DE1196376B

DE1196376B - Verfahren zur Aufbereitung von Tantal, vorzugsweise von Abfaellen, zu Tantalpulver

Info

Publication number: DE1196376B
Application number: DEV25787A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Mineraloge Dieter Radloff
Original assignee: BERLINER GLUEHLAMPEN WERK VEB
Current assignee: BERLINER GLUEHLAMPEN WERK VEB
Priority date: 1964-04-13
Filing date: 1964-04-13
Publication date: 1965-07-08

Description

Verfahren zur Aufbereitung von Tantal, vorzugsweise von Abfällen, zu Tantalpulver Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Tantal, vorzugsweise von Abfällen, zu Tantalpulver.
Durch seine Eigenschaft, Restgase zu absorbieren, ist Tantal ein besonders wichtiger Werkstoff für die Hochvakuumtechnik. Sein Vorkommen beschränkt sich auf wenige Länder, seine Herstellung ist schwierig und daher ist sein Preis sehr hoch. Deshalb ist die Wiederverwendung des Metallabfalls von besonderem wirtschaftlichem Interesse. Durch Vakuumlichtbogen- und Elektronenstrahlschmelzen kann Tantalabfall zwar wieder wirtschaftlich aufbereitet werden, jedoch besteht auch erheblicher Bedarf an Tantalpulver, das für spezielle Zwecke zur pulvermetallurgischen Weiterverarbeitung benötigt wird.
Die Aufbereitung von Tantal zu Tantalpulver ist aus der Literatur an sich bekannt. Die bekanntgewordenen Verfahren sind jedoch für eine wirtschaftlich rationelle Fertigung wenig geeignet, weil sie erheblichen Aufwand bedingen, das zu behandelnde Material sich nur schwer und mit umständlichen Methoden zu Tantalpulver und nur mit einem hohen Anteil frischen Pulvers wieder zu Tantahnetall verarbeitet werden kann.
Die bekanntgewordenen Verfahren führen zu keinem brauchbaren Ergebnis, weil unter den angegebenen Hydrierungsbedingungen mit reinem Wasser-Stoff kein gut vermahlbares Tantalhydrid erhalten wird. Vermutlich wurde die Hydrierung bei den bekannten Verfahren mit nicht ganz reinem Wasserstoff durchgeführt; dabei erhält man nämlich ein Tantal, das zwar spröde, jedoch wegen seines hohen Gehaltes an unerwünschten Gasen für eine pulvermetallurgische Weiterverarbeitung zu Tantalhalbzeug ungeeignet ist. Dieses Material besitzt in der Regel keine metallische Oberfläche, ein Zeichen dafür, daß unreiner Wasserstoff verwendet wurde.
Tantalabfälle weisen in jedem Falle eine dünne oberflächliche Oxydschicht auf, welche die erwünschte Wasserstoffaufnahme zum größten Teil verhindert. Der unerwünschte Sauerstoff kann zwar durch Hochvakuumentgasung bei Temperaturen oberhalb 2000° C entfernt und anschließend bei tieferen Temperaturen die Hydrierung durchgeführt werden. Bei der großtechnischen Durchführung dieses Verfahrens ist jedoch die Wirtschaftlichkeit in Frage gestellt.
Bekannt ist ein Verfahren, bei dem über die auf 450° C erhitzten Tantalabfälle drei Stunden lang ein Strom von elektrolytisch hergestelltem Wasserstoff geleitet wird, der auf die übliche Art gereinigt und auf über 800 bis 850° C erhitzten Titanschwamm geführt wird.
Diesem Verfahren haftet jedoch der Mangel an, daß es sich für eine großtechnische Durchführung nicht eignet, weil bei einer Arbeitstemperatur von 450° C die Wasserstoffaufnahme durch die Oxydschicht der Oberfläche fast völlig verhindert wird und dadurch keine wirtschaftlich tragbaren Zeiten für eine Aufarbeitung von Tantalschrott erreicht werden können. Auch die bekannte überführung von Tantalschrott durch Aufnahme reinen Wasserstoffs bei 1200 bis 1400° C in das sehr spröde Hydrid führt zu keinen für eine gewerbliche Verwertung brauchbaren Ergebnissen, weil hierbei die Wasserstoffaufnahme so gering ist, daß das Material nicht genügend versprödet.
