Способ получения тантала и ниобия из их соединений

 

Изобретение относится к способу получения тантала и ниобия из их соединений, включающему восстановление щелочным металлом и последующее выщелачивание остатка щелочного металла из полученного металла. Сущность: восстановлению подвергают полимерные металлоорганические соединения тантала и ниобия, проводят его в автоклаве в двухфазной среде, состоящей из жидкого четыреххлористого углерода и щелочного металла, при температуре распада полимерных соединений на мономеры с последующим выделением полученного продукта охлаждением реакционной суспензии до комнатной температуры и декантацией жидкой фазы с избытком щелочного металла, а выщелачивание остатков щелочного металла осуществляют спиртом. 1 ил.

Техническое решение относится к химии получения тантала и ниобия в элементарном состоянии (в виде металлического порошка высокой химической чистоты) из полимерных металоорганических соединений тантала и ниобия.

Известны способы получения тантала и ниобия в элементарном состоянии из различных химических соединений этих металлов, которые получают, в свою очередь, при пирометталургической и химической переработке танталониобиевых руд и минеральных концентратов. Наиболее широкое применение получил способ получения тантала и ниобия из хлорсодержащих соединений (пентахлориды тантала и ниобия) путем восстановления щелочным металлом при температуре 750-900^oC с последующим выщелачиванием остатка щелочного металла из полученного металла [2] Однако, известный способ получения металлического тантала и ниобия из их пентахлоридов является экологически вредным процессом, хлор этих соединений опасен и разрушает аппараты, в которых осуществляют этот процесс. Кроме того, технологическая цепочка известного процесса достаточно сложна, а сам процесс длителен и дорогостоящий.

Задачей изобретения является осуществление процесса восстановления тантала и ниобия в элементарном состоянии из полимерных металлоорганических соединений тантала и ниобия, полученных, в свою очередь, автоклавным способом из танталониобиевых руд и минеральных концентратов с применением органического реагента, и в состав которых кроме данных металлов входит кислород, углерод, хлор и конституционная жидкость из углерода и хлора [1] Сущность предлагаемого способа осуществления такого процесса заключается в том, что, используя в качестве исходного соединения полимерные металлоорганические соединения тантала и ниобия, восстановление проводят в автоклаве в двухфазной среде, состоящей из жидкого четыреххлористого углерода и щелочного металла, при температуре распада полимерных соединений на мономеры с последующим выделением полученного продукта охлаждения реакционной суспензии до комнатной температуры и декантацией жидкой фазы с избытком щелочного металла, а выщелачивание остатков щелочного металла осуществляют спиртом.

Технический результат предложенного способа выражается в получении в конечном итоге хорошо отделяемого от реакционной суспензии продукта - порошкообразного тантала и ниобия высокой химической чистоты, в проведении процесса получения тантала и ниобия в автоклавных условиях при более низкой температуре (значительно ниже по сравнению с известными способами) с вытекающими отсюда технологическими, экологическими, затратными преимуществами.

Тантал и ниобий обладают близкими физико-химическими свойствами, поэтому полимерные металлоорганические соединения этих металлов перерабатывают по одной и той же технологической схеме.

На чертеже представлена схема получения тантала и ниобия в элементарном состоянии из их полимерных металлоорганических соединений.

Способ получения металлического тантала и ниобия осуществляют следующим образом. Заданные количества твердого полимерного металлоорганического соединения тантала или ниобия, химически чистого четыреххлористого углерода и металлического натрия загружают в автоклав, оснащенный нагревающим и перемешивающим устройствами. При перемешивании загруженного материала полученную суспензию нагревают до температуры, при которой полимерные соединения тантала или ниобия в расплавленном состоянии распадаются на их мономеры. При этой температуре образуется жидкая фаза, включающая мономеры металлоорганических соединений тантала и ниобия, равномерно распределенные в жидком четыреххлористом углероде. При интенсивном перемешивании суспензии мономеры металлоорганических соединений тантала и ниобия энергично взаимодействуют с металлическим натрием (который плавает на поверхности), в результате реакции вытеснения образуется тантал или ниобий в виде металлического порошка, который оседает на дно автоклава. Металлический натрий взаимодействует с радикалами мономеров, образуя металлоорганическое соединение, распределенное в объеме жидкого четыреххлористого углерода. По окончании процесса восстановления тантала или ниобия обогрев отключают, автоклав охлаждают до комнатной температуры, перемешивающее устройство останавливают. Суспензию выгружают из автоклава, отстаивают, жидкую фазу с плавающими в ней гранулами избыточного натрия декантируют и направляют в голову технологического процесса. Полученный осадок, включающий порошок металлического тантала или ниобия, подвергают выщелачиванию спиртом в реакторе с мешалкой, процесс проводят до полного растворения гранул металлического натрия, оставшегося в осадке после декантации жидкой фазы. Раствор спирта сливают и проводят отмывку металлического тантала или ниобия от водорастворимых веществ с помощью горячей дистиллированной воды. Затем суспензию выгружают из реактора, отфильтровывают, полученный осадок промывают на фильтре горячей дистиллированной водой. Осадок сушат, получая порошок тантала или ниобия в элементарном состоянии.

