that the composition of the resulting crystals is always constant.

一方でその目標を達成する手段には両者には特許性の上で明確な差異がある。特許文献4ではこの目標を達成するために反応条件の一つである希釈剤の組成を各々の製品グレード毎に反応前に変更する手段を提言している。これは明らかに反応条件の重大は変更である。これに対し本発明は反応が全て完遂にしタンタルと希釈剤が重力沈降により2層に分離される工程において希釈剤中に特定された定量の無機塩を添加し希釈剤の組成を調整するものである。この操作は製品タンタルの品質には何ら影響を与えない操作である。  On the other hand, there is a clear difference in patentability between the two in terms of means for achieving the goal. Patent Document 4 proposes means for changing the composition of the diluent, which is one of the reaction conditions, for each product grade before the reaction in order to achieve this goal. This is clearly a significant change in reaction conditions. In contrast, the present invention adjusts the composition of the diluent by adding a certain amount of inorganic salt specified in the diluent in a process where the reaction is completed and tantalum and diluent are separated into two layers by gravity sedimentation. is there. This operation does not affect the quality of the product tantalum.

更に操作の難易度にも大きな差異がある。[0033]に記載した本発明の実施例で反応後の希釈剤中のカリウム塩の構成比を一定にするため特許文献4の方法に従うならば、全ての製品グレードに関して反応前の希釈剤の調整比を個別に計算し、かつ正確に計量して反応器に投入しなければならない。万一この操作を誤ると反応後のタンタル粉末が全て規格外の不合格品となってしまう。これに対し本発明ではKCLの追加操作を誤ったとしてもタンタル粉末の品質には何ら影響与えない。変わるのは生成した希釈剤の組成比だけである。タンタルの価格は希釈剤のそれに比べて約100倍近い高価格である。「タンタルの規格外品を発生させるというリスク」の防止面から見ても両特許の差異は歴然としている。  Furthermore, there is a big difference in the difficulty of operation. In the embodiment of the present invention described in [0033], if the method of Patent Document 4 is used in order to make the composition ratio of the potassium salt in the diluent after the reaction constant, the adjustment of the diluent before the reaction is performed for all product grades. The ratio must be calculated separately and accurately weighed into the reactor. If this operation is mistaken, all of the tantalum powder after the reaction becomes a non-conforming product. On the other hand, in the present invention, even if the addition operation of KCL is wrong, the quality of the tantalum powder is not affected at all. Only the composition ratio of the produced diluent changes. The price of tantalum is about 100 times higher than that of the diluent. The difference between the two patents is obvious from the standpoint of preventing "risk of generating non-standard tantalum products".

反応終了後に一定量のKCLを反応器に投入するには小型の投入ホッパーが必要となる。この投入ホッパーは反応器の上部に取り付けられ、ロータリー弁を通して反応器と繋がっている。予め電気炉等を用いてサラサラに乾燥されたKCLはこの投入ホッパーに入れられ、定められた時機に反応器へ投入される。投入ホッパー内は水分や空気の混入を防ぐため、アルゴン雰囲気に保たれている。通常は1バッチ当たり1回しか使用しないのでホッパーの大きさは小型で良いが、大型化してロードセルと組み合わせ、毎回の使用分をその都度切り分けて投入することも可能である。この反応器周りの機器の配置を[図2]に示す。  A small charging hopper is required to charge a certain amount of KCL into the reactor after completion of the reaction. This charging hopper is attached to the top of the reactor and is connected to the reactor through a rotary valve. KCL, which has been dried in advance using an electric furnace or the like, is placed in this charging hopper and charged into the reactor at a predetermined time. The inside of the charging hopper is kept in an argon atmosphere to prevent moisture and air from entering. Normally, the hopper can be small because it is used only once per batch. However, it is possible to increase the size of the hopper and combine it with a load cell so as to cut out and use each time. The arrangement of the equipment around this reactor is shown in FIG.

