Способ получения порошка ниобия
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения порошка, используемого для изготовления ниобиевых объемно-пористых конденсаторов. Цель изобретения - повышение выхода порошка с развитой поверхностью частиц и упрощение процесса. В качестве исходного материала используют трихлорид ниобия в виде дробленых кусков диаметром до 1 мм, содержащий 48,5 мас.% ниобия, и порошок ниобия, состоящий из частиц осколочной формы с удельной поверхностью 100, 250, 700 и 1500 см2/г. Трихлорид загружают в ниобиевую лодочку, которую устанавливают в высокотемпературную зону реторты с температурой 950°С. В низкотемпературной зоне реторты создают температуру 210- 300°С, преимущественно 250°С. Реторту заполняют аргоном. В указанном режиме реторту выдерживают 30 мин. Трихлорид разлагается с образованием порошка ниобия с развитой поверхностью частиц и пара тетрахлорида, который при охлаждении в промежуточной зоне реторты разлагается с выделением твердого трихлорида ниобия и пара пентахлорида ниобия, который взаимодействует в низкотемпературной зоне с нагретым до 250°С порошком ниобия с образованием твердых низших хлоридов в смеси с избыточным порошком ниобия. Способ обеспечивает повышение выхода порошка с развитой поверхностью за счет использования извлеченных оборотных продуктов в следующем цикле. 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (l9) (If) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ял (Л 0 (21) 4726084/02 (22) 27.07.89 (46) 30,06.91. Бюл. М 24 (71) Институт металлургии им, А.А,Байкова (72) Я.M.Ïîëÿêîâ и А.Б.Зайцев (53) 621.762.242 (088.8) (56) Макинтош А.Б. и Бродлей Дж.С. Извлечение и очистка редких металлов. М,: Атомиздат, 1960, с. 334. Лисовик И.Ф. Поляков Я.М. и Вольдман Г,M. Научные труды. Гиредмет. Т. 68, M., 1975, с. 18 — 24, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА НИОБИЯ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения порошка, используемого для изготовления ниобиевых объемно-пористых конденсаторов. Цель изобретения — повышение выхода порошка с развитой поверхностью частиц и упрощение процесса. В качестве исходного. материала используют трихлорид ниобия в виде дробленых кусков диаметром до 1 мм, содержащий 48,5.мас.,(ниобия, и порошок Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения порошка ниобия, используемого для изготовления ниобиевых объемно-пористых конденсаторов, Цель изобретения — повышение выхода порошка с развитой поверхностью частиц и упрощение процесса. Пример. Порошок ниобия с развитой поверхностью частиц проводят а горизонтальной реторте диаметром 50 мм и длиной 1000 мм, футерованной изнутри листовым ниобием, По длине реактора создают три температурные зоны: высокотемпературниобия, состоящий из частиц осколочной формы с удельной поверхностью 100, 250, 700 и 1500 см /г. Трихлорид загружают в ниобиевую лодочку, которую устанавливают " в высокотемпературную зону реторты с температурой 950 С, В низкотемпературной зоне реторты создают температуру 210300 С, преимущественно250 С. Ретортуэаполняют аргоном. В указанном режиме реторту выдерживают 30 мин. Трихлорид разлагается с образованием порошка ниобия с развитой поверхностью частиц и пара тетрахлорида, который при охлаждении в промежуточной зоне реторты разлагается с выделением твердого трихлорида ниобия и пара пентахлорида ниобия, который взаимодействует в низкотемпературной зоне с нагретым до 250 С порошком ниобия с образованием твердых низших хлоридов в смеси с избыточным порошком ниобия. Способ обеспечивает повышение выхода порошка с развитой поверхностью за счет использования извлеченных оборотных продуктов в следующем цикле. 1 табл, ную зону длиной 450 мм со стороны глухой части реторты; низкотемпературную зону длиной 300 мм со стороны выхода иэ реторты и промежуточную зону. расположенную между высокотемпературной и низкотемпературной зонами. В качестве исходных материалов используют трихлорид ниобия в виде дробленых кусков диаметром до 1 мм, содержащий 48,5 мас. ф ниобия, и порошок ниобия, состоящий из частиц осколочной формы размером 1-10; 10-40; 40 — 60 и 60. 100 мкм с удельной поверхностью соответственно 1500, 700, 250 и 100 см /r, измеренной сорбционным методом, 700 г 1659508 трихлорида ниобия загружают в ниобиевую лодочку, которую устанавливают в высокотемпературную зону реторты. Реторту заполняют аргоном и закрывают крышкой, снабженной устройством для 5 создания защитной аргоновой завесы. Высокотемпературную зону нагревают до 950 С, низкотемпературную — до 250 С. В промежуточной зоне создается перепад температур между 950 и 250 С. В указанном 10 температурном режиме реторту выдерживают в течение 30 мин. Трихлорид ниобия при нагреве разлагается по реакции NbCIz,67(т) + 4В(т) + NbCip(г) (1) 15 с образованием ниобия,:îòîðûé остается в лодочке в виде тонкодисперсного порошка с развитой поверхностью частиц, и пара тетрахлорида ниобия. Последний при ох- 20 лаждении в промежуточной зоне реторты разлагается по реакции NbCIa-- IbCIq,r;(>) + NbClg() (2) 25 с выделением твердого трихлорида ниобия на поверхности проме>куточной эоны реторты и пара пентахлорида ниобия, который взаимодействует в низкотемпературной зоне с нагретым до 250 С порошком ниобия по реакции ИЬС15(г) + Nb(т) Nb Clõ(-,) (:0 с образованием твердых низких хлоридов 35 (ЙЬС14, ИЬС(з,;з и др,) в смеси с непрореагиp0BBBLUI M