RU2647971C2 - Method for obtaining the tantalum dust of a regulate size - Google Patents

Method for obtaining the tantalum dust of a regulate size Download PDF

Info

Publication number
RU2647971C2
RU2647971C2 RU2016114945A RU2016114945A RU2647971C2 RU 2647971 C2 RU2647971 C2 RU 2647971C2 RU 2016114945 A RU2016114945 A RU 2016114945A RU 2016114945 A RU2016114945 A RU 2016114945A RU 2647971 C2 RU2647971 C2 RU 2647971C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tantalum
sodium
melt
potassium
reducing agent
Prior art date
Application number
RU2016114945A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016114945A (en
Inventor
Олег Яковлевич Обгольц
Владимир Петрович Волынкин
Лариса Михайловна Фролова
Валерий Николаевич Ангилевко
Original Assignee
Акционерное общество "Ульбинский металлургический завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Ульбинский металлургический завод" filed Critical Акционерное общество "Ульбинский металлургический завод"
Publication of RU2016114945A publication Critical patent/RU2016114945A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2647971C2 publication Critical patent/RU2647971C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B34/00Obtaining refractory metals
    • C22B34/20Obtaining niobium, tantalum or vanadium

Landscapes

  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to the metallothermic production of tantalum dust by reduction from a complex fluoride salt of tantalum in hot solution of halogen salts of alkali metals. Method comprises scaling of complex fluoride banding and reducing agent into a hot solution of alkali metal halogen salts and stirring the hot solution to ensure the reduction of the tantalum dust. Scaling of the complex fluoride salt of tantalum and a reducing agent into the hot solution of halogen salts of alkali metals is carried out by at least twenty portions. Average excess amount of the reducing agent presenting in the reactional hot solution from the stoichiometrically necessary to restore a single scale of the complex fluoride salt of tantalum is set from minus 250 % to plus 100 %. Sulfur content in the reactional hot solution is maintained at not more than 0.085 mass% in terms of the sulfate ion.
EFFECT: improved management of the reduction process is provided.
3 cl, 2 dwg, 4 tbl, 19 ex

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности касается способа получения первичного порошка тантала регулируемой крупности путем металлотермического восстановления из комплексного фтористого соединения в среде расплава галоидных солей щелочных металлов. Порошок может использоваться для производства радиотехнических конденсаторов.The invention relates to powder metallurgy, in particular, to a method for producing primary tantalum powder of controlled fineness by metallothermal reduction from a complex fluoride compound in a melt of alkali metal halide salts. The powder can be used for the manufacture of radio capacitors.

Известен способ получения порошка тантала (United States Patent №4582530 «Method of making a valve metal powder for electrolytic condensers and the like» / Hans J. Heinrich, Meinhard Aits. 1986. МПК B22F 9/16; B22F 9/20; C22B 34/24; C22C 1/04; C22B 34/00; B22F 009/00), который включает в себя следующие операции:A known method of producing tantalum powder (United States Patent No. 4582530 "Method of making a valve metal powder for electrolytic condensers and the like" / Hans J. Heinrich, Meinhard Aits. 1986. IPC B22F 9/16; B22F 9/20; C22B 34 / 24; C22C 1/04; C22B 34/00; B22F 009/00), which includes the following operations:

- формирование смеси двойной фтористой соли вентильного металла и металлического натрия или калия, или сплава натрия с калием;- the formation of a mixture of a double fluoride salt of a valve metal and metallic sodium or potassium, or an alloy of sodium with potassium;

- добавление в смесь эффективного количества серы;- adding an effective amount of sulfur to the mixture;

- нагревание реакционной смеси с образованием расплава;- heating the reaction mixture to form a melt;

- выщелачивание солевых продуктов реакции.- leaching of salt reaction products.

В качестве вентильного металла выступает тантал.Tantalum acts as a valve metal.

Серу в реакционную смесь вводят в виде элементарной серы, серного цвета, неорганического или органического соединения в количестве от 50 ррm до 500 ррm (от 0,005% до 0,05%) от количества вентильного металла.Sulfur is introduced into the reaction mixture in the form of elemental sulfur, sulfur, an inorganic or organic compound in an amount of from 50 ppm to 500 ppm (from 0.005% to 0.05%) of the amount of the valve metal.

Недостатком известного способа является то, что способ не позволяет получать порошок с удельной поверхностью более 0,6 м2/г.The disadvantage of this method is that the method does not allow to obtain a powder with a specific surface area of more than 0.6 m 2 / g

Также известен способ получения порошка тантала (United States Patent №5234491 «Method of producing high surface area, low metal impurity» / Hongtu Chang. 1993. МПК B22F 9/24; B22F 9/16; C22B 34/24; C22B 34/00; B22F 009/18), который включает в себя следующие операции:Also known is a method for producing tantalum powder (United States Patent No. 5234491 “Method of producing high surface area, low metal impurity” / Hongtu Chang. 1993. IPC B22F 9/24; B22F 9/16; C22B 34/24; C22B 34/00 ; B22F 009/18), which includes the following operations:

- добавление в реактор компонента, имеющего большую химическую активность, чем материал реактора, в количестве, достаточном для того, чтобы удалить часть воды и воздуха из реактора;- adding to the reactor a component having a greater chemical activity than the material of the reactor in an amount sufficient to remove part of the water and air from the reactor;

- восстановление тантала из соединения восстанавливающим агентом с получением порошка тантала.- reduction of tantalum from the compound with a reducing agent to obtain tantalum powder.

Способ направлен в первую очередь на уменьшение коррозионного воздействия газов, выделяющихся из солей при их нагревании и плавлении, на материал тигля или футеровки тигля.The method is primarily aimed at reducing the corrosive effects of gases released from salts during their heating and melting on the material of the crucible or lining of the crucible.

В качестве активного компонента используют щелочные или щелочноземельные металлы. Предпочтительно, используют металлический натрий (кусковой), который загружают на дно тигля под слой солей.As the active component, alkali or alkaline earth metals are used. Preferably, metallic sodium (lumpy) is used, which is loaded onto the bottom of the crucible under a layer of salts.

