СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТАНТАЛОВОГО ПОРОШКА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТАНТАЛОВОГО ПОРОШКА


RU (11) 2089350 (13) C1

(51) 6 B22F9/24, C22B34/34

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Статус: по данным на 07.12.2007 - может прекратить свое действие

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 92016492/02
(22) Дата подачи заявки: 1991.05.17
(31) Номер конвенционной заявки: 525364
(32) Дата подачи конвенционной заявки: 1990.05.17
(33) Страна приоритета: US
(45) Опубликовано: 1997.09.10
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US, патент N 4684399, кл. C 22 B 34/20, 1987.
(71) Заявитель(и): Кабот Корпорейшн (US)
(72) Автор(ы): Хонгджу Чанг[US]
(73) Патентообладатель(и): Кабот Корпорейшн (US)
(86) Номер и дата международной или региональной заявки: US 91/03499 (17.05.91)

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТАНТАЛОВОГО ПОРОШКА

Использование: для изготовления танталовых конденсаторов. Сущность изобретения: проводят восстановление соединения тантала восстановительным агентом при непрерывной или полунепрерывной подаче соединения и агента в реактор, при этом перед восстановлением в реактор вводят активный ингредиент в количестве, достаточном для удаления части влаги и воздуха в реакторе. При этом активный ингредиент имеет более высокий термодинамический потенциал и химическую активность, чем материал реактора. 1 з.п. ф-лы, 6 табл.


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение касается способа получения высокочистого танталового порошка с высокой площадью поверхности.

Среди многих областей применения танталового порошка его обычно используют и для изготовления танталовых конденсаторов. Сплошные танталовые конденсаторы обычно изготавливают посредством прессования танталового порошка для получения гранул, которые спекают в печи для образования пористого тела, и затем пористое тело подвергают анодированию в соответствующем электролите для образования сплошной диэлектрической окисной пленки на всех внутренних и наружных поверхностях спеченного пористого тела. Затем поры в полученном таким образом аноде заполняются катодным электролитом. После этого все тело анода с заполненными порами герметизируют для образования конденсатора.

Обычно качество танталовых конденсаторов определяют измерением емкости, характеристик напряжения и утечки тока в конденсатор. Эти характеристики определяют в зависимости от способа изготовления танталового порошка и конденсатора. Площадь поверхности танталового порошка важна для получения высококачественных конденсаторов. Танталовый порошок с высокой площадью поверхности можно использовать для изготовления анодов с высокой площадью поверхности. Поэтому желательны такие аноды.

Чистота танталового порошка также важна для изготовления высококачественных конденсаторов. Металлические и неметаллические включения в танталовом порошке ухудшают диэлектрическую окисную пленку, образующуюся во время изготовления конденсатора, и вызывают большую утечку тока из конденсатора. Когда применяют танталовый порошок с уменьшенным количеством примесей, то диэлектрическая окисная пленка меньше деградирует и, следовательно, меньше утечки тока. Таким образом, желателен танталовый порошок высокой чистоты.

Применение высокой температуры во время спекания при изготовлении конденсаторов уменьшает проблему утечки тока из-за высоких уровней содержания примесей. Однако оба этих способа уменьшают суммарную площадь поверхности анода и, следовательно, емкость конденсатора.

Обычно танталовые порошки получают одним из двух способов: механическим или химическим. Механический способ включает стадии: электроннолучевая плавка танталового порошка для получения слитка, гидрирование слитка, измельчение гидридов, дегидридирование, промывка кислотой и термообработка. Обычно этим способом получают высокочистый порошок, который используют для изготовления конденсаторов, когда требуется высокое напряжение или высокая надежность. Однако механический способ имеет недостаток из-за высокой его стоимости. Кроме того, танталовые порошки, полученные механическим способом, имеют низкую площадь поверхности.