избы гочным nopoUJK0M ниобия, По окончании процесса реторту охлаждают и извлекают из нее 800 г смеси ниобия с низшим хлоридом, 190 г трихлорида ниобия 40 и 100 r порошка ниобия с развитой поверхностью частлц (целевого продукта), Извлеченный трихлорид ниобия загружают в ниоблевую лодочку. Свежую порцию исходного порошка ниобия в количестве 400 г 45 загружают в ниобиевую лодо ку, Лодочку с трихлоридом ниобия и смесью устанавливают в высокотемпературную зону реторты, а лодочку с исходным порошком — в низкотемпературную зону ре- 50 торты. Реторту заполняют аргоном и продолжают процесс, После охлажденля реторты из нее извлекают смесь ниобия с низшими хлоридами ниобия, трихлорид ниобия, целевой продукт и регенерированный 55 исходный порошок ниобия, Извлеченные оборотные продукты снова загружают в реторту. При этом массу исходного порошка ниобия и трихлорида ниобия доводят до 400 и 190 г соответственно за счет добавления свежих порций этих продуктов. Далее снова проводят процесс по описанному режиму. Всего проводят 10 процессов. За весь цикл вводят 725 г исходного трихлорида ниобия и 1255 г исходного порошка ниобия с частицами размерами 10 — 40 мкм и получают 380 rцелевого продукта,,895 r смеси порошка ниобия с низшими хлоридами ниобия, 196 г трихлорида ниобия и 465 r регенерированного исходного порошка ниобия, Общая потери массы трихлорида ниобия за цикл составляет 25 r или 7 / к массе полученного целевого продукта. В таблице представлены результаты опробования способа. При взаимодействии охлажденного до 200 С пара с порошком ниобия в низкотемпературной зоне реторты происходит существенная потеря массы исходных и оборотных продуктов эа счет твердофазной конденсации пара пентахлорида с выделением твердого пентахлорида ниобия на поверхности реторты и уносом в виде пыли из реторты. Для перевода выделенного пентахлорида ниобия в трихлорид ниобия требуется проведение дополнительного технологического процесса со своим аппаратурным оформлением. При взаимодействии охлажденного до 320 С пара с порошком ниобия происходит существенная потеря массы исходных и оборотных продуктов за счет уноса из реторты парообразного тетрахлорида ниобия. Улавливание и перевод последнего в трихлорид ниобия требует введения дополнительных технологических переделов и аппаратуры. Использование порошка ниобия с частицами размером 60 — 100 мкм приводит к значительному ухудшению условий взаимодействия с охлажденным паром и, соответственно, к существенномууносу парообразного пентахлорида из реторты и необходимости введения дополнительных переделов для его улавливания и переработки в трихлорид ниобия. Использование порошка ниобия с размером частиц менее 1 мкм требует создания дополнительных переделов для измельчения выпускаемых промышленностью конденсаторных порошков с размером частиц в пределах 10-60 мкм и получаемых при их производстве пылевых отходов с частицами размером 1 — 10 мкм. Уменьшение массы взаимодействующего с паром порошка ниобия с частицами размером 1-10 мкм ниже 190 r приводит к существенному уносу охлажденного пара из реторты и, соответственно, к необходимости введения дополнительных переделов 1659508 для его улавливания и переработки в трихлорид ниобия, Увеличение массы взаимодействующего с паром порошка ниобия с частицами размером 40-60 мкм выше 550 г не приводит к улучшению условий взаимодействия. При этом избыточный порошок ниобия циркулирует в процессе в виде вредного балласта, занимая рабочий объем реторты. Полученный порошок ниобия характеризуется высокой удельной поверхностью (7500-850 см /г), измеренной сорбционным методом, Необходимые и достаточные условия получения порошка ниобия с развитой поверхностью частиц достигаются при охлаждении прореагировавшего пара до 210 — 300 С и его взаимодействии при этой температуре с порошком ниобия с размерами частиц 1 — 60 мкм, взятым в количестве 190 — 550 г на 700 r первоначально введенного в процесс трихлорида ниобия (на 560 г образующегося из него пара тетрахлорида ниобия). Это соответствует 1 — 3-кратному количеству порошка ниобия к массе взаимодействующего с ним охлаждаемого пара, 5 Предлагаемый способ позволяет по сравнению с известным существенно сократить технологический цикл и вести процесс в едином реакционном аппарате. 10 Формула изобретения Способ получения порошка ниобия, включающий нагрев трихлорида ниобия в инертной среде при 750 — 1000 С и охлаждение выделенных паров тетрахлорида нио15 бия,отл ича ю щийся тем,что,с целью повышения выхода порошка с развитой поверхностью частиц и упрощения процесса, охлаждение паров тетрахлорида при 210300 С ведут в присутствии порошка ниобия 20 с размером частиц 1 — 60 мкм при соотношении количества порошка к массе взаимодействующего с ним пара (1 — 3):1, Разме ры час тиц исход ного по рошка ниобия мкм Загружено проктов эа икл, Г Извлечение продуктов за цикл, r Температура взаимо°° дейстоС Потеря массы эа цикл, г Целе- Оборотные регенерируеИсходный порошок ниобия Исходный трихлорид ни- обия овои продукт мые и од кты Смесь ТрихлоПорошок ниобия рид ниобия го Составитель Н. Петров Редактор M. Петрова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М. Кучерявая Заказ 1822 Тираж 389 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 250 10 — 40 1.0 —.40 10 — 40 10 — 40 10 — 40 1 — 10 40 — 60 60-100 1 — 10 1 — 10 40-60 40 — 60 600 1310 760 380 950 190 . 195 520
