Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНТАХЛОРИДА НИОБИЯ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНТАХЛОРИДА НИОБИЯ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНТАХЛОРИДА НИОБИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к области получения пентахлорида ниобия из ниобийсодержащего сырья. Результат способа - получение чистого пентахлорида ниобия, повышение выхода в конечный продукт и упрощение процесса. В качестве исходных материалов используют феррониобий и карбид или цианамид кальция. Проводят взаимодействие исходных материалов при температуре 1000-1500oС. Предпочтительно взаимодействие феррониобия с карбидом или цианамидом кальция проводят в среде азота. Процесс взаимодействия можно осуществлять в присутствии добавок - соединений щелочных или щелочноземельных металлов или меди в количестве ≤1 мас.%. После хлорирования желательно осуществить разделение и очистку пентахлоридов ниобия и тантала известными способами. 3 з.п.ф-лы.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2194670
Класс(ы) патента: C01G33/00
Номер заявки: 2001135143/12
Дата подачи заявки: 26.12.2001
Дата публикации: 20.12.2002
Заявитель(и): Нисельсон Лев Александрович
Автор(ы): Нисельсон Л.А.; Елютин А.В.; Фрадков М.Я.; Гасанов Ахмедали Амиралы оглы
Патентообладатель(и): Нисельсон Лев Александрович
Описание изобретения: Изобретение относится к области получения пентахлорида ниобия из ниобийсодержащего сырья.
Высший хлорид ниобия NbCl5 служит исходным соединением для получения металла, оксидов и других соединений.
Пентахлорид ниобия может быть получен хлорированием металла, ферросплавов ниобия, а также танталит-колумбитового сырья.
Для хлорирования металла (брак штабиков, отходы механической обработки, отюракованные детали, порошки металла) используют хлор. Процесс ведут при 500oС. Лучшие результаты получают при хлорировании в расплаве NaCl+NaFeCl4.
Недостатком способа является получение оксихлорида ниобия NbOCl3, что требует последующей очистки пентахлорида или дохлорирования (см. Зеликман А. Н. и др. Ниобий и тантал. М.: Металлургия, 1990, с. 100-101).
Одним из перспективных источников ниобия является феррониобий.
Феррониобий представляет собой интерметаллическое соединение ниобия и железа Nb(Ta)[Fe(Mn)]2.
Он обычно содержит 40-64% Nb, 0,4-10% Та, 20-30% Fe, а также примеси вольфрама, титана, марганца, алюминия и др.
Феррониобий хрупок и может быть раздроблен в дробилках и шаровых мельницах до кусков нужного размера.
При хлорировании феррониобия в насыпном слое при 700-750oС поверхность частиц сплава блокируется полученным жидким хлоридом железа FеСl3.
Для исключения этого, предложено хлорировать феррониобий в расплаве хлоридов NaCl+NaFeCl4 при 600oС.
Однако этот способ требует сложного аппаратурного оформления. В конденсируемом пентахлориде ниобия содержится значительное количество железа и других примесей, которое зависит от состава солевого раствора и его температуры (см. Зеликман А. Н. и др. Ниобий и тантал. М.: Металлургия, 1990, с. 101 и патент US 3085855, кл. 23-87, 1963).
Наиболее близким к предложенному является способ получения пентахлорида ниобия, который включает взаимодействие оксидной ниобиевой руды с частицами углерода в присутствии алюминия при температуре 1600oС. Образовавшийся карбид ниобия хлорируют при 350-600oС (см. GB 869128, кл. С 01 В, 1961).
Недостатком способа является необходимость введения алюминия, связывающего кислород, высокие температуры процесса, которые требуют сложной аппаратуры, недостаточно высокий выход продукта - 87,5%.
Задачей изобретения является создание такого способа получения пентахлорида ниобия, техническим результатом которого было бы получение чистого пентахлорида ниобия, повышение выхода в конечный продукт и упрощение процесса.
Для этого в способе получения пентахлорида ниобия путем взаимодействия исходного материала с углеродсодержащим соединением и последующего хлорирования полученного карбидного или карбонитридного соединения ниобия, в качестве исходного материала используют феррониобий, в качестве углеродсодержащего соединения используют карбид кальция или цианамид кальция и взаимодействие ведут при температуре 1000-1500oС.
Предпочтительно взаимодействие феррониобия с карбидом или цианамидом кальция проводят в среде азота.
Процесс взаимодействия можно осуществлять в присутствии добавок - соединений щелочных или щелочноземельных металлов или меди в количестве ≤ 1 мас.%.
После хлорирования желательно осуществить разделение и очистку пентахлоридов ниобия и тантала известными способами.
При осуществлении взаимодействия феррониобия с карбидом или цианамидом кальция при температурах 1000-1500oС образуются карбидные или карбонитридные соединения ниобия.
