一种钽粉的生产装置的制造方法
一种钽粉的生产装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及钽粉的生产装置，特别涉及一种带有集钠器的钠还原氟钽酸钾的 反应装置。
【背景技术】
[0002] 金属钽的熔点高、蒸气压低、冷加工性能好、化学稳定性高、抗液态金属和酸碱腐 蚀能力强、表面氧化膜介电常数值高，金属钽及其合金是重要的功能性材料，在电子、集成 电路、钢铁、冶金、化工、硬质合金、原子能、航天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。在钽的应用中要求有高纯度，特别是用于电解电容器和溅射钽靶材。
[0003] 钽粉的生产普遍采用钠还原氟钽酸钾的方法。
[0004] 金属钠还原氟钽酸钾，其化学反应式是：
[0005] K2TaF7+Na = Ta+2KF+5NaF (I)
[0006] 上式中金属钠也可以使用金属钾或钠-钾合金。
[0007] 钠还原氟钽酸钾制取钽粉，已经公开了多项技术，如美国专利US3829310提出了 以氯化钠作稀释剂，搅拌钠还原氟钽酸钾制取钽粉；US4149876在碱金属与氟钽酸钾熔融 后注钠搅拌还原，同时对反应容器进行吹风冷却；US5442978公开了用高的稀释剂比例，加 入固体金属钠还原，利用金属钠的高的热容量来吸收还原反应放出的热。
[0008] 在实际生产钽粉的过程中，为了得到较细颗粒的钽粉，在原料中加入稀释剂，如氯 化钠、氯化钾、氟化钾及晶粒细化剂等。反应得到的生成物，为氯化钠、氯化钾、氟化钾和氟 化钠的熔体包裹钽粉的凝结块。通常用纯水浸泡水洗这种凝结块，使钽粉与氯化钠、氯化 钾、氟化钾和氟化钠分离得到钽粉。
[0009] 在钠还原氟钽酸钾时，如果加入的钠量不足，将有少量氟钽酸钾不能被还原，金属 钽的收率低，这样所得到的钽粉氧含量高，且钾、钠含量也高。为了使上述反应完全，提高金 属钽的收率，往往要过量地加入金属钠。钠还原氟钽酸钾进行完后，过剩的金属钠实际上是 以钾钠合金的形式存在于产物中。在还原产物进行水洗时，会产生钾钠的钽酸盐和/或偏 钽酸盐。特别是在制取高比表面积的钽粉时，由于钽粉的比表面积高，在强碱性溶液里，产 生大量的钽酸盐和/或偏钽酸盐，这样就造成了钽金属的损失，而且，钽粉的氧含量和钾钠 含量高。钽粉的钾钠含量高对制造钽的容器很不利，会使钽电容器的漏电流增加，还有如用 于微电子领域的溅射钽靶材的钽粉也要求钾钠含量低。
[0010] 而且，含有碱金属蒸气的废气排放到空气中对环境造成污染。在水洗强碱性钠还 原氟钽酸钾的生成物时，要使用大量的水，大量的含碱的废水也会对环境造成污染。
[0011] CN101879603公开了一种钠还原氟钽酸钾制造微细粒子钽粉的方法，这种方法能 够达到降低钽粉钾钠含量的目的，但是由于在高温下对钠还原后的反应容器抽空，高温钠 蒸气在突然减压下大量冲出，由于钠蒸气温度高，热容量大，带出大量的热使管道、阀门都 变红热，阀门不便打开和关闭，有时还出现堵塞和钠蒸气泄漏现象，出现安全问题。 【实用新型内容】
[0012] 鉴于现有技术中的上述问题，本实用新型的目的之一是提供一种钠还原氟钽酸钾 的装置。
[0013] 为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0014] 一种钽粉的生产装置，包括反应容器及与其配合密封的容器盖，通过所述容器盖 上的贯穿孔，在所述容器盖上设有搅拌浆、热电偶、注钠管、加料管、惰性气体进气管、第一 排气管和第二排气管，还包括：集钠器，设于在所述容器盖下方，所述集钠器底部设有放钠 管，冷却器，设于所述集钠器上方，该冷却器具有冷却剂进口管、冷却剂出口管和冷却剂流 通管路，第二排气管，其从所述贯穿孔伸出，该第二排气管设置在所述冷却器区域外的靠近 所述容器盖边缘的位置，第二排气管与所述贯穿孔之间设有冷却密封圈，该冷却密封圈其 中有冷却水流通。
[0015] 进一步，所述惰性气体进气管延伸到反应容器内直到钠还原反应后含钽粉的熔体 的液面之上约5-15厘米的高度。
[0016] 进一步，所述惰性气体进气管延伸到反应容器内伸入到钠还原反应后含钽粉的熔 体的液面之下约10-25厘米的深度。
[0017] 进一步，所述第一排气管设置在所述冷却器区域内。
[0018] 进一步，所述第一排气管设置在容器盖的冷却器区域内，置于冷却剂进口管内与 冷却剂进口管同轴设置，所述第一排气管与冷却剂进口管同轴部分的长度至少15厘米。
[0019] 根据本实用新型，具有下列的有益效果：
[0020] (1)根据本实用新型，钠还原氟钽酸钾生产的钽粉杂质含量低，可用作粉末冶金溅 射钽靶材和从用于较高电压的比容3000 μ F · V/g到较低电压高比容150000 μ F · V/g各品 级的电容器级钽粉。