次に反応器から回収された希釈剤を水に溶解する操作について記す。金属ナトリウムを使った還元反応では反応を完遂させるためにナトリウムは主原料に対し少量であるが過剰に加えられる。この結果反応後の希釈剤を水に溶解すると液性はアルカリ性を呈す。液性をアルカリ性に保つのは希釈剤中の不純物Fe、Ni、,Cr等を水に不溶の水酸化塩にするためである。このアルカリ性の液性下で反応後に回収された希釈剤、即ち3種の無機塩(=KF、KCL、NaFの混合塩)からカリウム塩だけを選択的に溶解させる方法について記す。  Next, an operation for dissolving the diluent recovered from the reactor in water will be described. In the reduction reaction using metallic sodium, a small amount of sodium is added to the main raw material in order to complete the reaction. As a result, when the diluent after the reaction is dissolved in water, the liquidity becomes alkaline. The reason why the liquid property is kept alkaline is to make impurities Fe, Ni, Cr, etc. in the diluent into a water-insoluble hydroxide salt. A method of selectively dissolving only the potassium salt from the diluent recovered after the reaction under the alkaline solution, that is, three kinds of inorganic salts (= mixed salt of KF, KCL, and NaF) will be described.

これ等の3種の無機塩を単独に水に溶解させる場合の溶解度が一括して[図3]に図示(=出典は化学便覧)されている。 この図よりNaFの溶解度がKFとKCLの溶解度に比べて極めて小さく、常温では水100gに対し5g程度しか溶解しないことが解かる。このNaFを含むKFとKCLの混合塩に多量の水、例えば重量比で20倍以上の水を加えれば、当然これ等の塩は全て水に溶解してしまう。  The solubility in the case where these three kinds of inorganic salts are dissolved in water alone is collectively shown in [FIG. 3] (= Source is Chemical Handbook). From this figure, it can be seen that the solubility of NaF is extremely smaller than the solubility of KF and KCL, and only about 5 g is dissolved in 100 g of water at room temperature. If a large amount of water, for example, 20 times or more by weight, is added to the mixed salt of KF and KCL containing NaF, these salts will naturally be dissolved in water.

この溶解に際し水量を徐々に減らしていくと混合塩の一部は溶解せず溶解残渣として残る。溶液と残渣分を原子吸光法等を使って成分を分析するとカリウム塩の殆ど全ては溶液中にNaFは残渣中に存在することを確認できる。更にごく少量ではあるが、溶液中にはNaFが一部溶解していることも確認できる。この事実からタンタル製造の反応工程から回収された混合塩は溶解条件により2グループ、即ちカリウム塩グループとナトリウム塩グループに分けて溶解できることが解かる。  When the amount of water is gradually reduced during the dissolution, a part of the mixed salt is not dissolved but remains as a dissolved residue. When the components of the solution and the residue are analyzed using atomic absorption spectroscopy or the like, it can be confirmed that almost all of the potassium salt is present in the solution and NaF is present in the residue. Furthermore, although it is a very small amount, it can also be confirmed that a part of NaF is dissolved in the solution. From this fact, it can be understood that the mixed salt recovered from the reaction process of tantalum production can be dissolved in two groups, that is, a potassium salt group and a sodium salt group, depending on dissolution conditions.

一般的に水に可溶な同じ陰イオンを持つ2種の無機塩を水に溶解する場合、各々の無機塩の溶解度から定めた水温において無機塩の飽和溶液を作るために必要な水量を求めることができる。この水量を本発明では理論溶解水量と呼ぶことにする。この際、より溶解性の高い無機塩の理論溶解水量を超える水量で2種の無機塩を水に溶かすと両塩は溶解に際しお互いに干渉し会う。当然溶解度大の無機塩が最初に溶解し、次いで溶解度小の無機塩の一部が溶解するが、この際、後者の溶解度はそれが単独で溶解する時よりも小さくなる。この現象は質量作用の法則Law of Mass Actionと呼ばれる。この原理を活用すれは、溶解操作で適切な水量を選択すれば混合塩から高純度の無機塩を回収することが可能となる。  In general, when two inorganic salts having the same anion soluble in water are dissolved in water, the amount of water required to make a saturated solution of the inorganic salt at the water temperature determined from the solubility of each inorganic salt is obtained. be able to. This amount of water is referred to as the theoretical dissolved water amount in the present invention. At this time, if two kinds of inorganic salts are dissolved in water with an amount of water exceeding the theoretically dissolved amount of the more soluble inorganic salt, the two salts interfere with each other upon dissolution. Of course, the inorganic salt having a high solubility is dissolved first, and then a part of the inorganic salt having a low solubility is dissolved, but the latter has a lower solubility than when it is dissolved alone. This phenomenon is called the law of mass action Law of Mass Action. If this principle is utilized, a high-purity inorganic salt can be recovered from the mixed salt by selecting an appropriate amount of water in the dissolving operation.

