專利名稱：鉭粉的生產(chǎn)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉭粉的生產(chǎn)方法和裝置，特別涉及堿金屬還原氟鉭酸鉀生產(chǎn)鉭粉的方 法及帶有堿金屬收集器的鈉還原反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
金屬鉭的粉末，粉表面生成的致密氧化膜具有單向?qū)щ姷拈y金屬性質(zhì)。制成的陽 極膜化學(xué)性能穩(wěn)定(特別是在酸性電解質(zhì)中穩(wěn)定)、電阻率高(7. 5X1010 Ω · cm)、介電常 數(shù)大(27. 6)、漏電流小。還具有工作溫度范圍寬(-80 200°C)、可靠性高、抗震和使用壽 命長等優(yōu)點(diǎn)。堿金屬還原氟鉭酸鉀是制取鉭粉的重要方法，特別是制取高比容鉭粉的主要方 法。自從赫利爾·馬丁發(fā)明用鈉還原氟鉭酸鉀制取鉭粉到今天，已有約40年的歷史，為了 得到純度高，比表面積大的鉭粉，人們付出了許多努力，并對(duì)此提出了許多改進(jìn)方法。堿金屬還原氟鉭酸鉀的化學(xué)反應(yīng)方程式為K2TaF7+5Me = Ta+2KF+5MeF上式中Me為堿金屬，如金屬鉀、鈉和它們的合金，通常使用金屬鈉。如果使用金屬 鈉還原氟鉭酸鉀，其化學(xué)反應(yīng)式為K2TaF7+5Na = Ta+2KF+5NaF在實(shí)際生產(chǎn)鉭粉的過程中，為了得到較細(xì)顆粒的鉭粉，在原料中加入稀釋劑，如氯 化鈉、氯化鉀、氟化鉀及晶粒細(xì)化劑等。反應(yīng)得到的生成物，為氯化鈉、氯化鉀、氟化鉀和氟 化鈉的熔體包裹鉭粉的凝結(jié)塊。通常用純水浸泡水洗這種凝結(jié)塊，使鉭粉與氯化鈉、氯化 鉀、氟化鉀和氟化鈉分離得到鉭粉。在鈉還原氟鉭酸鉀時(shí)，如果加入的鈉量不足，將有少量氟鉭酸鉀不能被還原，金屬 鉭的收率低，這樣所得到的鉭粉氧含量高，且鉀、鈉含量也高。為了使上述反應(yīng)完全，提高金 屬鉭的收率，往往要過量地加入金屬鈉。鈉還原氟鉭酸鉀進(jìn)行完后，過剩的堿金屬是以鉀鈉合金的形式存在于產(chǎn)物中。以 往人們以蒸汽形式放出部分堿金屬，堿金屬蒸汽中主要包括鉀鈉合金。然而，還有大量的堿 金屬存在于凝結(jié)塊中。在有水存在的情況下，會(huì)產(chǎn)生鉭酸鹽和/或偏鉭酸鹽，化學(xué)反應(yīng)如 下 Ta+Me+nH20 = MeTaO3 · ηΗ20在生產(chǎn)鉭粉時(shí)，當(dāng)鈉還原氟鉭酸鉀的生成物中存在有堿金屬時(shí)，就會(huì)形成難溶于 酸的鉭酸鹽或不溶于酸的偏鉭酸鹽。特別是在制取高比表面積的電容器級(jí)鉭粉時(shí)，由于鉭 粉的比表面積大，在強(qiáng)堿性溶液里，產(chǎn)生大量的鉭酸鹽和/或偏鉭酸鹽，這樣就造成了鉭金 屬的損失，而且，鉭粉的氧含量和堿金屬含量高。鉭的應(yīng)用都要求高純度，如制造電解電容 器陽極，要求氧、鉀、鈉含量低。含有堿金屬蒸汽的廢氣排放到空氣中對(duì)環(huán)境造成污染。在水洗攪拌鈉還原氟鉭酸 鉀的生成物時(shí)，要使用大量的水，大量的含堿的廢水也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種鉭粉的生產(chǎn)方法，其通過負(fù)壓排除堿金屬，然 后水洗，得到鉭粉。相應(yīng)的，還提供一種鉭粉的生產(chǎn)裝置。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種鉭粉的生產(chǎn)裝置，包括反應(yīng)容器 和與反應(yīng)容器進(jìn)行氣密封的反應(yīng)容器蓋，反應(yīng)容器蓋上設(shè)有若干貫穿孔，貫穿孔內(nèi)分別設(shè) 有熱電偶、攪拌裝置和注鈉管，反應(yīng)容器蓋上還設(shè)有加料口、進(jìn)氣口和排氣口，該生產(chǎn)裝置 還包括堿金屬收集器。進(jìn)一步，所述反應(yīng)容器的排氣口和堿金屬收集器相連，通過堿金屬收集器向外排 氣和抽空。