[0021] (2)根据本实用新型，钠还原氟钽酸钾生产钽粉的方法安全可靠。
[0022] (3)根据本实用新型，钠还原氟钽酸钾生产钽粉可减少对大气的污染，回收碱金属 再利用，降低生产成本。
【附图说明】
[0023] 图1是本实用新型的钠还原氟钽酸钾的反应装置示意图。
[0024] 图2是本实用新型所述的冷却器的流通管路示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和优选实例对本实用新型做进一步说明。
[0026] 在本说明书中，除非另外明确说明，单位ppm指以质量比表示的"百万分之一"。
[0027] 本说明书中所述的冷却剂，包括气体冷却剂和液体冷却剂，如惰性气体、氮气、空 气、水和水溶液、冷却油或它们的混合物。流通冷却剂也可以先流通气体冷却剂，然后流通 液体冷却剂，或者先流通液体冷却剂，然后流通气体冷却剂。
[0028] 图1是本实用新型的一个钽粉的生产装置实例的示意图，用于钠还原反应器加热 用的井式还原炉1里有电阻加热器2,还原炉一般设有抽风冷却装置用来降低反应放热升 高的温度，图1未示出抽风冷却装置。根据本实用新型，钠还原氟钽酸钾的反应装置包括反 应容器3,反应容器盖31 ;在所述的反应容器盖31上设有注钠管5、加入氟钽酸钾等原料的 进料管11、热偶管8、惰性气体充气管4、冷却器6和从冷却器中心穿过的搅拌桨10。
[0029] 如图1所示，其中的惰性气体充气管4延伸到反应容器内一定的深度，以便在钠还 原反应后使熔体里多余的钠钾合金在惰性气体气流带动下，充分地被除去，一个实例是充 气管4深入到当全部氟钽酸钾反应完后含钽粉的熔盐12液面之上约6厘米的位置。
[0030] 如图1所示，反应容器盖3-1上还设有排气管71和排气管72,排气管71在冷却 器6区域内，所述的排气管72在所述的冷却器6区域外；其中，排气管72被设置在反应容 器盖的边缘部位，排气管72周围设有冷却密封圈（图1中未示出），其中有冷却水流通，在 还原反应前及反应期间，关闭排气管71，打开排气管7-2排气；在注钠还原期间，即便有少 量钠蒸气进入排气管72,也会被冷却密封圈中的冷却水冷却后回流到反应容器3里。
[0031] 如图1所示，排气管71在冷却剂进口管61内与冷却剂进口管61同轴设置深入到 反应器3里，排气管71与冷却剂进口管61同轴部分的长度约20厘米；在氟钽酸钾被全部 还原反应后的排钠过程中，关闭排气管72,用排气管71排气，使钠蒸气通过排气管71时充 分被冷却液化滴入集钠器9里。
[0032] 如图1所示，所述的反应容器盖31的下方吊挂着一个集钠器9,集钠器9包括一个 环状的底面部，一个与底面垂直并与底面内环连接的内圆筒和一个与底面垂直并与底面外 环连接的外圆筒所组成的容器，对集钠器的形状大小没有特别的限制，只要能够有效地完 全收集钠还原反应后含钽粉的熔体里的余钠就可以了，如图1所示，内圆筒的内径约为10 厘米，外圆筒的外径约为反应容器上沿直径的1/2,内圆筒和外圆筒的高度约为8厘米。集 钠器9底部设有放钠管92。
[0033] 如图1所示，集钠器9是通过4个吊杆和螺帽组成的固定杆9-1穿过集钠器9底 部相应位置在底面伸出的带孔的耳片将集钠器9固定在反应容器盖3-1下方，内圆筒和外 圆筒的上沿与容器盖的下表面之间的距离约为5厘米。集钠器9-0用耐热抗腐蚀的合金， 如镍或镍基合金制造。
[0034] 如图1所示，在与集钠器9相对应的反应容器盖的上面设有冷却器6,冷却剂从进 口管61进入，顺着排气管71往下流，通过环状的冷却剂管路，再从冷却剂出口管62流出， 环状冷却剂通道能够使冷却剂畅通。图2表示冷却剂在环状的冷却剂管路里的流向，冷却 剂从进口管61进入到冷却内盘管63,分开两路从63又汇合到连接管64,通过连接管64进 入中盘管65,在中盘管又分两路并汇集到另一个连接管64,然后进入外盘管66,分两路并 汇集到冷却剂出口管62,从冷却剂出口管62排出炉外。
[0035] 当钠还原反应后，搅拌桨继续搅拌，从惰性气体进气管4向反应器充入氩气，在反 应容器3里自下而上流通氩气，从排气管71排出，并通过冷却器6里流通冷却剂，使反应产 物含钽粉的碱金属卤化物熔体12里的钠钾合金蒸气在冷却器下面被冷却滴入集钠器9里， 部分钠蒸气进入到排气管71里，也被冷却下流到集钠器9里。
[0036] 根据本实用新型，当反应产物12被冷却到室温后，打开反应容器盖31后，可从放 钠管92将集钠器9里的钠钾合金放出，也可以先用耐腐蚀软管将钠钾合金抽出，再从放钠 管将余钠放净。回收的金属钠可再用。
