Мазмұны

2.5 Металдық тантал және ниобий өндірісі

Тантал мен ниобийді жоғары тазалықтағы қосылыстарынан (оксидтер, кешенді фторлы тұздар, хлоридтер), оларды тотықсыздандыру арқылы алады. Металдарды алудың өнеркәсіптік әдістерін төрт топқа бөлуге болады:
1) кешенді фторидтерді натриймен термиялық тотықсыздандыру;
2) оксидтерді көміртегімен тотықсыздандыру (карботермиялық әдіс);
3) оксидтерді алюминиймен тотықсыздандыру (алюминий-термиялық әдіс);
4) хлоридтерді сутегімен тотықсыздандыру;
5) балқымада электролиздеу.
Тантал (\(\small \sim 3000 \, ^\circ \text{C}\)) және ниобийдің (\(\small \sim 2500 \, ^\circ \text{C}\)) балқу температурасы жоғары болғандықтан олардың металдық формасын ұнтақ немесе күйдірілген губка түрінде тотықсыздандыру нәтижесінде алады. Сомдалған тантал мен ниобийді алу бұл металдардың қоспалары сынғыштық қасиет беретін газдарды (сутегі, азот, оттегі) белсенді сіңіретін болғандықтан қиын. Сондықтан ұнтақтардың сығылған дайындамаларын күйдіруді немесе балқытуды жоғары вакуумда жүргізеді.
Тантал және ниобий ұнтақтарын өндірудің натрий-термиялық әдісі
\(\small \text{K}_2\text{TaF}_7\) және \(\small \text{K}_2\text{NbF}_7\) күрделі кешенді фторидтерінің натрий-термиялық тотықсыздануы - тантал мен ниобийді өндірудің алғашқы өнеркәсіптік әдісі болып табылады. Бұл әдісті қазіргі уақытта да қолданады. Тантал мен ниобийдің фторлы қосылыстарын тотықсыздандыруға натрий, кальций және магнийді қолданады, олар төмендегі кестеге сәйкес фторға тартымдылықтары тантал мен ниобийге қарағанда жоғары:

Элeмент Nb Ta Na Mg Ca
∆G0298 кДж/г-атом F -335 -358 -543 -527 -582

Тотықсыздандыру үшін көбінесе натрий қолданылады, өйткені натрий фториді суда ериді және оны тантал мен ниобий ұнтақтарынан шаю арқылы оңай бөлуге болады, ал магний мен кальций фторидтері суда және қышқылдарда аз ериді.
Осы процессті тантал алу мысалында қарастырайық. \(\small \text{K}_2\text{TaF}_7\) натриймен тотықсыздандыру кезінде жеткілікті жылу бөлінеді (тіпті 5 кг-ға дейінгі шихтаның жүктемесінде), бұл процесстің өздігінен жүруге мүмкіндік береді. Шихтаны бір жерде \(\small 450-500 \, ^\circ \text{C}\) дейін қыздырғанда реакция шихтаның бүкіл массасына тез таралады және температура \(\small 800-900 \, ^\circ \text{C}\)-қа жетеді. Натрий \(\small 97 \, ^\circ \text{C}\) -та балқиды, ал \(\small 883 \, ^\circ \text{C}\) -да қайнайды, сондықтан тотықсыздандыруға сұйық және бу тәрізді натрий қатысады:
\[
\begin{align*}
\small \text{K}_2\text{TaF}_7 + 5\text{Na (s)} &\rightarrow \text{Ta} + 5\text{NaF} + 2\text{KF} \quad (1.85), \\
\small \text{K}_2\text{TaF}_7 + 5\text{Na (газы)} &\rightarrow \text{Ta} + 5\text{NaF} + 2\text{KF} \quad (1.86).
\end{align*}
\]
(1.85) және (1.86) реакцияларының меншікті жылуы сәйкесінше 1980 және 3120 кдж/кг тең. Тотықсыздандыруды болат тигельдерде жүргізеді, онда калий фтортанталаты мен натрий бөліктері (стехиометриялық қажетті мөлшердің~120%) арнайы қайшымен кесіліп, салынады. Шихтаның үсті натрий хлориді қабатымен жабылады, ол \(\small \text{KF}\) және \(\small \text{NaF}\)-пен жеңіл балқитын қоспаны түзеді. Бұл тұз балқымасы тантал ұнтағының бөлшектерін тотығудан қорғайды. Реакцияны қоздыру үшін процесті жүргізудің ең қарапайым нұсқасында тигель қабырғасы қызыл дақ пайда болғанға дейін үрлегіштің жалынымен қыздырылады. Реакция бүкіл масса бойынша тез жүреді және 1-2 минутта аяқталады. Бұндай жағдайда өтетін процесте өнімдердің максималды температурасында (800-900 ℃), қысқа мерзімді әсер етуіне байланысты тұздарды жуғаннан кейін 2% - ға дейін оттегі бар танталдың жұқа ұнтақтары алынады. Оттегі мөлшері аз, ірі түйіршікті ұнтақты алу үшін реакциялық тигельді 1000 ℃ температурада шахталық электр пешіне орналастырады. Тотықсыздану нәтижесінде пайда болған тантал құрамында артық натрий бар фторлы-хлоридті шлакқа ұсақ бөлшектер түрінде жабысады. Салқындағаннан кейін тигельді алып, жақты ұсатқышқа ұсақтайды және натрийді 'сөндіру' үшін және тұздардың негізгі бөлігін еріту үшін аз мөлшермен су реакторына енгізеді. Содан кейін ұнтақ сұйылтылған \(\small \text{HCl}\)-мен жуылады (тұздарды толығымен жуу, темір қоспасын және титанды еріту үшін). Ұнтақ құрамындағы тантал оксидінің мөлшерін азайту үшін ұнтақты кейде суық сұйылтылған фторсутек қышқылымен қосымша жуады. Кейін ұнтақты дистилденген сумен жуады, сүзеді және 110-120 ℃ температурада кептіреді.
Ұнтақтардың құрамы, % : \(\small \text{O} \, 0,5-2; \, \text{Ti} \, 0,01 \, \text{дейін}; \, \text{Fe} \, 0,005 \, \text{дейін}; \, \text{Si} \, 0,1 \, \text{дейін}; \, \text{C} \, \text{шамамен} \, 0,2; \, (\text{Na}+\text{K}) \, 0,1; \, \text{H} \, 0,1.\)
Жоғарыда сипатталған тәсілмен, осыған ұқсас режимдерді сақтай отырып, ниобий ұнтақтарын \(\small \text{K}_2\text{NbF}_7\)-ді натриймен тотықсыздандыру арқылы алуға болады. Кептірілген ниобий ұнтақтарының құрамы, %: \(\small \text{Ti}, \, \text{Si}, \, \text{Fe} \, 0,02-0,06; \, \text{O} \, \text{шамамен} \, 0,5; \, \text{N} \, 0,1 \, \text{дейін}; \, \text{C} \, 0,1-0,15.\)
Оксидтерден ниобий мен тантал алудың карботермиялық әдісі. Бұл әдіс бастапқыда \(\small \text{Nb}_2\text{O}_5\)-тен ниобийді өндіруге арналған.
Ниобийді вакуумдық пеште 1800-1900 ℃ температурада \(\small \text{Nb}_2\text{O}_5\) -ден көміртегімен тотықсыздандыруға болады:
\[
\small \text{Nb}_2\text{O}_5 + 5\text{C} \rightarrow 2\text{Nb} + 5\text{CO} \quad (1.87)
\]
\(\small \text{Nb}_2\text{O}_5 + 5\text{C}\) шихтасында ниобийдің мөлшері аз [57,2% (салмағы бойынша)] және брикеттелген түрінде де тығыздығы төмен (~1,8 г/см³). Сонымен қатар, 1 кг шихтада \(\small \text{CO}\)-нің көп көлемі бөлінеді (~0,34 м³). Бұл жағдайлар 1.87\) реакциясын өтуін қолайсыз етеді, өйткені вакуумдық пештің өнімділігі төмен. Сондықтан процесс екі кезеңде жүзеге асырылады:
I кезең - ниобий карбидін алу
\[
\small \text{Nb}_2\text{O}_5 + 7\text{C} \rightarrow 2\text{NbC} + 5\text{CO} \quad (1.88)
\]
II кезең-вакуумдық пештерде ниобий алу
\[
\small \text{Nb}_2\text{O}_5 + 5\text{NbC} \rightarrow 7\text{NbC} + 5\text{CO} \quad (1.89)
\]
Брикеттелген шихтада 84,2% (массасы бойынша) ниобий болады, брикеттердің тығыздығы ~3 г/см³, 1 кг шихтадан пайда болатын \(\small \text{CO}\) көлемі 0,14 м³ (бұл \(\small \text{Nb}_2\text{O}_5 + 5\text{C}\) шихтасына қарағанда 2,5 есе аз). Бұл вакуумдық пештің жоғары өнімділігін қамтамасыз етеді.
Екі сатылы процестің маңызды артықшылығы - бірінші кезеңді графит-құбырлы кедергі пештерінде атмосфералық қысымда жүргізуге болады (1.37- сурет).
Ниобий карбидін (процестің 1 сатысы) алу үшін - \(\small \text{Nb}_2\text{O}_5\)-ті күйемен брикеттейді және брикеттерді графит құбырлы пеште сутегі немесе аргон газдары атмосферасында 1800-1900 ℃ температурада қыздырады (пеш бойында брикеттер 1-1,5 сағат бойы ыстық аймақта үздіксіз беріледі). Ұсақталған ниобий карбиді шар диірменде \(\small \text{Nb}_2\text{O}_5\)-пен араластырылады, ол \((1.89)\) реакциясына қажетті мөлшерден 3-5% артық етіп қосылады.

1.37-сурет. Графит - құбырлы кедергі пешінің сызбасы

Шихтаны 1800-1900 ℃ температурада графит жылытқыштары бар вакуумдық пештерде (немесе графит құбыры бар вакуумдық индукциялық пештерде) 100 МПа қысыммен пресстеп дайындамалар алынады. Дайындамалар шихтасын 1,3-0,13 Па қалдық қысымға жеткенге дейін пеште ұстайды.
\((1.88)\) және \((1.89)\) реакцияларының қосындысы жалпы реакциялар болып табылады. Олар төменгі оксидтер (\(\small \text{NbO}_2\) және \(\small \text{NbO}\)), сондай-ақ \(\small \text{Nb}_2\text{C}\) карбиді түзілуінің аралық кезеңдері арқылы өтеді.
\[
\begin{align*}
\small \text{Nb}_2\text{O}_5 + \text{C} &\rightarrow 2\text{NbO}_2 + \text{CO} \quad (1.90) \\
\small \text{NbO}_2 + \text{C} &\rightarrow \text{NbO} + \text{CO} \quad (1.91) \\
\small 2\text{NbO} + 3\text{C} &\rightarrow \text{Nb}_2\text{C} + 2\text{CO} \quad (1.92) \\
\small \text{Nb}_2\text{C} + \text{C} &\rightarrow 2\text{NbC} \quad (1.93)
\end{align*}
\]
II кезеңнің реакциялары:
\[
\begin{align*}
\small \text{Nb}_2\text{O}_5 + 2\text{NbC} &\rightarrow 2\text{NbO}_2 + \text{Nb}_2\text{C} + \text{CO} \quad (1.94) \\
\small \text{NbO}_2 + 2\text{NbC} &\rightarrow \text{NbO} + \text{Nb}_2\text{C} + \text{CO} \quad (1.95) \\
\small \text{NbO} + \text{Nb}_2\text{C} &\rightarrow 3\text{Nb} + \text{CO} \quad (1.96)
\end{align*}
\]
Металдық ниобий процестің II сатысының соңғы (\(1.95\)) реакциясы арқылы алынады. (\(1.96\)) реакция үшін \( \text{CO} \)-ның тепе-теңдік қысымы 1800 ℃ \( > 1,3 \, \text{Па} \). Сондықтан процесті берілген реакция үшін тепе-теңдіктен аз қалдық қысыммен жүргізу қажет (\(0,5-0,13 \, \text{Па}\)).
Алынған кеуекті ниобий брикеттерінің құрамы, %: \( \text{C} \, 0,1-0,15; \, \text{O} \, 0,15-0,30; \, \text{N} \, 0,04-0,5 \). Сомдалған металды алу үшін брикеттерді электронды-сәулелік пештерде балқытады. Тағы басқа жолы: брикеттерден ұнтақ түрінде (\(450 \, \text{℃}\) температурада гидрлеу, ұнтақтау және кейіннен вакуумда дегидрлеу арқылы), штабиктерді пресстеп және оларды \(2300-2350 \, \text{℃}\) температурада вакуумда күйдіру арқылы алу. Вакуумдық балқыту және күйдіру процестерінде оттегі мен көміртек \( \text{CO} \) құрамында, ал артық оттегі мөлшері ұшқыш төменгі оксидтерде жойылады.
Карботермиялық әдістің негізгі артықшылықтары: металдың жоғары шығымы (96% - дан төмен емес) және арзан тотықсыздандырғышты қолдану. Әдістің кемшілігі: жоғары температуралы вакуумдық пештердің құрылымының күрделілігі.
Карботермиялық әдіспен тантал мен ниобийдің тантал қорытпаларын да алуға болады.
Жоғары оксидтерден ниобий мен тантал алудың алюминийтермиялық әдісі
Ниобий пентоксидін алюминиймен тотықсыздандыру арқылы ниобий алудың алюминийтермиялық әдісі - аз сатылы және аппараттық құрылымы қарапайым, осыған байланысты ниобийді өндірудің басқа әдістерімен салыстырғанда техникалық-экономикалық көрсеткіштері жоғары ие. Әдіс экзотермиялық реакцияға негізделген:
\[
\begin{align*}
\small 3\text{Nb}_2\text{O}_5 + 10\text{Al} &\rightarrow 6\text{Nb} + 5\text{Al}_2\text{O}_3 \quad (1.97), \\
\small \Delta G_{TO} &= -925.3 + 0.1362T, \ \text{кДж/моль} \ \text{Nb}_2\text{O}_5.
\end{align*}
\]
Реакцияның жоғары меншікті жылу әсері (стехиометриялық құрамдағы 2640 кДж/кг) ниобий-алюминий құймасын балқыта отырып, процесті сыртқы жылытусыз жүргізуге мүмкіндік береді. Егер процестің температурасы \( \small Al_2O_3 \) (\( t_{\text{балқу}} = 2030 \, \text{℃} \)) және металл фазасының балқу температурасынан жоғары болса (Nb +10% қорытпасы 2050 ℃ температурада балқиды), пештен тыс алюминотермиялық тотықсыздандыруды сәтті жүргізуге болады. Шихтада стехиометриялық мөлшерден 30-40% артық мөлшерде алюминий болса процесс температурасы ~2150-2200 ℃-қа жетеді. Тотықсызданудың тез жүруіне байланысты, шлак және металл фазаларының балқу температураларымен салыстырғанда шамамен 100-150 ℃-қа артуы, олардың бөлінуін қамтамасыз ету үшін жеткілікті. Жоғарыда көрсетілген мөлшерлер алюминийдің артық мөлшері болған кезде, шихтада нақты 98-98,5%-дық ниобий және құрамында 8-10% алюминий бар ниобийдің қорытпасы алынады.
Алюминотермиялық тотықсыздану күйдірілген магний немесе алюминий оксидтерінен жасалған, футеровкасы бар болат тигельдерде жүргізіледі. Балқыту өнімдерін түсірудің ыңғайлылығы үшін тигель ажыратылатындай етіп жасалады. Қабырғалар арқылы электр тогын (20 В, 15 А) беру үшін шихтаға нихромды сым түріндегі контактілер енгізіледі. Тағы бір мүмкіндігі бар нұсқа: бұл процесті қабырғаларында гарнисажды қорғаныш қабаты пайда болатын массивті мыс тигельдерде жүргізу.
