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TANTALUM, NIOBIUM & TUNGSTEN CHEMICALS

COMPOSÉS DE TANTALE, DE NIOBIUM & DE TUNGSTÈNE


CHEMICAL NAME / NOM CHIMIQUESYNONYM(S) / SYNONYME(S)CHEMICAL FORMULA
FORMULE CHIMIQUE
[CAS RN]
OXIDES / OXYDES
  • TANTALUM (V) OXIDE(*)
TANTALUM PENTOXIDETa2O5[1314-61-0]
  • NIOBIUM (V) OXIDE
NIOBIUM (COLUMBIUM) PENTOXIDENb2O5[1313-96-8]
  • TUNGSTEN (VI) OXIDE
TUNGSTEN TRIOXIDEWO3[1314-35-8]
TUNGSTATES (WOLFRAMATES)
  • LITHIUM TUNGSTATE
DILITHIUM ORTHOTUNGSTATELi2WO4[13568-45-1]
  • SODIUM TUNGSTATE
DISODIUM ORTHOTUNGSTATENa2WO4[13472-45-2]
  • POTASSIUM TUNGSTATE
DIPOTASSIUM ORTHOTUNGSTATEK2WO4[7790-60-5]
CESIUM WOLFRAMATECs2WO4[13587-19-4]
(*) NOTES: upon request the following intermediate alkali-metals hexatantalates and hexaniobates can be also prepared for R&D purposes: Li8[Ta6O19]·24H2O, Na8[Ta6O19]·24H2O, K8[Ta6O19]·16H2O, K8[Nb6O19]·10H2O, and Cs8[Ta6O19].

CESIUM TUNGSTATE (Cs2WO4) [EN]

TUNGSTATE DE CÉSIUM (Cs2WO4) [FR]

COMMERCIAL PRODUCTION

Since 2016 ELECTROCHEM TECHNOLOGIES & MATERIALS INC. by-produces at its production facilities located in Boucherville, Québec, tungsten intermediate products following the pyrometallurgical and chemical treatment of various tantalum and niobium concentrates and industrial by-products containing tantalum and niobium using its patented process (Canadian Patent No. 2,849,787 C).

Actually often the tantalum and niobium feedstocks processed contain significant amount of tungsten element in various chemical forms (e.g., scheelite, wolframite, tungsten carbide, etc.) that needs to be recovered efficiently.

Therefore, the selective recovery yields tungsten intermediate products (e.g., sodium and potassium tungstates, tungstic acid, and tungsten trioxide).

These raw chemicals are then further processed and purified to remove deleterious impurities (e.g., Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, Fe, Ni, Co) for preparing pure alkali-metal tungstates (M2WO4 with M = Li, Na, K, and Cs) and meta-tungstates {M2[H2W12O40] with M = Li, Na, K, and Cs }.

Among the former, cesium tungstate (Cs2WO4) is now produced weekly for supplying our existing customers from the mining, metallurgical, oil and chemical industries.

PRODUCTION COMMERCIALE

Depuis 2016 ELECTROCHEM TECHNOLOGIES & MATERIALS INC. produit à ses installations situées à Boucherville, Québec, des composés de tungstène issues du traitement pyrométallurgique et chimique de divers concentrés de tantale et de niobium et autres sous-produits industriels contenants ces métaux en utilisant son procédé breveté (Brevet canadien No. 2,849,787 C).

En effet le plus souvent ces matières premières contiennent des concentrations significatives de tungstène présent sous diverse formes chimiques (e.g., scheelite, wolframite, carbure de tungstène, etc.) ce qui nécessite d'effectuer une récupération efficace.

Par cons
équent, l'extraction sélective du tungstène génere des produits intermédiaires comme les tungstates de sodium et de potassium, l'acide tungstique, le trioxyde de tungstène.