[0037] 本实用新型还提供一种生产钽粉的方法，将原料氟钽酸钾和作为稀释剂的选自 如氯化钠、氯化钾、氟化钾中至少一种的碱金属卤化物 盐加入到如图1的反应容器3里，安 装上容器盖31密封，将反应容器3置于有加热器2的还原炉1里，从排气管71抽空，然后 从惰性气体进气管4充入惰性气体，打开排气管72排气阀排气流通氩气。所述的原料还 包括加入适量的作为晶粒细化剂的能够溶解于碱金属卤化物盐的含氧化合物，当钠还原氟 钽酸钾生产钽粉粒子时，使粒子表面形成一层氧化钽，从而抑制钽粒子长大。
[0038] 根据本实用新型方法，通过调节原料配比及还原反应条件，可以生产出包括高纯 冶金级钽粉和比容为3000-120000 μ F · V/g各品级电容器级钽粉。
[0039] 根据本实用新型，可以先将部分原料氟钽酸钾加入反应容器3里，剩余的原料在 注钠还原过程中从加料口 11再加入到反应容器3中进行还原。
[0040] 根据本实用新型，在反应物料升温过程中，关闭排气管71阀门，从排气管72排气， 气体流量为〇. 1-10升/分，这样可以充分除去原料中的卤化物、水、二氧化碳和氧等腐蚀反 应容器给钽粉带入金属铁、镍、铬等杂志的"酸"性物质。
[0041] 根据本实用新型，将上述反应容器3中装有的原料加热融化到800°C -1050,搅拌 熔化的物料，注入液态金属钠，使氟钽酸钾彻底被还原生成钽粉。在注钠还原过程中，由于 反应放热，使反应容器内压力增大，优选反应容器内压力保持在〇· 1~〇· 12MPa，如果压力 过高，从排气管72排出气体，如果压力过低，从进气管补充氩气。
[0042] 根据本实用新型，在反应容器内有氟钽酸钾存在的情况下，金属钠与氟钽酸钾反 应，很少有钠蒸气排出，即便有少量钠蒸气进入排气管72,将被冷却回流进入反应容器3里 继续与氟钽酸钾反应。
[0043] 根据本实用新型，反应完后进行排钠：将冷却剂通入冷却器6里进行流通，使反应 器里压力保持在〇. 1~〇. llMPa，关闭排气阀72,从排气阀71排气，同时不断地将惰性气体 从进气口 4通入到反应器里，气体流出量为0. 1升/分-5升/分，至少在880°C或以上的温 度保持30分钟-3小时；接着使反应器里压力保持在0. 1~0. llMPa，气体流出量为5升/ 分-50升/分，在880°C或以上的温度保持30分钟-2小时。
[0044] 根据本实用新型，在排钠过程中，反应容器里的气体流量从小逐渐增大，开始时， 反应容器内钠蒸气较多，钠蒸气遇到反应容器盖上的冷却器冷凝成液体钠滴入集钠器9 里，当反应容器内钠蒸气减少后，逐渐增大气体流量，使更多的钠蒸气滴入集钠器9里。到 最后，使含钽粉的熔体12里的钠钾合金基本上都被收集到集钠器9里。
[0045] 根据本实用新型，排钠温度是880°C -1050°C，由于金属钠的沸点是881. 4°C，温度 越高，钠的蒸气压越高，在排钠的最后阶段提高温度，可以使含钽粉的熔体12里的钠钾合 金基本上全部被排出。
[0046] 根据本实用新型，排钠结束后，将反应容器3里的物料冷却到室温，将反应容器盖 31吊出，从放钠管92放出液态金属钠；将反应容器3里的冷凝的含钽粉反应产物12取出。
[0047] 根据本实用新型将上述取出的钠还原氟钽酸钾的产物进行破碎，经过水洗、酸洗 烘干过筛得到钽粉。
[0048] 根据本实用新型，任选地将上述钠还原氟钽酸钾得到的钽粉进一步地进行热处理 和脱氧处理。
[0049] 在本实用新型方法中，可以采用已知的技术，如中国专利申请号为 CN201010204181、CN201210518042和CN201210517836中所公开的方法，通过引用将上述文 件全文引入本申请。
[0050] 实施例
[0051] 本实用新型通过以下实施例将更加清楚，这些实施例在本实用新型中纯粹是示范 性的。
[0052] 实施例1
[0053] 使用如图1所示的装置，将200kg的氟钽酸钾和150kg的氯化钠装入钠还原反应 容器3-0内，从排气管7-2抽空后从进气管4充入氩气，打开排气管7-2的阀门进行流通，气 流量为〇. 1-10升/粉，用电阻加热器2将反应容器3内物料12升温到960°C，开动搅拌桨 10,保温1小时后开始从注钠管5注钠，共注入60. 92kg金属钠，完成反应。使冷却剂从进 口 61进入，通过通道63,从出口 62排出；将排气管72阀门关闭，打开排气管71阀门，使反 应容器里的压力保持在约0. 1-0. l〇5MPa，排出气体的流量为0. 1-5升/分，继续搅拌10,在 960°C保温1小时；然后在保持反应容器内压力为0. 1-0. 105MPa，排出气体的流量为5-20 升/分，在1020°C保温1小时。然后冷却到室温，吊开反应容器盖31，从放钠管92放出收 集的钠钾合金。将冷凝的含钽粉反应产物12从反应容器3里取出，经破碎，水洗，酸洗，烘 干得到钽粉。将上述钽粉进行热处理和脱氧处理，分析钽粉的氧含量、钾、钠、铁、镍、铬和硅 的含量数据列于表1。
