Տանտալի քլորիդ. կիրառություն և արտադրություն

Ինչպես է պատրաստվում տանտալի քլորիդը

Տանտալ պենտաքլորիդի ստացումը ներառում է տանտալի քլորացում որոշակի ձևով: Կան երկու հիմնական ուղի՝ մետաղական տանտալի քլորացում և տանտալի միացությունների (սովորաբար օքսիդների) քլորացում: Բոլոր դեպքերում ռեակցիան պետք է տեղի ունենա չոր, թթվածնից զերծ միջավայրում: Հիմնական գործընթացներն են՝

● Մետաղական տանտալի ուղղակի քլորացում.Մանրացված մետաղական տանտալը (հաճախ թեփուկներ կամ փոշի) տաքացվում է քլորի գազի հոսքի մեջ։ Մոտ 170–250 °C ջերմաստիճանում քլորը փոխազդում է մետաղի հետ՝ առաջացնելով TaCl₅ գոլորշի։
2 Ta+5 Cl2⟶2 TaCl5.2\,Ta + 5\,Cl_2 \երկար աջ սլաք 2\,TaCl_5:
Այս էկզոթերմ ռեակցիան մետաղը արագորեն վերածում է քլորիդի։ Գործնականում տանտալը տեղադրվում է վառարանի կամ ռեակտորի մեջ, և Cl₂ գազը հոսում է դրա վրայով՝ վերահսկվող ջերմաստիճանում։ Արդյունքում ստացված TaCl₅ գոլորշին այնուհետև խտանում է հեղուկի կամ պինդ նյութի մեջ, երբ այն սառչում է։ (Առնչվող մեթոդը Cl₂-ի փոխարեն օգտագործում է ջրածնի քլորիդ գազ (HCl), սակայն դրա համար անհրաժեշտ է ավելի բարձր ջերմաստիճան՝ մոտ 400 °C՝ ռեակցիան առաջ մղելու համար):

● Անուղղակի քլորացում (օքսիդներից):Հաճախ բարձր մաքրության տանտալ մետաղը հեշտությամբ հասանելի չէ կամ չափազանց թանկ է։ Դրա փոխարեն կարելի է սկսել տանտալի պենտօքսիդից (Ta₂O₅), որը առատ է հանքաքարի խտանյութերում։ Ta₂O₅-ն կարող է փոխակերպվել TaCl₅-ի՝ օգտագործելով քլորացնող նյութ, ինչպիսին էթիոնիլ քլորիդ (SOCl₂)Ռեակցիան հետևյալն է.
Ta2O5+5 SOCl2→240∘C2 TaCl5+5 SO2.\text{Ta}_2\text{O}_5 + 5\,SOCl_2 \xrightarrow{240^\circ\text{C}} 2\,TaCl_5 + 5\,SO_2:
Այս մեթոդում պինդ Ta₂O₅-ն խառնվում է հեղուկ SOCl₂-ի հետ և տաքացվում (մոտ 240 °C): SOCl₂-ը արդյունավետորեն օքսիդը վերածում է քլորիդի՝ որպես ենթամթերք առաջացնելով ծծմբի երկօքսիդ գազ: Այս անուղղակի ուղին օգտակար է օքսիդային փոշիների հետ աշխատելիս և կարող է ստանալ շատ մաքուր TaCl₅:

Վերոնշյալ երկու մեթոդներն էլ արտադրում ենTaCl₅ գազ, որը այնուհետև պետք է լինիխտացրած և մաքրվածԳործնականում քլոր պարունակող գազը սառեցվում է այնպես, որ TaCl₅-ն հեղուկանա (եռման կետը՝ մոտ 239 °C): Թորումը հաճախ օգտագործվում է TaCl₅-ն ցանկացած խառնուրդներից կամ ցածր եռման ջերմաստիճան ունեցող նյութերից առանձնացնելու համար: Օրինակ, լաբորատորիայում սինթեզելիս գազը կարելի է անցկացնել սառը թակարդի կամ մի շարք խտացուցիչների միջով: Խտացումից հետո արտադրանքը չորացվում է (մեղմորեն տաքացվում է վակուումի տակ)՝ խոնավության հետքերը հեռացնելու համար: Արդյունքում ստացվում է բարձր մաքրության սպիտակ պինդ նյութ: (AսեղանԱյս սինթեզի մեթոդների ամփոփումը՝ ռեակտիվների, պայմանների և արգասիքների թվարկումը, կարող է օգնել համեմատել ուղիները կողք կողքի։)