Мұқият кептірілген \( \small Nb_2O_5 \) пен алюминий ұнтағының қоспасы ~100 мкм тигельге енгізіледі. Ауамен жанасуды болдырмау үшін тигельді аргонмен толтырылған камераға орналастырған жөн.
Сақтандырғышты қосқаннан кейін реакция шихтаның бүкіл массасы бойынша тез жүреді. Алынған құйманы бөлшектерге бөледі және алюминийдің көп бөлігінен (оның құрамына 0,2% дейін) арылу мақсатында, ~0,13 Па қалдық қысымда, графит жылытқышы бар пеште 1800-2000 ℃ температурада вакуумдық термиялық өңдейді. Содан кейін электронды-сәулелік пеште рафинирленген балқытуды жүргізеді, құрамында қоспалары бар жоғары тазалықтағы ниобий құймалары алынады, %: \( \small A1 < 0,002; \, C < 0,005; \, Cu < 0,0025; \, Fe < 0,0025; \, Mg, \, Mn, \, Ni, \, Sn < 0,001; \, N < 0,005; \, O < 0,010; \, Si < 0,0025; \, Ti < 0,005; \, V < 0,0025\) Танталды да алюминий-термиялық әдіспен алуға болады, бірақ бұл процесс күрделі. Тотықсыздандыру реакциясының меншікті жылу әсері 895 кДж/кг. Танталдың және оның алюминиймен қорытпаларының жоғары балқу температурасына байланысты құйманы балқыту үшін шихтаға темір оксиді (7-7,5% темір және 1,5% алюминий), сондай-ақ қыздырғыш қоспа ретінде калий хлораты (Бертоле тұзы) енгізіледі. Шихтасы бар тигельді пешке орналастырады. 925 ℃ температурада реакция өздігінен жүреді. Танталды қорытпаға бөліп алу шамамен 90% құрайды.
Вакуумдық термиялық және электронды-сәулелік балқытудан кейін тантал құймалары жоғарыдағы ниобиймен салыстырғанда тазалығы жоғары болады.
Тантал мен ниобийді олардың хлоридтерін сутегімен тотықсыздандыру арқылы алу
Тантал мен ниобийді олардың хлоридтерінен тотықсыздандырудың түрлі әдістері жасалған: магний, натрий және сутекпен тотықсыздандыру. Сутекпен тотықсыздандырудың кейбір нұсқалары ең перспективті әдіс болып табылады, атап айтқанда, компактілі металл шыбығын алу үшін хлорид буларын тотықсыздандыру әдісі.
1.38-суретте 1200-1400 ℃ дейін қыздырылған \( \small TaCl_5 \) буын сутегімен тотықсыздандыру арқылы тантал алуға арналған қондырғының сызбасы келтірілген. Сутегімен араласқан \( \small TaCl \) қоспасы буландырғыштан реакторға түседі, оның ортасында тантал лентасы орналасқан, ол берілген температурада электр тогының тікелей өтуімен қызады. Бу-газ қоспасының лента ұзындығына біркелкі таралуы және оның бетіне перпендикуляр ағынды қамтамасыз ету үшін лентаның айналасына саңылауы бар, тот баспайтын болаттан жасалған экран орнатылған. Лентаның қыздырылған бетінде келесі реакция жүреді:
\[
\small \text{TaCl}_3 + 2.5\text{H}_2 \rightarrow \text{Ta} + 5\text{HCl} \quad \Delta G^O_{1600K} = -512 \, \text{кДж} \quad (1.98)
\]
Танталды лентаның бетіне тұндырудың оңтайлы шарттары: лентаның температурасы 1200-1300 ℃, газ қоспасындағы \( \small TaCl_5 \) концентрациясы ~ 0,2 моль/моль.