Другим способом, который обычно применяют для получения танталового порошка, является химический. Химический способ включает химическое восстановление танталового соединения активным металлом, который обычно называют "восстановительным агентом", и затем следуют обработка кислотой и термообработка танталового порошка. Типичные соединения тантала включают в себя, но не ограничиваются, фтортанталат калия (K2TaF7), фтортанталат натрия (Na2TaF7), хлорид тантала (TaCI5) и их смеси. Обычно восстановитель представляет собой любой металл, способный восстановить соединение тантала до металлического тантала, включающий натрий, калий и их смеси. Иногда порошок дополнительно измельчают механическими средствами для увеличения площади поверхности или пористости. Танталовые порошки, полученные химическим способом, обычно имеют площадь поверхности выше, чем у порошков, полученных механическим способом. Однако танталовые порошки, полученные химическим способом, обычно также имеют более высокие уровни содержания примесей, чем порошки, полученные механическим способом.

Применяли различные решения для получения танталового порошка химическим способом. См. например, патент США N 4067736. Обзор типичных решений также представлен в разделе "Известный уровень техники" в патенте США N 4684399, выданном фирме Кабот Корпорейшн.

Фтортанталат калия (K2TaF7), танталовая соль может быть электрически восстановлена до тантала в ванне расплава солью-разбавителем, например хлоридом натрия. Скорость получения ограничена параметрами электролиза, например током и напряжением. Поскольку установленные градиенты концентрации препятствуют достижению высокого выхода, то скорость производства относительно низкая. Получаемые танталовые порошки крупнозернистые и дендритные, и аноды для электролитических конденсаторов имеют очень низкий емкостной заряд. Из-за активности гальванической коррозии элементов реакционной емкости в изделие переносится значительное количество примесей.

Танталовый порошок можно также получить экзотермической реакцией в инертной атмосфере, в которой K2TaF7 смешивают с восстановительным агентом. См. например, патент США N 4231790. Загрузку, заключенную в емкости, косвенно нагревают до тех пор, пока не начнется самопроизвольно экзотермическая реакция. Последующая неконтролируемая реакция приводит к образованию порошков, имеющих широкий диапазон размера частиц. Хотя эти порошки имеют большую площадь поверхности на единицу массы, чем электрические порошки, их необходимо широко разделять по крупности, чтобы сделать их пригодными для изготовления анодов для электролитических конденсаторов.

Обычно танталовый порошок получают в промышленных масштабах путем добавки натрия в K2TaF7, который до этого предварительно растворили в расплавленной соли или расплавленном разбавителе. В этой реакции K2TaF7 и разбавляющие соли нагревают в реакционной емкости до температуры выше точки плавления смеси соли. Затем добавляют жидкий натрий. Ванну поддерживают по существу в изотермических условиях, при этом ее перемешивают при помощи внутренней мешалки. Полученный порошок имеет широкий диапазон размера частиц. Для того чтобы эти материалы были приемлемыми для изготовления анодов для электролитических конденсаторов, они могут потребовать широкого разделения по крупности для получения требуемого распределения размера частиц. Емкостной заряд, который можно получить от анодов, изготовленных из этих порошков, обычно находится в промежуточном интервале; больше, чем нижний предел меньше, чем 7000 cv/g и обычно не выше, чем верхний предел выше, чем 15000 cv/g. Модификация этой схемы реакции перемешиваемой жидкой фазы включает ввод разбавляющих солей и перемешиваемую реакционную ванну. Добавка известных разбавляющих солей, таких, как NaCl в K2TaF7, позволяет применять более низкие температуры ванны. Однако этот модифицированный способ приводит к образованию агломератов тонкоизмельченного материала, тенденции к захвату примесей и к образованию большого количества мелочи.

В другом способе твердую соль-разбавитель и K2TaF7 смешивают с жидким натрием и смесь нагревают до возникновения самопроизвольной экзотермической реакции. Образующуюся экзотермическую реакцию нелегко контролировать, поэтому характеристики порошка включают изменение размера частиц, широкое распределение размера частиц и различные электрические свойства. Эти порошки требуют разделения для удаления мелких и крупных частиц до их использования в изготовлении анодов для электролитических конденсаторов.

