DE893197C

DE893197C - Verfahren zur Anreicherung und Trennung der Elemente Niob und Tantal

Info

Publication number: DE893197C
Application number: DEH9370A
Authority: DE
Inventors: Christel Dr Pietruck; Harald Dr Schaefer
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1951-08-09
Filing date: 1951-08-09
Publication date: 1953-10-15

Description

Verfahren zur .Anreicherung und Trennung der Elemente Niob und Tantal Die Trennung von Niob und Tautal stößt auf größte Schwierigkeiten, weil diese beiden Elemente in ihrem chemischen Verhalten sehr ähnlich sind. Die vorliegende Erfindung hat nun einen Weg beschritten, bei dem bereits in einem Arbeitsgang .eine vergleichsweise reime Tautal- oder reine Niobverbindung erhalten werden kann und wobei in dem restlichen Bestandteil eine weitgehende Anreicherung des anderen Elements erzielt wird.
Es ist bekannt, daß die Pentoxyde des NioJ)s und Tautals ein verschiedenes Verhalten gegenüber Wasserstoff bei Temperaturen von beispielsweise Soo bis iooo° zeigen. Während hierbei id-as Niobpentoxyd zu Niobdioxyd reduziert wird, bleibt das Tantalpentoxyd unverändert. Da aber Niobdioxyd und Tantalpentoxyd sich nicht rd@urch Verflüchtigen, Auflösen oder ähnliche voneinander trennen lassen, läßt sich der Unterschied in der Reduzierharkeit der Pentoxyde nicht unmittelbar zur Trennung von Niob und Tautal ausnutzen.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun ,die Erkenntnis zugrunde, daß eine Trennung der Elemente Niob und Tautal leicht möglich ist, wenn man nicht die Oxyde, sondern die Pentachloride der Reduktion unterwirft. Das Nicbpentachlori@d ist erheblich leichter zu niederen Chloriden zu reduzieren als das Ta.ntalpentachlorid. Hier ergibt sich nun zum Unterschied von den Oxyden der Vorteil, daß die niederen Chloride des Niobs wesentlich weniger flüchtig sind als das Tantalpentachlori,d. Man hat so die Möglichkeit, durch fralktionierte Sublimation die niederen Chloride des Niobs von dem Tantalpentachlorid zu trennen.
Als Reduktionsmittel kommen hierbei beispielsweise Metalle, wie Aluminium, Eisen oder Zink, oder auch die Metalle Niob und Tautal selbst in Betracht, ferner auch elementarer Wasserstoff und- andere an sich bekannte Reduktionsmittel.
Verwendet man bei der Reduktion weniger Reduktionsmittel, als der Überführung des Niobpentachlori,d --s in das Niobtetrachlorid entspricht, dann erhält -man bereits in einem Arbeitsgang ein recht reines Niobtetra.chlorid. Verwendet man umgekehrt mehr Reduktionsmittel, als der Überführung des Niobpentachlorids in das Niobtrichlorid entspricht, dann erhält man eine Tantalfraktion großer Reinheit. Verwendet man das Reduktionsmittel in einer zwischen den beiden genannten Grenzen liegenden Menge, dann erhält .man Fraktionen, von denen die eine schon weitgehend an Nio'b und die andere weitgehend an Tantal angereichert ist. Durch Kombination von Verfahren mit verschiedenen Reduktionsmengen und gege!benenfalls Kombination mit bekannten Trennverfahren kann man so in wenigen Arbeitsgängen Niob und Tantal @derart trennen, daß man reine Präparate inHänden hat. Das neueTrenn<verfahren läßt sich verbinden rnit einer Abtrennung von anderen Elementen, indem auch hier die unterschiedliche Flüchtigkeit der Verbindungen ausgewertet wird.