[0054] 得到的上述钽粉具有较低的比表面积，具有高纯度，适合用作粉末冶金溅射钽靶 材的原料。
[0055] 从碱金属收集器收集到碱金属0. 8kg，返回净化再用。
[0056] 实施例2
[0057] 使用如图1所示的装置，将160kg的氟钽酸钾、IOOkg的氯化钠和60kg氯化钾及少 量溶解于碱金属卤化物盐的含氧化合物晶粒细化剂装入钠还原反应容器3内，从排气管72 抽空后从进气管4充入氩气，打开排气管72的阀门进行流通，气体流量为0. 1升/分-10 升/分，用电阻加热器2将反应容器3-0内物料12升温到900°C，使搅拌桨10搅拌，保温 1小时后开始从注钠管5注钠，共注入48. 7kg液态金属钠，完成反应。使冷却剂在冷却器 6-0里流通，将排气管7-2阀门关闭，打开排气管7-1阀门，使反应容器里的压力保持在约 0. 1-0. 105MPa，排出气体的流量为0. 1升/分-5升/分，继续搅拌10,在950°C保温1小时； 然后在保持反应容器内压力为0. 1-0. 105MPa，排出气体的流量为5升/分-20升/分，在 950°C保温1小时。然后冷却到室温，吊开反应容器盖31，从放钠管92放出收集的钠钾合 金。将冷凝的含钽粉反应产物12从反应容器3-0里取出，经破碎，水洗，酸洗，烘干得到钽 粉，将上述钽粉经过热处理和脱氧处理。分析钽粉的氧含量、钾、钠、铁、镍、铬和硅的含量数 据列于表1。取上述脱氧后的钽粉进行电性分析，
[0058] 将上述钽粉压制成电解电容器阳极坯块，每只粉重480mg，坯块的直径约5. 0mm， 高约2. 83mm，坯块密度约5. Og/cm3,在真空炉里1520°C烧结30分钟得到烧结块。将所述的 烧结块在90°C的0. 1% (Vol)的磷酸溶液中以60mA/g升电压到IOOV恒压3小时，进行阳 极化处理形成阳极，将上述阳极在10%的磷酸水溶液中2分钟测漏电流，在30%的硫酸中 侧容量，得所述的阳极的比电容量和直流漏电流列于表2中。这种钽粉具有适合于制造较 高电压较低比容的电容器。
[0059] 表1钽粉的0、K、Na、Ni、Cr、Fe等金属杂质含量（ppm)
[0060]
[0063] 从表1和表2的结果可以看出，使用本实用新型装置生产的钽粉具有高纯度，可以 用于溅射钽靶材和各品级电容器。
[0064] 以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上 的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述 揭示的技术内容作出许多更动或修饰为等同变化的等效实例，均仍属于本实用新型新的技 术方案范围内。
【主权项】
1. 一种钽粉的生产装置，包括反应容器及与其配合密封的容器盖，通过所述容器盖上 的贯穿孔，在所述容器盖上设有搅拌浆、热电偶、注钠管、加料管、惰性气体进气管、第一排 气管，其特征在于，还包括： 集钠器，设于在所述容器盖下方，所述集钠器底部设有放钠管， 冷却器，设于所述集钠器上方，该冷却器具有冷却剂进口管、冷却剂出口管和冷却剂流 通管路， 第二排气管，其从所述贯穿孔伸出，该第二排气管设置在所述冷却器区域外的靠近所 述容器盖边缘的位置，第二排气管与所述贯穿孔之间设有冷却密封圈，该冷却密封圈其中 有冷却水流通。2. 如权利要求1所述的一种钽粉的生产装置，其特征在于，所述惰性气体进气管延伸 到反应容器内直到钠还原反应后含钽粉的熔体的液面之上5-15厘米的高度。3. 如权利要求1所述的一种钽粉的生产装置，其特征在于，所述惰性气体进气管延伸 到反应容器内伸入到钠还原反应后含钽粉的熔体的液面之下10-25厘米的深度。4. 如权利要求1所述的一种钽粉的生产装置，其特征在于，所述第一排气管设置在所 述冷却器区域内。5. 如权利要求4所述的一种钽粉的生产装置，其特征在于，所述第一排气管设置在容 器盖的冷却器区域内，置于冷却剂进口管内与冷却剂进口管同轴设置，所述第一排气管与 冷却剂进口管同轴部分的长度至少15厘米。
【专利摘要】本实用新型公开了一种钽粉的生产装置，所述的装置包括反应容器及与其配合密封的反应容器盖，在所述的反应容器盖的下方设有集钠器，在反应容器盖上与集钠器相对应的部位设有冷却器。本实用新型所述的装置安全可靠，钠还原氟钽酸钾生产的钽粉杂质含量低。
【IPC分类】B22F9/20
【公开号】CN204700312
【申请号】CN201520325776
【发明人】朱德忠, 廖志刚, 郑浩宇
【申请人】江门富祥电子材料有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月18日