Ces produits intermédiaires sont ensuite convertis et purifiés afin d'éliminer les impuretés néfastes (e.g., Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, Fe, Ni, Co) pour la préparation de tungstates de métaux alcalins (M2WO4 avec M = Li, Na, K, et Cs) et les méta-tungstates {M2[H2W12O40] avec M = Li, Na, K, et Cs }. Parmis les premiers, le tungstate de césium  (Cs2WO4) est produit de facon hebdomadaire afin de subvenir au besoin de nos clients de l'industrie minière, métallurgique, pétrolière et chimique.

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SELECTED PROPERTIES

PROPERTIES (CRYSTALS OF ANHYDROUS SALT) PROPERTIES (SATURATED AQUEOUS SOLUTION @20°C)
X-ray density (calculated): 5,215 kg/m3 Mass density: max. 3,195 kg/m3 (199.5 lb/ft3)
Mass density (measured): 4,950 kg/m3 max. 26.7 lb/gal
Phase transition (alpha to beta):  538°C Dynamic viscosity: ca. 2 mPa.s
Melting point:   958°C Refractive index (n20D):  1.5051
Crystal lattice (alpha-phase):       Orthorhombic pH      12-13
Space group (Herman-Mauguin):  Pnma Water solubility:  595 g salt with 100 g of H2O

85.6 wt.% Cs2WO4
Crystal structure type beta-K2SO4 (Arcanite) Color: colorless, golden, to amber like
Pearson symbol:      oP28 Odor: Odorless when dilute to slightly alkaline smell for highly concentrated solutions
Lattice parameters: a = 659.8 pm

b = 1164.7 pm

c = 851.3 pm

Characteristics and advantages: Non-toxic, thermally stable, non-flammable, recyclable, not light sensitive,
transparent, non hazardous material not regulated for transportation, handling and storage
Formula unit per unit cell (Z) 4 Electrical conductivity 59 mS/cm
Copyright © 2017 Data collected and/or measured by Dr. Francois Cardarelli

PROPRIÉTÉS CHOISIES

PROPRIÉTÉS (CRISTAUX DE SEL ANHYDRE)
PROPRIÉTÉS (SOLUTION AQUEUSE SATURÉE à 20°C)
Masse volumique par rayons X 5,215 kg/m3 Masse volumique: max. 3,195 kg/m3 (199.5 lb/ft3)
Masse volumique (mesurée) 4,950 kg/m3 max. 26.7 lb/gal
Transition de la phase alpha à beta:  538°C Viscosité dynamique: env. 2 mPa.s
Température de fusion:   958°C Indice de réfaction (n20D):  1.5051
Système crystallin (phase BT):       Orthorhombique pH      12-13
Groupe spatial (Herman-Mauguin):  Pnma Solubilité dans l'eau:  595 g de sel avec100 g de H2O

85.6 %(m/m) Cs2WO4
Structure cristalline: beta-K2SO4 (Arcanite) Couleur: Incolore, jaune doré à ambré
Notation de Pearson:      oP28 Odeur: Inodore parfois avec une légère odeur alcaline pour les solutions très concentrées
Paramètres réticulaires: a = 659.8 pm

b = 1164.7 pm

c = 851.3 pm
Caracteristiques et avantages: Inoffensif, thermiquement stable, ininflammable, recyclable, insensible à la lumiere,
transparent, substance non regl
émenté pour le transport et l'entreposage
Motifs par cellule unitaire (Z) 4 Conductivité électrique: 59 mS/cm
Copyright © 2017 Données compilées et/ou mesurées par Dr. François Cardarelli

MASS DENSITY vs. REFRACTIVE INDEX

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MASSE VOLUMIQUE EN FONCTION DE L'INDICE DE RÉFRACTION

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CESIUM TUNGSTATE AS HEAVY LIQUID FOR THE GRAVIMETRIC SEPARATION OF HEAVY MINERALS

Nowadays, most private and government mineralogical and metallurgical laboratories are switching to dense and harmless saturated aqueous solutions of alkali-metals tungstates, metatungstates and heteropolytungstates in replacement of hazardous halogenated organic solvents (e.g., bromoform, 1,1,2,2-tetrabromoethane, and diiodomethane) used since decades as heavy liquids of choice for performing the dense media separation ("sink-float method") of heavy minerals but these are currently phased-out in the USA and Canada due to their elevate toxicity.

