一种超高比容钽粉及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超高比容钽粉及其制备方法，所述超高比容钽粉的金属杂质含量ΣFe+Ni+Cr<40PPm，C含量<50ppm；比容量为100000～200000μFV/g；赋能电压为10～20V。本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术所述超高比容钽粉的制备方法相比于其它已公开的超高比容钽粉的制备方法，本发明专利技术仍基于现有搅拌钠还原工艺，对现有工艺做出改动后，能克服现有工艺的局限，经济有效地生产出超高比容钽粉。相比于其它已公开的超高比容钽粉生产工艺，本发明专利技术工艺流程短，回收率高，生产成本低，工艺更安全、环保。环保。环保。

【技术实现步骤摘要】
一种超高比容钽粉及其制备方法


[0001]本专利技术属于电容器用钽粉的制备
，具体涉及一种超高比容钽粉及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来,电子工业的发展趋势是实现电子元件的小型化，这就对钽粉的比容量提出了更高的要求；要求单位重量的电容器级钽粉具有更高的容量。超高比容钽粉也是未来钽粉发展的一大主流方向。
[0003]目前，钠还原氟钽酸钾仍是生产电容器级钽粉的主流工艺。在该工艺中，钽粉的物理性质，例如粒度和比表面积是通过加入稀释盐类如KCl、NaCl、KF等进行控制。增大稀释盐类的含量时会使获得的钽粉变细，即增大钽粉的比表面积。但是还原过程中钽金属的生产能力则随着稀释盐类浓度的增加而相应降低。一般认为，用氟钽酸钾搅拌钠还原法生产比容为100,000uFV/g以下的电容器粉末是比较经济合理的。如果要生产更高比容的钽粉，首先就要求钠还原钽粉能拥有更高的比表面积，这就需要在还原生产中提高稀释剂的比例或提高搅拌速度，这在实际生产中是很难控制的，生产成本上也是不允许的。
[0004]采用传统钠还原法去生产比容为100,000uFV/g以上的超高比容钽粉，不论从质量上还是经济的角度来看，都已经达到它的极限。美国专利US6171363B1公开了采用气态镁还原氧化钽制取微细钽粉这项技术，专利所有者H.C.Starck公司建立了镁蒸汽还原钽氧化物的工艺，并通过不断持续改进，克服了传统钠还原法生产超高比容钽粉的局限。现在这个工艺可提供表面积>10m2/g的钽粉。但此项技术为H.C.Starck公司的专利技术，技术壁垒较高，且对还原设备有着很高的要求，研发投入大，开发周期长，目前尚无其它公司掌握此项技术。
[0005]在将钽粉比表面积提高的同时，也暴露了另一个突出的问题，那就是钽粉比表面积越大，钽粉越细、超细粉比例增多，用传统的团化方法很难有效解决这一问题。中国专利技术专利CN103934452B开发了一种超高比容钽粉末的团化方法，所述方法包括以下步骤：(1)将钽粉放入混料机进行干式整形；(2)在经干式整形的钽粉中加入水，振动钽粉物料以进行预团化，(3)将预团化的钽粉物料放入冰柜中冷冻以进行二次团化；(4)将二次团化的钽粉物料取出并烘干以凝聚，然后破碎过筛即得到团化的钽粉。
[0006]中国专利CN 101574741 B公开了一种制备高比容钽粉的方法，该方法包括如下顺序步骤：(1)第一还原步骤：将氧化钽粉末与第一还原剂的粉末混合均匀，而后在氢气和/或惰性气体或真空气氛中进行还原反应，获得钽的低氧化态粉末；(2)第二还原步骤：将步骤(1)中经除杂后的钽的低氧化态粉末与第二还原剂的粉末混合均匀，而后在氢气和/或惰性气体或真空气氛中进行还原反应，获得高氧钽粉；(3)第三还原步骤：将步骤(2)中经除杂后的高氧钽粉与第三还原剂的粉末混合均匀，而后在氢气和/或惰性气体或真空气氛中进行还原反应，得到适合电容器用的钽金属粉末；其中在每一还原步骤之后从反应产物中除去还原剂的氧化产物以及残留的还原剂。该制备方法步骤比较繁琐，工艺比较复杂。
[0007]中国专利CN 105665731 B提供了一种制备高比容钽粉的方法，该方法包括如下步骤：(1)按重量比取五氧化二钽和碳质还原剂将它们溶于去离子水，并搅拌均匀，制得混合液；将上述制得混合液放入压滤机中，加压进行压滤，得到滤饼；将滤饼加热干燥，然后破碎、过筛，最后得到含有氧化钽和碳源的前驱体粉末；(2)将步骤(1)中前驱体粉末置于真空炉中，在真空下进行碳还原处理，得到低含氧量的氧化钽粉末；(3)钽的低氧化态粉末与金属镁粉混合，而后在惰性气体或真空气氛中进行还原反应，获得高氧钽粉；(4)高氧钽粉与镁粉混合，第二次脱氧，得到适合电容器用的钽金属粉末；其中在用镁对钽粉脱氧步骤之后，从反应产物中除去氧化镁和残留的金属镁。