進(jìn)一步，所述堿金屬收集器包括罐體和與罐體氣密封的蓋體，罐體上部設(shè)有用于 冷凝堿金屬蒸汽的堿金屬冷凝器，罐體的側(cè)壁設(shè)有供冷卻介質(zhì)進(jìn)出的冷卻夾套，所述堿金 屬收集器還包括進(jìn)氣管和排氣管，所述進(jìn)氣管一端與反應(yīng)容器的排氣口相連，另一端貫穿 所述蓋體直插入堿金屬收集器的底部，所述排氣管一端貫穿所述蓋體，另一端與抽空系統(tǒng) 相連。作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述堿金屬冷凝器是由多層擋板組成，板與板之間 有l(wèi)-6cm距離，每片板與罐體內(nèi)壁有I-IOcm的縫隙，進(jìn)氣管貫穿擋板插入罐體的底部。作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，堿金屬冷凝器為底部有孔的金屬籃子，里面容納金 屬絲或金屬屑，籃子與罐體內(nèi)壁之間有I-IOcm的縫隙。一種利用上述裝置生產(chǎn)鉭粉的方法，鈉還原氟鉭酸鉀的反應(yīng)完成以后，在600°C 900°C負(fù)壓排除堿金屬，然后水洗，得到鉭粉。進(jìn)一步，鈉還原氟鉭酸鉀的反應(yīng)完成以后，在600°C 900°C抽真空0. 5 2小時(shí)， 抽真空到500Pa 800Pa，然后水洗，得到鉭粉。進(jìn)一步，反應(yīng)容器的排氣口和堿金屬收集器相連，通過堿金屬收集器向外排氣和 抽空。本發(fā)明具有以下有益效果1)根據(jù)本發(fā)明方法制得的鉭粉的氧、鉀、鈉含量低。2) 通過堿金屬收集器收集排除堿金屬蒸汽，減少對(duì)大氣的污染，回收利用堿金屬，降低生產(chǎn)成 本。


圖1是本發(fā)明所述的鉭粉生產(chǎn)裝置的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述的鉭粉生產(chǎn)裝置的另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合 附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的鉭粉的生產(chǎn)方法和裝置的具體實(shí)施方式
、特征及 功效，詳細(xì)說明如下。如圖1所示，是本發(fā)明所述的反應(yīng)裝置主要包括反應(yīng)容器1，反應(yīng)容器蓋2，其與反 應(yīng)容器氣密封，在反應(yīng)容器蓋2上設(shè)有若干貫穿孔，貫穿孔內(nèi)分別設(shè)有注鈉管3、攪拌裝置
4和熱電偶5，所述攪拌裝置包括攪拌桿41和攪拌槳42，攪拌桿41上端用電機(jī)帶動(dòng)。在反應(yīng) 容器蓋2的中心位置附近設(shè)置有充氣口 7和用于添加氟鉭酸鉀的加料管6、注鈉管3，在反 應(yīng)容器蓋的邊緣位置設(shè)置有排氣口 8。所述反應(yīng)容器1的排氣口 8通過進(jìn)氣管96和堿金屬 收集器相連，通過堿金屬收集器向外排氣和抽空。所述堿金屬收集器包括罐體91和與罐體 氣密封的蓋體92，罐體91上部設(shè)有冷凝堿金屬蒸汽的堿金屬冷凝器93，罐體91的下部為 收集容納堿金屬的區(qū)域，罐體91的側(cè)壁設(shè)有供冷卻介質(zhì)進(jìn)出的冷卻夾套，夾套的下部是冷 卻介質(zhì)的進(jìn)口 94，夾套的上部是冷卻介質(zhì)的出口 95，所述堿金屬收集器還包括進(jìn)氣管96和 排氣管97，所述進(jìn)氣管96 —端與反應(yīng)容器的排氣口 8相連，另一端貫穿所述蓋體92直插入 堿金屬收集器的底部，所述排氣管97 —端貫穿所述蓋體，另一端與抽空系統(tǒng)相連。如圖1所示，堿金屬冷凝器93是由多層擋板組成，板與板之間有一定距離，例如 l-6cm，每片板與罐體內(nèi)壁有I-IOcm的縫隙，進(jìn)氣管96貫穿擋板插入罐體91的底部。堿金 屬蒸汽通過堿金屬冷凝器93而凝聚成液體滴下，在罐體91底部收集。作為本發(fā)明反應(yīng)裝置的另一種實(shí)施方式，如圖2所示，堿金屬冷凝器93'為底部 有孔的金屬籃子，里面容納金屬絲或金屬屑，籃子與罐體內(nèi)壁之間有I-IOcm的縫隙，堿金 屬蒸汽通過堿金屬冷凝器93'而凝聚成液體滴下，在罐體91底部收集。