Im folgenden seien einige Beispiele gegeben, welche .die Durchführung des Verfahrens und' den damit erzielten Fortschritt näher erläutern: i. Ein,Gemis-ch aus Niobpentachlor'.id undTantalpentachlorid wird mit einer Menge Aluminium reduziert, die nur etwa 8o °/o ,des Niobpentächlorids zu Niobtetrachlorid reduziert. Die Trennung der Reduktionsprodukte erfolgt ;durch Sublimation in einem Temperaturgefälle beispielsweise von igo bis 170°. Bei igo° bleibt dann ziemlich reines NiobtetrachloTid zurück. Eine kleinere Menge Niobpentachlorid, das Tantalpentachlorid und' das bei .der Reduktion entstandene Alum'ini.umchlörid schlagen sich bei 170° nieder; diese Fraktion wird nach an sich bekannten Verfahren von Aluminium befreit. Das Verfahren liefert Niobpräparate hoher Reinheit, wie die folgende Tabelle zeigt, die Versuche wiedergibt, die mit Ausaungstoffen verschiedener Zusammensetzung durchgeführt wurden.

Zusammensetzung

des gewonnenen Pentoxyds

Ausgangssubstanz aus =S Redu- aus dem

produkt Sublimat

a) 77,0 °/oNb205 99,6 °/oNb205 61,6 °/oNb205

23,0°/o Ta205 0,4°/o Ta20. 38,4°/o Ta205

b) 77,0 °/o Nb205 99,3 °/o Nb205 54,0 % Nb205

23,0"/, Ta205 o,7 °/o Ta205 46,0 °/o T`1205

c) 60,o °/o Nb20, 99,3 °/o Nb205 23,2 °/o Nb205

40,0°/o Ta205 0,7°/o Ta205 76,8°/ö Ta205

d) 50,2 °/0 Nb205 98,5 0/0 Nb205 21,4°/o Nb205

49,8 °/o Ta205 Z,5 °/o Ta205 78,6 °/o Ta205

2. Ein Gemenge von Niobpentachlorid und Tantalpenta.chlorid wird mit einem Metall, beispielsweise Aluminium, in solcher Menge reduziert, daß gerade das gesamte Nio!b in das Trichlorid übergeht. Diese Reaktion wird beispielsweise bei 30o° durchgeführt. Anschließend sublimiert man z. B. bei 20o'°' die leichtflüchtigen Reaktionsteilnehmer, also das Tantalpentaehlori.d'- und das Aluminiumchlorid ab. Das nicht flüchtige Niobtrichlorid bleibt hierbei zurück. Die Abtrennung ,des Aluminiumchlorids aus der Tanüalpentachloridfraktion läßt sich auch hierbei nach an sich. bekannten Verfahren vornehmen. Die Ergebnisse dieser Arbeitsweise gehen aus der folgenden Tabelle hervor:

Zusammensetzung

des gewonnenen Pentoxyds

Ausgangssubstanz aus dem

Reduktions aus dem

produkt Sublimat

a) 25 °/° Nb20s 86,7 % Nb205 3,0 °/o Nb205

75 % Ta205 13,3 °/o Ta205 97,0"/o Ta205

b) 50 °/o Nb205 85,7 °/o Nb205 6,6 °/(, Nb205

50% Ta205 14,3 % Ta205 934°/o Ta205

c) 75 °/o Nb205 92,0 °/o Nb205 ` Z2,5 °/o Nb205

25% Ta205 8,0°/o Ta2051 87,5°/o Ta205

3. In weiteren Beispielen wurde bei der Reduktion etwa 2,5% mehr Aluminium benutzt, als die Reduktion. des Niobpentachlorids zum Niobtrichlorid erfordert. Im übrigen wurde wie bei dem Beispiel e gearbeitet.