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及钽粉的生产装置，特别涉及一种带有集钠器的钠还原氟钽酸钾的 反应装置。
【背景技术】
[0002] 金属钽的熔点高、蒸气压低、冷加工性能好、化学稳定性高、抗液态金属和酸碱腐 蚀能力强、表面氧化膜介电常数值高，金属钽及其合金是重要的功能性材料，在电子、集成 电路、钢铁、冶金、化工、硬质合金、原子能、航天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。在钽的应用中要求有高纯度，特别是用于电解电容器和溅射钽靶材。
[0003] 钽粉的生产普遍采用钠还原氟钽酸钾的方法。
[0004] 金属钠还原氟钽酸钾，其化学反应式是：
[0005] K2TaF7+Na = Ta+2KF+5NaF (I)
[0006] 上式中金属钠也可以使用金属钾或钠-钾合金。
[0007] 钠还原氟钽酸钾制取钽粉，已经公开了多项技术，如美国专利US3829310提出了 以氯化钠作稀释剂，搅拌钠还原氟钽酸钾制取钽粉；US4149876在碱金属与氟钽酸钾熔融 后注钠搅拌还原，同时对反应容器进行吹风冷却；US5442978公开了用高的稀释剂比例，加 入固体金属钠还原，利用金属钠的高的热容量来吸收还原反应放出的热。
[0008] 在实际生产钽粉的过程中，为了得到较细颗粒的钽粉，在原料中加入稀释剂，如氯 化钠、氯化钾、氟化钾及晶粒细化剂等。反应得到的生成物，为氯化钠、氯化钾、氟化钾和氟 化钠的熔体包裹钽粉的凝结块。通常用纯水浸泡水洗这种凝结块，使钽粉与氯化钠、氯化 钾、氟化钾和氟化钠分离得到钽粉。
[0009] 在钠还原氟钽酸钾时，如果加入的钠量不足，将有少量氟钽酸钾不能被还原，金属 钽的收率低，这样所得到的钽粉氧含量高，且钾、钠含量也高。为了使上述反应完全，提高金 属钽的收率，往往要过量地加入金属钠。钠还原氟钽酸钾进行完后，过剩的金属钠实际上是 以钾钠合金的形式存在于产物中。在还原产物进行水洗时，会产生钾钠的钽酸盐和/或偏 钽酸盐。特别是在制取高比表面积的钽粉时，由于钽粉的比表面积高，在强碱性溶液里，产 生大量的钽酸盐和/或偏钽酸盐，这样就造成了钽金属的损失，而且，钽粉的氧含量和钾钠 含量高。钽粉的钾钠含量高对制造钽的容器很不利，会使钽电容器的漏电流增加，还有如用 于微电子领域的溅射钽靶材的钽粉也要求钾钠含量低。
[0010] 而且，含有碱金属蒸气的废气排放到空气中对环境造成污染。在水洗强碱性钠还 原氟钽酸钾的生成物时，要使用大量的水，大量的含碱的废水也会对环境造成污染。
[0011] CN101879603公开了一种钠还原氟钽酸钾制造微细粒子钽粉的方法，这种方法能 够达到降低钽粉钾钠含量的目的，但是由于在高温下对钠还原后的反应容器抽空，高温钠 蒸气在突然减压下大量冲出，由于钠蒸气温度高，热容量大，带出大量的热使管道、阀门都 变红热，阀门不便打开和关闭，有时还出现堵塞和钠蒸气泄漏现象，出现安全问题。 【实用新型内容】
[0012] 鉴于现有技术中的上述问题，本实用新型的目的之一是提供一种钠还原氟钽酸钾 的装置。
[0013] 为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0014] 一种钽粉的生产装置，包括反应容器及与其配合密封的容器盖，通过所述容器盖 上的贯穿孔，在所述容器盖上设有搅拌浆、热电偶、注钠管、加料管、惰性气体进气管、第一 排气管和第二排气管，还包括：集钠器，设于在所述容器盖下方，所述集钠器底部设有放钠 管，冷却器，设于所述集钠器上方，该冷却器具有冷却剂进口管、冷却剂出口管和冷却剂流 通管路，第二排气管，其从所述贯穿孔伸出，该第二排气管设置在所述冷却器区域外的靠近 所述容器盖边缘的位置，第二排气管与所述贯穿孔之间设有冷却密封圈，该冷却密封圈其 中有冷却水流通。
[0015] 进一步，所述惰性气体进气管延伸到反应容器内直到钠还原反应后含钽粉的熔体 的液面之上约5-15厘米的高度。
[0016] 进一步，所述惰性气体进气管延伸到反应容器内伸入到钠还原反应后含钽粉的熔 体的液面之下约10-25厘米的深度。
[0017] 进一步，所述第一排气管设置在所述冷却器区域内。
[0018] 进一步，所述第一排气管设置在容器盖的冷却器区域内，置于冷却剂进口管内与 冷却剂进口管同轴设置，所述第一排气管与冷却剂进口管同轴部分的长度至少15厘米。
[0019] 根据本实用新型，具有下列的有益效果：
[0020] (1)根据本实用新型，钠还原氟钽酸钾生产的钽粉杂质含量低，可用作粉末冶金溅 射钽靶材和从用于较高电压的比容3000 μ F · V/g到较低电压高比容150000 μ F · V/g各品 级的电容器级钽粉。