Образующийся оксид активного компонента, присутствующий в расплаве, выступает в качестве центров кристаллизации и способствует получению более мелкого порошка.The resulting oxide of the active component present in the melt acts as crystallization centers and contributes to a finer powder.

Недостатком известного способа является то, что активный компонент, загружаемый в тигель, имеет пониженную удельную поверхность, и, соответственно, скорость поглощения им газов низка. Эффективность использования в качестве активного компонента щелочных или щелочноземельных металлов возрастает лишь при увеличении температуры в тигле выше температуры кипения активного компонента (для натрия 883°С).The disadvantage of this method is that the active component loaded into the crucible has a reduced specific surface area, and, accordingly, the rate of absorption of gases by it is low. The efficiency of using alkali or alkaline earth metals as an active component increases only with an increase in temperature in the crucible above the boiling point of the active component (for sodium, 883 ° С).

Известен способ получения порошка тантала (United States Patent №5442978 «Tantalum production via a reduction of K2TaF7, with diluent salt, with reducing agent provided in a fast series of slug additions» / Richard Hildreth, Malcolm Shaw, Terrance B. Tripp, Leo G. Gibbons. 1995. МПК B22F 9/24; B22F 9/16; C22B 34/24; C22B 34/00; B22F 009/00), который направлен на уменьшение коррозионного воздействия на материал тигля газов, выделяющихся из солей при их нагревании и плавлении. В качестве активного компонента, добавляемого в тигель, выступает мелкодисперсный порошок тантала.A known method of producing tantalum powder (United States Patent No. 5442978 "Tantalum production via a reduction of K 2 TaF 7 , with diluent salt, with reducing agent provided in a fast series of slug additions" / Richard Hildreth, Malcolm Shaw, Terrance B. Tripp , Leo G. Gibbons. 1995. IPC B22F 9/24; B22F 9/16; C22B 34/24; C22B 34/00; B22F 009/00), which aims to reduce the corrosive effects of the gases released from salts by the crucible material heating and melting them. As an active component added to the crucible, finely divided tantalum powder acts.

Недостатком известного способа является то, что порошок тантала добавляют непосредственно в реактор (тигель), что сопряжено с риском загрязнения получаемого порошка примесями, содержащимися в добавляемом порошке. Порошок тантала, добавляемый в реактор, должен иметь повышенную чистоту и, соответственно, имеет повышенную стоимость.The disadvantage of this method is that tantalum powder is added directly to the reactor (crucible), which is associated with the risk of contamination of the resulting powder with impurities contained in the added powder. The tantalum powder added to the reactor must have an increased purity and, accordingly, has an increased cost.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения порошка тантала (United States Patent №4684399 «Tantalum powder process» / Roger M. Bergman, Charles E. Mosheim. 1987. МПК B22F 9/24; B22F 9/16; C22B 5/04; C22B 5/00; C22B 34/24; C22B 34/00; C22B 034/20), согласно которому порошок тантала получают металлотермическим восстановлением из соединения путем непрерывной или порционной загрузки соединения тантала и восстановителя в реактор в течение реакции восстановления.Closest to the proposed invention is a method for producing tantalum powder (United States Patent No. 4684399 "Tantalum powder process" / Roger M. Bergman, Charles E. Mosheim. 1987. IPC B22F 9/24; B22F 9/16; C22B 5/04; C22B 5/00; C22B 34/24; C22B 34/00; C22B 034/20), according to which tantalum powder is obtained by metallothermal reduction from a compound by continuous or batch loading of a tantalum compound and a reducing agent into a reactor during a reduction reaction.

В качестве соединения тантала могут выступать фтортанталат калия или натрия, хлорид тантала или смесь названных соединений, а в качестве восстановителя - натрий, калий или сплав названных металлов. Предпочтительно используют фтортанталат калия и натрий. Фтортанталат калия используют в твердом виде, а натрий - в виде расплава.Potassium or sodium fluorotantalate, tantalum chloride or a mixture of these compounds can act as a tantalum compound, and sodium, potassium, or an alloy of these metals can be used as a reducing agent. Potassium fluorotantalate and sodium are preferably used. Potassium fluorotantalate is used in solid form, and sodium in the form of a melt.

Натрий загружают в реактор со скоростью от 0,09 кг/мин до 6,8 кг/мин.Sodium is loaded into the reactor at a rate of from 0.09 kg / min to 6.8 kg / min.

Фтортанталат калия загружают в реактор порциями от 1/20 до 1/2 от полной загрузки.Potassium fluorotantalate is loaded into the reactor in portions from 1/20 to 1/2 of the full charge.

Температуру в реакторе поддерживают в интервале от 600°С до 950°С.The temperature in the reactor is maintained in the range from 600 ° C to 950 ° C.

Данный способ принимаем за прототип.This method is taken as a prototype.

Недостатком прототипа является то, что регулирование крупности порошка осуществляют путем изменения количества галоидных солей или соединения тантала (фтортанталата калия), а также путем изменения количества порций. Изменение массы галоидных солей или фтортанталата калия приводит к изменению технико-экономических показателей процесса для порошка каждого класса крупности. Увеличение массы порции затрудняет поддержание температуры реакционного расплава на заданном уровне - при загрузке восстановителя расплав нужно охлаждать, а при загрузке соединения тантала (фтортанталата калия) - подогревать, что также увеличивает продолжительность процесса и энергозатраты.The disadvantage of the prototype is that the regulation of the size of the powder is carried out by changing the amount of halide salts or compounds of tantalum (potassium fluorotantalate), as well as by changing the number of servings. A change in the mass of halide salts or potassium fluorotantalate leads to a change in the technical and economic indicators of the process for the powder of each size class. An increase in the portion mass makes it difficult to maintain the temperature of the reaction melt at a predetermined level - when loading the reducing agent, the melt needs to be cooled, and when loading the tantalum compound (potassium fluorotantalate), it must be heated, which also increases the duration of the process and energy consumption.

