Восстановление хлоридов тантала и ниобия магнием

Технология получения порошков тантала и ниобия из хлоридного сырья металлотермическим восстановлением похожа на технологию получения порошка титана. Суммарные реакции выглядят следующим образом:

TaCl₅ + Mg  Ta + MgCl₂

NbCl₅ + Mg  Nb + MgCl₂

Реактор со смесью соответствующего хлорида, магниевой стружки и флюса (смесь NaCl + KCl) загружают в шахтную печь, предварительно разогретую до 750 ^оС. Полученные частицы металла размером 1 – 10 мкм отмывают от хлоридов и избытка магния сначала водой, а затем разбавленной соляной кислотой. Извлечение тантала и ниобия в порошок составляет примерно 98%.

Восстановление оксида ниобия углеродом

Порошок ниобия может быть получен восстановлением высшего оксида ниобия Nb₂O₅ углеродом при температуре 1800 – 1900 ^оС в вакууме по суммарной реакции: (Презентация "Восстановление оксида ниобия углеродом")

Nb₂O₅ + C  Nb + CO

Однако практическая реализация ее в вакуумной печи невыгодна, поскольку шихта содержит всего 57,2% Nb и даже в брикетированном виде имеет малую плотность (около 1,8 г/см³), а на 1 кг ее выделяется большое количество СО (~ 0,34 м³), что в целом приводит к низкой производительности оборудования.

Целесообразнее осуществлять восстановление в две стадии, с получением на первой карбида NbC, который на второй стадии будет восстанавливать оксид до металла. Такой карботермический процесс имеет ряд преимуществ:

1. Первую стадию можно проводить в графито-трубчатых печах в атмосфере защитного газа, а не в вакууме.

2. Шихта на второй стадии содержит 82,3% Nb, плотность брикетов составляет около 3 г/см³, а объем образующегося СО примерно в 2,5 раза меньше, чем в случае одностадийного процесса.

Суммарная реакция первой стадии:

Nb₂O₅ + C  NbC + CO

складывается из нескольких промежуточных:

Nb₂O₅ + C  NbO₂ + CO,

NbO₂ + C  NbO + CO,

NbO + C  Nb₂C + CO,

Nb₂C + C  NbC.

Причем эти реакции тоже являются суммарными, поскольку восстановление оксидов идет с участием СО, образующегося по реакции Будуара. Карбид ниобия получают при температуре 1800 – 1900 ^оС в атмосфере аргона или водорода в течение 1 – 1,5 ч. Слегка спекшийся NbC размалывают, смешивают с Nb₂O₅, прессуют при давлении 1 т/см² и отправляют на вторую стадию, суммарная реакция которой:

Nb₂O₅ + NbC  Nb + CO

также складывается из промежуточных:

Nb₂O₅ + NbC  NbO₂ + Nb₂C + CO

NbO₂ + NbC  NbO + Nb₂C + CO

NbO + Nb₂C  Nb + CO

Для последней реакции равновесное давление СО около 1,3 Па при 1800 ^оС, поэтому восстановление обязательно надо проводить в вакууме (1,3 – 0,13 Па). Вблизи своей температуры плавления (1532 ^оС) Nb₂O₅ диссоциирует, и выделяющийся кислород соединяется с углеродом. Кроме этого, в присутствии оксидов ниобия его высший карбид NbC разлагается на Nb₂C и углерод, которые взаимодействуют с ними. Часть оксидов испаряются и через газовую фазу переносятся на частицы углерода и карбидов, где и происходит восстановление.

Температура на второй стадии процесса такая же, как и на первой стадии, длительность – 6 ч. Конечный порошок содержит 0,1 – 0,15% С; 0,15 – 0,3% О.

Карботермический процесс можно использовать для получения порошков тантала, а также сплавов ниобия с Ta, W, Mo, Ti, Zr.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ

Химически осажденный металлический порошок – металлический порошок, полученный осаждением из растворов солей металлов.