CH381435A - Procédé de fabrication électrolytique du tantale - Google Patents

Description

      Procédé    de     fabrication    électrolytique du tantale    Il est connu, d'une part, de fabriquer du tantale  par électrolyse de     l'hémipentoxyde    de tantale     (T%05)     dissous dans des bains d'électrolyse dont la composi  tion moyenne est la suivante  Fluorure de potassium     (KF)        ....   <B>.......... _</B> 40%  Chlorure de potassium     (KCL)   <B>....... ....</B> 40       Fluotantalate    de potassium       (TaF7K2)        ....:

  ...........................................   <B><I>15%</I></B>       Ta205   <B>................................. ..............</B> - 5 %  L'électrolyse a lieu entre     650o    et     800o    C, par  exemple, dans un récipient en fonte formant cathode  avec une anode en carbone, le plus souvent en gra  phite. On rajoute périodiquement de l'oxyde de tan  tale, au fur et à mesure de sa disparition.  



  Lorsqu'on     utilise    des matières     premières    très pu  res, on obtient, sur la cathode,, avec un rendement de  l'ordre de 65 % à 75 % du rendement théorique cal  culé conformément à la loi de Faraday, du tantale       métallique    contenant moins de 0,045 % de fer et  0,02 % de silicium, mais dont la teneur     moyenne    en  carbone est comprise entre 0,10 et 0,20     %@.    La teneur  minima en carbone de certaines parties du dépôt à  forme     dendritique    ne descend pas au-dessous de  <B>0,06%.</B>  



  Il est     connu,    d'autre part, de préparer du tantale  par électrolyse de son     pentachlorure        (TaCh)    dans un  bain d'électrolyse composé de sels alcalins. Une réac  tion     chimique    se produit tout d'abord, telle.

   que, par  exemple       TaCh        -I-    7     KF    =     K2TaF7        -I-    5     KCl     Un tel procédé présente, tout d'abord, l'inconvé  nient fondamental de ne pas être industriellement réa  lisable de faon continue, car l'addition de     TaCh    au       bain    électrolytique produit, ipso facto, une variation  de la composition dudit bain.

   C'est ainsi qu'avec un  bain d'électrolyse de composition     initiale    de l'ordre  de 50 parties de     KCl    pour 50 parties de     KF,    on    obtiendrait rapidement un bain d'électrolyse constitué  en moyenne partie de     KCl.    En outre, ce procédé ne  permet pas d'obtenir du tantale avec un haut degré  de rendement ;

   en effet,     étant    donné le point d'ébul  lition peu élevé du     TaCh    (2410 C), par rapport à la  température de fusion du bain     d'électrolyse.    (supé  rieure à 6500 C), il se produit obligatoirement des  pertes     élevées    en     TaCh    par     volatilisation.    C'est ainsi  que les rendements     atteignent        difficilement    et ne dé  passent jamais, selon un tel procédé, 70 à 75 % en  poids.

       Enfin,    de même que dans le cas des procédés  d'électrolyse de     l'hémipentoxyde    de tantale décrit plus  haut, on obtient du     tantale    dont la teneur moyenne en  carbone n'est jamais inférieure à 0,10 % et la dureté  Brinell est toujours supérieure à 90 voire 100:  Or, ces teneurs en carbone et duretés Brinell sont  trop élevées pour permettre     d'utiliser    ce tantale pour  la fabrication des     condensateurs    et des produits demi  finis (tôles, fils, etc.) ; car le carbone rend le tantale  cassant et empêche le recuit à des températures infé  rieures à 14000 C.  



  La présente invention permet d'éviter les inconvé  nients majeurs inhérents aux procédés entrant dans  l'état de la technique. Selon ce procédé, on obtient       industriellement    et en continu du tantale pur, conte  nant moins de 0,05 % en poids de carbone et ayant  une dureté Brinell     inférieure    à 70.  



  Ladite invention consiste en un procédé de fabri  cation continue du     tantale    pur, par électrolyse de       l'hémipentoxyde    de tantale, caractérisé en ce que le  bain d'électrolyse est constitué par un mélange     d'ha-          logénures    de sodium et de     fluotantalate    de sodium  fondu.  



  Il a été, tout d'abord, établi la nécessité absolue,  pour obtenir, par électrolyse, du tantale pur conte  nant moins de 0,05 % en poids de carbone et pré  sentant une dureté Brinell inférieure à 70, d'éviter      toute présence, dans le bain d'électrolyse d'ion     alca-          lin    autre que le sodium et, en particulier; de pros  crire     l'utilisation    de composés potassiques.

