टॅंटलम क्लोराईड: उपयोग आणि उत्पादन

टॅंटलम क्लोराईड कसे तयार केले जाते

टॅंटलम पेंटाक्लोराइड तयार करण्यासाठी टॅंटलमचे काही स्वरूपात क्लोरीनेशन करणे आवश्यक आहे. दोन मुख्य मार्ग आहेत: टॅंटलम धातूचे क्लोरीनेशन आणि टॅंटलम संयुगे (सामान्यतः ऑक्साइड) यांचे क्लोरीनेशन. सर्व प्रकरणांमध्ये, प्रतिक्रिया कोरड्या, ऑक्सिजन-मुक्त वातावरणात केली पाहिजे. मूलभूत प्रक्रिया आहेत:

● धातूच्या टॅंटलमचे थेट क्लोरीनेशन:बारीक विभाजित टॅंटलम धातू (बहुतेकदा फायलिंग्ज किंवा पावडर) क्लोरीन वायूच्या प्रवाहात गरम केला जातो. सुमारे १७०-२५० °C तापमानात, क्लोरीन धातूशी अभिक्रिया करून TaCl₅ वाष्प तयार करते:
2 Ta+5 Cl2⟶2 TaCl5.2\,Ta + 5\,Cl_2 \longrightarrow 2\,TaCl_5.
या उष्णतेच्या उष्माघाताच्या अभिक्रियेमुळे धातूचे क्लोराइडमध्ये लवकर रूपांतर होते. प्रत्यक्षात, टॅंटलम भट्टी किंवा अणुभट्टीत ठेवले जाते आणि त्यावर नियंत्रित तापमानावर Cl₂ वायू वाहतो. परिणामी TaCl₅ वाष्प थंड झाल्यावर द्रव किंवा घनरूपात घनरूप होते. (संबंधित पद्धतीमध्ये Cl₂ ऐवजी हायड्रोजन क्लोराइड वायू (HCl) वापरला जातो, परंतु यासाठी अभिक्रिया चालविण्यासाठी उच्च तापमान - सुमारे 400 °C - आवश्यक असते.)

● अप्रत्यक्ष क्लोरीनेशन (ऑक्साइडपासून):बऱ्याचदा, उच्च-शुद्धता असलेला टॅंटलम धातू सहज उपलब्ध नसतो किंवा खूप महाग असतो. त्याऐवजी, टॅंटलम पेंटॉक्साइड (Ta₂O₅) वापरून सुरुवात करता येते, ज्यामध्ये धातूच्या सांद्रतेमध्ये मुबलक प्रमाणात असते. Ta₂O₅ चे रूपांतर क्लोरिनेटिंग एजंट वापरून TaCl₅ मध्ये करता येते जसे कीथायोनिल क्लोराईड (SOCl₂). प्रतिक्रिया अशी आहे:
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.
या पद्धतीमध्ये, घन Ta₂O₅ द्रव SOCl₂ मध्ये मिसळले जाते आणि गरम केले जाते (सुमारे २४० °C). SOCl₂ प्रभावीपणे ऑक्साईडचे क्लोराईडमध्ये रूपांतर करते, ज्यामुळे उप-उत्पादन म्हणून सल्फर डायऑक्साइड वायू तयार होतो. ऑक्साईड पावडरसह काम करताना हा अप्रत्यक्ष मार्ग उपयुक्त आहे आणि खूप शुद्ध TaCl₅ मिळवू शकतो.

वरील दोन्ही पद्धती उत्पादन करतातTaCl₅ वायू, जे नंतर असले पाहिजेघनरूप आणि शुद्ध केलेले. प्रत्यक्षात, क्लोरीनयुक्त वायू थंड केला जातो जेणेकरून TaCl₅ द्रवरूप होते (उकळण्याचा बिंदू ~२३९ °C). कोणत्याही अशुद्धतेपासून किंवा कमी उकळणाऱ्या पदार्थांपासून TaCl₅ वेगळे करण्यासाठी बहुतेकदा ऊर्धपातन वापरले जाते. उदाहरणार्थ, प्रयोगशाळेत संश्लेषण करताना, गॅस कोल्ड ट्रॅप किंवा कंडेन्सरच्या मालिकेतून जाऊ शकतो. कंडेन्सेशननंतर, ओलावा काढून टाकण्यासाठी उत्पादन वाळवले जाते (व्हॅक्यूम अंतर्गत हळूवारपणे गरम केले जाते). यामुळे उच्च-शुद्धता असलेले पांढरे घन तयार होते. (Aटेबलया संश्लेषण पद्धतींचा सारांश - अभिक्रियाक, परिस्थिती आणि उत्पादने सूचीबद्ध केल्याने - मार्गांची शेजारी शेजारी तुलना करण्यास मदत होऊ शकते.)

