Способ получения фторотанталата калия

(51) 22 34/24 (2006.01) 01 35/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ технологии производства фторотанталата калия(ФТК), являющегося исходным сырьем для получения конденсаторных порошков тантала натриетермическим восстановлением. Химические и физические свойства высокоемких танталовых порошков в значительной степени зависят как от степени чистоты применяемого ФТК, так и от его физических характеристик - насыпной плотности,крупности кристаллов и их однородности. Целью предлагаемого изобретения являлась разработка экономичного и высокоэффективного метода получения фторотанталата калия, требуемой чистоты и с необходимыми физическими характеристиками,на основе действующего производства переработки танталовых концентратов по фторидной технологии. Сущность изобретения заключается в проведении последовательной кристаллизации двух разных солей тантала - фторотанталата натрия и фторотанталата калия, что обеспечивает очистку тантала от нежелательных примесей.(72) Ангиленко Валерий Николаевич Кофман Валерий Владимирович Степанов Вячеслав Николаевич Бабин Антон Александрович Марянина Людмила Николаевна(73) Акционерное общество Ульбинский металлургический завод(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРОТАНТАЛАТА КАЛИЯ(57) Способ относится к области переработки танталового сырья по фторидной технологии на чистые соединения тантала. Получение высокоемких танталовых конденсаторных порошков в производстве тантала за последнее десятилетие остается наиболее актуальным. Разработка технологии производства конденсаторных порошков сложная многоплановая задача, которая включает в себя разработку Способ относится к области переработки танталового сырья по фторидной технологии на чистые соединения тантала. Получение высокоемких танталовых конденсаторных порошков в производстве тантала за последнее десятилетие остается наиболее актуальным. Разработка технологии производства конденсаторных порошков сложная многоплановая задача, которая включает в себя разработку технологии производства фторотанталата калия(ФТК), являющегося исходным сырьем для получения конденсаторных порошков тантала натриетермическим восстановлением. Химические и физические свойства высокоемких танталовых порошков в значительной степени зависят как от степени чистоты применяемого ФТК, так и от его физических характеристик - насыпной плотности,крупности кристаллов и их однородности. Решение задачи создание технологии получения ФТК для производства высокоемких порошков должно включать оптимальное соотношение качества и себестоимости готовой продукции. Задачей предлагаемого изобретения являлась разработка экономичного и высокоэффективного метода получения фторотанталата калия, требуемой чистоты и с необходимыми физическими характеристиками,на основе действующего производства переработки танталовых концентратов по фторид- ной технологии. Фторидная технология переработки танталониобиевых концентратов включает кислотное выщелачивание концентрата в смеси плавиковой и серной кислот, экстракционное выделение и разделение тантала и ниобия с получением танталового реэкстракта, из которого проводят осаждение фторотанталата калия (ФТК). Предлагаемое изобретение позволяет получать ФТК крупнокристаллической структуры с содержанием примеси азота - менее 100 ,кремния - менее 10 , при этом массовая доля основных примесей составляет 500 С 20 Са 103 М 33 С 333 С 3 А 3 Со 30,30,3 Мо 0,3. Способ осаждения ФТК из танталового реэкстракта с использованием калийсодержащей соли широко распространен в промышленной практике. ФТК, полученный из танталового реэкстракта,представляющего раствор фторотанталата аммония - (4)27, содержит до 0,16 примеси азота, поскольку в процессе кристаллизации происходит захват ионов аммония в структуру ФТК. Для снижения массовой доли большинства примесей, в том числе азота, применяют метод перекристаллизации ФТК в растворе фтористоводородной кислоты. Это известный способ очистки ФТК, основанный на повышении растворимости ФТК с повышением температуры. Способ заключается в растворении фторотанталата калия при температуре 95100 С в растворе плавиковой кислоты (2-4) с получением пересыщенного горячего раствора, из которого по 2 мере остывания происходит кристаллизация соли(Курс неорганической химии, Г. Реми, том ,Москва, 1966 г., стр. 