次いで反応工程で副生した混合塩を水で溶解する場合、溶解に最も適切な水量はどれくらいかをこの法則に基づいて検討する。ここからは机上で検討した。検討の前提として反応後の希釈剤から回収されるカリウム塩中に混入するNaFの許容目標値を定めた。これには特許文献4の実施例から「回収された希釈剤中のNaFが1%以下であれば反応から得られるタンタルの品質は従来品と変わらない」という記載がある。この記載に基づき、回収されるカリウム塩中のNaFの許容限界量を1.0重量%以下と定めた。  Next, when the mixed salt produced as a by-product in the reaction step is dissolved with water, the most appropriate amount of water for dissolution is examined based on this rule. From here, it was examined on the desk. As a precondition for the study, an allowable target value of NaF mixed in the potassium salt recovered from the diluent after the reaction was determined. There is a description from the example of Patent Document 4 that “the quality of tantalum obtained from the reaction is the same as that of the conventional product if NaF in the recovered diluent is 1% or less”. Based on this description, the allowable limit amount of NaF in the recovered potassium salt was determined to be 1.0% by weight or less.

この目標値を達成するため、机上計算ではKFとNaFの2成分の混合塩を対象に目標値を達成するための水量を計算で求めた。この計算は以下の手順で行った。先ず水に溶解したKFは完全に電離していると仮定し、希釈倍率を変えて各濃度別のKF溶解度を算出した。次いでNaFの溶解度からNaF単独の溶解度積を計算で求め、上記のKFが既に溶解している溶液下でのNaFの溶解度を求めた。計算で使用したKFとNaFの飽和溶解度は各137g/100g水及び5g/100g水である。  In order to achieve this target value, the amount of water required to achieve the target value was calculated in the desktop calculation for the mixed salt of two components of KF and NaF. This calculation was performed according to the following procedure. First, it was assumed that KF dissolved in water was completely ionized, and the KF solubility for each concentration was calculated by changing the dilution factor. Next, the solubility product of NaF alone was calculated from the solubility of NaF, and the solubility of NaF under a solution in which the above KF was already dissolved was determined. The saturated solubilities of KF and NaF used in the calculations are 137 g / 100 g water and 5 g / 100 g water, respectively.

KFとNaFが共存する水溶液では、NaFは質量作用の法則に従いKFの濃度が高い程、その溶解量を減少させる。その溶解量を各種のKF濃度を持つ溶液で算出し、計算上で混合塩をKFの理論溶解水量の4倍以下の水量で溶解させれば、NaFを単独で水に溶解させた時に比べてその溶解度を1/5に抑えられるという結果を得た。最終的に計算で算出されたNaFの溶解度は単独では1.190mol/L、上記のKF溶液下では0.240mol/Lであった。この両者の数値の比率は5:1である。  In an aqueous solution in which KF and NaF coexist, NaF decreases the amount of dissolution as the concentration of KF increases according to the law of mass action. The amount of dissolution is calculated with solutions having various KF concentrations, and if the mixed salt is dissolved in a water amount that is four times or less the theoretical dissolved water amount of KF in the calculation, NaF is dissolved in water alone compared to when it is dissolved alone in water. The result that the solubility was suppressed to 1/5 was obtained. The solubility of NaF finally calculated was 1.190 mol / L alone, and 0.240 mol / L under the above KF solution. The ratio of these two values is 5: 1.

即ち、NaFの水に対する溶解度は常温付近では単独で約5.0重量%であるが、理論溶解水量に対し4倍に希釈されたKF溶液の中ではその1/5即ち1.0重量%以下にに低減されることが解かった。この希釈倍率を下げれば、混入するNaF量は更に低下するので、上記の倍率(=4倍)を希釈の上限とした。上記の計算はKFとNaFの2成分で行ったが、実際の反応後の希釈剤にはKCLが加わるので、希釈剤の溶解に当たってはKFに代わり、KFとKCLのカリウム塩を対象に理論溶解水量を算出し、上記の希釈倍率の水量で溶解すれば良い。  That is, the solubility of NaF in water is about 5.0% by weight alone at around room temperature, but in a KF solution diluted four times with respect to the theoretical amount of dissolved water, it is 1/5, that is, less than 1.0% by weight. It has been found that it is reduced to 2%. If the dilution rate is lowered, the amount of NaF mixed in is further reduced, so the above magnification (= 4 times) was set as the upper limit of dilution. The above calculation was performed with two components, KF and NaF. However, KCL is added to the diluent after the actual reaction. Therefore, when dissolving the diluent, instead of KF, KF and KCL potassium salts are theoretically dissolved. What is necessary is just to calculate the amount of water and dissolve it with the amount of water of the above dilution ratio.