● धातूपासून औद्योगिक उत्खनन:मोठ्या प्रमाणात, टॅंटलम बहुतेकदा टॅंटलाइट किंवा कोल्टन सारख्या खनिजांपासून मिळवले जाते, ज्यामध्ये टॅंटलम आणि निओबियम ऑक्साईड दोन्ही असतात. एका औद्योगिक प्रक्रियेत, धातूचा सांद्र कार्बन (कोक) मध्ये मिसळला जातो आणि उच्च तापमानावर क्लोरीन वायूशी अभिक्रिया केली जाते. या कार्बोक्लोरिनेशनमुळे ऑक्साईड्सचे अस्थिर क्लोराईड्समध्ये रूपांतर होते. सुरुवातीला, टायटॅनियम, निओबियम आणि टँटलम क्लोराईड्सचे मिश्रण तयार होते आणि "टायटॅनियम-निओबियम-टँटॅलम ऑक्सिक्लोराईड" नावाच्या द्रवात घनरूप होते. हे द्रव अंशतः डिस्टिल्ड केले जाते: प्रथम टायटॅनियम टेट्राक्लोराईड (TiCl₄) काढून टाकले जाते (१३६ °C वर उकळते), ज्यामध्ये बहुतेक निओबियम आणि टँटॅलम क्लोराईड राहतात. उर्वरित मिश्रण नंतर (आवश्यक असल्यास) कोणत्याही ऑक्सिक्लोराईडचे पेंटाक्लोराईडमध्ये रूपांतर करण्यासाठी आणखी क्लोरीनेशन केले जाते. शेवटी, निओबियम क्लोराईड (NbCl₅) आणि टॅंटलम क्लोराईड (TaCl₅) हे फ्रॅक्शनल डिस्टिलेशनद्वारे वेगळे केले जातात, कारण TaCl₅ २३९ °C वर आणि NbCl₅ २४८ °C वर उकळते. अंतिम परिणाम म्हणजे TaCl₅ शुद्धीकरण. या TaCl₅ ला अनेकदा जलीय अमोनियासह अभिक्रिया करून अमोनियम टॅंटलम फ्लोराइड किंवा ऑक्सिक्लोराईडचा अवक्षेपण केला जातो, ज्यामुळे कॅल्सीनेशनवर अति-शुद्ध Ta₂O₅ मिळते. थोडक्यात, TaCl₅ त्याच्या धातूंमधून टॅंटलम शुद्ध करण्यासाठी मध्यवर्ती म्हणून काम करते. Aफ्लोचार्टकच्च्या धातूपासून ते TaCl₅ ते ऑक्साईडपर्यंत - या पायऱ्यांचे वर्णन करणे वाचकांना औद्योगिक प्रक्रियेची कल्पना करण्यासाठी उपयुक्त ठरेल.

थोडक्यात, टॅंटलम क्लोराइड टॅंटलम धातू किंवा संयुगांच्या हॅलोजनेशनद्वारे तयार केले जाते. Cl₂ सह Ta धातूचे थेट क्लोरिनेशन हा सर्वात सोपा प्रयोगशाळेचा मार्ग आहे, तर औद्योगिक प्रक्रियांमध्ये बहुतेकदा कार्बन (कार्बोक्लोरीनेशन) किंवा इतर क्लोरीनेशन एजंट्ससह टॅंटलम ऑक्साईड सांद्रतेचे उच्च-तापमान क्लोरिनेशन वापरले जाते. नंतर वायूयुक्त TaCl₅ घनरूप केले जाते आणि उच्च शुद्धतेपर्यंत डिस्टिल्ड केले जाते. उल्लेखनीय म्हणजे, एका उत्पादकाच्या तांत्रिक नोंदीमध्ये यावर भर दिला आहे की TaCl₅ चा वापर "सेंद्रिय पदार्थांचे क्लोरिनेशन" मध्ये आणि शुद्ध टॅंटलम धातू तयार करण्यासाठी "रासायनिक मध्यवर्ती" म्हणून केला जातो, जो अभिकर्मक आणि एक प्रमुख मध्यवर्ती दोन्ही म्हणून त्याची भूमिका अधोरेखित करतो.