RU2314258C1

RU2314258C1 - Method of production of tantalum hydroxide

Info

Publication number: RU2314258C1
Application number: RU2006118931/15A
Authority: RU
Inventors: Елена Евгеньевна Никишина (RU); Елена Евгеньевна Никишина; Дмитрий Васильевич Дробот (RU); Дмитрий Васильевич Дробот; Елена Николаевна Лебедева (RU); Елена Николаевна Лебедева
Original assignee: Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2008-01-10

Abstract

FIELD: chemical industry; electronic industry; other industries; methods of production of tantalum hydroxide.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to the synthesis of the inorganic compounds, in particular, to the method of production of tantalum hydroxide and may be used for manufacture of the materials used in the computer, electronic and optoelectronic equipment. The method of production of tantalum hydroxide provides for treatment of the tantalum pentachloride with the ammonia solution, decantation of the solution, filtration and drying of the sediment. The treatment of the tantalum pentachloride is conducted using the ammonia solution with concentration of 6.0-9.5 mole/l at the ratio of the volumes of the solid and liquid phases of 1:(3-5). The technical result of the invention is simplification of the process of production of tantalum hydroxide with the increased content of the tantalum pentaoxide, the low content of the chloride-ion and the increased specific surface of the produced hydroxide.

EFFECT: the invention ensures simplification of the process of production of tantalum hydroxide with the increased content of the tantalum pentaoxide, the low content of the chloride-ion and the increased specific surface of the produced hydroxide.

8 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к синтезу неорганических соединений, а именно к способу получения гидроксида тантала, и может быть использовано для изготовления материалов компьютерной, электронной и оптоэлектронной техники.The invention relates to the synthesis of inorganic compounds, and in particular to a method for producing tantalum hydroxide, and can be used for the manufacture of computer, electronic and optoelectronic equipment materials.

Известен способ получения гидроксида тантала путем сплавления пентаоксида тантала с пиросульфатом или кислым сульфатом калия. Растворимый сульфатный комплекс выщелачивают серной кислотой с концентрацией 5-6 мол/л, далее проводят гидролитическое осаждение гидроксида с повторным переводом в раствор и осаждением аммиаком (Файрбротер Ф. Химия ниобия и тантала. М.: Химия, 1972, с.37).A known method of producing tantalum hydroxide by fusing tantalum pentoxide with pyrosulfate or potassium hydrogen sulfate. The soluble sulfate complex is leached with sulfuric acid with a concentration of 5-6 mol / L, then hydrolytic precipitation of the hydroxide is carried out with repeated transfer to the solution and precipitation with ammonia (Firebroter F. Chemistry of niobium and tantalum. M: Chemistry, 1972, p.37).

Недостатком способа является образование плохо фильтрующегося гелеобразного осадка, который трудно отделяется от примесных ионов и требует длительного высушивания, которое в отдельных случаях проводится при нагревании.The disadvantage of this method is the formation of poorly filtered gel-like precipitate, which is difficult to separate from impurity ions and requires long-term drying, which in some cases is carried out by heating.

Известен способ получения гидроксида тантала с использованием пентахлорида тантала и растворов аммиака в диапазоне концентраций 0,12-12 моль/л (В.В.Сахаров, Н.Е.Иванова, С.С.Коровин, М.А.Захаров. Топохимическое получение гидроокисей ниобия и тантала из различных соединений. //Ж. неорган. химии, 1974, т.19, №3, с.579-584).A known method of producing tantalum hydroxide using tantalum pentachloride and ammonia solutions in the concentration range of 0.12-12 mol / l (V.V. Sakharov, N. E. Ivanova, S. S. Korovin, M. A. Zakharov. Topochemical preparation hydroxides of niobium and tantalum from various compounds // Journal of Inorganic Chemistry, 1974, v.19, No. 3, pp. 579-584).

Недостатком способа является чрезмерно высокий расход аммиака (в 70 и более раз сверх стехиометрии), что нецелесообразно. Реакцию проводят обработкой пентахлорида тантала раствором аммиака без учета экзотермического характера процесса, связанного с большим выделением тепла, что приводит к выбросу реакционной смеси.The disadvantage of this method is the excessively high consumption of ammonia (70 or more times over stoichiometry), which is impractical. The reaction is carried out by treating tantalum pentachloride with an ammonia solution without taking into account the exothermic nature of the process associated with high heat generation, which leads to the release of the reaction mixture.