132). Недостатком данного способа получения ФТК для производства высокоемких порошков является необходимость применения фтористоводородной кислоты высокой степени чистоты (массовая доля кремнефтористоводородной кислоты не более 0,0050) как в технологии экстракционной очистки тантала при получении танталового реэкстракта так и для перекристаллизации ФТК. Применение кислоты с низким содержанием кремния обусловлено образованием нерастворимой соли кремнефторида калия (26) при добавлении калийсодержащего реагента к танталовому реэкстракту. Растворимость кремнефторида калия составляет 0,12 г на 100 г воды, что намного ниже,чем растворимость ФТК (0,8 г на 100 г воды),поэтому, при осаждении ФТК происходит в первую очередь кристаллизация 26. При перекристаллизации ФТК из-за низкой растворимости кремнефторида калия массовая доля кремния в ФТК возрастает. Известен способ получения фторотанталата калия при добавлении солей калия к раствору фторида тантала, полученному растворением гидроксида тантала в водном растворе фтористого водорода. (Файрбротер Ф. Химия ниобия и тантала. Издательство ХИМИЯ. М, 1972 г., с.72). Гидроксид тантала подвергают растворению в плавиковой кислоте с получением раствора фторотанталовой кислоты (27), из которого проводят осаждение ФТК. Полученный ФТК не содержит примесь азота, поскольку в исходном растворе отсутствует ион аммония. Минимальное значение массовой доли примесей в полученном ФТК обеспечивается чистотой исходного продукта и применением фтористоводородной кислоты высокой степени чистоты. Примем данную технологию за прототип. Недостатком данной технологии являются 1. Высокий расход фтористоводородной кислоты(1,8 л/кг). Расход фтористоводородной кислоты для растворения гидроксида тантала должен превышать стехиометрически необходимый для полного растворения гидроксида и создания избыточной кислотности раствора по . Избыток фтористого водорода необходим для исключения образования оксифтористых соединений тантала (5) и образования оксифторотанталата калия (5) при осаждении ФТК из раствора от растворения гидроксида тантала. 2. Содержание массовой доли примесей в полученном ФТК напрямую зависит от степени чистоты применяемого исходного продукта. По данной технологии для получения ФТК, пригодного для производства высокоемких танталовых порошков, необходимо использовать гидроксид тантала с содержанием основных примесей (Са, ,М,, С, , , С, , Со, , Мо, ) на уровне 15 . 3. Высокая себестоимость ФТК, обусловленная высокими ценами на исходное сырье - чистый гидроксид тантала, а также значительными затратами на фтористоводородную кислоту высокой степени чистоты. 4. Также недостатком данной технологии следует считать зависимость производства ФТК от поставок гидроксида тантала и ценовой политики партнера,поставляющего исходный продукт. Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи получения ФТК, пригодного для производства высокоемких танталовых порошков,без использования в качестве исходного продукта высокочистого гидроксида тантала и при меньшем расходе фтористоводородной кислоты высокой степени чистоты. Изобретением предлагается использование танталового реэкстракта,полученного по фторидной технологии с использованием фтористоводородной кислоты,содержащей до 0,025 кремнефтористоводородной кислоты. Сущность изобретения заключается в проведении последовательной кристаллизации двух разных солей тантала - фторотанталата натрия и фторотанталата калия, что обеспечивает очистку тантала от нежелательных примесей. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом Из танталового реэкстракта, полученного экстракционным выделением тантала из растворов от переработки танталового сырья, проводится осаждение соли фторотанталата натрия (ФТН) с использованием натриевых солей или гидроксида натрия. Растворимость ФТН формулы 27 составляет 4,83 г на 100 г воды. Еще больше возрастает растворимость фторотанталата натрия в растворе кислот и с повышением температуры. Данная растворимость фторотанталата натрия позволяет получить холодный стабильный танталовый раствор или горячий насыщенный раствор фторида тантала с достаточно высоким содержанием тантала. Из полученного танталового раствора проводят осаждение фторотанталата калия с использованием хлорида калия. При добавлении хлорида калия в раствор фторотанталата натрия сразу же происходит кристаллизация ФТК, поскольку растворимость ФТК (0,8 г на 100 мл воды) намного ниже растворимости ФТН (4,83 г на 100 г воды). Раствор фторотанталата натрия практически не содержит ионов аммония, и это позволяет получить ФТК с минимальным содержанием примеси азота. С натрием кремнефтористая кислота также образует соль - кремнефторид натрия (26), но эта соль имеет большую растворимость (0,65 г на 100 г воды), чем 26 (0,12 г на 100 г воды). Более высокая растворимость натриевой соли кремния позволяет получать ФТК из раствора ФТН с меньшим содержанием примеси кремния, чем при прямом осаждении ФТК из исходного раствора, т.