Как было описано, емкость танталовой гранулы является прямой функцией площади поверхности спеченного порошка. Конечно, большую площадь поверхности можно получить за счет увеличения количества грамм порошка на гранулу. Однако экономические факторы диктуют, что разработка должна быть сфокусирована на средствах для увеличения площади поверхности на грамм применяемого порошка. Поскольку уменьшение размера частиц танталового порошка приводит к большей площади поверхности на единицу массы, то усилие было направлено на способы получения частиц тантала более малого размера без ввода других вредных характеристик, которые часто сопровождают уменьшение размера частиц.

Применяли различные способы для получения танталового порошка, в которых пытались максимизировать производство порошка, имеющего требуемый выбранный малый размер частиц и, следовательно, увеличенную площадь поверхности. Например, в патенте США N 5149876 предложен способ регулирования размера частиц танталового порошка в процессе восстановления, в котором жидкий натрий добавляют в расплавленную ванну K2TaF7 и разбавляющей соли. Металлический натрий добавляют с повышенной скоростью, пока не будет достигнута температура восстановления. Сообщено, что скорость ввода натрия (скорость подачи в реактор) оказывает вредный эффект на размер частиц в готовом изделии. Критической для поддержания контроля температуры для высоких скоростей ввода натрия является способность извлекать тепло посредством принудительного охлаждения реакционной массы в реакционной емкости. Сообщено, что принудительное охлаждение значительно снижает общее время процесса и уменьшает размер частиц полученного порошка.

Другим фактором, который вносит свой вклад в получение танталовых порошков с высокой площадью поверхности, является применение в большом количестве солей-разбавителей, например хлорида натрия, в восстановительной реакции. Эти разбавители могут также служить в качестве внутреннего поглотителя тепла для системы.

Дополнительным фактором, важным для получения танталового порошка с мелким размером частиц и высокой площадью поверхности, является температура, при которой натрий вводят в жидкую ванну. Более низкие температуры упрощают получение мелкого размера частиц.

Другим важным фактором в регулировании размера частиц является температура восстановления. Как известно, температуры от приблизительно 760oC до приблизительно 850oC приводят к получению более мелких частиц, тогда как при температурах от примерно 850oC до примерно 1000oC получают частицы несколько большего размера.

Согласно патенту США N 4149876, особенно целесообразно применять описанный способ в комбинации (большое количество соли-разбавителя) низкая начальная температура жидкой ванны, очень быстрая скорость подачи натрия и применение принудительного охлаждения для поддержания постоянной температуры во время периода роста) для получения танаталового порошка с равномерным тонким размером частиц и высокой площадью поверхности.

Во всех упомянутых известных схемах реакции, в которых танталовый порошок получают путем восстановления соединения титана восстановительным металлом, реагенты либо смешивают вместе и затем нагревают в закрытой емкости до самопроизвольного возникновения экзотермической реакции, либо поддерживают ванну расплава соединения тантала и в нее подают восстановительный металл для восстановления соединения тантала до порошка тантала.

В патенте Японии N Sho З8-8 (1963) указано, что продукт металла тантала, пригодный для металлургических целей, можно получить способом, в котором кристаллы K2KaF7, нагретые до температуры ниже примерно 500oC, постепенно опускают в ванну натрия, поддерживаемую при температуре, близкой к его точке кипения.

В более позднем патенте Японии N Sho 43-25910 (1968) сделан обзор патента Японии Sho 38-8 и указано, что хотя в этом раннем патенте раскрыт способ получения танталового продукта, отличающегося чистотой, благоприятной для использования в металлургии, однако такой продукт, имеющий размер частиц от меньше чем 5 мкм до более чем 100 мкм, будет неприемлем для изготовления конденсаторов. В этом последнем документе раскрыта модификация раннего способа, согласно которой расплавленное соединение K2TaF7, включая разбавители, добавляют медленно в перемешиваемую ванну жидкого натрия. Получают танталовый порошок с размером частиц между 5 мкм и 100 мкм, имеющий площадь поверхности меньше, чем примерно 750 см2/г. Однако, хотя в данном патенте этот продукт определен как танталовый порошок, предназначенный для конденсаторов по современным стандартам, этот порошок имеет неприемлемую низкую емкость для применения в конденсаторах.