Другим недостатком является то, что в полученном гидроксиде содержатся примеси (в частности, хлорид-иона). Содержание хлорид-иона определяет, в конечном счете, возможности использования материалов, полученных из гидроксида тантала.Another disadvantage is that the obtained hydroxide contains impurities (in particular, chloride ion). The content of chloride ion ultimately determines the possibility of using materials derived from tantalum hydroxide.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения гидроксида тантала методом водно-аммиачного гидролиза с использованием концентрированного раствора аммиака (25%-ный раствор). Отношение объемов твердой и жидкой фаз (Т:Ж) составляет 1:(2,5-3). Маточник декантируют. Влажный осадок высушивают при 120-220°С. Содержание пентаоксида тантала в получаемом гидроксиде составляет 60-70 мас.% (Дробот Д.В., Чуб А.В., Крохин В.А., Мальцев Н.А. Проблемы применения хлорных методов в металлургии редких металлов. М.: Металлургия, 1991, с.150-162).Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is a method for producing tantalum hydroxide by the method of water-ammonia hydrolysis using concentrated ammonia solution (25% solution). The ratio of the volumes of solid and liquid phases (T: G) is 1: (2.5-3). The mother liquor is decanted. The wet cake is dried at 120-220 ° C. The content of tantalum pentoxide in the resulting hydroxide is 60-70 wt.% (Drobot D.V., Chub A.V., Krokhin V.A., Maltsev N.A. Problems of the use of chlorine methods in the metallurgy of rare metals. M: Metallurgy , 1991, p. 150-162).

Недостатком способа является использование концентрированного раствора аммиака, что предопределяет бурное протекание реакции взаимодействия с возможным выбросом и потерями самого пентахлорида на начальной стадии процесса. Степень очистки по хлорид-иону низкая, поскольку содержание хлорид-ионов в промывных водах на конечной стадии отмывки составляет 10-15 г/л. Осадок гидроксида тантала получают во влажном виде и для его высушивания требуется термообработка при 120-200°С.The disadvantage of this method is the use of a concentrated ammonia solution, which determines the rapid course of the reaction with the possible release and loss of pentachloride at the initial stage of the process. The degree of purification by chloride ion is low, since the content of chloride ions in the wash water at the final stage of washing is 10-15 g / l. The tantalum hydroxide precipitate is obtained in a wet form and it requires heat treatment at 120-200 ° C to dry it.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса получения гидроксида тантала с повышенным содержанием пентаоксида тантала, низким содержанием хлорид-иона и увеличение удельной поверхности получаемого гидроксида.The technical task of the invention is to simplify the process of producing tantalum hydroxide with a high content of tantalum pentoxide, a low content of chloride ion and an increase in the specific surface of the resulting hydroxide.

Техническое решение поставленной задачи достигается смешением соединения тантала с водным раствором аммиака и использованием в качестве соединения тантала пентахлорида тантала, а в качестве раствора аммиака - раствор аммиака с концентрацией 6,0-9,5 мол/л при отношении объемов твердой и жидкой фаз (Т:Ж)=1:(3-5) с последующими операциями по декантации маточного раствора, отделения твердой фазы путем фильтрации и высушивания на воздухе. В этих условиях (раствор аммиака с концентрацией 6,0-9,5 мол/л при Т:Ж=1:(3-5)) реакция взаимодействия пентахлорида с раствором аммиака проходит по твердофазному механизму (обмен хлорид-ионов на гидроксил-ионы в твердой фазе), что обеспечивает получение плотного, хорошо фильтрующегося осадка гидроксида тантала с высоким значением удельной поверхности.The technical solution of this problem is achieved by mixing the tantalum compound with aqueous ammonia and using tantalum pentachloride as the tantalum compound, and using an ammonia solution with a concentration of 6.0-9.5 mol / L as the ratio of solid and liquid phases (T : G) = 1: (3-5) followed by decantation of the mother liquor, separation of the solid phase by filtration and drying in air. Under these conditions (ammonia solution with a concentration of 6.0-9.5 mol / l at T: L = 1: (3-5)), the reaction of the interaction of pentachloride with an ammonia solution proceeds by the solid-state mechanism (exchange of chloride ions to hydroxyl ions in the solid phase), which provides a dense, well-filtered sediment of tantalum hydroxide with a high specific surface area.

