Die Methoden zur Trennung der Elemente Niob und Tantal und ihre Grundlagen Beiträge zur Chemie der Elemente Niob und Tantal1XIX)

Abstract

Die analytische und praparative Trennung der heute auch technisch interessanten Metalle Niob und Tantal ist schwierig. Die wesentlichen Trennungs-bzw. Anreicherungsverfahren wurden daher systernatisch zusarnrnengestellt und ihre Grundlagen erortert. Besonders wichtig und geeignet erscheinen derzeit diejenigen Arbeitsweisen, bei denen Unterschiede in der Stabilitat niederer Oxydationsstufen oder rnittlerer Hydrolysestufen ausgenutzt werden.Als Folge der Lanthaniden-Kontraktion haben Niob und Tantal in ihren entsprechenden Ladungsstufen praktisch gleiche Ionenradien. Daher bereitet die Trennung dieser homologen Elemente Schwierigkeiten. In den letzten Jahren wurden wegen der Bedeutung des Tantals als Werkstoff fur die Herstellung von Spinndusen, von chemischen Apparaten und von yondensatorene) sowie wegen der Verwendbarkeit desNiobs bei m Reaktorbau3) neue Arbeitsweisen zur Trennung dieser in der Regel gemeinsam vorkommenden Elemente entwickelt. Beim Versuch diese Methoden nach ubergeordneten Gesichtspunkten zu behandeln, zeigt sich, daB es einige Grundvorstellungen gibt, auf die sich die meisten Trennverfahren zuruckfuhren lassen. Man kann drei Gruppen unterscheiden:die Trennung von Niob-und Tantal-Verbindungen des gleichen Typs mit physikalischen Mitteln (Abschnitt A), die Trennung auf Grund der leichteren Reduzierbarkeit des 5-wertigen Niobs (Abschnitt B) und die Ausnutzung der Neigung des Niob(V) zur Bildung besonders stabiler ,,basischer" Salze oder Komplexe rnit der Hydrolysenstufe Nb03+ (Abschnitt C).Ideale, scharfe Nb/Ta-Trennungen gibt es nicht. Urn jedoch einen qualitativen Eindruck vom Trenneffekt zu geben, sol1 von ,,Trennungen" einerseits und von ,,Anreicherungen" andererseits gesprochen werden. Der Aufsatz erfaBt sowohl technische Arbeitsweisen, ah auch analytische und praparative Laboratoriumsmethoden. Tantal -Verbindungen auf Grund von Unterschieden in den physikalischen Eigenschaften XVIII. Mitteilung vgl. H . Schdfer u. F. Kahlenberg, Z. anorg. allg. Chem. 294 242 [1958]. H . Meyll u. H.'Speidel, Chemie-1ng.-Techn. 30, 337 [1958]. A. B. Mclntosh J. Inst. Metals 85 367 [1956/57]. Fp und Kp in rinden Zahlen. ~g l .~. )~) ) . H . Schafer u. Ch. Pietruck Z'anorg. allg. Chem. 267 174 [1951]. f B. Ainscough, R. J . d. Holt u. F. W . Trowse, j . chem. SOC. London] 7957, 1034. Daraus ergibt sich, daB eine hinreichende Trennung durch f raktionierte Destillation eine Kolonne erfordert, deren Wirkung mehr als 20 theoretischen Biiden entspricht. Im halbtechnischen MaBstabe wird diese Trennung in den Vereinigten Staaten ausgefuhrt. Hier einzuordnen, aber nicht oder nicht ausreichend erprobt, sind z. B.: Die fraktionierte Kristallisation der Pentachloride aus der Schmelze (Zonenschmeleen, partielles S c h m e l~e n~) ) , die fraktionierte Kristallisation der Pentachloride aus Lbsungsmitteln wie TiC1,') oder SOCl,5), die fraktionierte Destillation der Ester M( und die Chromatographie der Pentahalogenide oder Ester mit den L6sungen oder Gasen. A. Fraktionierung analoger Niob-und Die meisten Verfahren zur Niob-Tan...

Toward Redox- and Photoredox-Based Niobium/Tantalum Separations

“…25 High-temperature treatment of columbite/tantalite with chlorine gas or carbon tetrachloride yields Nb V /Ta V Cl 5 , bypassing the environmentally hazardous HF ore dissolution. 14,24,26 Separating the mixed Nb/Ta chlorides is reported at temperatures exceeding 500 °C by selective reduction of gaseous NbCl 5 to solid NbCl 3 by hydrogen reduction 26 or fractional distillation at 250 °C, 27 separating NbCl 5 from gaseous TaCl 5 . Such high-temperature procedures are energy intensive and require specialized corrosion-and temperature-resistant equipment.…”

“…Emerging approaches target the replacement of Nb/Ta fluoride processing with chlorine processing, such as a report showing the direct transformation of Nb/Ta-containing ores into Nb V /Ta V chlorides, as well a recent report showing the formation of a TaCl 5 species for Ta recycling by selective solvent extraction . High-temperature treatment of columbite/tantalite with chlorine gas or carbon tetrachloride yields Nb V /Ta V Cl 5 , bypassing the environmentally hazardous HF ore dissolution. ,, Separating the mixed Nb/Ta chlorides is reported at temperatures exceeding 500 °C by selective reduction of gaseous NbCl 5 to solid NbCl 3 by hydrogen reduction or fractional distillation at 250 °C, separating NbCl 5 from gaseous TaCl 5 . Such high-temperature procedures are energy intensive and require specialized corrosion- and temperature-resistant equipment .…”