193682. lajstromszámú szabadalom • Eljárás legalább 99 tömeg% tisztaságú niobium-pentaklorid folyamatos előállítására
1 A találmány tárgya eljárás legalább 99% tisztaságú nióbium-pentaklorid (NbCl5) folyamatos előállítására, ferronióbiumból, az acélgyártásban használatos — aluminotermikus úton előállított — a kiindulási alapanyag folyamatos klórozásával. A nióbium-pentaklorid mint ismeretes, kiindulási anyaga a lítiumniobát (LiNbOa) előállításának, amely a mikroelektronika fontos anyaga. A lítiumniobát előállításhoz különleges tisztaságú — néhány ppm szennyezőt tartalmazó — (NbCl5)2-ra van szükség, és ennek hidrolízisével állítható elő — első lépésben a nióbium-pentoxid (Nb205) majd ezt követően reakció során a lítiumniobát. A nióbium-pentaklorid ' előállítására szolgáló ismert eljárás általában csak laboratóriumi méretű nem fejleszthető-, költséges vagy éppenséggel veszélyes módszer (GMELINS Handbuch: NIOB. System Nummer: 49, Teil B., Verlag Chemie Weinheim, 1970). Az ismert eljárás hátránya, hogy általában kvarccsőben végzett, laboratóriumi méretű eljárás, amely az erősen exoterm reakció következtében nem üzemesíthető. Ez az eljárás csak szakaszos gyártást tesz lehetővé, és csak kis anyagmennyiségek klórozására alkalmas, mert a nagy hőtermelés miatt a ferronióbium összesülésének veszélye áll fenn. Ezen kívül a hőálló bélést is gyakran cserélni kell. Az így kapott kloridelegyet még alapos tisztításnak kell alávetni, mert a klórozáskor nagymennyiségű Fe2CI6, A12C16, SiCl4 stb. is képződik. A 99%-os vagy ennél nagyobb (NbCl5)2-tartalmú terméket csak igen hoszszadalmas úton és jelentős nióbium-veszteséggel lehet előállítani. A találmány célja az ismert eljárás hátrányainak kiküszöbölése és üzemi méretekben végezhető eljárás kidolgozása legalább 99% tisztaságú nióbium-pentaklorid folyamatos előállítására. Kísérleteink során megállapítottuk, hogy a folyamatot egyszerűen — hűtött acélreaktorban korroziómentesen — nagy termelékenységgel végezhetjük el, és könnyen ipari eljárássá fejleszthetjük. A kloridoktól pedig — korszerű művelettel — sóoszlopos abszorpcióval, kvantitative választhatjuk el termékünket. így eljárásunkkal egy lépésben — egymás után kapcsolt, folyamatosan üzemelő reaktorral és sóoszloppal — 99.0%-osnál tisztább (NbCls)2-t lehet ipari méretekben előállítani. A találmány szerinti eljárás alapját az a felismerés képezi, hogy ha az (NbCt5)2 előállítása során a képződő hőt folyamatosan elvezetjük, és a kiindulási anyagot folyamatosan, állandó utánadagolással a reaktorba juttatjuk, akkor az (NbCI5)2 folyamatos gyártása megoldható. A reaktor körül köpenyben vizet keringtetünk, és a hűtővíz alkalmazása teszi lehetővé, hogy az acélból készült reaktort károsodás nélkül üzemeltethetjük. A találmány szerinti eljárás lényegét az alábbi 2 2 egyenletekkel jellemezhetjük (a kísérő anyagokéival együtt): 2Nb + 5C12= (NbCl5)2 2Fe + 3CI2 = Fe2CI6, 2A1 + 3C12 = AI2C16 Si + 2C12 = SiCl4 A találmány szerint úgy járunk el, hogy a íerronióbiumot és a klórgázt folyamatosan adagoljuk egy 600—800°C hőmérsékletű tűztél be, a képződött (NbCl5)2, Fe2CI6, SiCI4 stb. gőzöket pedig 280—320°C hőmérsékletű, darabos NaCl-lel töltött oszlopon átvezetve tisztítjuk, mimellett a darabos NaCI-t állandóan pótoljuk, a NaCl-nak a szennyező fémekkel alkotott olvadt komplex vegyületeit folyamatosan elvezetjük, és a tisztított (NbCl5)2 gőzöket 280°C hőmérséklet alá hűtve — célszerűen szobahőmérsékletre hűtve — kondenzáljuk. A tisztítási folyamatot a következőképpen írhatjuk le: Fe2Cl6 + 2NaCl = 2NaFeCl4 és A12C16 + 2NaCl = 2NaAlCl4 és ezzel a kloridok illékonysága több nagyságrenddel csökken. Az (NbC 15) 2 folyamatos gyártását a következő paraméterek betartásával hajtjuk végre. Az összesülés megakadályozására a berendezésbe minimálisan 20—30 mm szemcseméretű íerronióbiumot adagolunk. A beadagolt klór mennyiségének 1/10 részét mellékáramban a tűztér után vezetjük be a gőzelegybe. így állandó klórfölösleget tartunk fenn, és biztosítjuk a bevezetett ferronióbium egész átalakulását. A (NbCl5)2 gőzök tisztításához Ömlesztett állapotú, minimálisan 30—40 mm szemcseméretű NaCl-t használunk fel, és az elfogyott NaCl-ot folyamatosan pótoljuk. A reaktor beindítása után általában a termelt mennyiség 1/6-od részének megfelelő menynyiségű NaCl-t adagolunk be óránként. A találmány szerinti eljárás lehetővé teszi, hogy az eddig ismert hőálló bélésű, szakaszos üzemű, nagyméretű kemencékhez képest a berendezés méretét és az előállítás költségeit csökkentsük, és emellett a teljesítményt növeljük. Eljárásunkkal 1 t (NbCl5)2/m2 óra fajlagos teljesítmény érhető el, azaz a termelhető összmennyiség lineárisan változik a reaktor keresztmetszetével. A találmány szerinti eljárás lehetővé te szí, hogy igen tiszta, 20 ppm-nél kisebb vas- és alumíniumtartalmú (NbCÍ5)2-t állítsunk elő, 4 nagyságrenddel kevesebb szennyezőt tartalmazva, mint a kiinduló nyersanyag. A kitermelés minimálisan 95%, de az olvadt komplex vegyületekben maradt — 2-3%-ot meghaladó — (NbCl5)2-nek a tüztérbe való visszajáratásával több, mint 98%-os kitermelést érhetünk el. 193682 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
