JPH0250056B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はニオブ塩化物と鉄塩化物の混合物から
ニオブを塩化物の形で分離する方法に関するもの
である。超電導用金属材料として、金属ニオブを
用いる際、超電導性に悪影響をおよぼす磁性金属
例えば鉄、ニツケル、コバルト等の金属ニオブへ
の混入を極力おさえる必要があり通常超電導線メ
ーカーでは、特に鉄含百量を20〜30ppm以下と決
めている。ニオブを含有する化合物、例えばフエ
ロニオブ又はニオブ鉱石の塩素化により、生成す
る塩化物は少量ではあるが、種々の混合物を含ん
でおり、それらの物質の蒸気圧を利用して、凝縮
温度を制御することにより、これらの混合物例え
ばチタン、シリコン、スズ、アルミニウム、鉛等
の成分を夫々分離することが可能である。

しかし、塩素化により得られる五塩化ニオブ
（以下NbCl₅と言う）、塩化第二鉄（以下FeCl₃と
言う）はそれぞれの沸点が247℃（NbCl₅）、319
℃（FeCl₃）と比較的近いため、前記したチタ
ン、シリコン等の分離で用いる凝縮分離法では十
分な分離は不可能である。

これまでに、NbCl₅、FeCl₃の混合物から夫々
の成分の分離方法は、数多く提案されている。

この内一般に用いられる方法は、FeCl₃のみを
選択的に水素還元してFeCl₃を高沸点を持つ塩化
第一鉄（沸点1012℃）（以下FeCl₂と言う）とし、
FeCl₂とNbCl₅との沸点差を利用して蒸留分離す
る方法である。しかし、この方法はFeCl₃の還元
の際一部NbCl₅もNbCl₄やNb₃Cl₃などの低級塩化
物に還元され、これらの低級塩化物はNbCl₅の沸
点近傍では、不揮発性のためニオブ損失が多くな
る欠点がある。

又NbCl₅、FeCl₃とNaClとの反応によりFeCl₃
−NaClなる低融点化合物を生成させ、分離する
方法がある。しかしこの方法では、多量のNaCl
を必要とするなど、必ずしも好ましい分離法では
ない。

本発明者は、簡単で、かつ確実に歩留りよく
NbCl₅、FeCl₃を夫々に分離する方法を研究した
結果、本発明を完成した。即ち、本発明はFeCl₃
とNbCl₅の鉄源による選択還元を利用することを
主旨とするもので本方法では鉄源を使用するた
め、不純物の汚染もなく、又副生FeCl₂も染料等
に利用できるという利点がある。

次に本発明を詳述する。

本発明は、NbCl₅、FeCl₃の混合物からNbCl₅
を得る方法であるが、この混合物は、前記した様
に、フエロニオブの塩素化、ニオブ、鉄を含有す
る鉱石の塩素化等によつて得ることができる。

NbCl₅、FeCl₃混合物中のFeCl₃は 2FeCl₃＋Fe＝3FeCl₂ で表わされる反応で、FeCl₂となる。この際用い
る鉄源は上式に於ける化学量論量で十分である。
この反応は約150℃から開始し、FeCl₂が生成す
る。その後温度上昇とともに、NbCl₅のみが気化
し、FeCl₂とNbCl₅との分離が可能となる。

上記の反応は、吸湿性の強い塩化物を取扱うた
め、水分含有量の少ない例えば乾燥空気、N₂、
Ar、He等の雰囲気で行うのが好ましい。

又、反応の方法は、特に限定されるものではな
いが、例えば密封した反応容器又は、前記したよ
うな不活性気体を流通させながら反応を行う方法
等が用いられる。

本発明では、NbCl₅、FeCl₃混合塩化物に含ま
れるFeCl₃のモル数の1/2に相当する鉄源を配合
して反応を行えば、事実上良いが好ましくは、そ
の配合比は0.4モル以上、0.6モル以下更に好まし
くは、0.45モル〜0.5モルの範囲にて反応するこ
とである。なぜならば、その配合比が0.4モルよ
り少では、精製NbCl₅中にFeCl₃の混入量が多く
なり、又0.6モルより上では 2NbCl₅＋Fe＝2NbCl₄＋FeCl₂ の反応により蒸気圧の低いNbCl₄が生成し、
FeCl₂との分離が困難となりニオブ損失が多くな
るためである。

本発明の別の特徴は、還元剤として鉄源のほか
フエロニオブにても、同様の効果を得られること
である。すなわち本発明では還元剤として、作用
する鉄源さえNbCl₅、FeCl₃系に存在させれば、
これを選択的還元剤として利用出来ることであ
る。

