탄탈륨의 화학적 정제

탄탈륨 광석에는 일반적으로 상당한 양의 니오븀이 포함되어 있으므로 둘 다 정제되어 판매됩니다. 전체 습식 제련 공정은 광석을 불화수소산과 황산에 담가 수용성 불화수소화물을 생성하는 관주로 시작됩니다. 이를 통해 다양한 비금속 불순물로부터 탄탈륨을 분리합니다.

Ta2O5 + 14 HF → 2 H2[TaF7] + 5 H2O
Nb2O5 + 10 HF → 2 H2[NbOF5] + 3 H2O
탄탈륨 및 니오븀 하이드로플루오라이드는 용매 추출을 통해 수용액에서 추출할 수 있습니다. 적합한 유기 용매에는 시클로헥사논 및 메틸 이소부틸 케톤이 포함됩니다. 이 단계에서는 다양한 금속 불순물(예: 철, 망간, 티타늄, 지르코늄)에서 수용성 불화물을 제거합니다. 탄탈륨은 pH를 조정하여 니오븀에서 분리할 수 있습니다. 니오븀은 유기용매에 용해되기 위해서는 더 높은 산성도가 필요하므로 덜 산성인 환경에서도 쉽게 제거될 수 있습니다. 남은 순수한 불화탄탈륨 용액은 암모니아로 중화되면 수산화탄탈륨(Ta(OH)5)을 형성하고, 이를 소성하면 오산화탄탈륨(Ta2O5)이 생성됩니다.

H2[TaF7] + 5 H2O + 7 NH3 → Ta(OH)5 + 7 NH4F
2 Ta(OH)5 → Ta2O5 + 5 H2O
탄탈륨 플루오르화물은 불화칼륨과 반응하여 헵타플루오로탄탈산칼륨(K2[TaF7])을 형성할 수도 있습니다.

H2[TaF7] + 2 KF → K2[TaF7] + 2 HF
환원 반응으로 약 800도에서 용융염 속의 나트륨과 반응하여 탄탈륨 금속을 만듭니다.

K2[TaF7] + 5 Na → Ta + 5 NaF + 2 KF
초기 분리 방법에서는 Demarinya 공정이라는 공정을 통해 불화수소 혼합 용액에 불화칼륨을 첨가했습니다.

H2[TaF7] + 2 KF → K2[TaF7] + 2 HF
H2[NbOF5] + 2 KF → K2[NbOF5] + 2 HF
이렇게 생성된 K2[TaF7]과 K2[NbOF5]는 수용해도가 다르기 때문에 분리결정화법을 이용하여 분리할 수 있다.