[0021] (2)根据本实用新型，钠还原氟钽酸钾生产钽粉的方法安全可靠。
[0022] (3)根据本实用新型，钠还原氟钽酸钾生产钽粉可减少对大气的污染，回收碱金属 再利用，降低生产成本。
【附图说明】
[0023] 图1是本实用新型的钠还原氟钽酸钾的反应装置示意图。
[0024] 图2是本实用新型所述的冷却器的流通管路示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和优选实例对本实用新型做进一步说明。
[0026] 在本说明书中，除非另外明确说明，单位ppm指以质量比表示的"百万分之一"。
[0027] 本说明书中所述的冷却剂，包括气体冷却剂和液体冷却剂，如惰性气体、氮气、空 气、水和水溶液、冷却油或它们的混合物。流通冷却剂也可以先流通气体冷却剂，然后流通 液体冷却剂，或者先流通液体冷却剂，然后流通气体冷却剂。
[0028] 图1是本实用新型的一个钽粉的生产装置实例的示意图，用于钠还原反应器加热 用的井式还原炉1里有电阻加热器2,还原炉一般设有抽风冷却装置用来降低反应放热升 高的温度，图1未示出抽风冷却装置。根据本实用新型，钠还原氟钽酸钾的反应装置包括反 应容器3,反应容器盖31 ;在所述的反应容器盖31上设有注钠管5、加入氟钽酸钾等原料的 进料管11、热偶管8、惰性气体充气管4、冷却器6和从冷却器中心穿过的搅拌桨10。
[0029] 如图1所示，其中的惰性气体充气管4延伸到反应容器内一定的深度，以便在钠还 原反应后使熔体里多余的钠钾合金在惰性气体气流带动下，充分地被除去，一个实例是充 气管4深入到当全部氟钽酸钾反应完后含钽粉的熔盐12液面之上约6厘米的位置。
[0030] 如图1所示，反应容器盖3-1上还设有排气管71和排气管72,排气管71在冷却 器6区域内，所述的排气管72在所述的冷却器6区域外；其中，排气管72被设置在反应容 器盖的边缘部位，排气管72周围设有冷却密封圈（图1中未示出），其中有冷却水流通，在 还原反应前及反应期间，关闭排气管71，打开排气管7-2排气；在注钠还原期间，即便有少 量钠蒸气进入排气管72,也会被冷却密封圈中的冷却水冷却后回流到反应容器3里。
[0031] 如图1所示，排气管71在冷却剂进口管61内与冷却剂进口管61同轴设置深入到 反应器3里，排气管71与冷却剂进口管61同轴部分的长度约20厘米；在氟钽酸钾被全部 还原反应后的排钠过程中，关闭排气管72,用排气管71排气，使钠蒸气通过排气管71时充 分被冷却液化滴入集钠器9里。
[0032] 如图1所示，所述的反应容器盖31的下方吊挂着一个集钠器9,集钠器9包括一个 环状的底面部，一个与底面垂直并与底面内环连接的内圆筒和一个与底面垂直并与底面外 环连接的外圆筒所组成的容器，对集钠器的形状大小没有特别的限制，只要能够有效地完 全收集钠还原反应后含钽粉的熔体里的余钠就可以了，如图1所示，内圆筒的内径约为10 厘米，外圆筒的外径约为反应容器上沿直径的1/2,内圆筒和外圆筒的高度约为8厘米。集 钠器9底部设有放钠管92。
[0033] 如图1所示，集钠器9是通过4个吊杆和螺帽组成的固定杆9-1穿过集钠器9底 部相应位置在底面伸出的带孔的耳片将集钠器9固定在反应容器盖3-1下方，内圆筒和外 圆筒的上沿与容器盖的下表面之间的距离约为5厘米。集钠器9-0用耐热抗腐蚀的合金， 如镍或镍基合金制造。
[0034] 如图1所示，在与集钠器9相对应的反应容器盖的上面设有冷却器6,冷却剂从进 口管61进入，顺着排气管71往下流，通过环状的冷却剂管路，再从冷却剂出口管62流出， 环状冷却剂通道能够使冷却剂畅通。图2表示冷却剂在环状的冷却剂管路里的流向，冷却 剂从进口管61进入到冷却内盘管63,分开两路从63又汇合到连接管64,通过连接管64进 入中盘管65,在中盘管又分两路并汇集到另一个连接管64,然后进入外盘管66,分两路并 汇集到冷却剂出口管62,从冷却剂出口管62排出炉外。
[0035] 当钠还原反应后，搅拌桨继续搅拌，从惰性气体进气管4向反应器充入氩气，在反 应容器3里自下而上流通氩气，从排气管71排出，并通过冷却器6里流通冷却剂，使反应产 物含钽粉的碱金属卤化物熔体12里的钠钾合金蒸气在冷却器下面被冷却滴入集钠器9里， 部分钠蒸气进入到排气管71里，也被冷却下流到集钠器9里。
[0036] 根据本实用新型，当反应产物12被冷却到室温后，打开反应容器盖31后，可从放 钠管92将集钠器9里的钠钾合金放出，也可以先用耐腐蚀软管将钠钾合金抽出，再从放钠 管将余钠放净。回收的金属钠可再用。