● Հանքաքարից արդյունաբերական արդյունահանում.Մեծ մասշտաբով տանտալը հաճախ ստացվում է այնպիսի հանքանյութերից, ինչպիսիք են տանտալիտը կամ կոլտանը, որոնք պարունակում են և՛ տանտալի, և՛ նիոբիումի օքսիդներ: Արդյունաբերական մեկ գործընթացում հանքաքարի խտանյութը խառնվում է ածխածնի (կոքսի) հետ և բարձր ջերմաստիճանում ռեակցիայի մեջ է մտնում քլորի գազի հետ: Այս կարբոքլորացումը օքսիդները վերածում է ցնդող քլորիդների: Սկզբում տիտանի, նիոբիումի և տանտալի քլորիդների խառնուրդը ձևավորվում և խտանում է «տիտանի-նիոբիում-տանտալ օքսիքլորիդ» կոչվող հեղուկի: Այս հեղուկը ենթարկվում է մասնակի թորման. նախ հեռացվում է տիտանի տետրաքլորիդը (TiCl₄) (եռման ջերմաստիճանը՝ 136 °C), թողնելով հիմնականում նիոբիումի և տանտալի քլորիդներ: Մնացած խառնուրդը այնուհետև լրացուցիչ քլորացվում է (անհրաժեշտության դեպքում)՝ ցանկացած օքսիքլորիդ փոխակերպելու համար պենտաքլորիդների: Վերջապես, նիոբիումի քլորիդը (NbCl₅) և տանտալի քլորիդը (TaCl₅) բաժանվում են կոտորակային թորման միջոցով, քանի որ TaCl₅-ն եռում է 239 °C-ում, իսկ NbCl₅-ն՝ 248 °C-ում: Վերջնական արդյունքը մաքրված TaCl₅-ն է: Այս TaCl₅-ն հաճախ ռեակցիայի մեջ է մտնում ջրային ամոնիակի հետ՝ նստեցնելով ամոնիումի տանտալի ֆտորիդը կամ օքսիքլորիդը, որը կալցինացման ժամանակ առաջացնում է գերմաքուր Ta₂O₅: Ըստ էության, TaCl₅-ն ծառայում է որպես միջանկյալ նյութ տանտալը իր հանքաքարերից մաքրելու համար:հոսքագիծԱյս քայլերի՝ հում հանքաքարից մինչև TaCl₅ և այնուհետև օքսիդ, նկարազարդումը օգտակար կլինի ընթերցողների համար՝ արդյունաբերական գործընթացը պատկերավորելու համար։

Ամփոփելով՝ տանտալի քլորիդը ստացվում է տանտալի մետաղի կամ միացությունների հալոգենացման միջոցով: Ta մետաղի ուղղակի քլորացումը Cl₂-ով լաբորատոր ամենապարզ եղանակն է, մինչդեռ արդյունաբերական գործընթացներում հաճախ օգտագործվում է տանտալի օքսիդի խտանյութերի բարձր ջերմաստիճանային քլորացում ածխածնի միջոցով (ածխածնային քլորացում) կամ այլ քլորացնող նյութերով: Այնուհետև գազային TaCl₅-ն խտացվում և թորվում է մինչև բարձր մաքրություն: Նշենք, որ արտադրողներից մեկի տեխնիկական նշումը շեշտում է, որ TaCl₅-ն օգտագործվում է «օրգանական նյութերի քլորացման» մեջ և որպես «քիմիական միջանկյալ նյութ» մաքուր տանտալ մետաղ ստանալու համար, ընդգծելով դրա դերը որպես ռեակտիվ և հիմնական միջանկյալ նյութ: