AT213078B - Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung von Reintantal - Google Patents

Description

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  Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung von Reintantal 
Es ist bekannt, Tantal durch die Elektrolyse von   Tantalpentoxyd (T 0 ) zu   erzeugen, das in elektrolytischen   Bädern gelöst   ist, die folgende durchschnittliche Zusammensetzung haben : 
 EMI1.1 
 
<tb> 
<tb> Kaliumfluorid <SEP> (KF) <SEP> 40%
<tb> Kaliumchlorid <SEP> (KCl) <SEP> 40%
<tb> Kaliumfluortantalat
<tb> (TaF1K2) <SEP> 15%
<tb> TaOg <SEP> 5% <SEP> 
<tb> 
 
Die Elektrolyse erfolgt zwischen 6000 und 8000 C beispielsweise in einem die Kathode bildenden gusseisernen Gefäss, wobei eine Anode aus Kohlenstoff, meistens aus Graphit verwendet wird. Das Tantaloxyd wird in dem Masse, in dem es verschwindet, periodisch nachgegeben. 



   Bei Verwendung von sehr reinen Rohmaterialien erhält man an der Kathode metallisches Tantal, das weniger als   0, 045% Eisen   und   0, 02% Silicium   enthält, aber einen durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt von 0, 10 bis   0, 20% hat,   wobei die Ausbeute eine Grössenordnung von 65 bis   75%   der nach dem Faradayschen Gesetz errechneten theoretischen Ausbeute hat. Der Mindestkohlenstoffgehalt bestimmter dendritischer Fraktionen des Niederschlages sinkt nicht unter 0,06%. 



   Es ist ferner bekannt, Tantal durch Elektrolyse seines Pentachlorids (TaCls) in einem aus Alkalisalzen bestehenden elektrolytischen Bad. zu erzeugen. Zuerst findet eine chemische Reaktion statt, beispielsweise 
 EMI1.2 
 
Ein derartiges Verfahren hat vor allem den grundlegenden Nachteil, dass es im technischen Betrieb nicht kontinuierlich durchgeführt werden kann, weil die Zusammensetzung des elektrolytischen Bades durch den
Zusatz von   TaCL   verändert wird. Aus einem elektrolytischen Bad, das anfänglich eine Zusammensetzung von etwa   50 Teilen KC1   auf 50 Teile KF hat, entsteht bald ein elektrolytisches Bad, das zum grössten Teil aus KC1 besteht.

   Ausserdem gestattet dieses Verfahren nicht die Gewinnung von Tantal mit einer hohen
Ausbeute, da der Siedepunkt des   Tacts   (2410 C) gegenüber dem Schmelzpunkt des elektrolytischen Bades (6500C) niedrig ist, treten starke Verluste von   TaClg   durch Verflüchtigung ein. In einem solchen Verfah- ren erreicht daher die Ausbeute kaum jemals 70-75 Gew.-% und steigt nie über diesen Bereich. Schliess- lich wird wie bei der vorstehenden Elektrolyse von Tantalpentoxyd das Tantal mit einem Kohlenstoffge- halt erhalten, der nie niedriger ist als 0, 10% und mit einer Brinellhärte, die immer über 90 und sogar 100 liegt. 



   Diese Kohlenstoffgehalte und Brinellhärten sind jedoch zu hoch, um eine Verwendung dieses Tantals in der Herstellung von Kondensatoren und Halbfabrikaten (Blechen, Drähten   usw.)   zu gestatten, weil der
Kohlenstoff das Tantal versprödet und ein Glühen bei Temperaturen unter 14000 C verhindert. 

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   Die Erfindung ermöglicht es, die wesentlichen Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht die kontinuierliche technische Erzeugung von Reintantal mit einem Kohlenstoffgehalt unter 0,05 Gew.-% und einer   Brinellhärte   unter 70. 



   Die Erfindung besteht in der kontinuierlichen Elektrolyse des Tantalpentoxyds   (tua.     05)'das   in einem nur aus Natriumverbindungen bestehenden Bad gelöst ist. 