Currently the modern trend in the industry to phase out dense halogenated solvents is to use instead saturated aqueous solutions of hetero-polytungstates with "Keggin's structure" such as lithium silico-tungstate (LST) with the chemical formula Li4[Si2W12O40] having a practical density of 2,850 kg/m3.

However, by contrast with most metatungsates and hetero-polytungstates that are slightly acidic in nature, cesium tungstate beside being alkaline, it exhibits several advantages as follows: (1) a higher mass density up to 3,195 kg/m3, (2) a lower dynamic viscosity of only few mPa.s, (3) much greater thermal stability hence minimizing losses during the recycling of the liquor by evaporation and crystallization, and (4) accurate measurement of the mass density by simply measuring the refractive index that varies linearly. 

Moreover, the mass percentage of Cs2WOalmost equals the %BRIX number used for determination of concentration of sucrose aqueous solutions that eases considerably the control and prepartion of solutions of given density.

Aqueous solutions of cesium tungstate can be evaporated until dryness without decomposition as the anhydrous salt is highly stable until its melting point.

UTILISATION DU TUNGSTATE DE CESIUM POUR LES SÉPARATIONS DENSIMÉTRIQUES DES MINÉRAUX LOURDS PAR LIQUEURS DENSES

De nos jours, la plupart des laboratoires minéralogiques et métallurgiques privés et gouvernementaux se tournent vers des solutions aqueuses saturées denses et inoffensives de tungstates de métaux alcalins, de métatungstates et d'hétéropolytungstates en remplacement de solvants organiques (e.g., bromoforme, 1,1,2,2-tétrabromoéthane, and diiodométhane) utilisés depuis des décennies comme liquides lourds de choix pour effectuer la séparation par liqueurs denses de minéraux lourds, mais ceux-ci sont actuellement en phase d'élimination aux États-Unis et au Canada en raison de leur toxicité élevée.

Actuellement, la tendance moderne dans l'industrie pour éliminer les solvants halogénés denses consiste à utiliser à la place des solutions aqueuses saturées d'hétéro-polytungstates avec la "structure de Keggin" telle que le silico-tungstate de lithium (LST) avec la formule chimique Li4[Si2W12O40] ayant une masse volumique courante de 2,850 kg/m3.

Cependant, contrairement à la plupart des métatungsates et des hétéro-polytungstates de nature légèrement acide, le tungstate de césium, en plus d'être alcalin, présente plusieurs avantages comme suit: (1) une masse volumique plus élevée allant jusqu'à 3,195 kg/m3, (2) une viscosité dynamique plus faible de quelques mPa.s, (3) une stabilité thermique bien plus grande minimisant ainsi les pertes lors du recyclage de la liqueur par évaporation et cristallisation et enfin (4) une détermination precise et indirecte de la masse volumique de la solution par simple mesure de son indice de réfraction qui varie linéairement. 

De plus le pourcentage massique de Cs2WO4 équivaut pratiquement à la mesure du degré our pourcentage BRIX des solutions de sucrose ce qui rend le contrôle et la préparation de solutions de densité donnée très facile.

Les solutions aqueuses de tungstate de césium peuvent être évaporées jusqu'à siccité sans décomposition car le sel anhydre est très stable jusqu'à son point de fusion.

TIPS FOR USING CESIUM TUNGSTATE AS A DENSE LIQUID

[1] The Cs2WO4 is alkaline (pH 12-13) unlike solutions of meta-tungstates and hetero-polytungstates that are slightly acidic (pH 4-6) therefore never mix the two type solutions, nor their washing water because it causes the irreversible precipitation of less soluble tungstates or polytungstates.

