탄탈륨 염화물: 용도 및 생산

탄탈륨 염화물의 제조 방법

오염화탄탈륨을 생산하는 과정은 탄탈륨을 어떤 형태로든 염소화하는 과정을 포함합니다. 주요 방법은 두 가지입니다. 탄탈륨 금속의 염소화와 탄탈륨 화합물(보통 산화물)의 염소화입니다. 어떤 경우든 반응은 건조하고 산소가 없는 환경에서 이루어져야 합니다. 기본 공정은 다음과 같습니다.

● 금속 탄탈륨의 직접 염소화:미세하게 분쇄된 탄탈륨 금속(종종 충전재 또는 분말)을 염소 가스 흐름 속에서 가열합니다. 약 170~250°C의 온도에서 염소는 금속과 반응하여 TaCl₅ 증기를 형성합니다.
2 Ta+5 Cl2⟶2 TaCl5.2\,Ta + 5\,Cl_2 \longrightarrow 2\,TaCl_5.
이 발열 반응은 금속을 염화물로 빠르게 변환합니다. 실제로 탄탈륨을 용광로나 반응기에 넣고 Cl₂ 가스를 조절된 온도로 흘려보냅니다. 생성된 TaCl₅ 증기는 냉각되면서 액체 또는 고체로 응축됩니다. (관련된 방법은 Cl₂ 대신 염화수소(HCl) 가스를 사용하지만, 반응을 촉진하기 위해 약 400°C의 더 높은 온도가 필요합니다.)

● 간접 염소화(산화물로부터):고순도 탄탈륨 금속은 쉽게 구할 수 없거나 너무 비싼 경우가 많습니다. 대신, 광석 정광에 풍부한 오산화 탄탈륨(Ta₂O₅)으로 시작할 수 있습니다. Ta₂O₅는 다음과 같은 염소화제를 사용하여 TaCl₅로 전환할 수 있습니다.티오닐클로라이드(SOCl₂)반응은 다음과 같습니다.
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.
이 방법에서는 고체 Ta₂O₅를 액체 SOCl₂와 혼합하고 가열합니다(약 240°C). SOCl₂는 산화물을 염화물로 효과적으로 전환시켜 부산물로 이산화황 가스를 생성합니다. 이 간접적인 방법은 산화물 분말을 사용할 때 유용하며 매우 순수한 TaCl₅를 얻을 수 있습니다.

위의 두 가지 방법 모두 다음을 생성합니다.TaCl₅ 가스, 그러면 그것은 다음과 같아야 합니다.응축 및 정제실제로 염소 함유 가스는 냉각되어 TaCl₅가 액화됩니다(끓는점 약 239°C). 증류는 TaCl₅를 불순물이나 끓는점이 낮은 물질로부터 분리하는 데 자주 사용됩니다. 예를 들어, 실험실에서 합성할 때 가스를 콜드 트랩이나 일련의 응축기를 통과시킬 수 있습니다. 응축 후, 생성물을 건조(진공 하에서 약하게 가열)하여 미량의 수분을 제거합니다. 그 결과 고순도의 흰색 고체가 생성됩니다. (A테이블이러한 합성 방법을 요약하면(반응물, 조건, 생성물을 나열하면) 경로를 나란히 비교하는 데 도움이 될 수 있습니다.)

● 광석으로부터의 산업적 추출:대규모로 탄탈럼은 탄탈라이트나 콜탄과 같이 탄탈럼과 니오븀 산화물을 모두 포함하는 광물에서 얻는 경우가 많습니다. 한 산업 공정에서는 광석 정광을 탄소(코크스)와 혼합하고 고온에서 염소 가스와 반응시킵니다. 이 탄염소화 반응은 산화물을 휘발성 염화물로 전환시킵니다. 처음에는 티타늄, 니오븀, 탄탈럼 염화물의 혼합물이 형성되고 응축되어 "티타늄-니오븀-탄탈럼 옥시클로라이드"라는 액체가 됩니다. 이 액체는 분별 증류 과정을 거칩니다. 먼저 사염화티타늄(TiCl₄)을 제거하여(끓는점 136°C) 대부분 니오븀과 탄탈럼 염화물만 남깁니다. 그런 다음 남은 혼합물에 (필요한 경우) 염소를 추가로 처리하여 옥시염화물을 오염화물로 전환합니다. 마지막으로, 염화니오븀(NbCl₅)과 염화탄탈륨(TaCl₅)은 분별 증류를 통해 분리합니다. TaCl₅는 239°C에서, NbCl₅는 248°C에서 비등하기 때문입니다. 최종적으로 정제된 TaCl₅가 생성됩니다. 이 TaCl₅는 암모니아수와 반응하여 불화탄탈륨암모늄 또는 옥시염화물을 침전시키고, 이를 소성하면 초순도 Ta₂O₅가 생성됩니다. 본질적으로 TaCl₅는 탄탈륨 광석에서 탄탈륨을 정제하는 중간체 역할을 합니다.흐름도원광석에서 TaCl₅, 산화물로 변환되는 이러한 단계를 설명하면 독자들이 산업 공정을 시각화하는 데 유용할 것입니다.

요약하자면, 탄탈륨 염화물은 탄탈륨 금속 또는 화합물의 할로겐화 반응을 통해 생성됩니다. Ta 금속을 Cl₂로 직접 염소화하는 것이 실험실에서 가장 간단한 방법인 반면, 산업 공정에서는 탄탈륨 산화물 정광을 탄소(탄소염소화) 또는 다른 염소화제를 사용하여 고온에서 염소화하는 방법을 사용하는 경우가 많습니다. 기체 상태의 TaCl₅는 응축 후 증류하여 고순도로 만듭니다. 특히, 한 제조업체의 기술 자료에서는 TaCl₅가 "유기 물질의 염소화"에 사용되며, 순수 탄탈륨 금속을 생산하는 "화학 중간체"로 사용됨을 강조하며, 시약이자 핵심 중간체로서의 역할을 강조합니다.