Задачей предлагаемого изобретения является изменение алгоритма загрузки реагентов и количества сульфат-иона в реакционном расплаве.The task of the invention is to change the algorithm for loading reagents and the amount of sulfate ion in the reaction melt.

Техническим результатом изобретения является упрощение и увеличение эффективности управления процессом восстановления.The technical result of the invention is to simplify and increase the efficiency of managing the recovery process.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в отличие от известного способа металлотермического получения порошка тантала восстановлением из комплексной фтористой соли тантала в расплаве галоидных солей щелочных металлов, включающего загрузку комплексной фтористой соли и восстановителя в расплав галоидных солей щелочных металлов и перемешивание расплава с обеспечением восстановления тантала, загрузку комплексной фтористой соли и восстановителя в расплав галоидных солей щелочных металлов проводят не менее чем двадцатью порциями, при этом средний за процесс избыток восстановителя, присутствующего в реакционном расплаве, от стехиометрически необходимого для восстановления одной загружаемой порции комплексной фтористой соли тантала составляет от минус 250% до плюс 100%, причем содержание серы в реакционном расплаве поддерживают не более 0,085% (мас.) в пересчете на сульфат-ион.The essence of the invention lies in the fact that, in contrast to the known method of metallothermal production of tantalum powder by reduction from a complex fluoride salt of tantalum in a melt of alkali metal halide salts, which includes loading the complex fluoride salt and a reducing agent into a melt of alkali metal halide salts and mixing the melt to ensure tantalum recovery , loading complex fluoride salts and a reducing agent in the melt of halides of alkali metals is carried out not less than twenty in portions, while the average for the process excess of the reducing agent present in the reaction melt, from the stoichiometrically necessary to restore one loaded portion of the complex tantalum fluoride salt, is from minus 250% to plus 100%, and the sulfur content in the reaction melt is maintained no more than 0.085% (wt. .) in terms of sulfate ion.

При проведении восстановления в качестве исходной комплексной фтористой соли тантала может выступать фтортанталат калия или фтортанталат натрия, в качестве восстановителя - натрий, калий или сплав натрия с калием, а в качестве галоидных солей щелочных металлов - калий хлористый, калий фтористый, натрий хлористый, натрий фтористый или смесь, по крайней мере, из двух указанных солей. Предпочтительно, в качестве исходной комплексной фтористой соли тантала выступает фтортанталат калия, в качестве восстановителя - натрий, а реакционный расплав состоит из калия хлористого и калия фтористого.During the reduction, potassium fluorotantalate or sodium fluorotantalate can act as the initial complex tantalum fluoride salt, sodium, potassium, or an alloy of sodium with potassium as a reducing agent, and potassium chloride, potassium fluoride, sodium chloride, and sodium fluoride as halide salts of alkali metals or a mixture of at least two of these salts. Preferably, the starting complex tantalum fluoride salt is potassium fluorotantalate, sodium is the reducing agent, and the reaction melt consists of potassium chloride and potassium fluoride.

Установлено, что крупность получаемого порошка зависит от концентрации фтортанталата калия и натрия в реакционном расплаве, отнесенной к массе порции фтортанталата калия. При увеличении концентрации фтортанталата калия крупность получаемого порошка увеличивается, а при увеличении концентрации натрия - уменьшается. Как будет показано ниже в примерах, с изменением концентрации реагентов крупность получаемого порошка изменяется монотонно.It was found that the size of the obtained powder depends on the concentration of potassium fluorotantalate and sodium in the reaction melt, referred to the mass of a portion of potassium fluorotantalate. With an increase in the concentration of potassium fluorotantalate, the size of the obtained powder increases, and with an increase in the concentration of sodium, it decreases. As will be shown in the examples below, with a change in the concentration of reagents, the fineness of the obtained powder changes monotonously.

Для удобства практического применения удельную концентрацию фтортанталата калия и удельную концентрацию натрия выражают через удельную концентрацию одного реагента, а именно натрия. Удельную концентрацию натрия выражают в виде избытка от стехиометрически необходимого для восстановления одной загружаемой порции фтортанталата калия.For the convenience of practical use, the specific concentration of potassium fluorotantalate and the specific concentration of sodium are expressed in terms of the specific concentration of one reagent, namely sodium. The specific concentration of sodium is expressed as the excess of the stoichiometrically necessary for the recovery of one loaded portion of potassium fluorotantalate.

Положительный избыток означает присутствие избыточного натрия в расплаве, а отрицательный - присутствие избыточного фтортанталата калия.A positive excess indicates the presence of excess sodium in the melt, and a negative excess indicates the presence of excess potassium fluorotantalate.

Избыток натрия от стехиометрически необходимого для восстановления загружаемой

Figure 00000001
порции фтортанталата калия рассчитывают следующим образом:Excess sodium from stoichiometrically necessary to recover boot
Figure 00000001
portions of potassium fluorotantalate are calculated as follows:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

гдеWhere

ω - избыток натрия, %ω - excess sodium,%

Figure 00000003
- масса натрия;
Figure 00000003
- mass of sodium;

mфтк - масса фтортанталата калия;m ftk is the mass of potassium fluorotantalate;

0,2933 - коэффициент пропорциональности, связывающий массу фтортанталата калия с массой натрия, стехиометрически необходимой для восстановления тантала (рассчитывают из уравнения реакции);0.2933 is the proportionality coefficient connecting the mass of potassium fluorotantalate with the mass of sodium stoichiometrically necessary for tantalum reduction (calculated from the reaction equation);

n - общее количество порций.n is the total number of servings.

На последней порции в тигель загружают весь избыточный натрий, необходимый для гарантированно полного протекания реакции восстановления. Поскольку масса избыточного натрия может быть сопоставима с массой натрия, необходимой для восстановления одной порции фтортанталата калия, то последнюю порцию в расчет не принимают.In the last portion, all excess sodium, which is necessary for the guaranteed complete progress of the reduction reaction, is loaded into the crucible. Since the mass of excess sodium can be comparable with the mass of sodium necessary to restore one portion of potassium fluorotantalate, the last portion is not taken into account.