В патенте США N 4684399 раскрыт способ получения танталового порошка, согласно которому соединение титана добавляют непрерывно или с приращением в реактор во время реакции с восстановительным металлом. Скорость непрерывной подачи или количество каждого приращения может изменяться в зависимости от требуемых конкретных характеристик изделия из танталового порошка. Непрерывная добавка или добавка с небольшими приращениями способствует достижению повышения емкости.

Термин "непрерывная" добавка относится к беспрерывному периоду добавки соединения тантала или восстановительного агента.

Также известно применение описанных способов с различными добавками для увеличения выхода частиц малого размера. В патентах США N 3825802 и 4009007 раскрыто применение фосфора в качестве средства для улучшения электростатической емкости конденсаторов и свойств текучести танталового порошка. В патенте США N 4582530 раскрыта добавка серы в качестве добавки. Также известно для специалиста в этой области техники применение бора или других добавок. Как было указано, важным фактором в производстве танталового порошка для применения в конденсаторах является уровень чистоты. Обычно примеси вредно влияют на качество конденсаторов. Примеси, обычно появляющиеся в танталовом порошке, можно подразделять на более легкие (или с низким молекулярным весом) и более тяжелые (или с высоким молекулярным весом) примеси. Примеси с низким молекулярным весом включают углерод, кальций и алюминий, которые обычно образуются из воды, применяемой для промывки порошка; фтор, хлор, натрий и калий, которые образуются из реакционной массы; и азот и водород, которые могут образовываться при контакте танталового порошка с водой или воздухом. Обычно большинство примесей с низким молекулярным весом испаряется во время спекания и, следовательно, они оказывают значительное вредное влияние на качество конденсаторов.

Примеси с высоким молекулярным весом включают Fe, Ni, Cn, Mo, Co и другие металлы. Примеси с высоким молекулярным весом обычно остаются в порошке даже после высокотемпературного спекания. Таким образом, пока уровень содержания тяжелых примесей в танталовом порошке не уменьшится во время образования танталового порошка, они будут оставаться и плохо влиять на рабочие характеристики конденсатора.

Обычно источником тяжелых примесей является оборудование, применяемое на стадии восстановления в способе изготовления танталового порошка. Это оборудование включает восстановительную камеру, крышку и мешалку, которые имеют контакт с реакционной массой. Обычно оборудование изготавливают из никеля, железа или их сплавов, которые легко корредируются реакционным элементами в условиях реакции.

Согласно одной теории, тяжелые примеси образуются процессами, в которых тонкая пленка окиси металла образуется на металлической поверхности реакторов, причем пленка растворяется, образуя ионы металлов, которые вводятся в матрицу танталового порошка во время процесса изготовления порошка. Тонкая пленка окиси металла может образовываться остаточным воздухом в реакторе, атакующим металлическую поверхность реактора. При температурах примерно 80oC или выше окислы металлов образуются более быстро. Либо при температурах выше примерно 80oC выделяется вода, поглощенная солями-разбавителями или соединением тантала, и она атакует металлическую поверхность реактора, образуя тонкую пленку окиси металла. Когда соли-разбавители или соли калия достигают расплавленного состояния в результате действия тепла из реакции или наружного нагрева, тонкая пленка окиси металла растворяется в расплавленной массе, образуя ионы металла.

Было бы желательно получить высокочистый танталовый порошок с высокой площадью поверхности посредством исключения образования пленки окиси металла на металлических поверхностях реактора и, следовательно, удалить источник тяжелых примесей во время изготовления танталового порошка.

Разработан новый способ получения высокочистого танталового порошка, который исключает образование пленок окиси металла на металлических поверхностях реактора, таким образом ограничивается источник тяжелых примесей. Согласно изобретению, до нагрева реактора до температуры реакции в него добавляют небольшое количество активного ингредиента, имеющего более высокий термодинамический потенциал и химическую активность, чем металлические поверхности емкости реактора, применяемого для производства танталового порошка.