[0037] 本实用新型还提供一种生产钽粉的方法，将原料氟钽酸钾和作为稀释剂的选自 如氯化钠、氯化钾、氟化钾中至少一种的碱金属卤化物 盐加入到如图1的反应容器3里，安 装上容器盖31密封，将反应容器3置于有加热器2的还原炉1里，从排气管71抽空，然后 从惰性气体进气管4充入惰性气体，打开排气管72排气阀排气流通氩气。所述的原料还 包括加入适量的作为晶粒细化剂的能够溶解于碱金属卤化物盐的含氧化合物，当钠还原氟 钽酸钾生产钽粉粒子时，使粒子表面形成一层氧化钽，从而抑制钽粒子长大。
[0038] 根据本实用新型方法，通过调节原料配比及还原反应条件，可以生产出包括高纯 冶金级钽粉和比容为3000-120000 μ F · V/g各品级电容器级钽粉。
[0039] 根据本实用新型，可以先将部分原料氟钽酸钾加入反应容器3里，剩余的原料在 注钠还原过程中从加料口 11再加入到反应容器3中进行还原。
[0040] 根据本实用新型，在反应物料升温过程中，关闭排气管71阀门，从排气管72排气， 气体流量为〇. 1-10升/分，这样可以充分除去原料中的卤化物、水、二氧化碳和氧等腐蚀反 应容器给钽粉带入金属铁、镍、铬等杂志的"酸"性物质。
[0041] 根据本实用新型，将上述反应容器3中装有的原料加热融化到800°C -1050,搅拌 熔化的物料，注入液态金属钠，使氟钽酸钾彻底被还原生成钽粉。在注钠还原过程中，由于 反应放热，使反应容器内压力增大，优选反应容器内压力保持在〇· 1~〇· 12MPa，如果压力 过高，从排气管72排出气体，如果压力过低，从进气管补充氩气。
[0042] 根据本实用新型，在反应容器内有氟钽酸钾存在的情况下，金属钠与氟钽酸钾反 应，很少有钠蒸气排出，即便有少量钠蒸气进入排气管72,将被冷却回流进入反应容器3里 继续与氟钽酸钾反应。
[0043] 根据本实用新型，反应完后进行排钠：将冷却剂通入冷却器6里进行流通，使反应 器里压力保持在〇. 1~〇. llMPa，关闭排气阀72,从排气阀71排气，同时不断地将惰性气体 从进气口 4通入到反应器里，气体流出量为0. 1升/分-5升/分，至少在880°C或以上的温 度保持30分钟-3小时；接着使反应器里压力保持在0. 1~0. llMPa，气体流出量为5升/ 分-50升/分，在880°C或以上的温度保持30分钟-2小时。
[0044] 根据本实用新型，在排钠过程中，反应容器里的气体流量从小逐渐增大，开始时， 反应容器内钠蒸气较多，钠蒸气遇到反应容器盖上的冷却器冷凝成液体钠滴入集钠器9 里，当反应容器内钠蒸气减少后，逐渐增大气体流量，使更多的钠蒸气滴入集钠器9里。到 最后，使含钽粉的熔体12里的钠钾合金基本上都被收集到集钠器9里。
[0045] 根据本实用新型，排钠温度是880°C -1050°C，由于金属钠的沸点是881. 4°C，温度 越高，钠的蒸气压越高，在排钠的最后阶段提高温度，可以使含钽粉的熔体12里的钠钾合 金基本上全部被排出。
[0046] 根据本实用新型，排钠结束后，将反应容器3里的物料冷却到室温，将反应容器盖 31吊出，从放钠管92放出液态金属钠；将反应容器3里的冷凝的含钽粉反应产物12取出。
[0047] 根据本实用新型将上述取出的钠还原氟钽酸钾的产物进行破碎，经过水洗、酸洗 烘干过筛得到钽粉。
[0048] 根据本实用新型，任选地将上述钠还原氟钽酸钾得到的钽粉进一步地进行热处理 和脱氧处理。
[0049] 在本实用新型方法中，可以采用已知的技术，如中国专利申请号为 CN201010204181、CN201210518042和CN201210517836中所公开的方法，通过引用将上述文 件全文引入本申请。
[0050] 实施例
[0051] 本实用新型通过以下实施例将更加清楚，这些实施例在本实用新型中纯粹是示范 性的。
[0052] 实施例1
[0053] 使用如图1所示的装置，将200kg的氟钽酸钾和150kg的氯化钠装入钠还原反应 容器3-0内，从排气管7-2抽空后从进气管4充入氩气，打开排气管7-2的阀门进行流通，气 流量为〇. 1-10升/粉，用电阻加热器2将反应容器3内物料12升温到960°C，开动搅拌桨 10,保温1小时后开始从注钠管5注钠，共注入60. 92kg金属钠，完成反应。使冷却剂从进 口 61进入，通过通道63,从出口 62排出；将排气管72阀门关闭，打开排气管71阀门，使反 应容器里的压力保持在约0. 1-0. l〇5MPa，排出气体的流量为0. 1-5升/分，继续搅拌10,在 960°C保温1小时；然后在保持反应容器内压力为0. 1-0. 105MPa，排出气体的流量为5-20 升/分，在1020°C保温1小时。然后冷却到室温，吊开反应容器盖31，从放钠管92放出收 集的钠钾合金。将冷凝的含钽粉反应产物12从反应容器3里取出，经破碎，水洗，酸洗，烘 干得到钽粉。将上述钽粉进行热处理和脱氧处理，分析钽粉的氧含量、钾、钠、铁、镍、铬和硅 的含量数据列于表1。
