СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЯТИОКИСЕЙ ТАНТАЛА И НИОБИЯ Российский патент 1997 года по МПК C01G33/00 C01G35/00 

Изобретение относится к химии металлоорганических соединений редких тугоплавких металлов, в частности касается получения пятиокисей тантала и ниобия высокой химической чистоты из полимерных металлоорганических соединений тантала и ниобия.

В металлургии известны следующие способы получения пятиокисей тантала и ниобия из хлорпроизводных ниобия (тантала) [1]
1. Гидролиз в водных растворах (жидкофазный способ).

2. Гидролиз водяным паром (парофазный способ).

3. Взаимодействие с кислородом или кислородсодержащими газами.

Первые два способа нашли промышленное применение.

Недостатками жидкофазного способа гидролиза являются: трудности фильтрации и высокая сорбционная способность получающихся осадков гидроксидов, ведущая к загрязнению продукта; применение громоздкой аппаратуры для гидролиза, фильтрации, сушки и прокалки [2]
Недостатками гидролиза водяным паром являются: трудности аппаратурного оформления системы пылеулавливания; образование высокоагрессивной среды при высокой температуре процесса (300.1100^oC); высокая коррозия оборудования; большие потери металлов с пылеуносом.

Известен способ получения пятиокисей тантала и ниобия Ta(Nb)₂O₅ путем взаимодействия пентахлоридов тантала и ниобия Ta(Nb)Cl₅ с диоксидом азота (NO₂) [3] Процесс получения пятиокисей тантала и ниобия проводят при температуре 175.500^oC.

Недостатками данного способа являются: низкая степень извлечения конечного продукта; большие потери металлов с отходящими газами, вследствие летучести пентахлоридов.

Известен способ получения оксидов тантала и ниобия путем взаимодействия пентахлорида ниобия (тантала) с растворами аммиака [4]
Недостатками способа являются: трудности управления процессом гидролиза; большая потребность в реактивном растворе аммиака; необходимость утилизации образующегося хлорида аммония.

В настоящее время в органической химии разработан способ получения полимерных металлоорганических соединений тантала и ниобия, в состав которых, кроме этих металлов, входят кислород, углерод, хлор и молекулярная жидкость из углерода и хлора; вычисленный химический состав соединения выражается формулой: MeO₅C₅Cl₁₅•nCCl₄, где Me это тантал или ниобий [5]
Эти полимерные металлоорганические соединения тантала и ниобия получают автоклавным способом из тантало-ниобиевых руд и минеральных концентратов с применением органических реагентов [5] По своему химическому составу данные полимерные металлоорганические соединения тантала и ниобия являются химически чистыми веществами по примесям других металлов и элементов, содержащихся в руде или минеральном концентрате, и являются ценным исходным веществом для получения пятиокисей тантала и ниобия высокой химической чистоты.

Задачей настоящего изобретения является осуществление процесса получения пятиокисей тантала и ниобия из полимерных металлоорганических соединений тантала и ниобия.

Сущность предлагаемого способа получения пятиокисей тантала и ниобия заключается в том, что в качестве исходного химического соединения тантала (ниобия) используют полимерное металлоорганическое соединение тантала (ниобия), которое подвергают физико-химическому взаимодействию с концентрированной перекисью водорода и концентрированной серной кислотой при нормальных условиях, полученный раствор хлоридно-сульфатно-пероксидного комплексного соединения тантала (ниобия) разбавляют дистиллированной водой и нагревают до разложения комплексного соединения и выделения взвеси гидроокиси тантала (ниобия), которую сгущают, отфильтровывают, смешивают с концентрированной серной кислотой и выпаривают до удаления плотных белых паров серного ангидрида, полученный твердый остаток выщелачивают горячей дистиллированной водой до полного удаления растворимых примесей и прокаливают до получения кристаллической пятиокиси тантала (ниобия).

Технический результат предложенного способа получения пятиокисей тантала и ниобия выражается в получении химически чистого продукта более эффективным способом, при невысоких температурах, с использованием простого оборудования. Кроме того, предлагаемый способ менее вреден с экологической точки зрения по сравнению с известными способами получения пятиокисей тантала и ниобия из хлорсодержащих соединений тантала и ниобия, применяемыми в промышленности.

