[发明专利]一种钽粉制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于稀有金属冶炼领域，涉及钽粉粉末的加工技术,提供一种电容器用钽粉的制备方法，特别涉及用碳热还原五氧化二钽制取钽粉前驱体，后经掺杂、脱氧制成适合于电容器阳极块的钽粉。

背景技术

金属钽是一种阀金属，它可以在表面生成一层致密的氧化膜而具有单向导电的性质。它所制成钽电容器的阳极膜化学性能稳定、电阻率高、介电常数大、漏电流小。另外钽电容器还具有工作温度范围宽、可靠性高、抗震和使用寿命长等优点。因此，它是制作体积小、可靠性高的电容器的理想材料。

当钽粉作为电解质电容器阳极材料时，粉体越细，则比表面积越大，比电容越大。要想在给定的容积中达到更高的容量，通常的做法是开发出具有更高比表面积的钽粉。钠还原氟钽酸钾法制造的工艺是目前世界应用最广，技术开发最成熟的一种钽粉生产工艺。以现有的钽粉生产工艺水平，比表面积可以达到4.5m²/g。这种还原工艺可以通过使用更高的稀释盐和烧结延缓剂来实现，从而生产并维持高的比表面积。利用这一工艺要经济地生产出比表面积大于4.5m²/g的高品质的钽粉是很困难的。

用于制备固体电解电容器的钽粉有很多特定的要求，这些粉末必须具有0.4m²/g～10m²/g的表面积；需要良好的成形和浸渍特性；合适的颗粒和孔隙大小分布。为了消除固体电解电容器中的损失(残余电流)，其需要高纯度并精确控制杂质和掺杂物；钽粉还需具有良好的流动性和压制性能。

美国专利US3012877所公开的金属钠熔盐热还原氟钽酸钾的方法，在制备超细钽粉时要加入大量的卤化物稀释剂，除了容易引入过量的杂质外，还导致生产率严重降低。其缺点包括成本高，污染大，不能连续生产等。

用五氧化二钽还原制造钽粉的应用也呈增加的趋势。多年来，钽粉生产者对由钽氧化物直接制备钽粉进行了一系列的研究，希望获得成本低、污染小、性能优的钽粉制备工艺。

中国专利CN101574741研发出一种稀土金属或稀土金属氢化物多步还原制取高比容钽粉的方法。该方法采用三步还原法，避免了一步和两步法过程中还原剂加人过多，放热量大，还原温度高现象，制备出了高比容的钽粉。为获得流动性好的钽粉，需要在第一步还原反应之前对氧化钽粉末进行团化和掺杂处理。该方法用五氧化二钽与稀土金属直接接触，反应时间非常短，放热量大，为不可控反应。钽粉的粒径是由还原温度决定的，由于不能完全控制反应温度，就很难再现性得到具有适合制造电容器的粒径的粉末。

美国专利US6136062 A公开采用碱土金属或稀土金属还原氧化钽制备金属钽粉。其过程是在750～950℃用镁还原氧化钽后经酸洗，得到TaOx,x＝0.5～1.5，然后再次进行镁还原，酸洗，得到钽粉。这种方法制备的钽粉氧含量、镁含量高，其他金属杂质，如铁、镍、铬等比钠还原氟钽酸钾的钽粉低。这种方法反应速度快，产生大量的热，因而得不到微细金属粉末。

美国专利US6171363 B1采用气态镁还原氧化钽制取微细钽粉，还原后产物经稀酸洗涤，进一步脱氧、团化处理，可制得比表面达5～13m²/g的电容器级钽粉。作为电容器用钽粉该方法具有一定的工业前景。该方法不足之处是对还原设备要求较高，设备复杂，需要进一步研究还原效果好、不污染产品的还原装置。

孙培梅、李洪桂(中南矿冶学院学报No:4(Sum 34)Dec.1982)在研究五氧化二钽碳还原过程的机理发现：

碳还原Ta₂O₅生产金属钽的总反应式为:

Ta₂O₅+5C＝2Ta+5CO↑

实际上，该还原过程可能通过一系列的中间反应。

Ta₂O₅+7C＝2TaC+5CO↑

Ta₂O₅+12TaC＝7Ta₂C+5CO↑

Ta₂O₅+5Ta₂C＝12Ta+5CO↑

可见，在碳还原Ta₂0₅过程中，将优先生成钽的各种碳化物，而生成金属钽，则依靠碳化物和Ta₂0₅之间的进一步反应。