[发明专利]一种熔盐电解制备金属钽的方法

说明书

本发明涉及一种熔盐电解制备金属钽的方法，包括：取含有阳极电解室和阴极电解室的电解槽，并将液态钽合金置于电解槽底部，用于隔开所述阳极电解室和所述阴极电解室，阳极和阴极分别置入阳极电解室和阴极电解室；向所述阳极电解室加入熔盐a，向所述阴极电解室加入熔盐b；将原料五氧化二钽加入至所述阳极电解室，然后通电运行电解槽，阳极析出CO、CO₂气体，阴极沉积固态金属钽。所述熔盐电解制备金属钽的方法，所用原料为五氧化二钽，不仅对原料纯度要求不高，而且可直接获得高纯度金属钽，其他杂质则截留在液态钽合金和熔盐中；工艺流程简单，高效节能，操作连续。

技术领域

本发明属于钽冶金领域，具体涉及一种熔盐电解制备金属钽的方法。

背景技术

钽是稀有金属元素，具有熔点高、蒸气压低、冷加工性能好、化学稳定性高、抗酸碱腐蚀能力强、表面氧化膜介电常数值高等性质，而且金属钽及其合金是重要的功能性材料，在电子、集成电路、钽铁、冶金、化工、硬质合金、原子能、航火航空等工业部门以及战略武器﹑医疗器械等技术领域有重要用途。

钽金属制备工艺分为如下两类：一类是目前已经工业化应用的方法：包括氧化钽碳热还原法、氟钽酸钾钠热还原法、氧化钽熔盐电解法；另一类是目前仍处于实验室研究阶段，包括氧化钽钙热还原法、氧化钽固态电脱氧法、氧化钽固态透氧膜法。

氧化钽碳热还原法是在高温真空条件用碳将五氧化二钽还原为金属钽的过程，该还原过程为：Ta₂O₅+7C＝2TaC+5CO；Ta₂O₅+12TaC＝7Ta₂C+5CO；Ta₂O₅+5Ta₂C＝12Ta+5CO。该生产工艺特征为间断性生产，机械化程度偏低，而且金属中杂质C、O元素含量高。

氟钽酸钾钠热还原法，其基本原理是利用碱金属、碱土金属等活泼金属还原钽化合物来制备钽金属。比如美国专利US3012877所公开的金属钠熔盐热还原氟钽酸钾的方法，化学过程为K₂TaF₇+5Na＝Ta+2KF+5NaF；中国专利CN1169643C公开了一种用碱金属在碱金属、碱土金属的卤化物熔盐中还原钽的氧化物制备超细钽粉的方法，化学过程为：Ta₂O₅+5CaCl₂+10Na＝2Ta+10NaCl+5CaO，上述方法在制备金属钽粉过程中需要加入惰性盐类(如KCl、NaCl、KF、NaF等卤化物)作为稀释剂。该工艺存在惰性盐类需求量大，而且无法回收利用，以及工艺无法连续性生产等缺点。

此外，美国专利US6136062公开了一种通过金属镁还原氧化铌、氧化钽制取金属铌粉、钽粉的方法，该方法包括两次还原过程，第一阶段Mg+Ta₂O₅＝Mg+(Nb,Ta)O_x(x＝0.5～1.5)；第二阶段，(Nb,Ta)O_x(x＝0.5～1.5)+Mg＝Ta+MgO。该方法的缺点是：钽金属中杂质Mg、O元素含量高，工艺复杂，无法连续性生产。

传统氧化钽熔盐电解法采用氟钽酸钾-氯化钾-氯化钠混合熔盐为电解质，原料五氧化二钽加入到电解质中并发生溶解反应，钽离子在镍阴极上被还原制得金属钽，氧离子在石墨阳极上放电析出CO、CO₂。但是该方法存在所需氧化钽原料的纯度要求较高，而且产物金属钽中杂质元素含量较高。

氧化钽钙热还原法还原五氧化二钽分阶段进行，采用氯化钙-氧化钙混合熔盐为电解质。通过熔盐电解，氧离子在石墨阳极上放电析出CO、CO₂，钙离子在阴极网上被还原生成液态金属钙；然后液态金属钙将阴极网中颗粒状的五氧化二钽还原为金属钽。反应过程为：Ta₂O₅+5Ca＝2Ta+5CaO，但该方法缺点是产物金属钽中所含杂质元素O、C含量高。