CH345330A - Verfahren zur teilweisen Trennung von Niob und Tantal - Google Patents

Description

  Verfahren zur teilweisen Trennung von     Niob    und     Tantal       Bekanntlich sind die beiden chemisch verwand  ten Metalle     Tantal    und     Niob    (in gewissen Ländern  auch     Columbium    genannt), die in der Natur meist  nebeneinander vorkommen, sehr schwer voneinander  zu trennen.  



  Soweit bekannt ist, arbeitet die Technik im  wesentlichen noch nach Verfahren, die im Prinzip  auf     Marignac    (1865) zurückgehen. Das     Marignacsche     Verfahren beruht auf der fraktionierten Kristallisa  tion der     Alkalidoppelfluoride,    wobei das schwer  lösliche     KZTaF7    von der     K.NbOF,    enthaltenden  Lösung abgetrennt werden kann. Der Hauptnachteil  dieses Verfahrens besteht in der Notwendigkeit, mit       Flusssäure    zu operieren.  



  Vorliegende Erfindung betrifft nun ein Ver  fahren zur teilweisen Trennung von     Niob    und       Tantal,    das dadurch     gekennzeichnet    ist, dass man       Niob    und     Tantal    in     oxydischer    Form enthaltende  Materialien mit Chlorgas in Gegenwart eines Reduk  tionsmittels in ein     Chlorierungsgemisch    überführt,  welches     Niob    vorwiegend oder ausschliesslich als.

         Oxychlorid    und     Tantal        als        Pentachlorid    enthält, und  dass man dieses Gemisch durch Kondensation oder  durch Sublimation in Fraktionen zerlegt.  



  Als     Ausgangsstoffe    für das vorliegende Verfahren  können die üblicherweise in der Technik vorliegen  den Gemische mit einem Gehalt an Oxyden des       Niobs    und des     Tantals    oder auch die Naturprodukte  benützt werden, die die beiden Elemente mindestens  teilweise in Form ihrer Oxyde enthalten.  



  Zu     Chlorierungsgemischen,    die das     Tantal    als       Pentachlorid        (TaC15)    und das     Niob    zum grössten Teil  als     Oxychlorid    enthalten, gelangt man nach an sich  bekannten Methoden, z.

   B. durch     Chlorierung    eines  Gemisches der Oxyde des     Niobs    und des     Tantals    mit  Chlorgas und einem Reduktionsmittel, wie Kohle,  zwischen 400 und 1000" in einem Schacht- oder    Rohrofen; um     Niob    vorwiegend oder ausschliesslich  als     Oxychlorid,        Tantal    ausschliesslich als     Pentachlorid     zu erhalten, muss vermieden werden, dass eine Nach  reaktion der     Chlorierungsprodukte    eintritt.

   Die  dampfförmigen     Chlorierungsprodukte    werden deshalb  möglichst     kurze    Zeit, das     heisst    höchstens einige Se  kunden, bei erhöhter Temperatur, miteinander und  mit den     Chlorierungsabgasen,    die Kohlenstoff  monoxyd und Chlor enthalten können, in     Berührung     gelassen. Dies wird z. B. durch Verdünnung mit  kalten Fremdgasen, z.

   B. mittels abgekühltem     chlorid-          freiem    Reaktionsgas, das zurückgeleitet wird, er  reicht, oder indem man die Leitung zwischen     Chlo-          rierer    und     Kondenser    möglichst kurz bzw. deren  Querschnitt möglichst klein wählt. Zum gleichen  Zweck kann man auch zur Kühlung von warmen       Chlorierungsgasen    flüssige Chloride, z. B.

   Silicium  tetrachlorid,     Titantetrachlorid    oder     Tetrachlor-          kohlenstoff,    vorzugsweise in fein     verteilter    Form und  in solchen Mengen zugeben, dass alle im     Chlorie-          rungsprodukt    ursprünglich enthaltenen flüchtigen  Chloride in der Dampfphase bleiben, während die  flüssig zugesetzten Chloride verdampfen.  



  Die bei der     Chlorierung    ebenfalls entstandenen  Chloride der gegebenenfalls neben     Niob    und     Tantal     in den Ausgangsmaterialien vorhandenen Elemente,  deren Verbindungen als Verunreinigungen zugegen  sind, wie z. B. die Chloride der Elemente     Silicium,     Titan, Zinn, Mangan, lassen sich in einfacher Weise  entfernen, indem z. B. die Temperatur im     Chlorie-          rungsgemisch    und im Kondensationsraum der  Chloride des     Niobs    und des     Tantals    nach an sich  bekannten Methoden so eingestellt ist, dass diejeni  gen Chloride der Begleitelemente, deren Siede- bzw.