Хотя изобретение не должно быть ограничено, однако одна теория для низких уровней содержания примесей состоит в том, что активные ингредиенты вступают в реакцию со свободным воздухом или влагой из-за реакции с металлическими поверхностями реактора, образуя пленку окиси металла. Активным ингредиентом может быть любое соединение, которое имеет более высокий термодинамический потенциал и химическую активность, чем металлы реактора и мешалки при температурах реакции. Термины "термодинамический потенциал" и "химическая активность" относятся к постоянной равновесия и к скорости реакции активного ингредиента во время окисления.

Активные ингредиенты включают без ограничения щелочные и щелочноземельные металлы. Можно применять другие элементы, например углерод или кремний, которые удовлетворяют критериям термодинамического потенциала и химической активности для активного ингредиента. Предпочтительными активными ингредиентами являются натрий и калий. После реакции с кислородом или влагой эти металлы образуют ионы натрия и калия, которые являются частью расплавленной соли и, следовательно, не загрязняют танталовый продукт. Кроме того, натрий и калий имеют низкую температуру плавления, и поэтому они более активны, чем другие элементы. Другие активные ингредиенты включают те элементы, которые окисляются и затем испаряются или остаются в расплавленном разбавителе. Они включают элементы, например цезий или рубидий, не говоря уже о других.

Количество активного ингредиента, добавленного в реактор, по крайней мере достаточно для реакции с частью и предпочтительно со всей влагой и свободным кислородом в реакторе. Обычно это количество составляет больше 1 г в зависимости от уровня влаги и количества воздуха в емкости реактора.

После ввода активного ингредиента реактор нагревают и соединение тантала восстанавливают до металла посредством реакции с восстановительным агентом любым, в общем известным способом. Предпочтительно соединение тантала восстанавливают до металла тантала посредством реакции с восстановительным металлом. Как было описано, соединение тантала и/или восстановительный металл вводят в реактор непрерывно или с приращением во время восстановительной реакции. Скорость непрерывной добавки или количество каждого приращения можно изменять для получения изделий из танталового порошка с изменяемыми свойствами. Непрерывная добавка или добавка с небольшими приращениями обеспечивает высокую площадь поверхности.

Соединением титана может быть любое соединение, которое может восстанавливаться до металла тантала посредством реакции с восстановительным металлом, причем его можно использовать в любом физическом состоянии, которое является удобным или желательным. Такие соединения обычно могут включать фтортанталат калия (K2TaF7), фтортанталат натрия (Na2TaF7), хлорид тантала (TaCl5) и их смеси, причем это определение может также включать фторниобий (fluoroniobium) калия (K2NbF7) и фторколумбий (fluorocolumbiums) калия (K2CbF7) благодаря их химическому сходству с танталом. Предпочтительным соединением тантала является фтортанталат калия. Хотя предпочтительной формой добавки K2TaF7 является твердая форма, однако приемлемы другие формы.

Реакция восстановления дает порошок тантала и соли металлов. После завершения реакции восстановления реакционную смесь из танталового порошка и солей металлов обрабатывают посредством выщелачивания водой для растворения солей с последующей промывкой кислотой до извлечения танталового порошка. Затем танталовый порошок сушат, просеивают, легируют и термообрабатывают известными способами.

Способ в соответствии с изобретением обеспечивает получение танталового порошка тонкого помола с размером частиц по Фишеру меньше, чем 5 мкм, и площадью поверхности по уравнению БЭТ свыше, чем примерно 0,2 м2/г. Уровни частоты каждого из железа, никеля, хрома и молибдена меньше, чем 15 част. /млн. (ppm), в отличие от типичных уровней железа и никеля свыше, чем 15 част./млн. для применяемого подобного оборудования.

Одним из преимуществ способа в соответствии с изобретением является то, что предлагаемым способом получают танталовый порошок с уменьшенными уровнями содержания примесей.