[0054] 得到的上述钽粉具有较低的比表面积，具有高纯度，适合用作粉末冶金溅射钽靶 材的原料。
[0055] 从碱金属收集器收集到碱金属0. 8kg，返回净化再用。
[0056] 实施例2
[0057] 使用如图1所示的装置，将160kg的氟钽酸钾、IOOkg的氯化钠和60kg氯化钾及少 量溶解于碱金属卤化物盐的含氧化合物晶粒细化剂装入钠还原反应容器3内，从排气管72 抽空后从进气管4充入氩气，打开排气管72的阀门进行流通，气体流量为0. 1升/分-10 升/分，用电阻加热器2将反应容器3-0内物料12升温到900°C，使搅拌桨10搅拌，保温 1小时后开始从注钠管5注钠，共注入48. 7kg液态金属钠，完成反应。使冷却剂在冷却器 6-0里流通，将排气管7-2阀门关闭，打开排气管7-1阀门，使反应容器里的压力保持在约 0. 1-0. 105MPa，排出气体的流量为0. 1升/分-5升/分，继续搅拌10,在950°C保温1小时； 然后在保持反应容器内压力为0. 1-0. 105MPa，排出气体的流量为5升/分-20升/分，在 950°C保温1小时。然后冷却到室温，吊开反应容器盖31，从放钠管92放出收集的钠钾合 金。将冷凝的含钽粉反应产物12从反应容器3-0里取出，经破碎，水洗，酸洗，烘干得到钽 粉，将上述钽粉经过热处理和脱氧处理。分析钽粉的氧含量、钾、钠、铁、镍、铬和硅的含量数 据列于表1。取上述脱氧后的钽粉进行电性分析，
[0058] 将上述钽粉压制成电解电容器阳极坯块，每只粉重480mg，坯块的直径约5. 0mm， 高约2. 83mm，坯块密度约5. Og/cm3,在真空炉里1520°C烧结30分钟得到烧结块。将所述的 烧结块在90°C的0. 1% (Vol)的磷酸溶液中以60mA/g升电压到IOOV恒压3小时，进行阳 极化处理形成阳极，将上述阳极在10%的磷酸水溶液中2分钟测漏电流，在30%的硫酸中 侧容量，得所述的阳极的比电容量和直流漏电流列于表2中。这种钽粉具有适合于制造较 高电压较低比容的电容器。
[0059] 表1钽粉的0、K、Na、Ni、Cr、Fe等金属杂质含量（ppm)
[0060]
[0063] 从表1和表2的结果可以看出，使用本实用新型装置生产的钽粉具有高纯度，可以 用于溅射钽靶材和各品级电容器。
[0064] 以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上 的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述 揭示的技术内容作出许多更动或修饰为等同变化的等效实例，均仍属于本实用新型新的技 术方案范围内。
【主权项】
1. 一种钽粉的生产装置，包括反应容器及与其配合密封的容器盖，通过所述容器盖上 的贯穿孔，在所述容器盖上设有搅拌浆、热电偶、注钠管、加料管、惰性气体进气管、第一排 气管，其特征在于，还包括： 集钠器，设于在所述容器盖下方，所述集钠器底部设有放钠管， 冷却器，设于所述集钠器上方，该冷却器具有冷却剂进口管、冷却剂出口管和冷却剂流 通管路， 第二排气管，其从所述贯穿孔伸出，该第二排气管设置在所述冷却器区域外的靠近所 述容器盖边缘的位置，第二排气管与所述贯穿孔之间设有冷却密封圈，该冷却密封圈其中 有冷却水流通。2. 如权利要求1所述的一种钽粉的生产装置，其特征在于，所述惰性气体进气管延伸 到反应容器内直到钠还原反应后含钽粉的熔体的液面之上5-15厘米的高度。3. 如权利要求1所述的一种钽粉的生产装置，其特征在于，所述惰性气体进气管延伸 到反应容器内伸入到钠还原反应后含钽粉的熔体的液面之下10-25厘米的深度。4. 如权利要求1所述的一种钽粉的生产装置，其特征在于，所述第一排气管设置在所 述冷却器区域内。5. 如权利要求4所述的一种钽粉的生产装置，其特征在于，所述第一排气管设置在容 器盖的冷却器区域内，置于冷却剂进口管内与冷却剂进口管同轴设置，所述第一排气管与 冷却剂进口管同轴部分的长度至少15厘米。
【专利摘要】本实用新型公开了一种钽粉的生产装置，所述的装置包括反应容器及与其配合密封的反应容器盖，在所述的反应容器盖的下方设有集钠器，在反应容器盖上与集钠器相对应的部位设有冷却器。本实用新型所述的装置安全可靠，钠还原氟钽酸钾生产的钽粉杂质含量低。
【IPC分类】B22F9/20
【公开号】CN204700312
【申请号】CN201520325776
【发明人】朱德忠, 廖志刚, 郑浩宇
【申请人】江门富祥电子材料有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月18日
最新回复(0)