鉭的提純方法
2023-10-05 21:33:09 2
專利名稱：鉭的提純方法
技術領域：
本發明涉及對含有鉭的礦石和化合物的加工和提純方法。特別是它涉及從標準等級的氧化鉭類，氫氧化鉭類和水合鉭酸銨類中生產出高純度鉭化合物的方法。
背景技術：
高純度的鉭金屬和五氧化二鉭，對電子工業在製備先進的材料用於製造裝置例如表面濾聲器，熱電紅外傳感器，光電裝置和電容器方面，已為得日益重要。在1957年以前，採用稱為馬裡納克方法的分步結晶法，以使鈮和過渡金屬元素與鉭分離，該方法是利用了K2TaF7和K2NbOF5·H2O和其它含氟金屬化合物之間的溶解度的差別。但是，用這種方法獲得的五氧化二鉭含有大量的雜質Nb(1000～3000ppm)，和其它元素例如Si(最高達3000ppm)，Ti(最高達100ppm)；和Fe(最高達2000ppm)。舉例來說，這些雜質水平比在電容器製品所使用的鉭金屬絲中容許的總的過渡金屬雜質水平(小於1000ppm)要高得多。
在50年代後期，時新的溶劑萃取和離子交換方法取代了馬裡納克方法。液-液溶劑萃取和離子交換法的一些實例公開於US3,117,833，US 3,712,939，US 4,673,554和US 4,446,115中。在溶劑萃取法中，含有至少25wt％鉭和五氧化二鈮的礦石濃縮液被氫氟酸介質化學分解，然後採用過濾的方法將溶解鉭和鈮類物質與殘渣分離。使在HF/H2SO4介質中含有鉭(如TaF72-)和鈮(如NbOF52-)的濾液與通常為甲基異丁基酮(MIBK)的有機相接觸，而有機相能有選擇地吸收鉭和鈮類物質，留下雜質例如鈦，鐵，和矽於水相中。採用反萃取法利用硫酸使鈮與鉭分離。最後，利用氟化銨溶液從有機相(MIBK)中洗提出鉭(TaF72-)，並利用KCl通過沉澱使其轉變成K2TaF7。雖然用溶劑萃取法製備的Ta2O5(或K2TaF7)能用於許多場合，但是這程序是昂貴的，要使用大量的HF，而HF要求專門的管理，並要求處置大量的溶劑。
在此引入作為參考的US 5,635,146講述了製備純K2TaF7和五氧化二鉭的另一供選用的方法。這方法也要求使用氫氟酸，雖然在用量上比上述方法要少。
US 6,010,676講述了直接溶解法，其中含有雜質的鉭化合物，在溶解於氫氟酸中之前，與硫酸混合形成漿液。
發明概述本發明的一個目的是要消除現有技術的缺陷。
本發明的另一個目的是要提供一種經濟的方法用於提純鉭而無需使用氫氟酸。
本發明的再一個目的是要提供一種生產高純度K2TaF7而無需採用溶劑萃取或離子交換技術的方法。
根據本發明的這些目的，提供一種提純鉭化合物的方法，它包括(a)將含有雜質的鉭化合物與含有氟化物的化合物和硫酸相混合，以形成含有鉭成分和雜質的溶液；鉭化合物選自氧化鉭，氫氧化鉭或水合氧化鉭銨，或它們的組合物；含有氟化物的化合物選自氟化氫銨，NaF，KF，CaF2，或它們的組合物；和(b)使鉭成分與雜質分離，以獲得純的鉭化合物。
優選實施方案描述我們發現工業等級的水合氧化鉭銨(HATO)，(NH4)2-xHxTa2O6·nH2O)，和含有比較高的雜質水平的有關化合物例如氫氧化鉭和氧化鉭，採用直接溶解法能用來生產高純度的鉭化合物例如K2TaF7。本發明的方法優選採用氟化氫銨，NH4HF2，作為氟化物源，以代替常規方法中所使用的氫氟酸。這點特別有利，因為氟化氫銨比HF的費用要低約70％(折合成F值)且更安全和更易於操作。
通常，本方法包括將HATO，氫氧化鉭和/或氧化鉭，和含有化合物的氟化物溶入硫酸中。優選的含氟化物的化合物是氟化氫銨。其它含有氟化物的化合物包括NaF，KF和CaF2，或它們的組合物，這些氟化物可以單獨使用或與氟化氫銨組合起來使用。有些鉭化合物例如五氧化二鉭可能要求在溶解之前先轉化成鉭酸鉀，如在US 5,635,146中所述。一旦在溶解狀態中，由於添加劑KCl或其水溶性鉀化合物例如K2CO3，KOH，KF，K2C2O4，或K2O的作用，鉭成分優選沉澱成純K2TaF7。高純度K2TaF7晶體用過濾的方法分離出來，然後洗滌並在110℃下烘乾。
現提供以下非限制性實例。