Преимуществом предпочтительного способа в соответствии с изобретением является то, что соединение тантала и/или восстановительного соединения добавляют в реактор непрерывно или с приращениями во время реакции восстановления и что предпочтительным способом получают танталовый порошок с высокой площадью поверхности и низким уровнем содержания примесей, что особенно важно для применения его в конденсаторах.

Другие преимущества изобретения станут ясны из последующего более подробного описания и формулы изобретения.

В соответствии с изобретением небольшое количество активного ингредиента, имеющего более высокий термодинамический потенциал и химическую активность, чем металлические поверхности применяемого реактора для получения танталового порошка, добавляют в реактор до нагрева реактора до температуры реактора и затем в реакторе осуществляют восстановление танталового соединения восстановительным агентом для получения танталового порошка. Активный ингредиент притягивает воздух и влагу внутри реактора для исключения реакции воздуха и влаги с металлическими поверхностями реактора для образования окисных пленок на металлических поверхностях реактора. Количество активного ингредиента, добавленного в реактор, достаточно для реакции с по крайней мере частью и предпочтительно со всем воздухом и влагой, присутствующими в реакторе. После добавки активного ингредиента и разбавителей реактор продувают инертным газом или вакуумируют для уменьшения содержания воздуха и влаги внутри емкости. Затем реактор нагревают и начинается реакция восстановления соединения тантала.

Реакторами, применяемыми в способе согласно изобретению, могут быть реакторы, обычно используемые для производства танталового порошка через восстановление соединения тантала. Обычно типичный узел реактора включает реакционную камеру с пригнанной крышкой, мешалку, глухой канал для термопары, отверстия для впуска и выпуска газа и отверстия для загрузки и разгрузки материалов. Обычно реактор и мешалку изготавливают из чистого никеля, сплавов на основе никеля или железа.

В одном примере осуществления изобретения высокочистый танталовый порошок с высокой площадью поверхности получают следующим образом. Собирают реактор из чистого никеля и проверяют его на воздухонепроницаемость, как описано в примере 1. Затем разгрузочное отверстие открывают и в реактор добавляют небольшое количество активного ингредиента. После добавки активного ингредиента в реактор добавляют соли-разбавители, например NaCl. Специалисты в данной области техники узнают, что активный ингредиент можно добавлять после ввода разбавителей или одновременно. Предпочтительно активный ингредиент добавляют до добавки разбавителя, соединения тантала и восстановительного агента. После добавки этих соединений загруженный реактор продувают аргоном в течение примерно 4 ч для дополнительного уменьшения контакта с воздухом и влагой.

Затем загруженный реактор можно перенести в печь и нагревать до примерно 500oC в течение примерно 4 ч.

После продувки в течение 4 ч либо предварительного нагрева в течение такого же времени температуру повышают до 700 900oC и поддерживают в течение периода времени для обеспечения расплавления разбавителя. Спустя примерно 5-60 мин включают мешалку для перемешивания расплавленной смеси и предпочтительно в реактор вводят восстановительный агент, лучше непрерывным способом. Либо до добавки восстановительного агента можно добавлять соединение тантала.

Танталовую соль загружают в реактор предпочтительно частями. Обычно время добавки приращения синхронизировано с добавкой восстановительного агента, таким образом, добавку соединения тантала вводят, когда количество восстановительного агента достигает установленного уровня. Либо соединение тантала можно добавлять в реактор непрерывно, а восстановительный агент добавлять с приращениями. Однако и соединение тантала, и восстановительный агент можно добавлять непрерывно или с приращениями.

После добавки определенного количества соединения тантала и восстановительного агента добавку каждого прекращают. Затем реактор нагревают до достаточной температуры в течение достаточного времени для завершения реакции восстановления между соединением тантала и восстановительным агентом, при этом мешалка продолжает перемешивать расплавленную смесь в реакторе.

После завершения реакции восстановления реактор охлаждают циркулирующим воздухом или водой. После достаточного охлаждения реактора его открывают. В реактор последовательно вводят пар и воду для нейтрализации избыточного количества натрия.