   C'est     ainsi     que, selon     l'invention,    on     utilise    comme     bain    électro  lytique les halogénures de sodium et,     entre    : autres,  les mélanges de     chlorure    et de     fluorure    de sodium.  Selon une forme de réalisation préférentielle de l'in  vention, la     composition    dudit mélange correspond en  viron à celle de l'eutectique     CINa-FNa.     



  A un tel mélange on ajoute, du     fluotantalate    de       sodium        pur,     en quantité de quelques     pour-          cent    et, de préférence, comprise entre 5 et 15 % ;  selon une forme de     réalisation    préférentielle, on ajoute  10 %     environ    en poids de     TaF7N%.     



  Dans le bain d'électrolyse fondu     ainsi        réalisé    on  peut dissoudre alors     l'hémipentoxyde    de     tantale,    aussi  pur que possible, obtenu préalablement selon un pro  cessus quelconque connu.

   Il a été toutefois mis au  point qu'il est préférable, en principe, de n'introduire  à la fois, au cours de l'électrolyse, que de faibles  quantités de     Ta205,    dans le bain électrolytique en  fusion, afin d'éviter la formation de dépôts de     Ta205,     non dissous, au fond de la cellule d'électrolyse ;

   les  dits dépôts ne     s'éliminent,    en effet, que très     difficile-          ment.    Selon une forme de     réalisation    préférentielle,  l'addition de la     T%05,    au bain d'électrolyse, ne sera  effectuée qu'à l'apparition de chaque     effet    anodique  de     polarisation,    et non préventivement. La quantité  de     Ta205    alors     introduite    dans le bain d'électrolyse  correspondra à     quelques.    pour-cent en poids dudit  bain, et sera, entre autres, de l'ordre de 5 % environ.  



  Selon un processus d'électrolyse, bien connu en  soi,     l'hémipentoxyde    de tantale, dissous dans le bain  électrolytique, est ainsi dissocié par électrolyse en  cations tantale qui viennent se décharger à la cathode,  en donnant du métal pur, et en ions oxygène qui vont  à l'anode ; ladite anode, qui est en carbone pur, est  alors brûlée avec formation, en majeure     partie,    de       CO2.    Au cours de l'électrolyse la composition même  du bain d'électrolyse ne se trouve pas modifiée .et  seule, sa     concentration    en     hémipentoxyde    de tantale       varie;    de façon continue, entre deux valeurs ;

   l'une  pouvant s'élever, jusqu'à environ celle de saturation  en     Ta205,    et l'autre correspondant à celle à partir  de     laquelle    se produit l'effet anodique de polarisation,  bien connu de l'homme de l'art.  



  Le procédé d'électrolyse peut être     réalisé    dans  une cellule     d'électrolyse    quelconque, connue en  soi ; c'est     ainsi        entre    autres, que l'on     utilise    des cel  lules en acier ou fonte, jouant en outre le rôle de  cathode. La où les     anodes    sont des électrodes en       graphite,    bien connues de     l'homme    de l'art.  



       II    a été, de plus, défini     qu'il    est préférable, de  réaliser ladite électrolyse sous une densité anodique  de courant de l'ordre de 60 à 120     ampères    par     dm2     et d'éviter de dépasser des densités anodiques de cou  rant de 120 à 130     amp./dm2.    De même on     utilise,     de préférence;

   des densités cathodiques moyennes,  comprises entre 20 et 40     amp:/dm2    et, plus particu  lièrement, de l'ordre de 30 à<B>35</B>     amp./dm2.       On obtient ainsi des dépôts de tantale     pur,    sous  forme de     dendrites        constituées    par des cristaux de  grosseur moyenne et régulière (maille de 50 à 100 en  viron), facilement récupérables.  



  L'exemple suivant a pour but d'illustrer le  procédé, objet de la présente     invention.     



  On     place    dans une cellule d'électrolyse, constituée  par un cylindre en acier de 200 mm environ de dia  mètre et 350 mm environ de hauteur, relié au pôle  négatif d'une     source    d'énergie électrique continue et  chauffé au moyen d'un four à -résistance électrique  dans lequel il se trouve plongé, et équipée d'une  anode en graphite     cylindrique    de 110 mm environ  de diamètre et 250 mm de hauteur environ, suppor  tée par un tube en acier     inoxydable    refroidi intérieure  ment, un bain d'électrolyse comprenant       Eutectique        (NaCI-NaF)        ..        ..    .<B>... ........