[2] Preferably use demineralized water (DI) as traces of calcium from the tap water eventually disturb the solution resulting in a long-term to the precipitation of scheelite (CaWO4). If this is the case, filter on hardened filter paper.

[3] To obtain supersaturated solutions, it is possible to heat them on thermostated bath between 60°C and 80°C and let the solutions cool in order to generate excess crystals.

[4] As with solutions of meta-tungstates and hetero-polytungstates, avoid contact with certain reducing minerals, rubber, wood, and active metals such as iron, zinc, aluminum or their alloys (brass) which reduce W(VI) but austenitic stainless steel grade 304 in a passivated form is correct. Nevertheless the product can be evaporated in stainless steel beakers but if they are slightly oxidized, a slight amber coloration appears in the long run because of the release of traces of chromates.

[5] Nevertheless, if a blue coloration appears witnessing a reduction of W(VI) add as for the aqueous solutions of meta-tungstates and hetero-polytungstates a few drops of hydrogen peroxide 30 wt.% or allow the bubbling of nascent oxygen gas produced by electrolysis using IrO2-coated mixed metal oxides (MMO) anodes. Caution must be exercized to do not exceed a certain redox potential (ORP) in order to prevent the formation of pertungstates.

[6] Certain sulphide minerals such as stibinite, realgar, orpiment, cinnabar but also native sulfur can dissolve into solution forming soluble sulphosalts and alkaline polysulfides (M2Sn) which color the solution in amber, orange, red, pink, etc.

[7] Some zeolites and feldspathoids can exchange their Na+ and K+ cations with Cs2WO4 resulting in the formation of less soluble and/or precipitated crystals of Na2WO4 and K2WO4. Some carbonates can also react with hot solution for long periods.

[8] The crystallization of Cs2WO4 is not really an issue because it is easily re-dissolved in hot water.

[9] The product is extremely hygroscopic (i.e., moisture sensitive) especially in concentrated solutions.

[10] Exact density control can be achieved by the use of hydrometers, a Mohr-Westphal hydrostatic balance, liquid pycnometers, the use of calibrated synthetic ceramic beads (e.g., fluorite, mullite, carborundum, and silicon nitride), and indirectly by the determination of the refractive index with an Abbé precision refractometer using nomographs from experiments and empirical correlations.

See Safety Data Sheet below for Health Effects and Precautions for Use


CONSEILS D’UTILISATION DU TUNGSTATE DE CÉSIUM COMME LIQUIDE DENSE

[1] Le Cs2WO4 est basique (pH 12-13) contrairement aux solutions aqueuses de méta-tungstates et d'hétéro-polytungstates qui sont légérement acide (pH 4-6) et par conséquent ne jamais mélanger les deux solutions, ni leur eaux de lavage car cela provoque la précipitation irréversible de tungstates ou de polytungstates peu solubles.

[2] Utiliser de préférence de l’eau déminéralisée (D.I.) car les traces de calcium de l’eau du robinet finissent par troubler la solution avec en bout de ligne un précipité de scheelite (CaWO4) sur le long terme. Si c’est le cas, filtrer sur papier filtre durci.

[3] Pour obtenir les solutions sursaturées, il est possible de les chauffer sur bain thermostaté 60-80°C et de laisser les solutions refroidir afin de générer des cristaux en excès.

[4] Comme pour les solutions aqueuses de méta-tungstates et d'hétéro-polytungstates, éviter le contact avec certains minéraux réducteurs, le caoutchouc, le bois, et des métaux actifs comme le fer, le zinc, l’aluminium ou leurs alliages (laiton) qui réduisent W(VI) mais l’acier inoxydable austénitique nuance 304 passivé est correct. Néanmoins le produit peut être évaporé dans des bécher en acier inoxydable mais s'ils sont légèrement oxydés, une légère coloration ambrée apparait à la longue à cause du relarguage de traces de chromates.