Затем реакционную массу превращают механически в кубы и промывают водой для удаления солей-разбавителей и извлечения танталового порошка.

Извлеченный танталовый порошок обрабатывают кислотами для удаления остаточных примесей на поверхности порошка.

Танталовые порошки, полученные способом в соответствии с изобретением, можно использовать любым известным способом.

Обычно для применения в конденсаторах танталовый порошок просеивают, легируют, термообрабатывают, раскисляют, прессуют из него гранулы, спекают при температуре от примерно 1400oC до примерно 1700oC и затем анодируют.

Применяют следующие способы испытания для определения и оценки аналитических и физических свойств конденсаторов, включающих танталовые порошки, полученные способом согласно изобретению.

Определение площади поверхности танталового порошка проводили с использованием азотного метода, основанного на уравнении Брунауэра Эммета - Теллера (ВЭТ). Размер частиц определяют, применяя молекулярное сито Фишера (A STM 30 B330-82). Чистоту танталового порошка определяют оптическим эмиссионным спектрографом, имеющим предел обнаружения 5 част./млн. для иона никеля, хрома и молибдена соответственно.

Пример 1. Собрали химический реактор, крышку реактора и мешалку. Материалы конструкции могут быть из никеля, сплава на основе никеля или сплава на основе железа. Узел реактора проверили на воздухонепроницаемость посредством вакуумирования до 5 дюймов рт. столба (абсолютный) и поддержания вакуума в течение 5 мин. Если повышение давления составляет меньше, чем 2 дюйма (50,8 мм) за 5 мин, то реактор считается достаточно герметичным.

Затем открыли загрузочное отверстие реактора и в него добавили 300 фунтов соли-разбавителя.

После этого загруженный реактор перенесли в обычную бункерного типа печь и реактор продули аргоном со скоростью 60 ст. куб. фут./ч в течение примерно 10 ч, при этом печь поддерживали при температуре окружающей среды; т.е. примерно 25oC. Затем печь нагрели до температуры 225oC и поддерживали при этой температуре в течение 4 ч. Через 4 ч температуру в реакторе увеличили до примерно 850oC и поддерживали ее в течение примерно 40 мин, чтобы разбавитель мог расплавиться. Затем включили мешалку для перемешивания расплавленной смеси в реакторе. Жидкий натрий, предварительно нагретый до примерно 125oC, добавляли в реактор непрерывно со скоростью 1 фунт/мин.

На этой стадии процесса загрузили K2TaF7 с 12 приращениями по 20 фунтов. Когда общее количество загрузки натрия достигло 71-72 фунтов, добавку жидкого натрия прекратили и реактор нагревали до температуры 900oC в течение двух часов при непрерывном перемешивании.

Через два часа реактор охладили до температуры примерно ниже 100oC посредством обдувки воздухом из вентилятора. Затем в реактор добавляли пар и воду для удаления остаточного натрия и калия. Затем реактор открыли и слили воду. Промытую твердую реакционную массу превратили механическими средствами в кубические заготовки.

Всю реакционную массу промыли водой для удаления солей, поместив заготовки в бак и добавив воду. После слива воды в реактор добавили смесь минеральных солей, включающую HCl и HNO3. Затем всю емкость вращали в течение примерно 30-60 мин для обеспечения полного контакта между реакционной массой и смесью кислот. После слива порошок, выщеланный кислотой, тщательно промыли для удаления остаточной кислоты и затем высушили.

Свойства танталового порошка, полученного способом из примера 1, указаны в табл. 1.

Примеры 2, 3, 4 и 5. В реактор, подготовленный, как в примере 1, добавили 1 фунт натриевого стержня до добавки 300 фунтов соли для разбавления. Натриевый стержень был в форме цилиндра диаметром примерно 2-1/2 дюйма (63,5 мм) и длиной 8 дюймов (203,2 мм).

После загрузки реактора следовали остальным стадиям способа из примера 1. Свойства танталового порошка, полученного по примерам 2-5, см. в табл. 1.