В этих условиях железо, содержащееся в феррониобий, а также примеси марганца, алюминия, олова и др. не образуют карбидов. В результате обработки монофазное интерметаллическое соединение - феррониобий образует две различные фазы: карбидное или карбонитридное соединение ниобия и железо. Следовательно, железо легко отделяется от ниобия, не мешая его дальнейшему хлорированию.
При снижении температуры ниже 1000oС не происходит полной карбидизации, а повышение температуры свыше 1500oС приводит к образованию карбидных соединений железа, которые затрудняют хлорирование и загрязняют образующийся пентахлорид ниобия.
Проведение взаимодействия в среде азота позволяет полностью исключить возможность образования оксидных соединений ниобия и других компонентов, содержащихся в исходном феррониобии.
Для снижения температуры взаимодействия феррониобия с карбидом или цианамидом кальция, а также ускорения процесса можно использовать добавки - соединения щелочных или щелочноземельных металлов или меди, такие как хлориды натрия, калия, кальция, магния, меди. Количество добавок не превышает 1 мас.% от массы шихты.
Учитывая, что феррониобий может содержать значительные количества тантала (до 10%), после хлорирования полученного карбидного соединения ниобия проводят разделение и очистку пентахлоридов ниобия и тантала, выделяя чистые продукты.
Разделение и очистка могут быть осуществлены любым известным способом: дистилляцией, ректификацией и т.д.
Способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
В камерную печь с силитовыми нагревателями поместили графитовый патрон, в который засыпали 20 кг шихты, состоящей из предварительно раздробленной до крупности 1-5 мм смеси феррониобия и карбида кальция, взятых в соотношении 4:1.
В пространство печи до начала нагрева подавали азот.
Нагрев производился со скоростью 8-10o в мин. Температура 1500oС была достигнута за 3 ч. Смесь выдерживали при этой температуре в течение 1 ч. Затем питание печи отключили и остудили печь вместе со смесью до 200oС.
Термообработанный материал измельчили до крупности 1 мм и обработали концентрированной соляной кислотой.
Рентгенофазовый анализ показал остаточное содержание примесей, мас.%: Fe-1,5; Mn-0,4; Ti-1,7; W-0,6; Zr-1,2; Са-0,8. Чистота полученного карбида ниобия 93,8%, что значительно выше, чем в известном способе.
Этот материал хлорировали с получением пентахлоридов тантала и ниобия.
Полученные пентахлориды тантала и ниобия очищали и разделяли ректификацией известным способом.
Вначале были отделены все примеси, которые сконцентрировались в кубовом остатке.
Затем ректификацией получили чистый пентахлорид ниобия и концентрат пентахлорида тантала. В заключение проводили ректификацию танталовой фракции с получением чистого пентахлорида тантала.
Чистота пентахлорида ниобия, полученного по заявленному способу составляет не менее 99,99%.
Пример 2
В камерную печь с силитовыми нагревателями поместили графитовый патрон, в который засыпали 25 кг шихты, состоящей из предварительно раздробленной до крупности 1-5 мм смеси феррониобия и цианамида кальция, взятых в соотношении 3:1 и добавки к ним солей щелочных металлов или щелочноземельных металлов. В качестве добавки использовали хлорид натрия в количестве 1 мас.% от массы шихты.
Нагрев производился со скоростью 8-10o в мин. Температура 1000oС была достигнута за 3 ч. Смесь выдерживали при этой температуре в течение 1 ч. Затем питание печи отключили и остудили печь вместе со смесью до 200oС.
Термообработанный материал измельчили до крупности 1 мм и обработали концентрированной соляной кислотой.
Рентгенофазовый анализ показал остаточное содержание примесей, мас.%: Fe-1,3; Mn-0,35; Ti-1,5; W-0,5; Zr-1,1; Са-0,8, чистота полученного карбонитрида ниобия 94,45%.
Этот материал хлорировали с получением пентахлоридов тантала и ниобия.
При использовании в качестве добавок хлоридов калия, кальция, магния или меди результаты процесса не изменялись.
Дальнейшую очистку и разделение хлоридов ниобия и тантала вели как в примере 1.
Чистота полученного пентахлорида ниобия 99,99%.
Вышеприведенные примеры показывают, что предложенный способ значительно проще известного и позволяет получать чистый хлорид ниобия.
Формула изобретения: 1. Способ получения пентахлорида ниобия, включающий взаимодействие исходного материала с углеродсодержащим соединением и последующее хлорирование полученного карбидного соединения ниобия, отличающийся тем, что в качестве исходного материала используют феррониобий, а в качестве углеродсодержащего соединения используют карбид кальция или цианамид кальция и взаимодействие ведут при температуре 1000-1500oС.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что взаимодействие феррониобия с карбидом кальция или цианамидом кальция проводят в среде азота.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что взаимодействие феррониобия с карбидом кальция или цианамидом кальция ведут в присутствии добавок - соединений щелочных или щелочноземельных металлов или меди в количестве ≤1 мас. %.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что после хлорирования проводят разделение и очистку пентахлоридов ниобия и тантала.