在鈉還原過程中及反應(yīng)完后的保溫過程中，將堿金屬收集器的進(jìn)氣管96接到反 應(yīng)容器1的排氣口 8，含有堿金屬蒸汽的混合氣體通過堿金屬收集器收集后再排放到大氣 中。鈉還原反應(yīng)完成后，將堿金屬收集器的排氣口連接真空泵，如機(jī)械泵、水環(huán)泵?？?以從900°C開始抽空，優(yōu)選在600°C 800°C抽空0. 5 2小時(shí)，真空度達(dá)到500pa 800pa。 抽空可在一溫度變化的范圍內(nèi)進(jìn)行。堿金屬收集器可以一個(gè)或一個(gè)以上串聯(lián)使用。實(shí)施例1使用如圖1所示的裝置，將堿金屬收集器的進(jìn)氣管96接到反應(yīng)容器1的排氣口 8。 將160kg的氟鉭酸鉀和IOOkg的氯化鈉裝入反應(yīng)容器1中，抽空后充入氬氣，將反應(yīng)容器吊 入電熱爐10中，升溫到900°C，攪拌，保溫1小時(shí)后開始注鈉，共注入49kg金屬鈉。繼續(xù)攪 拌保溫，從充氣口 7送入氬氣，從排氣口 8排氣20分鐘。然后停止加熱并繼續(xù)充氣、排氣， 當(dāng)反應(yīng)容器內(nèi)溫度下降到800°C時(shí)，將堿金屬收集器的排氣口連接真空泵進(jìn)行抽空，抽空1 小時(shí)，然后冷卻到室溫。將反應(yīng)容器里的凝固產(chǎn)物取出，破碎后水洗，得到鉭粉70. 13kg，鉭 的收率是95.0%。從堿金屬收集器收集到堿金屬1.12kg，凈化后再利用。分析鉭粉的氧、 鉀、鈉含量，數(shù)據(jù)列于表1。比較例1使用現(xiàn)有的反應(yīng)裝置，其反應(yīng)容器的排氣口直接通向大氣。將160kg的氟鉭酸鉀 和IOOkg的氯化鈉裝入反應(yīng)容器1中，抽空后充入氬氣，將反應(yīng)容器吊入電熱爐10中，升溫 到900°C，攪拌，保溫1小時(shí)后開始注鈉，共注入49kg金屬鈉。繼續(xù)攪拌保溫，從充氣口 7送 入氬氣，從排氣口 8排氣20分鐘。然后停止加熱，冷卻到室溫，將產(chǎn)物從反應(yīng)容器里取出， 破碎后水洗，得到鉭粉69. 91kg，鉭的收率是94. 71 %。分析鉭粉的氧、鉀、鈉含量，數(shù)據(jù)列于 表1。實(shí)施例2
5
使用如圖2所示的裝置，將堿金屬收集器的進(jìn)氣管96接到反應(yīng)容器1的排氣口 8。 將IOOkg氯化鉀、60kg氯化鈉和40kg氟化鉀裝入反應(yīng)容器1中，抽空后充入氬氣，將反應(yīng) 容器吊入電熱爐10中，升溫到850°C，攪拌，保溫1小時(shí)后將30kg氟鉭酸鉀加入反應(yīng)容器1 中，開始注鈉并繼續(xù)攪拌，然后分3次，每次加入20kg氟鉭酸鉀，加入氟鉭酸鉀后開始注鈉。 共加入氟鉭酸鉀90kg，注入金屬鈉27. 6kg。繼續(xù)攪拌保溫，從充氣口 7送入氬氣，從排氣口 8排氣20分鐘。然后停止加熱并繼續(xù)充氣、排氣，當(dāng)反應(yīng)容器內(nèi)溫度下降到600°C時(shí)，將堿 金屬收集器的排氣口連接真空泵進(jìn)行抽空，抽空保溫30分鐘，然后冷卻到室溫，將產(chǎn)物從 反應(yīng)容器里取出，破碎后水洗，得到鉭粉38. 20kg，鉭的收率是92. 00%。分析鉭粉的氧、鉀、 鈉含量，數(shù)據(jù)列于表1。比較例2使用現(xiàn)有的反應(yīng)裝置，其反應(yīng)容器的排氣口直接通向大氣。將IOOkg氯化鉀、60kg 氯化鈉和40kg氟化鉀裝入反應(yīng)容器1中，抽空后充入氬氣，將反應(yīng)容器吊入電熱爐10中， 升溫到850°C，攪拌，保溫1小時(shí)候后將30kg氟鉭酸鉀加入反應(yīng)容器1中，開始注鈉并繼續(xù) 攪拌，然后分3次，每次加入20kg氟鉭酸鉀，加入氟鉭酸鉀后開始注鈉。共加入氟鉭酸鉀 90kg，注入金屬鈉27. 6kg。繼續(xù)攪拌保溫，從充氣口 7送入氬氣，從排氣口 8排氣20分鐘。 然后停止加熱冷卻到室溫，將產(chǎn)物從反應(yīng)容器里取出，破碎后水洗，得到鉭粉37. 72kg，鉭的 收率是90. 83%。分析鉭粉的氧、鉀、鈉含量，數(shù)據(jù)列于表1。表1鉭粉中氧、鉀、鈉含量(ppm) 從表1的數(shù)據(jù)可以看出，使用本發(fā)明的方法和裝置得到的鉭粉，其氧、鉀、鈉含量 較低。