Полимерные металлоорганические соединения тантала и ниобия обладают близкими физико-химическими свойствами, поэтому получение из них пятиокисей тантала и ниобия осуществляют по одной и той же технологической схеме, представленной на чертеже, где n частота вращения мешалки, об./мин; t_к температура комнатная, ^oC; t температура нагревания, ^oC; τ время процесса.

Способ получения пятиокисей тантала (ниобия) осуществляют следующим образом.

В реактор с перемешивающим и теплообменным устройством заливают отмеренное количество концентрированной перекиси водорода (33% H₂O₂) с добавлением концентрированной серной кислоты (плотностью 1,84 г/см³) H₂SO₄. В полученный раствор загружают твердое полимерное металлоорганическое соединение тантала (ниобия) небольшими порциями (для поддержания комнатной температуры в реакторе, так как реакция взаимодействия полимерного металлоорганического соединения тантала (ниобия) с перекисью водорода проходит с выделением тепла, и при большой загрузке возможно вскипание и быстрое разложение перекиси водорода), суспензию эффективно перемешивают и охлаждают с помощью теплообменного устройства реактора до комнатной температуры. Полученный в результате физико-химического взаимодействия (исходного продукта с реагентами) раствор хлоридно-сульфатно-пероксидного комплексного соединения тантала (ниобия) разбавляют дистиллированной водой и нагревают до разложения комплексного химического соединения тантала (ниобия), при этом происходит гидролиз с выделением взвеси гидроокиси тантала (ниобия), которая при нагревании становится крупнозернистой. Взвесь гидроокиси тантала (ниобия) сгущают и отфильтровывают, осадок переводят в выпарную чашу, смешивают с концентрированной серной кислотой (плотность 1,84 г/см³) и выпаривают на песчаной бане до удаления плотных белых паров серного ангидрида (SO₃). Твердый остаток смывают в реактор и выщелачивают горячей дистиллированной водой до полного удаления всех водорастворимых примесей. Суспензию отфильтровывают, осадок сушат при температуре 105^oC до постоянного веса и прокаливают затем в муфельной печи при температуре 830.900^oC с целью получения устойчивой модификации кристаллической пятиокиси тантала (ниобия).

Если в качестве исходного хлорсодержащего соединения тантала и ниобия используют сополимер металлоорганических соединений тантала и ниобия, то его перерабатывают также по схеме, представленной на чертеже, а конечный продукт получают в виде коллективной кристаллической пятиокиси тантала и ниобия.

Источники информации.

1. Зеликман А.Н. Коршунов Б.Г. Елютин А.В. Захаров А.М. Ниобий и тантал. М. Металлургиздат, 1990, с. 88.

2. То же, с. 89.

3. То же, с. 91-92.

4. То же, с. 93.

5. Патент РФ N 2033415 на изобретение "Способ получения металлоорганических соединений", кл. C 08 G 79/00, опубл. 20.04.95 БИ N 11.

Использование: получение пятиокисей ниобия и/или тантала высокой чистоты. Сущность способа: полимерное металлоорганическое соединение тантала и/или ниобия подвергают физико-химическому взаимодействию с концентрированной перекисью водорода и концентрированной серной кислотой при нормальных условиях. Полученный раствор разбавляют дистиллированной водой. Нагревают до выделения взвеси гидроокиси тантала и/или ниобия. Взвесь сгущают, отфильтровывают, смешивают с концентрированной серной кислотой, выпаривают до удаления паров серного ангидрида. Остаток выщелачивают горячей дистиллированной водой и прокаливают. 1 ил.

Способ получения пятиокиси тантала и/или ниобия путем жидкофазного физико-химического взаимодействия хлорсодержащих соединений тантала и/или ниобия с кислородосодержащими химическими реагентами, отличающийся тем, что в качестве исходного хлорсодержащего химического соединения тантала и/или ниобия используют полимерное металлоорганическое соединение тантала и/или ниобия, которое подвергают физико-химическому взаимодействию с концентрированной перекисью водорода и концентрированной серной кислотой при нормальных условиях, полученный раствор хлоридно-сульфатно-пероксидного комплексного соединения тантала и/или ниобия разбавляют дистиллированной водой и нагревают до выделения взвеси гидроокиси тантала и/или ниобия, которую сгущают, отфильтровывают, смешивают с концентрированной серной кислотой и выпаривают до удаления белых паров серного ангидрида, полученный твердый остаток выщелачивают горячей дистиллированной водой и прокаливают до получения кристаллической пятиокиси тантала и/или ниобия.