溶解操作に当たっては反応後に得られる希釈剤は白色又は青みを帯びた白色の固い岩盤状の塊として反応器から取り出されるので、これを解砕機を使って細粒とし、50℃前後の温水で溶解する。溶解操作で水量を増せば溶解時間を短縮できるが、晶析操作でその水を蒸発させなければならないので、両操作のバランスを考慮して上記の希釈倍率の範囲の中から最適の倍率を選択する。以上の溶解条件を請求項2とした。  In the dissolution operation, the diluent obtained after the reaction is taken out from the reactor as a white or bluish white solid rock mass, and this is made into fine particles using a crusher and dissolved in hot water around 50 ° C. To do. The dissolution time can be shortened by increasing the amount of water in the dissolution operation, but the water must be evaporated in the crystallization operation, so the optimal magnification is selected from the above dilution factor range in consideration of the balance between the two operations. To do. The above dissolution conditions are set as claim 2.

次にカリウム塩が回収された後、残った残渣中に含まれるNaFの回収について検討した。NaFは水に難溶性で常温の水で約4%、高温でもその値はほとんど変わらず5%程度である。従ってこの残渣の溶解に必要な水量は理論溶解水量の等倍以上と定めた。溶解に際して水量を増やせば増やすほど後の晶析工程で使われるネルギー・コストが増加するので、実際の溶解操作では上記の指定範囲の中で下限値に近い水量が選択される。この溶解条件を請求項2に加えた。  Next, after the potassium salt was recovered, the recovery of NaF contained in the remaining residue was examined. NaF is sparingly soluble in water and is about 4% at room temperature water, and its value hardly changes even at a high temperature of about 5%. Therefore, the amount of water necessary for dissolving this residue was determined to be equal to or greater than the theoretical amount of dissolved water. As the amount of water increases at the time of dissolution, the energy cost used in the subsequent crystallization process increases. Therefore, in the actual dissolution operation, the amount of water close to the lower limit value is selected within the above specified range. This dissolution condition was added to claim 2.

NaFの精製法は水を溶媒とする再結晶法である。再結晶法で得られたNaFは乾燥し、虫歯予防薬等の原料として再利用できる。この再結晶工程の最後の残渣は少量のタンタル微粉や水に不溶な重金属の水酸化物である。これ等は脱水・乾燥され、タンタルを含有する鉱石からフッ化タンタル酸カリウム製造する工程へリサイクルされる。タンタルを回収した後の残渣は鉱石の鉱滓と共に処理される。以上の一連の操作により「タンタル製造における希釈剤の完全リサイクル」が可能となる。 このタンタル還元反応で副生する希釈剤から各種無機塩の回収に至る操作手順の概略を[図4]に示す。  The purification method of NaF is a recrystallization method using water as a solvent. NaF obtained by the recrystallization method is dried and can be reused as a raw material for anti-cavities and the like. The last residue of this recrystallization process is a small amount of fine tantalum powder or a heavy metal hydroxide insoluble in water. These are dehydrated and dried, and recycled to a process for producing potassium tantalate fluoride from ores containing tantalum. The residue after recovering tantalum is treated with ore slag. The series of operations described above enables “complete recycling of the diluent in tantalum production”. The outline of the operation procedure from the diluent produced as a by-product in this tantalum reduction reaction to the recovery of various inorganic salts is shown in FIG.

