鉭的冶煉方法

01

鉭冶煉步驟

鉭鈮礦是生產鉭的主要原料，但是鉭鈮礦中常伴有多種金屬，因此鉭冶煉的主要步驟是分解精礦，淨化和分離鉭、鈮，以製取鉭、鈮的純化合物，最後製取金屬。

礦石分解可採用氫氟酸分解法、氫氧化鈉熔融法和氯化法等。鉭鈮分離可採用溶劑萃取法〔常用的萃取劑為甲基異丁基銅（MIBK）、磷酸三丁酯 （TBP）、仲辛醇和乙醯胺等〕、分步結晶法和離子交換法。

02

金屬鉭的智取

金屬鉭的製備即用還原劑將純鉭化合物還原成金屬鉭的過程。所用純鉭化合物原料有五氧化二鉭、五氯化鉭、五氟化鉭和氟鹽（如K2TaF7）。還原劑有鈉、鎂等活性金屬及碳和氫氣。鉭的熔點高達3669K，故還原後得到的是粉末狀或海綿體金屬。需經進一步熔鍊或精煉，才能得到緻密金屬。

金屬鉭的製取方法主要有鈉熱還原法生產鉭粉、碳熱還原法生產鉭和熔鹽電解法生產鉭粉等。鈉熱還原氟鉭酸鉀是世界上最普遍採用的鉭生產方法，所產鉭粉粒形複雜，比表面積大，適用於製造電容器。碳熱還原五氧化二鉭已是工業上成熟的鉭生產方法，但因產品純度不夠高，不如鈉還原法用得廣泛。熔鹽電解法按電解質組成分為含氧電解質電解和不含氧電解質電解兩種方法。熔鹽電解法一般只能生產冶金級鉭粉。五氟化鉭氫還原被認為是一種最具發展潛力的鉭生產方法，但因裝置材質和環境保護要求高，尚未用於工業生產。

大多數鉭以鉭粉形式直接用作製造電子工業用鉭電容器，因此鉭的制粉工藝，如電容器級鉭粉製取、氫化法制取鉭粉和鉭粉真空熱處理等亦屬金屬鉭製取的範疇。

03

鈉熱還原法生產鉭粉

鈉熱還原法生產鉭粉即在惰性氣氛中用金屬鈉將氟鉭酸鉀還原成金屬鉭粉的過程， 是電容器級鉭粉製取的重要方法和工業上生產金屬鉭粉（包括冶金級鉭粉）的主要方法，所得金屬鉭粉的粒形複雜、比表面積大，適於作鉭電解電容器的陽極材料，亦可經過鉭電子束熔鍊、鉭真空電弧熔鍊或鉭真空燒結法精煉，製成高純鉭錠或鉭棒，再加工成各種鉭材。

為獲得高純鉭粉，除主要原材料氟鉭酸鉀、鈉及稀釋劑氯化鈉（或NaCl+KCI）、氬氣（或氦氣）必須達到所要求的純度外，還必須在不同溫度下預先經過嚴格的脫水處理。氟鉭酸鉀有時還需要在598～648K溫度下進行真空熱處理，俗稱活化。氟鉭酸鉀經真空熱處理能除去其中的殘留有機物和氟氫酸，並使氟鉭酸鉀晶粒細化，在還原中獲得更細的鉭粉。20世紀70年代以來，廣泛採用新增摻雜劑的辦法來提高鉭粉的比電容。常用的摻雜劑為磷酸鹽，可在氟鉭酸鉀結晶前或結晶後摻入，亦可在鉭粉真空熱處理前摻入。摻雜物能在鉭陽極塊燒結過程中防止鉭粉過分燒結，從而可避免鉭陽極塊比表面積的縮小。採用金屬陶瓷過濾器或冷阱法，淨化除去金屬鈉中的氧化物。

工藝氟鉭酸鉀和鈉在惰性氣氛中於1153～1173K溫度下還原反應1～2h，還原產物有金屬鉭粉、氟化鉀、氟化鈉以及不參與反應的稀釋劑等。20世紀50年代以前，採用固體金屬鈉與氟鉭酸鉀分層放置在彈式反應器內進行爆炸式還原反應，雖然產品鉭粉粒度細、比表面積大，但氧、碳含量高，無實用價值。其後曾採用過氣（鈉）一液（氟鉭酸鉀）反應方式的分盤裝料鈉還原。此方式反應週期冗長，產品粒度粗，只能用作3000／uF。V／g低比容鉭粉。後經改進採用以液固（鈉）一固（氟鉭酸鉀）反應方式為主的混合裝料鈉還原，生產週期比氣一液反應方式縮短3／4，鉭粉比容提高30％以上，但仍不理想亦被逐步淘汰。隨著鉭電容器的小型和微型化，相應需要採用具有更大比表面積的鉭粉，當今主要採用了以液（鈉）一液（氟鉭酸鉀）為主的攪拌鈉還原，並輔以摻雜技術，使鉭粉比容每年以1000uF•V屈的速率遞增。浸漬除去氟鹽，然後用含HCl18％、HF1％的溶液於363K溫度下洗滌1～2h，最後用純水洗滌，在353K溫度下烘乾，即可獲得鉭原粉或冶金級鉭粉。為製取電容器級鉭粉，需將鉭原粉進行粒度調配、真空熱處理（見鉭粉真空熱處理）、破碎、篩分及產品調製等後處理，必要時還將增加鎂還原除氧、酸洗、水洗以及整形等處理，方可獲得優質的中、低、高比容電容器級鉭粉 。