[发明专利]钽粉末的制造方法

说明书

本发明涉及用还原金属还原钽化合物制造高比表面积、低杂质含量的电容器级钽粉的方法。

钽粉的主要用途是用于制做钽电容器。衡量钽电容器质量的指标主要有工作电压、电容量、漏电流。这些参数都是由钽粉的性能及电容器制做工艺决定的。在一定的工作电压下，电容器的容量与电容器阳极的比表面积成正比，即在一定的电容器制做工艺条件下，钽粉的比表面积越大，制成的钽电容器容量越高，也就是说，钽粉的比表面积越大，其比容越高；钽粉的比容越高，制成一定规格的电容器体积就越小，所用的钽粉也就越少。

电容器的漏电流是衡量其质量的重要参数之一，该参数在很大程度上取决于钽粉的化学纯度，特别是钽粉中的O、Fe、Ni、Cr、K和Na的含量，所以提供高纯度钽粉是制取高质量钽电容器的重要保证。

钠还原氟钽酸钾是制取钽粉的重要方法，特别是制取高比容钽粉的主要方法。自从赫利尔·马丁发明用钠还原氟钽酸钾制取钽粉到今天，已有约40年的历史，为了得到纯度高，比表面积大的钽粉，人们付出了许多努力，并对此提出了许多改进方法。

美国专利4,149,876号中提出了将液态钠加到熔融的氟钽酸钾和稀释剂的熔盐浴中而制取钽粉的方法，该方法是通过在较低的温度下快速注入钠，以使物料温度上升，采用大的稀释剂比例，强制冷却，在较低的温度下进行还原反应，在晶粒生长期保持恒定的温度，由此生产出粒径细而均匀的钽粉，然而这种方法生产的钽粉存在比容较低的缺点。

美国专利4,684,399号中公开了一种钠还原生产钽粉的方法。该方法是通过先把稀释剂置于反应器中，外部加热使之熔化后，然后将钽的化合物例如氟钽酸钾和金属钠连续地或半连续地分多次加入到反应器中，进行搅拌还原而制得钽粉。

美国专利5,442,978号中公开了一种在高温下进行高稀释剂比例的碱金属氟钽酸盐的钠还原的方法。该方法是通过将固体钠块加入到反应器中进行还原。这种方法的缺点是固态金属钠块加入到反应器中不能很快均匀地分散到熔融盐中，而且要实现该方法需要的设备复杂。

在上述各种钠还原方法中都是把全部的稀释剂预先加入到反应器中，然后通过外部加热熔化，达到反应温度后，开始注入钠进行还原反应。由于物料在反应器中加热时间长，并且在加热过程中，挥发出来的空气、水分和酸气与反应器、搅拌器作用生成金属氧化物进入融盐中，进而在钠还原时进入钽粉中，造成钽粉的杂质含量高。

另外，钠还原氟钽酸钾的反应是个激烈放热反应，放出的热量应尽快散出，才能使物料保持一定的温度，制得细粒径，比表面积大的钽粉。而强制冷却反应容器外壁的方法会造成物料温度不均匀，靠近反应器壁的物料温度低，反应器中心物料温度高。

本发明的目的在于提供一种改进的用还原金属还原钽化合物制造电容器级钽粉的方法。

为了达到本发明的上述目的，本发明人对现有的用还原金属还原钽化合物生产钽粉的方法进行了改进。根据本发明，首先将作为稀释剂的碱金属卤化物的一部分在反应器中加热熔化后，再将钽的化合物加入到反应器中，达到还原温度后，在加入还原金属进行还原的同时，加入一部分碱金属卤化物或碱金属卤化物与钽化合物的混合物进行搅拌，由此可制造高比表面积、低杂质含量的钽粉。

根据本发明，还原金属可选自金属钠、钾或其合金中的至少一种；钽化合物可选自K₂TaF₇或Na₂TaF₇或它们的混合物中的至少一种；稀释剂可选择NaCl、KCl、KF等碱金属盐或它们的混合物中的至少一种。

附图1为实施本发明方法的反应装置示意图。

在附图1中，11为注钠口，12为氩气入口，13为两支测温管，14为电热炉，15为反应器，16为反应物料，17为搅拌桨，18为加料口，19为排气口。

按照本发明，先把一部分稀释剂加入到反应器15中，加盖密封后由排气口19抽空，将Ar气从入口12进入，从排气口19排出，然后用电热丝14加热使之熔化，到800℃以上用搅拌器17进行搅拌，把钽化合物由加料口18加入到反应器15中，继续加热搅拌，待达到设定的还原温度800～1000℃时，加入液态还原金属使钽化合物还原成金属钽粉末，同时加入碱金属卤化物稀释剂或者是碱金属卤化物和钽化合物的混合物，还原时加入的碱金属卤化物的量是稀释剂总量的10％～40％，还原时加入的钽化合物是钽化合物总量的0～50％。反应过程中，用2支热电偶13测定物料的温度。根据本发明，加入液态还原金属与加入碱金属卤化物或碱金属卤化物与钽化合物的混合物也可以交替进行。