本発明で提言された製法により回収されるカリウム塩はKFとKCLの混合塩である。この混合塩はその組成は一定で高純度ではあるが、タンタル製造に伴う希釈剤以外に用途はない。即ち、本発明はタンタル製造法の一部を改善する極めて限定された分野での発明である。また本発明で回収されたNaFは高純度ではあるが、タンタル製造工程から回収するという独自の製法であり、過去に同じ製法を世界で検討した例はない。従って本発明に示すこれ等の塩の回収技術はその製法と用途において十分に特許性を具備していると考えられる。この用途先を請求項3とした。  The potassium salt recovered by the production method proposed in the present invention is a mixed salt of KF and KCL. This mixed salt has a constant composition and high purity, but has no use other than the diluent used in the production of tantalum. That is, the present invention is an invention in a very limited field that improves part of the tantalum production process. Although NaF recovered in the present invention is highly pure, it is an original manufacturing method of recovering from the tantalum manufacturing process, and there is no example in the world that studied the same manufacturing method in the past. Therefore, it is considered that these salt recovery techniques shown in the present invention are sufficiently patentable in their production methods and applications. This application is defined as claim 3.

発明の効果Effect of the invention

タンタルの還元工程で副生する混合塩はKF、KCL、NaFの3種の無機塩を含有している。上記の解決手段を活用すれば、これ等全ての無機塩を水を用いた再結晶法で、第一段階でKFとKCLを両者の割合が一定比率となる混合塩として回収し、第二段階でNaFを単独塩として各々高純度で回収することが可能となる。  The mixed salt by-produced in the tantalum reduction process contains three kinds of inorganic salts, KF, KCL, and NaF. If the above solution is utilized, all these inorganic salts are recovered by recrystallization using water, and in the first stage, KF and KCL are recovered as a mixed salt in which the ratio of both is a constant ratio, and the second stage. Thus, it becomes possible to recover NaF as a single salt with high purity.

本発明を実施するために必要な機器は既に本明細書[0040]に記載の通り、既存の反応器に追加投入するKCL用の小型の投入ホッパーだけである。発明を実施する上で残された課題は既にタンタル粉末の製造メーカーから公開されている一連の特許、即ち「反応器を経由した希釈剤の部分的な抜出しと補充による改善策」(=以降別法と略す)との競合である。  The equipment necessary for carrying out the present invention is only a small charging hopper for KCL which is additionally charged into an existing reactor as already described in the present specification [0040]. The remaining problem in carrying out the invention is a series of patents already published by manufacturers of tantalum powders, namely, “improving measures by partial extraction and replenishment of diluent via the reactor” (= (Abbreviated to law).

別法の最大の長所は圧倒的な生産効率の向上である。通常タンタルの還元反応は800℃前後の高温下で行われるが、反応器の昇温と冷却に長時間を要し、一つの反応器ではせいぜい1日1バッチが限界である。これに対し別法では反応器は反応時間(=通常は2時間程度)だけに使われるので、熔融塩の抜出し、補充時間を考慮しても1基の反応器で1日で10バッチ程度の反応を行うことは十分に可能である。更に反応器の昇温や冷却に伴うエネルギーを大幅に節減することも期待である。しかしこの別法には大きな懸念が潜在している。  The biggest advantage of the alternative method is the overwhelming improvement in production efficiency. Usually, the reduction reaction of tantalum is carried out at a high temperature of about 800 ° C., but it takes a long time to raise and cool the reactor, and at most one batch per day is limited in one reactor. On the other hand, in another method, the reactor is used only for the reaction time (usually about 2 hours), so even if taking out the molten salt and taking the replenishment time into consideration, about 10 batches per day with one reactor. It is fully possible to carry out the reaction. It is also expected that the energy associated with the temperature rise and cooling of the reactor will be greatly reduced. But there is great concern about this alternative.

それは「反応に伴い希釈剤中の不純物の濃度が増加しないか」という懸念である。鉄鋼業の高炉において純度の高い銑鉄ができるのは鉄鉱石や副原料中の不純物の大部分はスラグ中へ移行する結果であることはよく知られている。同様な現象がタンタル反応器内で起これば、主原料、副原料及び使用機器に含まれる不純物、例えばFe、Ni、Cr等の重金属の一部が希釈剤中へ移行し、引いてはタンタル中へ平衡移動する。  It is a concern that “the concentration of impurities in the diluent does not increase with the reaction”. It is well known that high-purity pig iron is produced in the iron and steel industry blast furnaces as a result of most of the impurities in the iron ore and auxiliary materials being transferred into the slag. If a similar phenomenon occurs in the tantalum reactor, impurities contained in the main raw material, auxiliary raw material, and equipment used, for example, part of heavy metals such as Fe, Ni, Cr, etc. migrate into the diluent, and in turn pull tantalum. Move in equilibrium.