При переработке сополимера металлоорганических соединений тантала и ниобия получают металлический порошок, состоящий из сплава тантала и ниобия.

Пример. Получение тантала в элементарном состоянии.

Для осуществления способа получения тантала из полимерного металлоорганического соединения тантала (формула вычесленного состава имеет вид TaO₅C₅Cl₁₅·nCCl₄) использовали вращающийся автоклав, вместимостью 0,5 л, снабженный нагревающим устройством, контрольно-измерительными приборами и обеспечивающий рабочее давление до 10 МПа и рабочую температуру до 350^oC. В автоклав загружали 200 мл четыреххлористого углерода (инертная, несущая жидкость для распределения твердых реагирующих веществ и последующего отделения продуктов реакции под действием силы тяжести и плотности веществ), 100 г полимерного металлоорганического соединения тантала с содержанием последнего 21,2 г и 15 г натрия, взятого с избытком против теоретически необходимого для восстановления тантала. Автоклав нагревали до температуры распада полимера на отдельные мономеры металлоорганического соединения, которая не превышает 250^oC. При этой температуре в условиях перемешивания смеси веществ осуществлялось химическое взаимодействие в течение приблизительно двух часов. После этого нагревание и перемешивание отключили и автоклав охладили до комнатной температуры. Суспензию из автоклава выгрузили в стеклянный стакан для отстаивания и разделения сред. Собрали плавающие на поверхности кусочки избыточного натрия, вес которого составил 1,5 г, жидкую фазу (четыреххлористый углерод с растворенными в нем продуктами реакции) декантировали, на дне стакана-отстойника остался элементарный тантал в виде порошка, который тщательно отмыли этиловым (можно метиловым) спиртом (50 мл). Затем металлический порошок отмыли горячей дистиллированной водой (200 мл) от водорастворимых веществ, включая остатки спирта. Суспензию отфильтровывали, полученный металлический порошок просушили при температуре +105^oC. Получили 21,0 г тантала. Степень извлечения тантала из исходного соединения составила 99,05% Тантал в элементарном состоянии, полученный автоклавным способом из его полимерного металлоорганического соединения, по результатам химического и рентгеноспектрального анализов является химически чистым на 99,95% содержания примесей других металлов в элементарном тантале не обнаружено.

Литература 1. Патент РФ N 2033415 на изображение "Способ получения металлоорганических соединений", МПК (6) C 08 G 79/00, опубл. 20.04.95 в Офиц. бюлл. N 11.

2. Зеликман А.Н. Коршунов Б.Г. Елютин А.В. Захаров А.М. Ниобий и тантал. Москва, "Металлургия", 1990 г. стр. 109-129, 130-135.

Формула изобретения

Способ получения тантала и ниобия из их соединений, включающий восстановление щелочным металлом и последующее выщелачивание остатка щелочного металла из полученного металла, отличающийся тем, что восстановлению подвергают полимерные металлоорганические соединения Ta и Nb, проводят его в автоклаве в двухфазной среде, состоящей из жидкого четыреххлористого углерода и щелочного металла при температуре распада полимерных соединений на мономеры, с последующим выделением полученного продукта охлаждением реакционной суспензии до комнатной температуры и декантацией жидкости фазы с избытком щелочного металла, а выщелачивание остатков щелочного металла осуществляют спиртом.

РИСУНКИ

Рисунок 1