   .........</B> 85 %     pds          Fluotantalate    de sodium     (TaF,Na2)    .. . 10 %     pds          Hémipentoxyde    de tantale     (Ta20;;)        .........    5 %     pds     Après fusion dudit bain, par chauffage entre 650  et- 8000 C, on plonge ladite anode de quelques centi  mètres dans le bain fondu et commence l'électrolyse.  



  Une telle cellule d'électrolyse est réalisée pour  fonctionner sous une intensité totale de 500 ampères ;  toutefois, au démarrage     avec    une cellule neuve, on  marche durant quelques heures à intensité faible et  de l'ordre de 100 à 150 ampères,     afin    de former une  couche de     tantale    adhérant très fortement sur la ca  thode et évitant ensuite tout risque de contamination  du tantale par le fer de ladite cellule.  



  Ainsi qu'il a été exposé plus haut, on charge dans  le bain d'électrolyse, à chaque effet de polarisation  anodique, un kilo environ     d'hémipentoxyde    de tan  tale, dont le titre moyen en impuretés est le suivant  (analyse spectrale)  
EMI0002.0085     
  
    Niobium <SEP> : <SEP> C <SEP> 0,1 <SEP> %
<tb>  Fer <SEP> : <SEP>  <  <SEP> 0,01
<tb>  Cuivre <SEP> : <SEP>  <  <SEP> <B><I>0,005%</I></B>
<tb>  Aluminium <SEP> : <SEP> 0,01 <SEP> %
<tb>  Silicium <SEP> 0,01 <SEP> %
<tb>  Manganèse <SEP> :

   <SEP> traces
<tb>  Etain <SEP> invisible
<tb>  Titane <SEP> très <SEP> faibles <SEP> traces       On obtient     ainsi,    par électrolyse, une couche de  dendrites de tantale pur, que l'on recueille     régulière-          ment,    lorsqu'elle atteint environ de 1 à 2 cm d'épais  seur.  



  Dans une telle cellule d'électrolyse, on obtient de  l'ordre de 500 à 550 g par heure de tantale pur avec  un rendement Faraday     voisin.    de 80 % et un rende  ment en     tantale    de 90 à 95 % en poids. Les pertes  en tantale s'établissent comme suit  Volatilisation de     TaF7Na2    ou     TaFS    : 1 à 3  Entraînement des fins cristaux de  tantale par lavage du dépôt  d'électrolyse : 5 à 7  (Ce tantale est récupéré dans les eaux de lavage,  par exemple par précipitation par l'ammoniaque.)      Le tantale, ainsi régulièrement obtenu, présente  les caractéristiques suivantes  
EMI0003.0001     
  
    C <SEP> = <SEP> 0,03 <SEP> à <SEP> 0,04 <SEP> % <SEP> (minimum:

   <SEP> 0,015)
<tb>  Fe <SEP> = <SEP> 0,01 <SEP> à <SEP> 0,03 <SEP> %
<tb>  Si <SEP> = <SEP> 0,01 <SEP> à <SEP> 0,03
<tb>  Nb <SEP>  <  <SEP> 0,1%
<tb>  Dureté <SEP> Brinell <SEP>  <  <SEP> 70 <SEP> et <SEP> comprise <SEP> entre <SEP> 50 <SEP> et <SEP> 60,       après recuit à 24000 C.  



  En     soumettant    ce tantale à la     réoxydation,    on  obtient un gain en poids presque théorique, de  22,10<B>%</B> (au lieu de 22,15<B>%).</B>

Claims (1)

1. REVENDICATION Procédé de fabrication continue de tantale pur; par électrolyse de l'hémipentoxyde de tantale, carac térisé en ce que le bain d'électrolyse est constitué par un mélange d'halogénures de sodium et de fluotanta- late de sodium, fondu. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que ledit bain d'électrolyse est un mélange de fluo- rure et de chlorure de sodium et de fluatantalate de sodium. 2.

   Procédé selon la sous-revendication 1, caracté risé en ce que ledit bain d'électrolyse est un mélange eutectique de fluorure et de chlorure de sodium con tenant du fluotantalate de sodium. 3. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que ledit bain contient au moins 5 % en poids de fluotantalate de sodium. 4. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que ledit bain contient 10 % en poids de fluotan- talate de sodium.