   Zunächst wurde festgestellt, dass zur elektrolytischen Erzeugung eines Reintantals mit einem Kohlenstoffgehalt unter   0, 05 Gew.-% und   einer Brinellhärte unter 70 ein elektrolytisches Bad verwendet werden muss, das ausser Natrium keine Alkalimetall-Ionen und insbesondere keine Kaliumverbindungen ent- 
 EMI2.1 
 aus Gemischen von Natriumchlorid und-fluorid verwendet. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht die Zusammensetzung dieses Gemisches etwa dem des Eutektikums NaCl-NaF. 



   Erfindungsgemäss wird einem derartigen Gemisch reines Natriumfluortantalat in geringen Mengen vorzugsweise 5-15% zugesetzt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird etwa 10 Gew.-% Na2TaF1 zugesetzt. 



   In dem so hergestellten elektrolytischen Bad wird dann möglichst reines Tantalpentoxyd aufgelöst, das nach irgendeinem bekannten Verfahren hergestellt worden ist. Vorzugsweise wird das   Ta,     05 während   der Elektrolyse jeweils nur in kleinen Anteilen zugegeben, um die Bildung von Ta2   Og-Niederschlägen   am Boden der Elektrolysezelle zu vermeiden. Es ist sehr schwierig, diese Niederschläge wirksam zu entfernen. Nach einer bevorzugten, die Erfindung jedoch nicht einschränkenden Ausführungsform erfolgt der Zusatz von Ta2   05   zu dem elektrolytischen Bad nicht vorbeugend, sondern erst wenn die anodische Polarisationswirkung auftritt.

   Dann entspricht die in das elektrolytische Bad eingeführte Menge Ta2O5 nur wenigen   Gew.-%   des Bades und hat beispielsweise eine Grössenordnung von etwa   5%.   



   Nach einem bekannten elektrolytischen Prozess erfolgt eine elektrolytische Dissoziation des indem elektrolytischen Bad gelösten Tantalpentoxyds zu Tantalkationen und Sauerstoffionen. Die Tantalkationen wandern zur Kathode und werden dort als reines Metall abgeschieden. Die Sauerstoffionen wandern zu der aus reinem Kohlenstoff bestehenden Anode, die verbrannt und zum grössten Teil in GO verwandelt wird. 



  Das erfindungsgemässe Verfahren stellt daher ein kontinuierlich durchführbares technisches Verfahren dar, weil die Zusammensetzung des Bades selbst während der Elektrolyse keinerlei Veränderung erfährt und nur die Konzentration des darin enthaltenen Tantalpentoxyds zwischen zwei Werten schwankt, von denender eine etwa auf den Sättigungswert des %a2O5 steigen kann, während der andere dem Wert entspricht, bei dem die dem Fachmann bekannte anodische Polarisationswirkung eintritt. 



   Das   erfindungsgemässe Verfahren   kann in jeder bekannten elektrolytischen Zelle durchgeführt werden. 



  Beispielsweise können Zellen aus Stahl oder Gusseisen verwendet werden. die gleichzeitig als Kathode wirken. 



   Ausserdem wurde festgestellt, dass die Elektrolyse vorzugsweise bei einer anodischen Stromdichte der   Grössenordnung   von 60 bis 120   A/drn   durchgeführt werden und anodische Stromdichten von 120 bis 130   A/dm ?   sicherheitshalber nicht überschritten werden sollen. Ebenso sollen vorzugsweise mittlere kathodische Stromdichten von 20 bis-40 A/dm ?, vorzugsweise von etwa 30 bis 35 A/dim2 angewendet werden. 



   Erfindungsgemäss werden   Reintanta1n1ederschläge   in Form von   mittelgrossen,   regelmässigen Dendritkristallen in einer Siebgrösse von etwa 50 bis 100 Maschen erhalten, die leicht gewonnen werden können. 



   Das nachstehende Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung in keiner Weise eingeschränkt ist, dient nur zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens. 



   Eine elektrolytische Zelle, die aus einem Stahlzylinder von etwa. 200 mm Durchmesser und 350 mm Höhe besteht, der an den Minuspol einer Gleichstromquelle angeschlossen ist, wird mittels eines elektrischen Widerstandsofens erhitzt, in den der Zylinder eingetaucht wird. Die Zelle ist mit einer   zylindri-   schen Graphitanode von etwa 110 mm Durchmesser und 250 mm Höhe versehen, die von einem innenge-   kühlten   Rohr aus rostfreiem Stahl getragen wird.