Избыток натрия, рассчитанный для всех порций, принимаемых в расчет (n-1), усредняют.The excess sodium calculated for all portions taken into account (n-1) is averaged.

Установлено, что увеличение среднего за процесс избытка натрия более 100% приводит к увеличению содержания кислорода в получаемом порошке. Вследствие испарения избыточный натрий попадает в патрубок загрузки фтортанталата калия, что вызывает его забивание восстановленным продуктом. При уменьшении среднего за процесс избытка натрия менее «минус» 250% в получаемом порошке увеличивается содержание щелочных металлов.It is established that an increase in the average excess of sodium over a process of more than 100% leads to an increase in the oxygen content in the resulting powder. Due to evaporation, excess sodium enters the potassium fluorotantalate loading port, which causes it to become clogged with the reduced product. When the average sodium excess for the process is reduced to less than “minus” 250%, the content of alkali metals in the resulting powder increases.

Сера, содержащаяся в реакционном расплаве, например, в виде сульфат-иона, выступает в качестве поверхностно-активного вещества. Поверхностные свойства соприкасающихся фаз оказывают влияние на скорость образования и роста кристаллов (Хамский Е.В. «Кристаллизация в химический промышленности». – М.: Химия, 1969, стр. 55, 103, 104), в нашем случае частиц порошка.Sulfur contained in the reaction melt, for example, in the form of a sulfate ion, acts as a surfactant. The surface properties of the contacting phases affect the rate of formation and growth of crystals (Khamsky EV "Crystallization in the chemical industry." - M .: Chemistry, 1969, p. 55, 103, 104), in our case, powder particles.

При проведении восстановления в соответствии с данным изобретением увеличение содержания серы в реакционном расплаве приводит к ускорению погружения в расплав продукта, восстанавливающегося на поверхности. При погружении в расплав восстановленный продукт охлаждается, и рост частиц порошка прекращается.When carrying out the reduction in accordance with this invention, an increase in the sulfur content in the reaction melt leads to an acceleration of immersion in the melt of the product being restored on the surface. When immersed in the melt, the reduced product cools and the growth of powder particles stops.

Установлено, что порошок, полученный в результате восстановления в солевом расплаве, с повышенным содержанием серы, имеет повышенную активность при спекании («структурно-чувствительное» свойство). При этом содержание серы в получаемом порошке оказывается ниже чувствительности, используемых методов анализа, например, менее 0,001%. Большая активность при спекании обусловлена меньшим тепловым воздействием, полученным порошком во время восстановления.It was established that the powder obtained as a result of reduction in a salt melt with a high sulfur content has an increased activity during sintering (a “structurally sensitive” property). In this case, the sulfur content in the resulting powder is lower than the sensitivity used by the analysis methods, for example, less than 0.001%. The greater activity during sintering is due to the lower thermal effect obtained by the powder during reduction.

Предпочтительно восстановление проводят в расплаве с минимальным содержанием серы.Preferably, the reduction is carried out in a melt with a minimum sulfur content.

При увеличении содержания серы в реакционном расплаве более 0,085% (масс.) в пересчете на сульфат-ион получаемый порошок отличается повышенной активностью при спекании и не пригоден для производства агломерированных конденсаторных порошков.With an increase in sulfur content in the reaction melt of more than 0.085% (mass.) In terms of sulfate ion, the resulting powder is characterized by increased sintering activity and is not suitable for the production of agglomerated condenser powders.

Протекание реакции восстановления, идущей с выделением тепла, приводит к увеличению температуры реакционного расплава, а загрузка фтортанталата калия, вследствие расходования тепла на нагрев и плавление соли - к уменьшению температуры. Как это будет показано ниже в примерах, количество порций не менее двадцати позволяет поддерживать постоянную температуру расплава с точностью ±10°С, не прибегая ни к искусственному охлаждению, ни к подогреву.The course of the reduction reaction, which proceeds with the release of heat, leads to an increase in the temperature of the reaction melt, and the loading of potassium fluorotantalate, due to the expenditure of heat for heating and melting the salt, leads to a decrease in temperature. As will be shown below in the examples, the number of portions of at least twenty allows maintaining a constant temperature of the melt with an accuracy of ± 10 ° C, without resorting to artificial cooling or heating.

Соли, которые используют для создания реакционного расплава, содержат летучие примеси (вода, свободные кислоты и др.).The salts used to create the reaction melt contain volatile impurities (water, free acids, etc.).

Например, в соли калия хлористого квалификации «ХЧ» допускается содержание свободной кислоты (НСl) до 0,002%, потери при прокаливании - до 0,5%. Полное обезвоживание соли калия хлористого достигается при температуре 550-600°С. При такой температуре неизбежна коррозия большинства конструкционных материалов, включая никель и тантал. Попадание продуктов коррозии сталей, сплавов и никеля в тигель приводит к загрязнению получаемого порошка. Взаимодействие тантала с водой (окисление) приводит к его охрупчиванию и, соответственно, к уменьшению рабочего ресурса оборудования.For example, in the potassium salt of chloride grade “ChP”, the content of free acid (Hcl) is allowed up to 0.002%, the loss on ignition is up to 0.5%. Complete dehydration of potassium chloride salt is achieved at a temperature of 550-600 ° C. At this temperature, corrosion of most structural materials, including nickel and tantalum, is inevitable. The ingress of corrosion products of steels, alloys and nickel into the crucible leads to contamination of the resulting powder. The interaction of tantalum with water (oxidation) leads to its embrittlement and, accordingly, to a decrease in the working life of the equipment.