技术实现思路

[0008]本申请的主要目的在于提供一种基于现有钠搅拌还原工艺，对现有工艺不做大的改动，针对钠还原所得的细钽粉，采用低能量粉碎钠还原钽原粉，震碎后的原粉酸洗后经喷雾干燥机干燥后，经一系列的后续处理，得到超高比容钽产品粉。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]本专利技术的第一方面，提供一种超高比容钽粉，所述超高比容钽粉的金属杂质含量ΣFe+Ni+Cr<40PPm，C含量<50ppm；比容量为100000～200000μFV/g；赋能电压为10～20V。
[0011]本专利技术的第二方面，提供一种超高比容钽粉的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)选择钠还原钽原粉；
[0013](2)低能量粉碎破坏钠还原钽原粉粒子间弱联结；
[0014](3)酸洗步骤(2)所得产物，并进行喷雾干燥、过筛处理；
[0015](4)将步骤(3)所得物料经后续处理后，得超高比容钽产品粉。
[0016]上述一种超高比容钽粉的制备方法，作为一种优选的实施方案，步骤(1)中，所述钠还原钽原粉的氧含量为8000～12000ppm，比表面积BET值为2.5～4.5m2/g。
[0017]钠还原氟钽酸钾法制造工艺是目前世界应用最广，技术开发最成熟的一种钽粉生产工艺。以现有的钽粉生产工艺水平，钠还原所得钽原粉比表面积最高可以达到4.5m2/g。利用这一工艺要经济地生产出比表面积大于4.5m2/g的高品质的钽原粉是很困难的。而原粉的比表面积大于4.5m2/g，是完成钽产品粉比容量达到100,000～200,000μFV/g的必需条件。因此，一般不建议采用传统钠还原法去生产比容为100,000uFV/g以上的超高比容钽粉。
[0018]上述一种超高比容钽粉的制备方法，作为一种优选的实施方案，步骤(2)中，
[0019]所述低能量粉碎为超声波振动粉碎或/和搅拌球磨粉碎；
[0020]所述超声波振动粉碎的超声频率为40KHz，超声震动粉碎时间为10～20min；
[0021]所述搅拌球磨粉碎的湿式介质为水和硬脂酸，硬脂酸的加入量为钽粉质量的0.1～0.2％。
[0022]钠还原所得到的钽原粉是由珊瑚状原生粒子组成的凝聚颗粒，粒子之间的联结较弱。本专利技术申请人经过大量的实验研究发现：通过低能量粉碎，如本专利技术所提及的一定时间合适频率的超声湿式震动，可破坏粒子之间的弱联结，使粉末变得更细，粉末的比表面积也会得到提升。而在粉碎过程中加入一定量的硬脂酸，硬脂酸会沿着钽粉破碎裂纹进入并发生吸附，阻止已经断裂的的化学键重新聚合，硬脂酸会吸附于钽原粉颗粒表面，在裸露的钽粉新表面外形成一层保护层，实现表面钝化，可以有效抑制粉末在粉碎过程中的氧化，有效
控制杂质含量的增加。
[0023]上述一种超高比容钽粉的制备方法，作为一种优选的实施方案，步骤(3)中，所述酸洗采用的酸洗液为15wt％的HNO3和0.5wt％的HF，将酸洗后的物料用纯水淋洗至电导率≤0.02ms
·
cm
‑1停止淋洗，然后进行干燥。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高比容钽粉，其特征在于，所述超高比容钽粉的金属杂质含量ΣFe+Ni+Cr<40PPm，C含量<50ppm；比容量为100000～200000μFV/g；赋能电压为10～20V。2.权利要求1所述超高比容钽粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选择钠还原钽原粉；(2)低能量粉碎破坏钠还原钽原粉粒子间弱联结，(3)酸洗步骤(2)所得产物，并进行喷雾干燥、过筛处理；(4)将步骤(3)所得物料经后续处理后，得超高比容钽产品粉。3.根据权利要求2所述超高比容钽粉的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钠还原钽原粉的氧含量为8000～12000ppm，比表面积BET值为2.5～4.5m2/g。4.根据权利要求2所述超高比容钽粉的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述低能量粉碎为超声波振动粉碎和搅拌球磨粉碎；所述超声波振动粉碎的超声频率为40KHz，超声震动粉碎时间为10～20min；所述搅拌球磨粉碎的湿式介质为水和硬脂酸，硬脂酸的加入量为钽粉质量的0.1～0.2％。5.根据权利要求2所述超高比容钽粉的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帆，郑浩宇，朱德忠，廖志刚，刘满轩，
申请(专利权)人：江门富祥电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：