これ等の不純物はタンタルコンデンサーの電気特性を大きく悪化させる。先の別法にはこの不純物混入への防護対策の記載が一切開示されていない。別法では希釈剤の抜出量や補充量を決定する判断基準はあくまで希釈剤中の無機塩の構成比率である。上記の不純物が蓄積する程度は反応で使用する主原料、副原料の純度や機器の材質により千差万別である。高純度の原材料やインコネル等の高級材質の機器を使えば、当然不純物の蓄積は抑制される。従って別法を採用する場合はこの不純物混入に対して使用者側の条件に併せて事前の検討が不可欠である。  These impurities greatly deteriorate the electrical characteristics of the tantalum capacitor. The previous alternative does not disclose any description of protective measures against this contamination. In another method, the criterion for determining the extraction amount and replenishment amount of the diluent is the constituent ratio of the inorganic salt in the diluent. The degree of accumulation of the above impurities varies greatly depending on the purity of the main raw material and auxiliary raw material used in the reaction and the material of the equipment. If high-grade materials such as high-purity raw materials or Inconel are used, the accumulation of impurities is naturally suppressed. Therefore, in the case of adopting another method, it is indispensable to make a prior examination in accordance with the conditions on the user side for this impurity contamination.

更に別法では抜き出した希釈剤の一部を産業廃棄物として処理しなければならず「タンタル製造に伴う希釈剤の完全リサイクル」という目標に対しても不十分である。これに対し本発明では、希釈剤を高い純度で回収する利点に加え、産業廃棄物を一切発生させない手段を提言している。本発明がこれ等の長所を活し、タンタル製造に伴う産業廃棄物の低減に寄与すること。これが発明を実施するための最良の形態である。  Furthermore, in another method, a part of the extracted diluent must be treated as industrial waste, which is insufficient for the goal of “complete recycling of the diluent accompanying tantalum production”. In contrast, the present invention proposes a means for generating no industrial waste in addition to the advantage of recovering the diluent with high purity. The present invention makes use of these advantages and contributes to the reduction of industrial waste associated with tantalum production. This is the best mode for carrying out the invention.

タンタル製造に伴う産業廃棄物の低減に関しては既に我が国では専業メーカーから対策が実証され、同じ目標への改善策として定着している。 一方でこの現状を世界規模で見るとタンタル粉末の主要な製造元である中国や東南アジア諸国では未だに副生した希釈剤は産業廃棄物として埋め立て処理されている。この産業廃棄物は万一強酸性の廃棄物に触れると産業廃棄物中のフッ化カルシウムからフッ酸が生成し、植物を枯渇させるという深刻な公害を引き起こす危険がある。タンタル粉末の製造は今後もグローバルな地域で継続される。国境を越えた対応が必要となる。  Regarding the reduction of industrial waste associated with tantalum production, measures have already been demonstrated by specialized manufacturers in Japan, and have been established as measures to improve the same target. On the other hand, looking at the current situation on a global scale, diluents still by-produced in China and Southeast Asian countries, which are major manufacturers of tantalum powder, are disposed of as industrial waste. If this industrial waste comes into contact with highly acidic waste, hydrofluoric acid is generated from calcium fluoride in the industrial waste, and there is a danger of causing serious pollution that depletes plants. The production of tantalum powder will continue in the global region. Response across borders is required.

本発明は「タンタル製造の反応工程において希釈剤の一部を追加して添加することにより、反応で副生する希釈剤の全量を高純度で回収する」という極めて簡潔な製法を提供している。この製法の導入によりタンタル粉末の製造に伴う産業廃棄物の発生量が低減され、地球環境の保全に寄与できる可能性は大きい。  The present invention provides an extremely simple production method of “all the diluent produced as a by-product in the reaction is recovered with high purity by adding a part of the diluent in the reaction step of tantalum production”. . By introducing this production method, the amount of industrial waste generated in the production of tantalum powder is reduced, and it is highly possible to contribute to the conservation of the global environment.