Пример 1. Для опыта используют термостойкий стакан вместимостью 800-1000 мл. Пентахлорид тантала TaCl₅, предварительно измельченный, в количестве 39,6 г (0,11 моль) вносят небольшими порциями при перемешивании в предварительно охлажденный раствор аммиака с концентрацией 7,6 моль/л, взятом в количестве 160 мл (отношение Т:Ж=1:4). Для полноты прохождение гетерофазной реакции взаимодействия реакционную смесь оставляют без перемешивания на 2 часа. После этого осветленный маточный раствор сливают путем декантации, осадок заливают свежей порцией дистиллированной воды в объеме 200-300 мл и оставляют для отстаивания. Для избежания трудностей, связанных с седиментацией мелкодисперсных частиц осадка, дальнейшую промывку осуществляют методом декантации. Операции по декантации проводят несколько раз, контролируя рН маточного раствора и содержание хлорид-иона с использованием AgNO₃. Декантацию заканчивают при достижении рН раствора 7-7,5 и отрицательной реакцией на хлорид-ион. Осадок гидроксида тантала переносят на фильтр. Окончательное высушивание до сыпучего состояния проводят на воздухе, разложив продукт на двойной слой кальки с фильтровальной бумагой.Example 1. For the experiment using a heat-resistant glass with a capacity of 800-1000 ml. Tantalum pentachloride TaCl ₅ , pre-crushed, in an amount of 39.6 g (0.11 mol) is added in small portions with stirring in a pre-cooled ammonia solution with a concentration of 7.6 mol / L, taken in an amount of 160 ml (T: W ratio = 1: 4). For completeness, the passage of the heterophase reaction of the reaction, the reaction mixture is left without stirring for 2 hours. After this, the clarified mother liquor is drained by decantation, the precipitate is poured with a fresh portion of distilled water in a volume of 200-300 ml and left to settle. To avoid difficulties associated with the sedimentation of fine particles of sediment, further washing is carried out by decantation. Decantation operations are carried out several times, controlling the pH of the mother liquor and the content of chloride ion using AgNO ₃ . The decantation is completed when the pH of the solution reaches 7-7.5 and a negative reaction to the chloride ion. The tantalum hydroxide precipitate was transferred to a filter. The final drying to a granular state is carried out in air, decomposing the product into a double layer of tracing paper with filter paper.

Получают 28,3 г гидроксида тантала, что составляет 96% выхода от теоретического. Содержание пентаоксида тантала составляет 82 мас.%, хлорид-иона - 0,02%. Гидроксид тантала получают в виде аморфного (данные РФА), сыпучего белого порошка. Состав гидроксида может быть представлен формулой ТаО(ОН)₃·nH₂O (где n<2). Удельная поверхность порошка гидроксида составляет 130 м²/г, дисперсность порошка - 8 мкм.Obtain 28.3 g of tantalum hydroxide, which is 96% of the theoretical yield. The content of tantalum pentoxide is 82 wt.%, The chloride ion is 0.02%. Tantalum hydroxide is obtained in the form of amorphous (XRD data), free-flowing white powder. The hydroxide composition can be represented by the formula TaO (OH) ₃ · nH ₂ O (where n <2). The specific surface of the hydroxide powder is 130 m ² / g, the dispersion of the powder is 8 μm.

Примеры №2-8 проводят аналогично примеру №1 (во всех опытах навеска пентахлорида тантала - 39,6 г), режимы приведены в таблице.Examples No. 2-8 are carried out analogously to example No. 1 (in all experiments, the weighed portion of tantalum pentachloride is 39.6 g), the modes are shown in the table.

№No. Концентрация раствора аммиака, моль/лThe concentration of ammonia solution, mol / l Отношение Т:ЖThe ratio of T: W Содержание Ta₂O₅ в гидроксиде, мас.%The content of Ta ₂ O ₅ in the hydroxide, wt.% Остаточная концентрация Cl^--иона (%) в гидроксидеThe residual concentration of Cl ^- ion (%) in the hydroxide Удельная поверхность, м²/гSpecific surface, m ² / g Дисперсность, мкмDispersion, microns 1one 6,76.7 1:41: 4 82,082.0 0,020.02 130130 8,08.0 22 6,16.1 1:51: 5 81,081.0 0,010.01 132132 8,08.0 33 7,47.4 1:41: 4 83,083.0 0,020.02 130130 8,08.0 4four 9,59.5 1:31: 3 85,085.0 0,010.01 125125 9,09.0 55 6,56.5 1:81: 8 75,075.0 0,500.50 135135 8,08.0 66 6,56.5 1:11: 1 80,080.0 0,500.50 130130 8,08.0 77 4,04.0 1:41: 4 63,063.0 0,200.20 138138 7,07.0 прото-типprototype 13,4(25%-ный раствор)13.4 (25% solution) 1:31: 3 65,065.0 0,200.20

Таким образом, предлагаемый нами способ, в отличие от описанного в прототипе, позволяет получать гидроксид тантала в виде сухого, сыпучего порошка при высушивании в обычных условиях, не требующих термообработки, с содержанием пентаоксида тантала на 15-20% выше и с содержанием хлорид-иона в 8-10 раз меньше.Thus, our proposed method, in contrast to that described in the prototype, allows to obtain tantalum hydroxide in the form of a dry, free-flowing powder when dried under normal conditions that do not require heat treatment, with a tantalum pentoxide content of 15-20% higher and with a chloride ion content 8-10 times less.

Claims

A method of producing tantalum hydroxide by treating tantalum pentachloride with an ammonia solution, decanting the solution, filtering and drying the precipitate, characterized in that the tantalum pentachloride is treated with an ammonia solution with a concentration of 6.0-9.5 mol / l with a ratio of solid and liquid phases of 1: (3-5).