Для предохранения от коррозии на внутренние поверхности устройства, кроме внутренней поверхности тигля и поверхностей экранов, обращенных к зеркалу реакционного расплава, наносят мелкодисперсный порошок тантала. Порошок наносят в виде суспензии при помощи кисти, валика или пульверизатора из расчета не менее 0,1 кг порошка на 1 м2 поверхности и высушивают, при этом масса порошка должна составлять не менее 0,4 кг на 100 кг галоидных солей щелочных металлов, загружаемых в тигель. После высыхания мелкодисперсный порошок прилипает к поверхности, на которую нанесен так, как это происходит, например, с глиной. Для увеличения прочности сцепления и механической прочности покрытия в пульпу может быть добавлена нейтральная соль, например калий хлористый.To protect against corrosion, finely dispersed tantalum powder is applied to the internal surfaces of the device, in addition to the internal surface of the crucible and the surfaces of the screens facing the mirror of the reaction melt. The powder is applied in the form of a suspension with a brush, roller or spray at the rate of at least 0.1 kg of powder per 1 m 2 of surface and dried, while the mass of the powder should be at least 0.4 kg per 100 kg of alkali metal halides loaded into the crucible. After drying, the fine powder adheres to the surface on which it is applied as it happens, for example, with clay. To increase the adhesion and mechanical strength of the coating, a neutral salt, such as potassium chloride, can be added to the pulp.

Порошковое покрытие несет барьерную функцию, защищая поверхность, на которую оно (покрытие) нанесено от коррозии.Powder coating has a barrier function, protecting the surface on which it (coating) is applied from corrosion.

Мелкодисперсный порошок также является геттером. Поскольку порошковое покрытие располагают со стороны теплоподвода, а также в связи с повышенной удельной поверхностью, порошок окисляется в первую очередь и поглощает газы, выделяющиеся из солей. Таким образом, поддерживая пониженное парциальное давление коррозионно-активных газов внутри устройства, защищают от коррозии элементы внутренней оснастки, на которые порошок не наносят.Fine powder is also a getter. Since the powder coating is located on the heat supply side, as well as due to the increased specific surface area, the powder is oxidized primarily and absorbs gases released from salts. Thus, while maintaining a reduced partial pressure of corrosive gases inside the device, elements of internal equipment that do not apply powder are protected from corrosion.

На Фиг. 1 показана принципиальная схема аппарата восстановления, который использовался при проведении восстановлений.In FIG. Figure 1 shows a schematic diagram of a recovery apparatus that was used in carrying out the restoration.

Устройство содержит печь сопротивления (1), оснащенную системой принудительного воздушного охлаждения (2), для обогрева и охлаждения реторты (3). Реторта имеет теплоизолированную крышку (4) с патрубками для загрузки реагентов (5). Устройство оснащено приспособлением для поддержания и регулирования давления инертного газа, включающим в себя конденсатор паров натрия (18), выхлопной клапан (6) и автоматический клапан для подачи инертного газа (7).The device comprises a resistance furnace (1) equipped with a forced air cooling system (2) for heating and cooling the retort (3). The retort has a thermally insulated cover (4) with nozzles for loading reagents (5). The device is equipped with a device for maintaining and regulating the inert gas pressure, including a sodium vapor condenser (18), an exhaust valve (6) and an automatic valve for supplying inert gas (7).

В качестве выхлопного клапана использовали масляный гидрозатвор, а в качестве автоматического клапана для подачи инертного газа - редуктор второй ступени изолирующего дыхательного аппарата (АП-2000).An oil trap was used as an exhaust valve, and a second-stage reducer of an insulating breathing apparatus (AP-2000) was used as an automatic valve for supplying inert gas.

Для перемешивания реакционного расплава (16) аппарат оснащен мешалкой (8), приводимой в действие механизмом (9), позволяющим перемещать мешалку вверх и вниз вдоль оси вращения.For mixing the reaction melt (16), the apparatus is equipped with a stirrer (8), driven by a mechanism (9), which allows the stirrer to be moved up and down along the axis of rotation.

Для контроля температуры расплава устройство имеет термопару (10), заведенную в аппарат через отдельный порт. Реакционный тигель устройства выполнен в виде отдельного вынимающегося конструктивного элемента (11). Тигель футерован никелем (12) и, поверх никеля, танталом (13). На тигель сверху установлен колпак (14), а на крышке над тиглем установлен экран (15). Экран состоит из двух частей: конической, расположенной над тиглем и цилиндрической, вкладывающейся в патрубок, на котором расположен блок уплотнения и центрирования вала мешалки (17).To control the temperature of the melt, the device has a thermocouple (10) connected to the device through a separate port. The reaction crucible of the device is made in the form of a separate removable structural element (11). The crucible is lined with nickel (12) and, over nickel, with tantalum (13). A cap (14) is mounted on top of the crucible, and a shield (15) is mounted on the lid above the crucible. The screen consists of two parts: conical, located above the crucible and cylindrical, embedded in the pipe, on which the seal and centering unit of the mixer shaft is located (17).