Bei einem derartigen Überschuß vonReduktionsmi'ttel erhält man eine Tantalfraktion mit großer Reinheit, wie aus der folggendenTabelle hervorgeht:

Zusammensetzung

des gewonnenen Pentoxyds

Ausgangssubstanz aus dem

Reduktions- aus dem

produkt Sublimat

a) Zo% Nb205 65,8% Nb205 weniger als

0,5 °/o Nb205

go % Ta205 34,2 °/o Ta205 mehr als

. 99,5 °/o Ta205

b) 2o0/0 Nb205 7Z,3°/° Nb205 weniger als

0,5 °/o Nb205

8o °/° Ta205 28,7 °/o Ta205 mehr als

99,5 °/o Ta205

c) 33,5 °/o Nb205 69,8 °/o Nb.,0 -'weniger als

:v 0 1' °o Nb2O5

67,5 °J° Ta205 30,2 °/o Ta205 mehr als

99,5 °/o Ta205

4. Als besonders geeignetes Reduktionsmittel hat sich der Wasserstoff erwiesen. Niobpentachlorid wird hiervon bei Temperaturen über 300° je nach den Versuchsbedingungen zum Tetrachlerid oder zum Trichlorid reduziert. Man kann die Umsetzung im geschlossenen Reaktionsraum oder für eine technische Durchführung einfacher im strömenden Wasserstoff vornehmen. Hierzu wird Wasserstoff beispielsweise bei i80 bis 20o° über das Gemisch der Pentachloriide geleitet; er belädt sich hierbei mit dem Dampf der Pentachloride, ohne daß schon eine Reduktion stattfindet. Die Reduktion des Niobpentachlorids erfolgt dann erst in einem anschließenden Reaktionsraum, beispielsweise bei 40o°. Hier schlägt sich .das Niob vor allem als Trichlorid nieder. Das Tantalpentachlorid strömt dagegen durch diese Zone unverändert; es kondensiert sich erst bei Albkühlung des Gases in niobarmer oder niobfreier Form.

Die in der folgenden Tabelle zusammengestellten Beispiele geben die Verhältnisse bei der Einwirkung eines Wasserstoffüberschusses auf ein Gemisch von Niobpentachlorid und Tantalpentachlorid wieder. Gegebenenfalls kann unter entsprechend veränderten Temperaturbedingwngen auch der Unterschied in der Reduzierbarkeit und Flüchtigkeit der anderen Halogenide als der Chloride des Ni:obs gegenüber .denen des Tantals zur Anreicherung und Trennung dieser Elemente herangezogen werden.

Zusammensetzung

des gewonnenen Pentoxyds

Ausgangssubstanz aus den aus den nicht

reduzierten reduzierten

Anteilen

a) ioo0/0 Nb20.3 ioo0/0 Nb205 nur noch

o0/0 Ta205 o0/0 Ta20,5 Spuren von

Pentachlorid

vorhanden

b) 75 % Nb205 95 % Nb20s i,3 % Nb205

25 % Va.> 0;; 5 % Aas 05 98,7 0/(, Ta2 0s

c) 5o0/0 Nb,0- 936% Nb20s o,80/0 Nb20s

5o0/0 Ta20, 6,=1% Ta205 99,2% Ta20s

d) 25% Nb20@ 87,2% Nb20s o,30/0 NbaOs

7501`o Ta20, 12,8% Ta20,, 9970/0 Ta20s

e) o0/0 Nb205 keine o 0/0Nb205

i000/0 Ta.205 reduzierten ioo % Ta205

Anteile

vorhanden

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Anreicherung und Trennuwng der Elemente Niob und Tantal, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch der Pentahalogenide, insbesondere der Pentachloride, einer teilweisen Reduktion unterwirft und die Reduktionsprodukte durch fraktionierte Sublimation trennt.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel Metalle, insbesondere Aluminium, verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion mit Wasserstoff, insbesondere strömendem Wasserstoff, durchgeführt wird. q..
Verfahren nach Anspruch i, :dadurch gekennzeichnet, d'aß man zur Herstellung reiner Niobpräparate weniger Reduktionsmittel anwendet, als der Überführung ,des Niabpentachlorids in das Niobtetrachlorid entspricht.
5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung reiner Tantalpräparabe mehr Reduktionsmittel anwendet, als der Überführung von Niobpentachlorid in das Niobtrichlorid' entspricht.