[5] Néanmoins, si une coloration bleu apparait témoins d'une reduction du W(VI) ajouter comme pour les solutions aqueuses de méta-tungstates et d'hétéro-polytungstates quelques gouttes de peroxyde d’hydrogène 30% ou effectuer une bullage d’oxygène gaz naissant produit par electrolyse en utilisant une anode d'oxydes mixtes (MMO) avec revêtement catalytique de type IrO2.  Il est recommendé de ne pas pousser l'oxydation  trop loin afin de prevenir la formation de pertungstates.

[6] Certains minéraux sulfurés comme la stibinite, le realgar, l’orpiment, le cinabre mais aussi le soufre natif peuvent se dissoudre à chaud formant des sulfosels solubles et des polysulfures alcalins (M2Sn) qui colorent la solution en orange, rouge, rose, etc.

[7] Certaines zéolithes et feldspathoïdes peuvent échanger leur cations Na+ et K+, avec le Cs2WO4 entrainant la formations de cristaux moins solubles et/ou précipités de Na2WO4 et K2WO4. Certains carbonates peuvent aussi réagir à chaud sur de longues périodes.

[8] La cristallisation de Cs2WO4 n’est pas un problème car il se re-dissout facilement à chaud dans l’eau.

[9] Le produit est extrêmement hygroscopique surtout en solutions concentrées.

[10] Le contrôle exacte de la masse volumique peut être effectué par l'utilisation d'aréomètres, d'une balance hydrostatique de type Mohr-Westphal, de pycnomètres pour liquide, par l'utilisation de billes de céramiques synthétiques calibrées (e.g., fluorite, mullite, carborundum, et nitrure de silicium), et indirectement par la détermination de l'indice de réfraction avec un réfractomètre de précision d'Abbé en utilisant des abaques obtenus expérimentalement et des corrélations empiriques.

Voir la fiche signalétique ci-dessous pour les effets sur la santé et les précautions d’utilisations

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Practical calculations using the above equations:

EXAMPLE 1: If we need to prepare one liter of a final solution C having a mass density: DC = 2,960 kg/m3 at 20°C with a heavier solution A of mass density: DC = 3,195 kg/m3 what will be the volume of pure deionized water to add? ANSWER:  because the volume change during mixing we can use the equations based on volumes and densities. Therefore knowing the mass density of pure water at 20°C: DB = 998.204 kg/m3  the volume of water to add is 107 mL with 893 mL of the denser solution A.

EXAMPLE 2: If we need to prepare 3 kilograms of a final solution C having a mass density: DC = 2,850 kg/m3 at 20°C with a heavier solution A of mass density: DC = 3,020 kg/m3 what will be the mass of pure deionized water to add? ANSWER:  We can the equation involving masses and densities. Therefore knowing the mass density of pure water at 20°C: DB = 998.204 kg/m3  the mass of pure water to add is 94.2 grams to 2905.8 grams of the denser solution A.

EXAMPLE 3: If we need to prepare a  concentrated solution A having a mass density: DA = 2,960 kg/m3 at 20°C from 500 grams of a lighter solution C having a  mass density: DC = 2,000 kg/m3 what will be the mass of water to remove by evaporation? ANSWER:  We can use the above equations between A and C involving their masses and densities. Therefore knowing the mass density of pure water at 20°C: DB = 998.204 kg/m3  the mass of solution A that can be prepared from C is 255 grams then the amount of water to be removed is simply obtained by subtraction, that is, 245 grams.
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Exemples de calculs pratiques impliquant les relations ci-dessus:

EXEMPLE 1: Si l'on doit préparer 1L de solution finale C ayant une masse volumique: DC = 2,960 kg/m3 mesurée à 20°C en partant d'une solution plus dense A ayant une masse volumique: DC = 3,195 kg/m3 quel est le volume d'eau pure qui doit y être ajouté? RÉPONSE: compte tenu que le changement de volume lors du mélange est négligeable nous pouvons utiliser les équations impliquants les volumes et les masses volumiques. Connaissant la masse volumique de l'eau pure à 20°C: DB = 998.204 kg/m3 le volume d'eau qui doit etre ajouté est de 107 mL avec 893 mL de la solution plus dense A.