Восстановление проводили следующим образом. В тигель (11) послойно загружали соли. Загруженный тигель помещали в реторту (3), на тигель сверху устанавливали колпак (14). Реторту с тиглем закрывали крышкой, на которой уже были установлены и закреплены мешалка (8), экран (15), термопара (10) и конденсатор (18). При помощи вакуумного насоса из реторты откачивали воздух и заполняли ее аргоном. После заполнения аргоном на конденсатор (18) устанавливали выхлопной клапан (6) и автоматический клапан для подачи аргона (7). Подготовленную реторту помещали в печь (1) и включали нагрев. Для удаления основной массы летучих примесей, содержащихся в солях, реторту выдерживали некоторое время при температуре 300-500°С, после чего температуру в печи увеличивали и расплавляли соли. После расплавления солей мешалку (8) и термопару (10) опускали в расплав и включали перемешивание. Для достижения требуемой температуры восстановления расплав (16) охлаждали при помощи системы принудительно воздушного охлаждения (2). Затем охлаждение прекращали и проводили загрузку реагентов. После завершения восстановления мешалку и термопару поднимали из расплава, а реторту выдерживали некоторое время в печи для лучшего расслаивания расплава, после чего вынимали из печи и охлаждали. После охлаждения реторту разбирали и вынимали тигель. При помощи кантователя тигель переворачивали. Если слиток не выпадал, то при помощи крюка-сбрасывателя тигель поднимали и сбрасывали на стальную плиту для выбивки слитка. Слиток разделяли: часть слитка, не содержащую порошок, дробили и утилизировали отдельно, а часть слитка, содержащую порошок, также дробили и подвергали гидрометаллургической обработке. Солевые продукты растворяли в воде, а порошок обрабатывали в смеси соляной и фтористоводородной кислот, промывали до нейтральной реакции и сушили. Реторту, а также, при необходимости, другие детали устройства зачищали, мыли, сушили и подготавливали к следующему восстановлению.Recovery was carried out as follows. In a crucible (11), salts were loaded in layers. The loaded crucible was placed in a retort (3), a cap (14) was placed on top of the crucible. The retort with the crucible was closed with a lid on which a stirrer (8), a shield (15), a thermocouple (10) and a capacitor (18) were already installed and fixed. Using a vacuum pump, air was pumped from the retort and filled with argon. After filling with argon, an exhaust valve (6) and an automatic valve for supplying argon (7) were installed on the condenser (18). The prepared retort was placed in the furnace (1) and the heating was turned on. To remove the bulk of the volatile impurities contained in the salts, the retort was held for some time at a temperature of 300-500 ° C, after which the temperature in the furnace was increased and the salts were melted. After the salts were melted, the stirrer (8) and the thermocouple (10) were lowered into the melt and stirring was turned on. To achieve the required reduction temperature, the melt (16) was cooled using a forced air cooling system (2). Then the cooling was stopped and the reagents were charged. After completion of the recovery, the stirrer and thermocouple were lifted from the melt, and the retort was kept for some time in the furnace for better separation of the melt, after which it was removed from the furnace and cooled. After cooling, the retort was disassembled and the crucible removed. Using a tilter, the crucible was turned over. If the ingot did not fall out, then with the help of a hook-ejector, the crucible was lifted and dropped onto a steel plate to knock out the ingot. The ingot was separated: the part of the ingot containing no powder was crushed and disposed of separately, and the part of the ingot containing the powder was also crushed and subjected to hydrometallurgical treatment. Salt products were dissolved in water, and the powder was treated with a mixture of hydrochloric and hydrofluoric acids, washed until neutral, and dried. Retort, as well as, if necessary, other parts of the device were cleaned, washed, dried and prepared for the next restoration.

Примеры с 1 по 7Examples 1 to 7

Во всех примерах реакционный расплав составляли из калия хлористого квалификации «ХЧ» в количестве 69,3 кг и калия фтористого безводного марки (сорта) «Special» в количестве 54,5 кг. Суммарная масса 123,8 кг, отношение KCl:KF-1:1 (моль).In all examples, the reaction melt was composed of potassium chloride qualification “ChP” in the amount of 69.3 kg and potassium fluoride anhydrous grade (grade) “Special” in the amount of 54.5 kg. The total mass of 123.8 kg, the ratio of KCl: KF-1: 1 (mol).

В соли калия хлористого квалификации «ХЧ» допускается содержание серы в пересчете на сульфат-ион не более 0,002%. Согласно спецификации поставщика в соли калия фтористого безводного марки (сорта) «Special» допускается содержание серы не более 0,002% (не более 0,006% в пересчете на сульфат-ион).In the potassium salt of chloride grade “ChP”, the sulfur content in terms of sulfate ion is allowed to be no more than 0.002%. According to the supplier’s specification, in the potassium salt of anhydrous fluoride grade (grade) “Special”, a sulfur content of not more than 0.002% (not more than 0.006% in terms of sulfate ion) is allowed.

Таким образом, в примерах с 1 по 7 содержание серы в реакционном расплаве не превышало 0,004% в пересчете на сульфат-ион.Thus, in examples 1 to 7, the sulfur content in the reaction melt did not exceed 0.004% in terms of sulfate ion.

Восстановление проводили так, как описано выше. В примере 1 первую порцию фтортанталата калия (ФТК) загружали при температуре 825-835°С, в примере 2 и 3 - при температуре 810-820°С, а в примерах с 4 по 7 - при температуре 795-810°С. После охлаждения расплава до 780°С загружали порцию натрия. Загрузку последующих порций фтортанталата калия проводили после прекращения роста температуры расплава после загрузки порции натрия (не более 800°С). Таким образом, во время восстановления поддерживали температуру в интервале от 780°С до 800°С. Всего на каждое восстановление было загружено 68,6 кг фтортантала калия (отношение соль: ФТК-1,8) и 20,8-21,2 кг натрия. Количество порций натрия и, соответственно, актов восстановления – двадцать.Recovery was carried out as described above. In example 1, the first portion of potassium fluorotantalate (FTK) was loaded at a temperature of 825-835 ° C, in examples 2 and 3 at a temperature of 810-820 ° C, and in examples 4 to 7 at a temperature of 795-810 ° C. After cooling the melt to 780 ° C, a portion of sodium was charged. The subsequent portions of potassium fluorotantalate were loaded after the melt temperature stopped growing after the sodium portion was loaded (not more than 800 ° С). Thus, during the recovery, the temperature was maintained in the range from 780 ° C to 800 ° C. In total, 68.6 kg of potassium fluorotantalum (salt: FTK-1.8 ratio) and 20.8-21.2 kg of sodium were charged for each recovery. The number of servings of sodium and, accordingly, acts of recovery is twenty.

Масса порций фтортанталата калия и натрия, а также средний за процесс избыток натрия, присутствующего в реакционном расплаве, от стехиометрически необходимого для восстановления загружаемой порции фтортанталата калия, показаны в таблице 1. В таблице 1 показан также итоговый избыток натрия, от стехиометрически необходимого для восстановления всего фтортанталата калия и полная удельная поверхность полученного порошка (BET).The mass of portions of potassium fluorotantalate and sodium, as well as the average over the process excess of sodium present in the reaction melt, from the stoichiometrically necessary to restore the loaded portion of potassium fluorotantalate, are shown in table 1. Table 1 also shows the total excess of sodium, from the stoichiometrically necessary to restore all potassium fluorotantalate and the total specific surface area of the obtained powder (BET).