1.38-сурет. Тантал пентахлоридін сутегімен тотықсыздандыруға арналған қондырғының сызбасы

Бұл шарттардағы тұндыру жылдамдығы \( 2,5-3,6 \, \text{г/(см}^2 \times \text{сағ)} \) (немесе \( 1,5-2,1 \, \text{мм/сағ} \)). Осылайша 24 сағат ішінде орташа диаметрі \( 24-25 \, \text{мм} \) болатын таза тантал шыбықтары алынады. Оны табақшаларға айналдыруға немесе электронды сәулелік пеште қайта балқыту үшін және жоғары тазалықтағы ұнтақтар (ұнтақты гидрлеу, ұнтақтау және дегидрлеу арқылы) алуға қолдануға болады. Хлоридтің металдық танталға ауысу дәрежесі (жабынға тікелей бөлу) \( 20-30\% \) құрайды. Реакцияға түспеген хлорид конденсацияланып, қайтадан қолданылады. Танталдың \( 1 \, \text{кг} \)-н алыға кететін электр энергиясы қабылданған режимге байланысты \( 7-15 \, \text{кВт} \cdot \text{сағ} \) құрайды.
\( \text{HCl} \) буын сумен сіңіргеннен кейін, сутегі процеске қайтарылуы мүмкін. Сипатталған әдіспен ниобий шыбықтарын да алуға болады. Ниобийді тұндырудың оңтайлы шарттары: лентаның температурасы \( 1000-1300 \, \text{℃} \), пентахлорид концентрациясы \( 0,1-0,2 \, \text{моль/моль} \). Металды тұндыру жылдамдығы \( 0,7-1,5 \, \text{г/(см}^2 \times \text{сағ)} \), хлоридтің металға айналу дәрежесі \( 15-30\% \), электр энергиясының шығыны \( 17-22 \, \text{кВт} \cdot \text{сағ/кг} \). Ниобий алу процесі күрделі, өйткені \( \small NbCl_5 \) –ның бір бөлігі \( \small NbCl_3 \)-ке дейінгі тотықсызданып, қабырғада тұнып қалады.

Танталды алудың электролиттік әдісі
Тантал мен ниобийді сулы ерітінділерден электролиз арқылы бөліп алуға болмайды. Барлық дайындалған процестер балқыма электролизіне негізделген. Өнеркәсіптік тәжірибеде бұл әдіс тантал алу үшін қолданылады. Сонымен, бірнеше жылдар бойы тантал өндірісінің электролиттік әдісін "ФЕНСТИЛ" (АҚШ) компаниясы қолданды, қазіргі уақытта Жапонияда өндірілген танталдың бір бөлігі электролиз арқылы алынады.
Электролиттің негізі құрамында тантал оксиді \( \small Ta_2O_5 \) ерітілген, \( \small K_2TaF_7 \) - \( KF \) - \( KCl \) тұздарының балқымасы болып табылады. Құрамында тек бір тұзы \( \small K_2TaF_7 \) бар электролитті қолдану мүмкін емес, себебі графит анодын қолданған кезде үздіксіз анодтық әсер жүреді. Электролиз құрамында \( \small K_2TaF_7 \), \( KCl \) және \( NaCl \) бар ваннада жүруі мүмкін. Бұл электролиттің кемшілігі - электролиз процесінде фторлы тұздардың жинақталуы, бұл тоқтың критикалық тығыздығының төмендеуіне және ваннаның құрамын түзетуді қажет етеді. Бұл кемшілік электролитке \( \small Ta_2O_5 \) енгізу арқылы жойылады. Электролиздің нәтижесінде тантал оксидінің электролиттік ыдырауы жүреді. Катодта тантал, ал анодта анод графидімен әрекеттесіп, \( \small CO_2 \) және \( \small CO \) түзетін оттегі бөленеді. Сонымен қатар, тұзды балқымаға \( \small Ta_2O_5 \) енгізу - графит анодының балқымамен сулануын жақсартады және токтың критикалық тығыздығын арттырады.