EXEMPLE 2Si l'on doit préparer 3 kilogrammes de solution finale C ayant une masse volumique: DC = 2,850 kg/m3 mesurée à 20°C en partant d'une solution plus dense A ayant une masse volumique: DC = 3,020 kg/m3 quel est le volume d'eau pure qui doit y être ajoutéRÉPONSE: nous pouvons utiliser les équations impliquants les masses et les masses volumiques. Connaissant la masse volumique de l'eau pure à 20°C: DB = 998.204 kg/m3 la masse d'eau qui doit etre ajouté est de 94.2 grammes avec 2905.8 grammes de la solution plus dense A.

EXEMPLE 3: Si l'on doit préparer une solution concentrée A ayant une masse volumique: DA = 2,960 kg/m3 à 20°C à partir de 500 grammes d'une solution moins dense C ayant une masse volumique: DC = 2,000 kg/m3 quel est la masse d'eau qui doit être évaporéeRÉPONSE: nous pouvons utiliser les équations impliquants les masses et les masses volumiques de A et de CConnaissant la masse volumique de l'eau pure à 20°C: DB = 998.204 kg/m3 la masse de solution A obtenue à partir de C sera 255 grammes et la masse d'eau qui devra être évaporée est simplement obtenue par difference soit 245 grams.

USES & APPLICATIONS

  • Precurssor for the preparation of catalysts used in the chemical and petrochemical industries.
  • Aqueous solutions used as heavy media (HMS) for the separation by density of heavy minerals, gemstones or fossils.
  • Mineralogy, petrology and paleontology laboratories.
  • Potential utilization as dense media separation (DMS) used as a suspension for the processing of kimberlite and lamproite for diamond recovery.
  • Potential as X-ray radiographic contrast agents.
  • Potential use as gamma-ray constrast liquid agent in non destructive testing (NDT) of piping, valves and pump casing. 
  • Preparation of cesium tungsten bronzes
  • Processing of synthetic and advanced ceramics
  • Battery materials and fuel cells.
  • Photochromic thin films.

UTILISATIONS & APPLICATIONS

  • Précursseur pour la préparation de catalyseurs utilisées dans l'industrie chimique et pétrochimique.
  • Solutions aqueuses utilisées comme liquide dense pour la séparation des minéraux lourds, des pierres précieuses et des fossiles.
  • Minéeralogy, pétrologie et paléontologie.
  • Utilisation potentielle comme suspension dense pour le traitement de la kimberlite et de la lamproite pour la recuperation des diamants.
  • Utilisation potentielle comme agent de contraste radiologique.
  • Utilisation potentielle comme liquide de contraste lors de contrôle non destructif (CND) de tuyauteries, vannes et corps de pompes.
  • Préparation de  bronzes de tungstène.
  • Traitement des céramiques industrielles et avancées.
  • Materiaux pour batteries et piles a combustibles.
  • Films minces avec des propriétés photochromiques.

PACKAGING & STORAGE

Shelf life of 5 years inside the original container when stored at room temperature.
Crystals are sold in 1 kg, 3 kg, 5 kg, 25 kg and 50 kg quantities.
Solutions are sold in 250-mL, 500-mL, and 1-L plastic bottles.
Customized containers and sizes upon request.

EMBALLAGE & ENTREPOSAGE

Durée d'entreposage de 5 ans dans le contenant d'origine lorsque stocké à la température ambiante.
Les cristaux sont vendus en lot de masses: 1 kg, 3 kg, 5 kg, 25 kg and 50 kg.
Les solutions aqueuses sont vendues en bouteilles de: 250-mL, 500-mL, and 1-L.
Contenants et autres quantités sur demande.
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SAFETY DATA SHEET (SDS)

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FICHE SIGNALETIQUE DE SÉCURITÉ (FSS)

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