Диаграмма зависимости крупности порошка, полученного во всех примерах, от среднего избытка натрия, присутствующего в реакционном расплаве, от стехиометрически необходимого для восстановления загружаемой порции фтортанталата калия показана на фиг. 2.A diagram of the dependence of the fineness of the powder obtained in all examples on the average excess of sodium present in the reaction melt on the stoichiometrically necessary to restore the loaded portion of potassium fluorotantalate is shown in FIG. 2.

Figure 00000004
Figure 00000004

Примеры 8 и 9Examples 8 and 9

В примерах 8 и 9 восстановление проводили так же, как в примерах 2 и 3, с тем отличием, что на каждое восстановление было загружено 85,75 кг фтортантала калия (отношение соль:ФТК-1,44) и 25,78-25,94 кг натрия. Количество порций натрия и, соответственно, актов восстановления – двадцать пять.In examples 8 and 9, the recovery was carried out in the same way as in examples 2 and 3, with the difference that 85.75 kg of potassium fluorotantalum (salt: FTK-1.44 ratio) and 25.78-25 were charged to each recovery. 94 kg of sodium. The number of servings of sodium and, accordingly, acts of recovery is twenty-five.

Масса порций фтортанталата калия и натрия, а также средний за процесс избыток натрия, присутствующего в реакционном расплаве, от стехиометрически необходимого для восстановления загружаемой порции фтортанталата калия, показаны в таблице 2. В таблице 2 показан также итоговый избыток натрия, от стехиометрически необходимого для восстановления всего фтортанталата калия и полная удельная поверхность полученного порошка (BET).The mass of servings of potassium fluorotantalate and sodium, as well as the average for the process excess of sodium present in the reaction melt, from the stoichiometrically necessary to restore the loaded portion of potassium fluorotantalate, are shown in table 2. Table 2 also shows the total excess of sodium, from stoichiometrically necessary to restore all potassium fluorotantalate and the total specific surface area of the obtained powder (BET).

Figure 00000005
Figure 00000005

Примеры с 10 по 14Examples 10 to 14

В примерах с 10 по 14 в реакционный расплав добавили 100 г сульфата натрия 10-водного. Таким образом, с учетом возможного содержания серы в исходных солях, содержание сульфат-иона в реакционном расплаве составило не более 0,028%.In Examples 10-14, 100 g of 10-aqueous sodium sulfate was added to the reaction melt. Thus, taking into account the possible sulfur content in the starting salts, the content of sulfate ion in the reaction melt was not more than 0.028%.

Восстановление проводили так же, как в примерах с 4 по 7.Recovery was carried out as in examples 4 to 7.

Масса порций натрия и средний за процесс избыток натрия, присутствующего в реакционном расплаве, от стехиометрически необходимого для восстановления загружаемой порции фтортанталата калия, показаны в таблице 3. В таблице 3 также показан итоговый избыток натрия, от стехиометрически необходимого для восстановления всего фтортанталата калия, а также полная удельная поверхность полученного порошка (BET).The mass of servings of sodium and the average for the process excess of sodium present in the reaction melt, from the stoichiometrically necessary to restore the loaded portion of potassium fluorotantalate, are shown in table 3. Table 3 also shows the final excess of sodium, from the stoichiometrically necessary to restore all potassium fluorotantalate, as well as total specific surface area of the obtained powder (BET).

Масса всех порций фтортанталата калия 3,43 кг.The weight of all servings of potassium fluorotantalate is 3.43 kg.

Figure 00000006
Figure 00000006

Примеры с 15 по 19Examples 15 to 19

В примерах с 15 по 19 в реакционный расплав добавили 100 г сульфата натрия безводного. Таким образом, с учетом возможного содержания серы в исходных солях, содержание сульфат-иона в реакционном расплаве составило не более 0,058%.In Examples 15-19, 100 g of anhydrous sodium sulfate was added to the reaction melt. Thus, taking into account the possible sulfur content in the starting salts, the content of sulfate ion in the reaction melt was not more than 0.058%.

Восстановление проводили так же, как в примерах с 10 по 14.Recovery was carried out as in examples 10 to 14.

Масса порций натрия и средний за процесс избыток натрия, присутствующего в реакционном расплаве, от стехиометрически необходимого для восстановления загружаемой порции фтортанталата калия, показаны в таблице 4. В таблице 4 также показан итоговый избыток натрия, от стехиометрически необходимого для восстановления всего фтортанталата калия, а также полная удельная поверхность полученного порошка (BET).The mass of servings of sodium and the average for the process excess of sodium present in the reaction melt, from the stoichiometrically necessary to restore the loaded portion of potassium fluorotantalate, are shown in table 4. Table 4 also shows the final excess of sodium, from the stoichiometrically necessary to restore all potassium fluorotantalate, as well as total specific surface area of the obtained powder (BET).

Figure 00000007
Figure 00000007

Как видно из таблиц и фиг. 2, при увеличении избытка натрия, присутствующего в реакционном расплаве, от стехиометрически необходимого для восстановления одной загружаемой порции фтортанталата калия крупность получаемого порошка монотонно уменьшается (удельная поверхность увеличивается). При увеличении содержания сульфат-иона в реакционном расплаве крупность получаемого порошка также уменьшается.As can be seen from the tables and FIG. 2, with an increase in the excess of sodium present in the reaction melt from the stoichiometrically necessary to restore one loaded portion of potassium fluorotantalate, the size of the resulting powder monotonously decreases (specific surface area increases). With an increase in the sulfate ion content in the reaction melt, the fineness of the resulting powder also decreases.

При увеличении массы загрузки фтортанталата калия на процесс восстановления с 68,6 кг до 85,75 кг (в 1,25 раза) значительного увеличения крупности получаемого порошка не произошло.With an increase in the load mass of potassium fluorotantalate for the reduction process from 68.6 kg to 85.75 kg (1.25 times), a significant increase in the particle size of the obtained powder did not occur.