Электролит құрамын таңдау \( K_2TaF_7-KCl-KF \) үштік жүйесінің зерттеу деректеріне сүйенеді (1.39-сурет). Бұл жүйеде \( \small K_2TaF_7 \times KF \) (немесе \( \small K_a^{3}TaF_8 \)) және \( \small K_2TaF_7 \times KCl \) (немесе \( \small K_3TaF_7Cl \)) екі қос тұзы, сәйкесінше \( 580 \, \text{℃} \) және \( 710 \, \text{℃} \) температурада еритін \( E_1 \) және \( E_2 \) екі үштік эвтектикасы және \( 678 \, \text{℃} \) температурада \( P \) перитектикалық нүктесі орналастырылған. Балқымаға \( \small Ta_2O_5 \) енгізген кезде ол фторотанталаттармен әрекеттесіп оксофторотанталат түзеді:
\[
\small 3\text{K}_3\text{TaF}_8 + \text{Ta}_2\text{O}_5 + 6\text{KF} \rightarrow 5\text{K}_3\text{TaOF}_6 \quad (1.99)
\]
K\(_3\)TaF\(_7\)Cl реакциясы осыған ұқсас жүреді. Танталдың оксофторидті кешендерінің түзілуі электролиттегі Ta\(_2\)O\(_5\) ерігіштігін анықтайды. Шекті ерігіштік балқымадағы K\(_3\)TaF\(_8\) құрамына байланысты және (1.99) реакция стехиометриясына сәйкес келеді.
Электролит құрамының электролиз көрсеткіштеріне әсері туралы мәліметтер негізінде (токтың критикалық тығыздығы, ток шығысы, бөлу, тантал ұнтағының сапасы) электролиттің келесі оңтайлы құрамы ұсынылды: 12,5 % (массасы бойынша) K\(_2\)TaF\(_7\), қалған KCl және KF қатынасы 2:1 (массасы бойынша). Енгізілетін Ta\(_2\)O\(_5\) концентрациясы 2,5-3,5% (салмағы бойынша). Бұл электролитте графит анодын қолданған кезде 700-800 ℃ температурада оксофторид кешенінің ыдырау кернеуі 1,4 В, ал KF және KCl үшін ыдырау кернеулері сәйкесінше \(\sim\)3,4 В және \(\sim\)4,6 В құрайды.

1.39-сурет. K2TaF7 – KF-KCl жүйесінің балқу диаграммасы

Электролиз кезінде катодта Ta\(^{5+}\) катиондарының сатылы разряды жүреді:
\[
\small \text{Ta}^{5+} + 2e^- \rightarrow \text{Ta}^{3+} + 3e^- \rightarrow \text{Ta}^0 \quad (1.100)
\]
Анодтағы процестерді келесі реакциялар арқылы көрсетуге болады:
\[
\begin{align*}
\text{TaOF}_6^{3-} - 3e^- &= \text{TaF}_5 + \text{F}^- + 0 \quad (1.101), \\
2\text{O} + \text{C} &= \text{CO}_2, \quad \text{CO}_2 + \text{C} = 2\text{CO} \quad (1.102), \\
\text{TaF}_5 + 3\text{F}^- &= \text{TaF}_8^{3-} \quad (1.103).
\end{align*}
\]
TaF\(_8^{3-}\) иондары балқымаға енгізілген Ta\(_2\)O\(_5\)-мен әрекеттесіп, қайтадан TaOF\(_6^{-}\) иондарын түзеді. Электролиз температурасы 700-750 ℃ болғанда газдардың құрамы, %: \(\sim\)95% CO\(_2\), 5-7% CO; 0,2 - 0,3 O\(_2\).
КСРО-да сынақталған конструкциялардың ішінде ең жақсы нәтижелер катод ретінде никельден (немесе хроммен никель қорытпасынан) жасалған тигель қызмет ететін электролизерде байқалды, оның ортасында қабырғаларында саңылаулары бар қуыс графит аноды орналасады. Тантал оксиді қуыс анодқа периодты түрде автоматтандырылған виброқоректендіргіш арқылы беріледі. Қоректендірудің бұл жайғдайында катодты тұнбаның ерімеген тантал пентоксидімен механикалық ластануы болмайды. Газдар борттық шығару арқылы әкетіледі. Электролиз