Ein weiteres bekanntes Verfahren, bei dem die Tantalabfälle zunächst bis auf 1400° C unter Hochvakuum erhitzt und dann auf 500° C abgekühlt werden, wobei bei 1000° C das Hochvakuum mit Wasserstoff bis zu einem Druck von 500 Torr aufgehoben wird, erweist sich durch den relativ hohen apparativen Aufwand als unwirtschaftlich.
Das Verhalten von Tantal gegenüber Gasen, wie Wasserstoff, ist zwar bekannt, nicht aber eine verfahrenstechnisch-wirtschaftliche Aufbereitung von Tantalabfällen, die auf dem Wege der Wasserstoffaufnahme zu einem Tantalpulver führen, das sich auch ohne Zufügung frischen, d. h. unaufgearbeiteten Tantalpulvers, wieder zu einem Tantahnetall mit qualitativ hochwertigen Eigenschaften verarbeiten läßt.
Eine wesentliche Eigenschaft des erfindungsgemäß hergestellten Tantalpulvers aus Tantalschrott besteht darin, daß das hieraus gewonnene Tantalmetall gute Verarbeitungseigenschaften besitzt. Dieser Vorteil geht aber den bekanntgewordenen aufgearbeiteten Tantalpulvern ab, wenn ihnen nicht ein hoher Anteil, in der Regel 500/0, reinen Tantalpulvers beigegeben wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren darzustellen, durch welches Tantalhydrid gewonnen wird, das sich leicht mechanisch pulverisieren und ohne Zugabe von frischem Tantalpulver nach den üblichen pulvermetallurgischen Verfahren zu Tantalhalbzeug verarbeiten läßt, ohne daß die den bekannten Verfahren anhaftenden Mängel auftreten.
Beim Verfahren nach der Erfindung wird Tantal, vorzugsweise Tantalabfall, zu Tantalpulver in der Weise aufbereitet, daß reines metallisches Tantal bzw. Tantalabfall unter reinstem Wasserstoff mindestens 5 Minuten bei einer Temperatur von mindestens 800° C aktiviert wird, dann eine Abkühlung auf eine Temperatur von etwa 400 bis 550° C erfolgt, die ca. 1 bis 3 Stunden gehalten wird. Durch die Temperaturerhöhung auf mindestens 800° C diffundiert die oberflächliche Oxydschicht in das Metall ein und aktiviert die Oberfläche für die Wasserstoffaufnahme. Das so hergestellte Tantalhydrid kann nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur dem Ofen entnommen werden. Die Tantaloberfiächen sind nach dieser Behandlung völlig rein und haben einen starken metallischen Glanz.
Das erfindungsgemäß gewonnene Tantalhydrid läßt sich leicht mechanisch pulverisieren. Nach der Herstellung der gewünschten Korngrößen, anschließendes Reinigung und Hochvakuumentgasung wird ein sehr reines Tantalpulver erhalten, das sich z. B. gut für die Herstellung von Tantalsinterelektroden und anderen Tantalhalbzeugen eignet. Es lassen sich aus dem erfindungsgemäß erhaltenen Tantalpulver nach den üblichen pulvermetallurgischen Verfahren selbst Drähte der feinsten Abmessungen herstellen, ohne daß frisches Tantalpulver zugegeben werden muß.

Claims

Patentanspruch: Verfahren zur Aufbereitung von Tantal, vorzugsweise von Abfällen, zu Tantalpulver, durch Hydrieren, Pulverisieren, Reinigen und Entgasen, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzubereitende Metall unter reinstem Wasserstoff mindestens 5 Minuten bei einer Temperatur von mindestens 800° C aktiviert wird, dann bei etwa 400 bis 550° C etwa 1 bis 3 Stunden hydriert und schließlich in bekannter Weise mechanisch auf die gewünschte Korngröße pulverisiert, gereinigt und unter Hochvakuum entgast wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1130 186; Zeitschrift »Metall«, 12 (1958), S. 294; G. L. Mi11er, »Tantalum and Niobium«, 1959, S. 344; W. Sehreiter, »Seltene Metalle«, Bd.I1I, 1962, S.34/35.