Claims (3)

1. Способ металлотермического получения порошка тантала восстановлением из комплексной фтористой соли тантала в расплаве галоидных солей щелочных металлов, включающий загрузку комплексного фтористого соединения и восстановителя в расплав галоидных солей щелочных металлов и перемешивание расплава с обеспечением восстановления порошка тантала, отличающийся тем, что загрузку комплексной фтористой соли тантала и восстановителя в расплав галоидных солей щелочных металлов проводят не менее чем двадцатью порциями, при этом средний за процесс избыток восстановителя, присутствующего в реакционном расплаве, от стехиометрически необходимого для восстановления одной загружаемой порции комплексной фтористой соли тантала устанавливают от минус 250% до плюс 100%, причем содержание серы в реакционном расплаве поддерживают не более 0,085 мас.% в пересчете на сульфат-ион.1. The method of metallothermal production of tantalum powder by reduction from a complex fluoride salt of tantalum in a melt of alkali metal halides, comprising loading the complex fluoride compound and a reducing agent into a melt of alkali metal halides and mixing the melt to ensure recovery of tantalum powder, characterized in that the complex fluoride salt is charged tantalum and a reducing agent in the melt of halides of alkali metals is carried out in at least twenty portions, while the average for process excess of the reducing agent present in the reaction melt, from the stoichiometrically necessary to restore one loading portion of the complex tantalum fluoride salt, is set from minus 250% to plus 100%, and the sulfur content in the reaction melt is supported by not more than 0.085 wt.% in terms of sulfate ion . 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве комплексной фтористой соли используют фтортанталат калия или фтортанталат натрия, в качестве восстановителя - натрий, калий или сплав натрия с калием, а в качестве галоидных солей щелочных металлов - калий хлористый, калий фтористый, натрий хлористый, натрий фтористый или смесь, по крайней мере, из двух указанных солей.2. The method according to p. 1, characterized in that potassium fluorotantalate or sodium fluorotantalate is used as a complex fluoride salt, sodium, potassium or an alloy of sodium with potassium is used as a reducing agent, and potassium chloride and potassium fluoride are used as alkali metal halide salts. , sodium chloride, sodium fluoride or a mixture of at least two of these salts. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что средний за процесс избыток восстановителя, присутствующего в реакционном расплаве рассчитывают по (n-1) порциям, где n - общее количество порций.3. The method according to p. 1, characterized in that the average process excess of the reducing agent present in the reaction melt is calculated from (n-1) portions, where n is the total number of portions.
RU2016114945A 2015-10-20 2016-04-18 Method for obtaining the tantalum dust of a regulate size RU2647971C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KZ2015/1208.1 2015-10-20
KZ20151208 2015-10-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016114945A RU2016114945A (en) 2017-10-23
RU2647971C2 true RU2647971C2 (en) 2018-03-21

Family

ID=60153650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016114945A RU2647971C2 (en) 2015-10-20 2016-04-18 Method for obtaining the tantalum dust of a regulate size

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2647971C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4149876A (en) * 1978-06-06 1979-04-17 Fansteel Inc. Process for producing tantalum and columbium powder
US4684399A (en) * 1986-03-04 1987-08-04 Cabot Corporation Tantalum powder process
US5442978A (en) * 1994-05-19 1995-08-22 H. C. Starck, Inc. Tantalum production via a reduction of K2TAF7, with diluent salt, with reducing agent provided in a fast series of slug additions
RU2181784C1 (en) * 2001-04-18 2002-04-27 Закрытое акционерное общество "Росредмет" Metallothermic process for extracting rare-earth metals from their fluorides for producing alloys and charge for performing such process

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4149876A (en) * 1978-06-06 1979-04-17 Fansteel Inc. Process for producing tantalum and columbium powder
US4684399A (en) * 1986-03-04 1987-08-04 Cabot Corporation Tantalum powder process
US5442978A (en) * 1994-05-19 1995-08-22 H. C. Starck, Inc. Tantalum production via a reduction of K2TAF7, with diluent salt, with reducing agent provided in a fast series of slug additions
RU2181784C1 (en) * 2001-04-18 2002-04-27 Закрытое акционерное общество "Росредмет" Metallothermic process for extracting rare-earth metals from their fluorides for producing alloys and charge for performing such process

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016114945A (en) 2017-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0029182B1 (en) Semicontinuous process for the manufacture of pure silicon
US6117208A (en) Molten salt process for producing titanium or zirconium powder
CA2581749A1 (en) Magnesium removal from magnesium reduced metal powders
US11858046B2 (en) Methods for producing metal powders
US5176741A (en) Producing titanium particulates from in situ titanium-zinc intermetallic
US2757135A (en) Electrolytic manufacture of titanium
JP7064632B2 (en) How to make metal tantalum
RU2089350C1 (en) Method of production of tantalum powder
US2028390A (en) Method of producing the alkali metals
JPS63497B2 (en)
RU2647971C2 (en) Method for obtaining the tantalum dust of a regulate size
US3900312A (en) Reduction of aluminum chloride by manganese
Martins et al. Comparison of oxidative roasting and alkaline leaching for removing chloride and fluoride from brass ashes
Carlson et al. Preparation and Refining of Yttrium Metal by Y‐Mg Alloy Process
US2847297A (en) Method of producing titanium crystals
Luidold et al. Production of niobium powder by magnesiothermic reduction of niobium oxides in a cyclone reactor
US2813787A (en) Method of reducing metal compounds with amalgam
RU2284248C1 (en) Valve metal powder production method
JPH06104869B2 (en) Chemical method
US2877110A (en) Recovery of manganese from metallurgical slags, dusts and ores
RU2416493C1 (en) Method of producing rare metal powders
US3269830A (en) Production of niobium from niobium pentachloride
US2913333A (en) Method of producing chromium
RU2465097C1 (en) Method of producing tantalum powder
US3157493A (en) Production of niobium