KF、KCL、NaFの混合塩の融点を示す状態図である  It is a phase diagram which shows melting | fusing point of the mixed salt of KF, KCL, and NaF. 本発明の機器の構成を示す概略図である  It is the schematic which shows the structure of the apparatus of this invention. KF、KCL、NaF単独の水への溶解度を示す図である  It is a figure which shows the solubility to water of KF, KCL, and NaF alone. 本発明の操作手順を示す概略図である  It is the schematic which shows the operation procedure of this invention.

1 反応器
2 反応炉
3 ヒーター
4 ナトリウム投入弁
5 アルゴン封入弁
6 ナトリウム凝縮器
7 攪拌機
8 塩化カリウム投入ホッパー
9 塩化カリウム投入弁
10 圧力 調節器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reactor 2 Reactor 3 Heater 4 Sodium introduction valve 5 Argon filling valve 6 Sodium condenser 7 Stirrer 8 Potassium chloride introduction hopper 9 Potassium chloride introduction valve 10 Pressure regulator

Claims (3)

フッ化タンタル酸カリウムをナトリウムで還元しタンタルを粉末状で得る還元反応に際し、タンタル粉末の比表面積を調整するために反応の希釈剤としてフッ化カリウムと塩化カリウムを予め定めた混合比率の混合塩で用いる製法において、ナトリウムによる還元反応が終了し冷却段階に入る直前において還元反応で副生したフッ化カリウム量に相当する塩化カリウム量を反応器に新たに加えることにより、還元反応後のフッ化カリウムと塩化カリウムの混合比率を反応前に予め定めたフッ化カリウムと塩化カリウムの混合比率と同一とすることを特徴とするタンタル粉末の製造法。In the reduction reaction in which potassium fluorinated tantalate is reduced with sodium to obtain tantalum in powder form, a mixed salt of potassium fluoride and potassium chloride in a predetermined mixing ratio as a reaction diluent to adjust the specific surface area of tantalum powder In the production method used in the above, the amount of potassium chloride corresponding to the amount of potassium fluoride produced as a by-product in the reduction reaction is added to the reactor immediately before the reduction reaction with sodium is completed and the cooling step is started, thereby A method for producing tantalum powder, characterized in that the mixing ratio of potassium and potassium chloride is the same as that previously determined before the reaction. 前記請求項1に記載の還元反応で得られたタンタルと希釈剤を冷却して反応器から取り出し希釈剤をタンタルから分離した後、水に溶解させる溶解工程において溶解工程を二段階とし、その第一段階では溶液をアルカリ性に保持し、反応後の希釈剤中に含まれるフッ化カリウムと塩化カリウム量の飽和溶解度から算出された溶解に必要な水量の1倍以上から4倍未満の範囲の中から選ばれた倍率の水量で溶解させ、第二段階では第一段階の溶解残渣からその全量をフッ化ナトリウムと見なし、フッ化ナトリウム量の飽和溶解度から算出された溶解に必要な水量の等倍以上の水量で溶解させることを特徴とするタンタル粉末の製造法。After separation of the diluent removed from the cooled reactor tantalum diluent obtained by the reduction reaction according to claim 1 of tantalum, a two-stage dissolution step in the dissolution step of dissolving in water, the first In one stage, the solution is kept alkaline, and the amount of water required for dissolution calculated from the saturated solubility of potassium fluoride and potassium chloride contained in the diluent after reaction is in the range of 1 to 4 times the amount of water required for dissolution. In the second stage, the entire amount from the dissolution residue in the first stage is regarded as sodium fluoride, and the amount of water required for dissolution calculated from the saturation solubility of the amount of sodium fluoride is the same A method for producing tantalum powder, characterized by dissolving in the above amount of water. 前記請求項2に記載の溶解工程の第一段階から回収して得られたフッ化カリウムと塩化カリウムの混合塩をフッ化タンタル酸カリウムをナトリウムで還元してタンタルを得る還元反応において希釈剤として再使用し、かつ第二段階から回収して得られたフッ化ナトリウムを製品として再活用することを特徴とするタンタル粉末の製造法。As a diluent in a reduction reaction in which potassium fluoride tantalate is reduced with sodium fluoride, and the mixed salt of potassium fluoride and potassium chloride obtained by recovering from the first stage of the dissolution process according to claim 2 is obtained. A method for producing tantalum powder, characterized in that sodium fluoride obtained by reuse and recovery from the second stage is reused as a product.
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