實例1使62.5g的含有雜質的非結晶的水合氧化鉭銨(HATO)與106g的NH4HF2相混合，然後將125ml的濃硫酸(H2SO4)(18M)緩慢地加入，以溶解鉭成分。可以觀察到有一輕微放熱反應。用2升的去離子(DI)水稀釋這濃溶液，然後加入75g的KCl以便沉澱出K2TaF7。將這上層清液輕輕倒出，留下約1/2升的結晶漿液。將0.5升容積的DI水加到結晶漿液中，然後用過濾的方法分離出固體來。用0.5升的DI水洗滌濾紙上的濾餅。在110℃下烘乾這洗滌的沉澱物K2TaF7，並作分析。
在K2TaF7中的雜質水平與在HATO起始材料中的雜質水平的對比示於表1中。這些結果表明本方法已生產出了高純度的K2TaF7。尤其是，極大地降低了鈮和Fe的濃度。按照US 6,010,676高純度的K2TaF7能轉化成氧化鉭，或者採用已知的方法，使其轉化成高純度的鉭金屬婁末。
表1
實例2將1600g的Ta2O5與600g的試劑級的K2CO3相混合，使混合物通過20篩號的篩子，然後在2升二氧化矽的坩堝內在750℃下加熱10小時。冷卻至室溫後，將此坩堝內所盛物質懸浮在8～10升的水中，充分地攪拌並使其沉澱。用傾潷法慢慢傾去上層清液。然後用水洗滌這固體至中性pH，並在110℃下烘乾，以獲得KTaO3。
將275g的工業級NaF放入4升的塑料燒杯中。將這燒杯放在冷水盆中，加入310ml的試劑級的H2SO4；同時用一塑料棒對其連續地攪拌。在加入硫酸的時候要小心，因為這是強烈的放熱反應。在反應結束後，緩慢地加入125g的KTaO3，同時連續地攪動。再次要求小心，因為這會產生強烈的放熱反應。這時，加入4.5升的水並充分攪拌。通過添加100g的KCl，使鉭成分沉澱為(Na，K)2TaF7，並使這沉澱物保留在母液中過夜以便晶化。倒去上層清液，然後過濾這沉澱物並用1.5升的水洗滌。使沉澱物在110℃下乾燥過夜，並用輝光放電質譜法(GDMS)測定雜質水平。
列於表2中的GDMS數據表明，在鉭酸氟化物的沉澱期間，起始工業級Ta2O5中存在的雜質被有效地去除了。這產物(Na，K)2TaF7是結晶體，但不可能與已知的氟鉭酸鹽相符。在0.7m2/g時該產品的比表面積類似於按照US 5,635,146製備的K2TaF7。這化合物的形態和表面積，建議按照US 6,010,676中提出的方法，可藉助經氫氧化銨的水解作用，使其直接轉化成鉭酸銨。
表2
雖然已展示和敘述了目前所認為的本發明的優選實施方案，但是本領域的那些技術人員將會發現，其中可以進行許多變更和修改，只要不越出由所附權利要求書所限定的本發明的範疇。
權利要求
1.一種提純鉭化合物的方法，它包括(a)將含有雜質的鉭化合物與含有氟化物的化合物和硫酸相混合，以形成含有鉭成分和雜質的溶液；所述鉭化合物選自氧化鉭，氫氧化鉭或水合氧化鉭銨，或它們的組合物；含有氟化物的化合物選自氟化氫銨，NaF，KF，CaF2，或它們的組合物；和(b)使鉭成分與雜質分離，以獲得純的鉭化合物。
2.權利要求1的方法，其中分離鉭成分的方法是將可溶性鉀化合物加入到該溶液中。
3.權利要求2的方法，其中純的鉭化合物是氟鉭酸鉀。
4.權利要求2的方法，其中含有氟化物的化合物是NaF，而高純度的鉭化合物是(Na，K)2TaF7。
5.權利要求1的方法，其中在將含有雜質的鉭化合物與含有氟化物的化合物和酸相混合以前，將其轉化成鉭酸鉀。
6.一種提純的鉭化合物方法，它包括(a)將含有雜質的水合氧化鉭銨與氟化氫銨和硫酸相混合，以便形成含有鉭成分和雜質的溶液；(b)採用加入可溶性鉀化合物以便沉澱出鉭酸氟鉀的方法，使鉭成分與雜質分離，和；(c)過濾，以提取該沉澱物。
7.權利要求6的方法，其中可溶性鉀化合物是KCl。
8.一種提純鉭化合物的方法，它包括(a)使含有雜質的氧化鉭轉化成鉭酸鉀；(b)使鉭酸鉀與NaF和硫酸相混合，以使形成含有鉭成分和雜質的溶液；(c)採用加入可溶性鉀化合物以沉澱出(Na，K)2TaF7的方法，使鉭成分與雜質分離，和；(d)過濾，以便提取這沉澱物。
全文摘要
講述了一種用來提純工業級的水合氧化鉭銨(HATO),(NH
文檔編號C01G35/00GK1340631SQ0112539
公開日2002年3月20日 申請日期2001年8月31日 優先權日2000年8月31日
發明者R·P·辛格, M·J·米勒 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司