在本說明書中，單位ppm是指以質(zhì)量比表示的“百萬分之一”。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖 然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾 為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì) 以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種鉭粉的生產(chǎn)裝置，包括反應(yīng)容器和與反應(yīng)容器進(jìn)行氣密封的反應(yīng)容器蓋，反應(yīng)容器蓋上設(shè)有若干貫穿孔，貫穿孔內(nèi)分別設(shè)有熱電偶、攪拌裝置和注鈉管，反應(yīng)容器蓋上還設(shè)有加料口、進(jìn)氣口和排氣口，其特征在于，該生產(chǎn)裝置還包括堿金屬收集器。
2.一種如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述反應(yīng)容器的排氣口和堿金屬收集 器相連，通過堿金屬收集器向外排氣和抽空。
3.—種如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述堿金屬收集器包括罐體和與罐體 氣密封的蓋體，罐體上部設(shè)有用于冷凝堿金屬蒸汽的堿金屬冷凝器，罐體的側(cè)壁設(shè)有供冷 卻介質(zhì)進(jìn)出的冷卻夾套，所述堿金屬收集器還包括進(jìn)氣管和排氣管，所述進(jìn)氣管一端與反 應(yīng)容器的排氣口相連，另一端貫穿所述蓋體直插入堿金屬收集器的底部，所述排氣管一端 貫穿所述蓋體，另一端與抽空系統(tǒng)相連。
4.一種如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述堿金屬冷凝器是由多層擋板組成， 板與板之間有l(wèi)-6cm距離，每片板與罐體內(nèi)壁有I-IOcm的縫隙，進(jìn)氣管貫穿擋板插入罐體 的底部。
5.一種如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，堿金屬冷凝器為底部有孔的金屬籃子， 里面容納金屬絲或金屬屑，籃子與罐體內(nèi)壁之間有I-IOcm的縫隙。
6.一種利用如權(quán)利要求1所述裝置生產(chǎn)鉭粉的方法，其特征在于，鈉還原氟鉭酸鉀的 反應(yīng)完成以后，在60(TC 90(TC負(fù)壓排除堿金屬，然后水洗，得到鉭粉。
7.—種如權(quán)利要求6所述的鉭粉的生產(chǎn)方法，其特征在于，鈉還原氟鉭酸鉀的反應(yīng)完 成以后，在600°C 900°C抽真空0. 5 2小時(shí)，抽真空到500Pa 800Pa，然后水洗，得到鉭 粉。
8.—種如權(quán)利要求6所述的鉭粉的生產(chǎn)方法，其特征在于，反應(yīng)容器的排氣口和堿金 屬收集器相連，通過堿金屬收集器向外排氣和抽空。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉭粉的生產(chǎn)裝置，包括反應(yīng)容器和與反應(yīng)容器進(jìn)行氣密封的反應(yīng)容器蓋，反應(yīng)容器蓋上設(shè)有若干貫穿孔，貫穿孔內(nèi)分別設(shè)有熱電偶、攪拌裝置和注鈉管，反應(yīng)容器蓋上還設(shè)有加料口、進(jìn)氣口和排氣口，該生產(chǎn)裝置還包括堿金屬收集器。本發(fā)明還公開了一種利用上述裝置生產(chǎn)鉭粉的方法。根據(jù)本發(fā)明方法制得的鉭粉的氧、鉀、鈉含量低，并且通過堿金屬收集器收集排除的堿金屬蒸汽，減少對(duì)大氣的污染，回收利用堿金屬，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)B22F9/22GK101879603SQ20101020416
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者何文禮, 廖志剛, 朱德忠, 鄭浩宇 申請(qǐng)人:江門富祥電子材料有限公司