   In diese Zelle wird ein elektrolytisches Bad folgender Zusammensetzung eingebracht : 
 EMI2.2 
 
<tb> 
<tb> Eutektikum <SEP> (NaCl-NaF) <SEP> 85 <SEP> Gew.-%
<tb> Natriumfluortantalat <SEP> Na <SEP> T <SEP> aF7 <SEP> 10 <SEP> Gew.-%
<tb> Tantalpentoxyd(Ta2O5) <SEP> 5 <SEP> Gewet
<tb> 
 Nach dem Schmelzen dieses Bades durch Erhitzen auf 650-800  C wird die Anode einige Zentimeter in das Schmelzbad eingetaucht und die Elektrolyse eingeleitet. 

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   Die Elektrolysezelle ist so ausgelegt, dass sie mit einer Gesamtstromstärke von 500 A betrieben wird. 



  Bei Inbetriebnahme einer neuen Zelle wird jedoch einige Stunden lang nur mit einem schwachen Strom in einer Grössenordnung von 100 bis 150 A gearbeitet, um eine sehr fest an der Kathode anhaftende Tantalschicht zu bilden und jede Gefahr einer späteren Verunreinigung des Tantals durch das Eisen der Zelle zu verhindern. 



   Wie vorstehend erwähnt, wird das elektrolytische Bad beim Auftreten der anodischen Polarisationswirkung mit etwa 1 kg Tantalpentoxyd beschickt, das durchschnittlich folgende (durch Spektralanalyse festgestellt) Verunreinigungen   enthält :   
 EMI3.1 
 
<tb> 
<tb> Niobium <SEP> : <SEP> s <SEP> 0, <SEP> 10/0
<tb> Eisen <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 01% <SEP> 
<tb> Kupfer <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 005% <SEP> 
<tb> Aluminium <SEP> 0, <SEP> 01% <SEP> 
<tb> Silicium <SEP> 0, <SEP> 01% <SEP> 
<tb> Mangan <SEP> Spuren
<tb> Zinn <SEP> nicht <SEP> erkennbar
<tb> Titan <SEP> sehr <SEP> kleine <SEP> Spuren
<tb> 
 
Somit wird durch die Elektrolyse   eine Schicht aus Reintantaldendriten   gebildet und regelmässig abgenommen, wenn sie eine. Stärke von 1 bis 2 cm erreicht hat. 



   In einer derartigen Elektrolysezelle wird Tantal in einer Menge von etwa 500 bis 550 g/h mit einer Stromausbeute von 80% und einer Tantalausbeute von 90 bis 95   Gew. -'10 erhalten.   Die Tantalverluste betragen : 
 EMI3.2 
 
<tb> 
<tb> Verflüchtigung <SEP> von <SEP> TaF. <SEP> Na. <SEP> oder <SEP> TaF5 <SEP> 1-3%
<tb> Mitnahme <SEP> von <SEP> feinen <SEP> Tantalkristallen
<tb> beim <SEP> Waschen <SEP> des <SEP> elektrolytischen
<tb> Niederschlages <SEP> 5-710
<tb> 
 (Dieses Tantal wird aus der Waschflüssigkeit beispielsweise durch Ausfällen mit Ammoniak rückgewonnen). 



   Auf diese Weise hergestelltes Tantal hatte regelmässig folgende Kennwerte : 
 EMI3.3 
 



   Nach Rückoxydieren dieses Tantals erzielt man fast die theoretische Gewichtszunahme   (22, 10%   anstatt   22,15to).   



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung von Reintantal durch Elektrolyse von in einer Alkalisalzschmelze gelöstem Tantalpentoxyd, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrolytische Bad aus einem schmelzflüssigen Gemisch von Natriumhalogeniden, Natriumfluortantalat und Tantalpentoxyd besteht.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrolytische Bad aus einem Gemisch von Natriumchlorid und-fluorid, Natriumfluortantalat und Ta, 05 besteht.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrolytische Bad ein Natriumfluortantalat enthaltendes Eutektikum des Natriumfluorids und -chlorids ist.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bad mindestens 5 Gew.-% Natriumfluortantalat enthält. <Desc/Clms Page number 4>

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet. dass das Bad 10 Gew.-% Natriumfluortantalat enthält.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bad bei Auftreten des anodischen Polarisationseffektes 5 Gew.-% Ta2O5 zugesetzt werden.