Пример 6. Следовали способу из примера 1, включая подготовку и сборку реактора, добавку соединения, продувку и нагрев до температуры примерно 850oC. В этом примере также добавляют непрерывно жидкий натрий в количестве 1 фунт/млн. Фтортанталат калия загружали в реактор с десятью приращениями в количестве 28 фунтов.

Когда общая загрузка натрия достигла примерно 83 фунтов, добавку жидкого натрия прекратили. Остальные стадии осуществляли, как в примере 1.

Следовали способу из примера 6, за исключением того, что в реактор добавили 1 фунт натрия в форме цилиндра диаметром 2-1/2 (63,5 мм) и длиной 8'' (203,2 мм) до загрузки в реактор разбавителей и компонентов из примера 6.

Свойства полученного танталового порошка см. в табл. 2.

Пример 8. Сборку никелевого реактора и проверку на воздухонепроницаемость осуществляли, как описано в примере 1. Применяли 1/4 фунта натриевого сердечника в форме цилиндра диаметром 2-1/2'' (63,5 мм) и длиной 2'' (50,8 мм). Добавили примерно 200 фунтов разбавителя.

Остальные стадии осуществляли, как описано в примерах 6 и 7. Свойства полученного порошка см. в табл. 3.

Пример 9. Оборудование реактора подготовили в соответствии со способом, описанным в примере 1. Затем реактор загрузили 300 фунтами разбавителя и продули аргоном со скоростью 60 ст.куб.фунтов/ч в течение примерно 10 в условиях окружающей среды до нагрева до температуры 500oC в течение 4 ч. Затем в течение примерно 30 мин печь доводили до температуры 820oC с последующим перемешиванием. После этого в реактор добавляли жидкий натрий, предварительно нагретый до температуры 125oC, со скоростью 1 фунт/мин. Затем в реактор добавляли с 10 приращениями по 20 фунтов фтортанталата калия (K2TaF7). Когда добавили 60 фунтов натрия, добавку натрия прекратили. Затем реактор нагрели до температуры 900oC до охлаждения и извлечения, как описано в предшествующих примерах.

Свойства полученного танталового порошка см. в табл. 4.

Пример 10. Реактор собрали и подготовили в соответствии со способом из примера 1 и загрузили 1 фунтом натрия в форме стержней и затем 300 фунтами разбавителя. Емкость продували аргоном со скоростью 60 ст.куб.футов/ч при температуре примерно 25oC в течение примерно 10 ч. После этого реактор нагревали в печи при температуре примерно 225oC в течение примерно 4 ч. Температуру в печи повысили до температуры 820oC за 30 мин с последующим перемешиванием. Затем добавили примерно 28 фунтов K2TaF7 сразу после начала добавки жидкого натрия. Натрий предварительно нагревали до температуры 125oC и добавляли со скоростью примерно 0,75 фунта в минуту. Затем в реактор добавляли остальные девять добавок K2TaF7. Когда добавили 83 фунта натрия, добавку натрия прекратили. Остальные стадии обработки материала в реакторе были те же, что и в примере 9.

Свойства танталового порошка, полученного, как описано в этом примере, см. в табл. 5.

Свойства танталового порошка, полученного на стадиях способа из примера 10, за исключением добавки 1 фунта натрия, см. в табл. 6.


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ получения танталового порошка в реакторе, включающий восстановление соединения тантала восстановительным агентом при непрерывной или полунепрерывной подаче соединения тантала и восстановительного агента в реактор, отличающийся тем, что перед восстановлением в реактор вводят активный ингредиент в количестве, достаточном для удаления части влаги и воздуха в реакторе, причем активный ингредиент имеет более высокие термодинамический потенциал и химическую активность, чем материал реактора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве активного ингредиента используют щелочные, щелочноземельные металлы.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соеднения тантала используют фтортанталат калия, фтортанталат натрия, хлорид тантала и их смеси.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы извлечения цветных, редкоземельных и благородных металлов






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+извлечение -золота".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "золото" будут найдены слова "золотой", "золотое" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("золото!").




Рейтинг@Mail.ru