本発明で用いる鉄源としては、電解鉄、還元
鉄、カーボニル鉄、アトマイズ鉄粉、フエロニオ
ブ等があげられるが、その形状としてはNbCl₅、
FeCl₃混合塩との接触面積を増加させる点から、
粉末状が好ましい。又その粒度については、特に
限定されるものではないが、100メツシユ以下が
好ましい。

本発明で、鉄源による還元反応の反応温度は
100℃以上であれば、特に限定されないが、通常
は反応性および分離効率の点より150〜250℃が好
ましい。しかし300℃以上では未反応のFeCl₃が、
NbCl₅と供に気化するため分離効率が低下するの
で好ましくない。

反応を、減圧下で行う場合は、反応温度はその
減圧度に対応して、NbCl₅蒸気圧も相対的に低下
するため、温度低下を図ることが可能である。
又、迅速な反応速度を得るため加圧下で行う事も
可能である。

本発明はNbCl₅とFeCl₃の混合物より簡単に、
高純度のNbCl₅が得られる。従つて、得られた
NbCl₅を還元して得た金属ニオブも純度が高く広
範囲の用途に利用できる。次に実施例で、更に詳
細に説明するが、本発明はこれらに限定されるも
のではない。

実施例 １ NbCl₅とFeCl₃の混合物は次の方法で得た。

市販のフエロニオブ（64wt％Nb200メツシユ
以下）を用いて、塩素ガス流量250c.c.／Ｍ、反応
温度300℃の条件下にて、塩素化し、生成塩化物
は、凝縮個所に温度勾配を設けて捕集した。凝縮
温度約220〜250℃付近では、FeCl₃濃度の高い、
高沸点塩化物、それより低い温度ではNbCl₅濃度
の高い低沸点塩化物に選択凝縮させて、塩化物を
回収した。

本実施例で用いたNbCl₅、FeCl₃混合塩化物は
低い凝縮温度で回収した低沸点塩化物で、Ｘ線回
析の結果、NbCl₅、FeCl₃の混合であり、他の低
級塩化物は認められなかつた。又、定量分析の結
果、NbCl₅82.2モル％、FeCl₃17.8モル％であつ
た。この混合塩化物５ｇに対して、2FeCl₃＋Fe
−3FeCl₂の反応式に合う、化学量論量の電解鉄
粉（200メツシユ以下）を0.099ｇ添加し、十分混
合後、これを図−１に示したパイレツクス製ガラ
ス容器のＢ部に入れ、真空ポンプにて排気しなが
ら、Ａ部の先端を封じ切つた。Ａ部、Ｂ部の温度
200℃にて３時間反応を行つた。反応後、Ｂ部は
250℃まで温度を上げ、Ａ部のヒーターのみ電源
を切り１時間放冷し、その後Ｂ部のヒーター電源
も切り冷却した。その結果、Ａ部には黄色の
NbCl₅B部には緑黄色のFeCl₂に分離されていた。
尚、Ａ部のNbCl₅中のFeを定量分析した結果、
Feは15ppmであつたため超電導用金属ニオブの
原料として十分使用出来ることが解つた。

実施例 ２ 実施例１と同様にしてフエロニオブを塩素化し
低い凝縮温度にて捕集した低沸点塩化物
（NbCl₅：82.2モル％、FeCl₃17.8モル％）100ｇに
対してアトマイズ鉄粉（325メツシユ以下）2.0ｇ
を添加し、十分混合後、これを図−２に示した。
パイレツクス製ガラスボールに入れ、Ar50c.c.／
Ｍの気流中、反応温度200℃にて選択還元反応を
行つた。反応後、ボート部にはFeCl₂とNbCl₅、
空冷部にはNbCl₅に分離出来た。ボート部の
FeCl₂、NbCl₅はその後、250℃に温度を上げAr
ガスによりNbCl₅を輸送することにより、ボート
部にはFeCl₂のみが残り、空冷部にNbCl₅が回収
された。

回収NbCl₅を分析した結果、Feは18ppmであつ
た。

【図面の簡単な説明】

図−１，２は本発明の実施例１、２で用いた
NbCl₅とFeCl₃の分離を行う装置を概略図に示す。 図中１は加熱部、２はパイレツクスガラス製反
応容器、３は原料塩化物、４は精製五塩化ニオ
ブ、５は熱電対を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ニオブ塩化物、鉄塩化物を含む混合物と鉄源
   とを反応させ加熱することを特徴とするニオブの
   分離方法。 ２ 鉄源として、電解鉄、還元鉄、アトマイズ
   鉄、カーボニル鉄、フエロニオブからなる群から
   選ばれた１種以上を用いる特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ３ ニオブ及び鉄を含む合金又は鉱石を塩素化し
   て得たニオブ塩化物、鉄塩化物の混合物を用いる
   特許請求の範囲第１又は第２項記載の方法。