         Verflüchtigungspunkte    ausreichend weit verschieden  sind von denjenigen der     Niob-    und     Tantalchloride,     weitgehend von den letzteren getrennt werden. So      können z. B. das schwer flüchtige Chlorid des Man  gans und die schwer flüchtigen Chloride der     Erd-          alkalimetalle    zuerst abgetrennt werden, während die  leichter flüchtigen Chloride, z. B. diejenigen des Sili  ciums, des Zinns und des Titans, sich erst, nachdem  die     niob-    und     tantalhaltigen        Chlorierungsgemische     kondensiert sind, z.

   B. auf niedriger Temperatur lie  gende Kondensationsräume zusammen mit den  zwecks rascher Kühlung der     Chlorierungsgase    ge  gebenenfalls zugesetzten, bei gewöhnlicher Tempera  tur flüssigen Chloriden niederschlagen.  



  Die Sublimation der so erhaltenen Gemische,  worin das     Tantal    ausschliesslich als     Pentachlorid    und  das     Niob    vorwiegend oder ausschliesslich als     Oxy-          chlorid    enthalten sind, kann nach an sich bekannten  Methoden, z. B. bei Normaldruck, unter     Feuchtig-          keitsausschluss    vorgenommen werden; sie wird aber       vorteilhaft    unter stark vermindertem Druck vorge  nommen, so dass die     Sublimiertemperatur    relativ  tief gehalten werden kann.  



  Die Sublimation kann z. B. so geschehen, dass  man die erwähnten     Chlorierungsgemische    in Ab  wesenheit jeglicher Feuchtigkeit unter einem ver  minderten Druck der Grössenordnung von etwa  0,1 mm     Hg        allmählich    erwärmt, die sich zuerst ver  flüchtigenden     Pentachloride,    speziell das     Tantal-          pentachlorid,    kondensiert und abtrennt, während  das     Nioboxychlorid,    welches einen bedeutend nied  rigeren Dampfdruck aufweist als     Tantalpentachlorid,     erst bei höheren Temperaturen sublimiert und in  einer oder mehreren weiteren Fraktionen in an sich  bekannter Weise abgetrennt werden kann.

      Nach erfolgter Sublimation kann der im     Subli-          mierapparat    gegebenenfalls zurückgebliebene Rück  stand sowie die     Tantalpentachlorid    enthaltende Frak  tion im Falle, dass sie erhebliche Mengen an     Niob-          pentachlorid    aufweist, wieder dem zu trennenden       Chlorierungsgemisch    zugeführt werden.  



  Selbstverständlich können die nach dem vorlie  genden Verfahren erhaltenen Fraktionen     zwecks    wei  terer Reinigung bzw. Trennung wiederholt sublimiert  werden. Man erreicht aber schon nach der ersten  Sublimation in der Regel eine relativ gute Trennung  der beiden Elemente     Niob    und     Tantal.     



  In den nachfolgenden Beispielen bedeuten die  Teile, sofern nichts anderes angegeben wird, Ge  wichtsteile, die Prozente Gewichtsprozente, und die  Temperaturen sind in Celsiusgraden angegeben.    <I>Beispiel 1</I>       Briketts        bestehend        aus        20%,        Russ        und        80%     eines     Niob-    und     Tantalpentoxydgemisches,    worin       Niob    und     Tantal    im Verhältnis 1:

   1 vorhanden  sind, wurden im Chlorstrom bei<B>1000</B> bzw. 600  in  einem Schachtofen     chloriert    und die flüchtigen     Chlo-          rierungsprodukte    durch rasches Abkühlen in einem  luftgekühlten Kondensationsraum von den Rest  gasen getrennt und abgeschieden.  