к. часть кремния сбрасывается с маточным раствором при осаждении ФТН. При содержании в танталовом реэкстракте примеси кремния до 0,15 г/л, данным методом возможно получение ФТК с содержанием примеси кремния менее 10 . Осаждение ФТК из раствора ФТН можно проводить при комнатной температуре или из горячих растворов. При осаждении ФТК из растворов комнатной температуры получают ФТК большей степени чистоты,но имеющий мелкокристаллическую структуру. Для получения крупных кристаллов проводят перекристаллизацию первичного ФТК в растворе плавиковой кислоты с получение крупнокристаллической соли. Пример 200 мл танталового реэкстракта с содержанием тантала 91,3 г/л и кремния 0,15 г/л обрабатывали натрийсодержащим реагентом. Образовавшийся осадок отфильтровывали через бумажный фильтр,затем без промывки сняли с фильтра и высушили при температуре 100 С. Высушенный осадок анализировали по содержанию тантала, которое составило 50,2. 15 г полученного осадка ФТН растворяли в 100 мл дистиллированной воды при температуре 25 С с добавлением 10 мл фтористоводородной кислоты при непрерывном перемешивании раствора лабораторной мешалкой. Затем в раствор добавили 6,4 г хлорида калия. После добавления хлорида калия пульпа перемешивалась еще в течение 6 часов и отстаивалась 24 часа. Образовавшийся осадок первичного ФТК отфильтровали через бумажный фильтр, промывали на фильтре водой и высушили при температуре 100 С. 12 г полученного осадка ФТК растворяли 100 мл предварительно разогретой до 90 С дистиллированной воды с добавлением 10 мл фтористоводородной кислоты (40 ). Затем раствор произвольно охлаждался до комнатной температуры. Полученный осадок ФТК фильтровали через бумажный фильтр с промывкой осадка на фильтре этиловым спиртом. Перекристалли- зованный ФТК высушивали при температуре 100 С, растирали и анализировали по содержанию примесей. Содержание массовой доли примеси кремния в полученном ФТК составило менее 10 , примеси азота - менее 100 . Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами- относительно низкая себестоимость ФТК для производства высокоемких танталовых порошков,так как предполагает использование более дешевого исходного продукта - танталового реэкстракта,образующегося в процессе переработки танталовых концентратов- относительно низкий расход дорогостоящей плавиковой кислоты высокой степени чистоты применение дешевого и широко распространенного реагента - хлорида натрия- возможность проведения процессов осаждения ФТН, растворения соли ФТН, осаждения ФТК и перекристаллизации ФТК в одном реакторе с применением процессов декантации для отделения раствора. Техническим результатом данного изобретения является создание технологии получения ФТК,пригодного для производства высокоемких 3 порошков тантала, из танталового реэкстракта при относительно небольших затратах. Технология легко может быть реализована в действующем производстве по переработке танталового сырья с применением экстракционных методов очистки тантала. При этом без изменений сохраняется технология получения ФТК для производства слитков с широким диапазоном массовой доли примесей кремния и азота, в зависимости от требований заказчика. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения фторотанталата калия путем добавления к горячему раствору фторотанталата аммония или фторотанталовой кислоты горячего раствора соли калия или гидроксида калия, отличающийся тем, что осаждение фторотанталата калия проводят из раствора фторотанталата натрия 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение фторотанталата калия ведут из растворов с температурой 2040 С 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для осаждения фторотанталата калия используют кристаллическую соль калия.