熔盐电解法生产钽粉 (production of tantalum powder by molten salt electrolysis)
钽化合物经熔盐电解在电解槽阴极上析出金属钽粉的过程,为金属钽制取方法之一。产品金属钽粉呈树枝状,粒度较粗,杂质较多,可作为冶金级钽粉,亦可用电子束熔炼成钽锭,然后加工成各种钽材。熔盐电解法生产钽粉所用设备简单,生产成本较低。

熔盐电解法生产钽粉按所用原料可分为氧化钽熔盐电解、氟钽酸钾熔盐电解和五氧化钽熔盐电解。由于氟钽酸钾价高,而五氯化钽吸湿性强,工业上常采用氧化钽熔盐电解法。氧化钽熔盐电解法曾是20世纪50~60年代生产钽粉的主要方法,因钽粉质量差,不能满足钽电容器的要求,现已被钠热还原法生产钮粉所取代。
电解质体系 有K2TaF7 - KCI - NaCl、K2TaF7 - KCl - KF和K2TaF7 - NaF - KF等电解质体系。因NaF含硅量高,KF的吸湿性强,而KCl和NaCI价低、纯度高、分解电压高,工业上常用K2TaF7 - KCl - NaCl电解质体系。配料比一般为K2TaF7:KCl:NaCl=10:40:50。这种熔盐电解质体系具有电导率大、熔点低(常用共晶混合物)和Ta2O5溶解度大的特点。
工艺和设备 氧化钽熔盐电解常采用简单密闭式或敞口式电解槽,一般以由石墨、铸铁或镍制成的电解槽作阴极,石墨棒作阳极(图);也可用石墨制成的电解槽作阳极、石墨、镍或钼棒作阴极。
原材料中的铁、镍、铬、铜、硅、钨、钼、铅、锡等杂质化合物的分解电压与Ta2O5接近或更低,在电解过程中它们绝大部分与钽化合物一起电解还原成金属。为获得纯钽粉需要采用高纯原材料。
原料氧化钽需先在低于1073K温度下脱水,因为Ta2O5在高于1073K温度时由非晶型转变为%26alpha;型或%26beta;型,而%26alpha;型或%26beta;型的Ta2O5是易溶于电解质的。钽的电化当量为0.3749mg/C,Ta/Ta 5+ 的标准电极电位为1.12V。电解温度一般控制在973~1073K,阴极电流密度采用50A/dm2 ,此时的电流效率约为85%,钽产率85%~90%。电解过程中可于即将发生阳极效应时,分批加入Ta2O5,也可连续自动定量加入Ta2O5。电解阴极产物中一般附着约50%的电解质,这些附着的电解质可保护钽粉不被氧化。将阴极产物从电解槽取出并破碎后,用热水浸洗除去附着的电解质。再用摇床分离除去钽粉中的氧化钽、碳、K2TaF7及水解的碱式钽粉(通称尾钽),亦可用真空蒸馏法(见真空精炼)使电解阴极产物中的钽粉与电解质分离。分离电解质后的钽粉再用王水或盐酸、氟氢酸溶去其中的铁、铬、镍、氧、硅等杂质,用HNO3 - H2SO4溶液浸煮钽粉除去碳,所得钽粉可用于制造电解电容器,但这种电解电容器的比电容低。
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