  Die erhaltenen     Chlorierungsprodukte    wurden  dann einer fraktionierten Vakuumsublimation bei  einem Druck von etwa 0,1 mm     Hg    unterworfen. Aus  Tabelle 1 sind die erhaltenen Resultate ersichtlich.  
EMI0002.0049     
  
    <I>Tabelle <SEP> 1</I>
<tb>  Sublimiertemperatur <SEP> % <SEP> des <SEP> Analysen
<tb>  Chloperungs- <SEP> Fraktion <SEP> des <SEP> Chlorierungs- <SEP> Chlorierungsproduktes <SEP> Nb20, <SEP> Ta20,
<tb>  temperatur <SEP> produktes <SEP> (als <SEP> Oxyd <SEP> gerechnet)

  
<tb>  I <SEP> %
<tb>  600<B>0</B> <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 110  <SEP> 26 <SEP> 37 <SEP> 63
<tb>  2 <SEP> 130-200  <SEP> 10 <SEP> 40 <SEP> 60
<tb>  3 <SEP> 200-230 
<tb>  4 <SEP> 240-255  <SEP> 42 <SEP> 79 <SEP> 21
<tb>  Rückstand <SEP> 22 <SEP> 21 <SEP> 79
<tb>  <B>1</B>000<B>0</B> <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 130  <SEP> '41 <SEP> 42 <SEP> 58
<tb>  2 <SEP> 130-200  <SEP> 41 <SEP> 81 <SEP> 19
<tb>  Rückstand <SEP> 18 <SEP> 15 <SEP> 85       <I>Beispiel 2</I>  Ein     Columbiterz    mit einem Gehalt von     261/o          Ta205    und     4711/o        Nb205    wurde mit     201/9    Kohlen  stoff (bezogen auf die Erzmenge)

   zu Briketts ver  formt und diese     in        einem    Schachtofen bei 700  mit  Chlorgas chloriert. Die entstehenden     Chlorierungs-          produkte    wurden durch ein System, bestehend aus    zwei Kondensationsgefässen, von denen das     eine    auf  200 , das zweite auf Raumtemperatur gehalten  wurde, geleitet. Das im ersten Kondensationsgefäss  abgeschiedene Produkt wurde in Oxyd übergeführt  und     spektrographisch        analysiert.    Das Verhältnis von       Nb205    zu     Ta20.    betrug in zwei Fällen 86:14     resp.     <B>8,1:</B> 16.

        Die Analyse der Produkte im zweiten Kondensa  tionsgefäss ergab einen höheren als nach den     Dam.pf-          druckverhältnissen    zu erwartenden     Niobgehalt,    da  keine Vorkehrungen getroffen worden waren, um  die     Mitführung    von kondensiertem     NbOCh    in Staub  form zu verhindern.  



  Die     Abscheidung    der     Nioboxychloridfraktion     vor und getrennt von der     Tantalpentachlorid-Frak-          tion    direkt bei der     Erzchlorierung    ist also nach die  sem Beispiel möglich. Abgesehen von dem Tren  nungseffekt erreicht man auch dadurch, dass die  durch Nachreaktionen besonders gefährdete Dampf  phase des     Nioboxychlorides    auf kürzestem Wege  dieser Gefahr     entzoeen    wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur teilweisen Trennung von Niob und Tantal, dadurch gekennzeichnet, dass man Niob und Tantal in oxydischer Form enthaltende Materia lien mit Chlorgas in Gegenwart eines Reduktions mittels in ein Chlorierungsgemisch überführt, wel ches Niob vorwiegend oder ausschliesslich als Oxy- chlorid und Tantal als Pentachlorid enthält, und dass man dieses Gemisch durch Kondensation oder durch Sublimation in Fraktionen zerlegt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass man Gemische von Niob- und Tantaloxyden in Gegenwart von Kohle zwischen 400 und l000 mit Chlorgas behandelt. 2. Verfahren gemäss Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die dampfförmigen Chlo- rierungsprodukte möglichst kurze Zeit zwischen 400 und 1000 belässt. 3. Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man die erhaltenen Chlorie- rungsgemische unter vermindertem Druck durch Sublimation in Fraktionen zerlegt. 4.

   Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man die Sublimation unter einem Druck von höchstens 0,1 mm Hg durchführt. 5. Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man Niobpentachlorid enthal tende Tantalpentachloridfraktionen erneut dem zu trennenden Chlorierungsgemisch zuführt. 6. Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man die bei einer ersten Subli mation gewonnenen Fraktionen zwecks weiterer Rei nigung bzw. Trennung weitersublimiert. 7.

   Verfahren gemäss Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Chlorierungsprodukte in mehreren auf verschiedenen Temperaturen liegen den Kondensationsräumen abkühlt und die vorwie gend Nioboxychlorid enthaltenden Fraktionen sepa rat von den Pentachloridfraktionen abtrennt.