Способ получения пятиокисей тантала и ниобия

 

Изобретение позволяет получать продукт высокой химической чистоты и повысить выход продукта из исходного материала менее затратным способом. В качестве исходного ниоботанталового материала используют комплексные полимерные соединения тантала и ниобия. Их обрабатывают смесью серной кислоты и перекиси водорода для экстрагирования ниобия и тантала в водную фазу. Гидролизуют ниобий и тантал разбавлением водой. Полученные гидроксиды сплавляют со смесью серной кислоты и сульфата аммония. Полученный сплав выщелачивают водой или растворами кислот. Выделяют конечный продукт из раствора фильтрацией, сушкой и прокалкой полученного осадка.

Изобретение относится к области химических технологий и касается, в частности, получения оксидов тантала и ниобия из комплексных полимерных соединений тантала и ниобия.

Известен способ получения соединений тантала и ниобия из ниоботанталовых концентратов и руд путем нагревания последних при температуре 150 - 180^oC со смесью серной кислоты и сульфата аммония с последующим выщелачиванием остывшего сплава водой или растворами кислот. Образовавшиеся при сплавлении двойные сульфаты ниобия и тантала с аммонием переходят в раствор (Горощенко Я. Г. Химия ниобия и тантала, Киев, Наукова думка, 1965, с. 34). Этот способ является наиболее близким к предложенному.

Основным недостатком данного способа является то, что при выщелачивании сплава в раствор переходят также и все примеси, в том числе железо, титан, кальций, алюминий, фосфор, щелочные металлы и прочие элементы, присутствующие в минеральном сырье. Отделение тантала и ниобия от этих примесей требует существенных технологических усилий и, соответственно, затрат.

Известен способ получения комплексных полимерных соединений тантала и ниобия путем переработки ниоботанталовых неорганических материалов (руд и концентратов) четыреххлористым углеродом в автоклаве с последующим выделением продукта (патент РФ 2033415, оп. 20.04.1995). Полученные данным способом комплексные полимерные (металлоорганические) соединения тантала и ниобия, включающие кроме данных тугоплавких металлов кислород, углерод, хлор и хлорсодержащие углеродные полимеры, представляют собой химические чистые соединения тантала и ниобия по примесям других металлов и элементов, присутствующих в исходном ниоботанталовом неорганическом материале.

Задачей настоящего изобретения является осуществление получения чистых оксидов тантала и ниобия с высоким выходом конечного продукта наименее затратным способом.

Сущность предлагаемого способа получения пятиокисей тантала и ниобия, включающего сплавление ниоботанталового материала со смесью серной кислоты и сульфата аммония с последующим выщелачиванием полученного сплава водой или раствором кислот и выделением продукта, заключается в том, что в качестве исходного материала используют комплексные полимерные соединения тантала и ниобия, полученные по вышеупомянутому способу получения комплексных полимерных соединений тантала и ниобия, конденсат полимеров тантала и ниобия обрабатывают смесью концентрированной серной кислоты и перекиси водорода при осторожном перемешивании в открытом сосуде для экстрагирования ниобия и тантала в водную фазу, которую затем разбавляют водой (в отношении 1:15-20) для гидролизации ниобия и тантала с получением их гидроокисей в виде осадка. Отфильтрованные и промытые гидроксиды тантала и ниобия сплавляют со смесью серной кислоты и сульфата аммония (при температуре 230...250^oC в соотношении серной кислоты к сумме тантала и ниобия в пересчете на пятиокись тантала и ниобия, равном 5-7:1, и в соотношении сульфата аммония к данной сумму, равном 1,0-1,5: 1), полученный сплав выщелачивают водой или разбавленной серной кислотой, а конечный продукт отделяют от раствора фильтрацией с последующей сушкой и прокалкой осадка.

Технологический результат предлагаемого способа получения пятиокисей тантала и ниобия выражается в более высокой чистоте получаемого продукта (сумма оксидов тантала и ниобия составляет 99,9% и выше) и в более высокой степени извлечения названных компонентов продукта (90...95% против 75...80%) по сравнению с известными способами. Такой результат становится возможным благодаря тому, что основные примеси, сопутствующие танталу и ниобию, отделяются на стадии получения полимерных соединений, которые после перевода их в гидроксиды вскрываются по методу сплавления в более мягких условиях; за счет этого снижается расход основных реагентов (серная кислота, сульфат аммония) в 2 раза и уменьшаются энергозатраты благодаря более низкой температуре процесса сплавления. Способ имеет экологические преимущества перед известными способами, так как получение полимерных соединений тантала и ниобия осуществляют в автоклавах, а процесс сплавления с серной кислотой и сульфатом аммония является более щадящим из-за отсутствия содержания избытка кислоты и пониженной температуры.

Примеры реализации предлагаемого способа получения пятиокисей тантала и ниобия.

Пример 1. В автоклав объемом 0,5 дм³ загрузили 50 г ниобиевого концентрата следующего состава (мас.%): Σ Nb₂O₅+Ta₂O₅=79,45 (отношение Nb₂O₅: Ta₂O₅= 10:1); CaO-0,074; Al₂O₃-0,057; Fe₂O₃-0,16; SiO₂-8,3; P-0,9; остальное - примеси щелочных металлов, магния, серы, оксидов азота и др., а также загрузили 180 мл четыреххлористого углерода. В результате обработки концентрата указанным реагентом (процесс описан в (3)) был получен конденсат комплексных полимерных соединений ниобия и тантала, к которому добавили небольшими порциями 30 мл 92%-ной H₂SO₄ и 10 мл H₂O₂. Верхнюю (водную) фазу кремового цвета отделили от органической фазы, разбавили водой до 500 мл и прогрели до 75. ..80^oC. Выпавший гидратный осадок нагрели до температуры 230^oC со смесью серной кислоты (240 г 96%-ной H₂SO₄) и сульфата аммония (45 г (NH₄)₂SO₄), получив двойные сульфаты тугоплавких металлов с аммонием в виде плава. Остывший плав подвергли выщелачиванию в 500 мл раствора 1,5 M H₂SO₄; выделившийся осадок отфильтровали, высушили, прокалили. В результате получено 38 г смеси пятиокисей ниобия и тантала с содержанием суммы примесей 0,364%. Извлечение ниобия и тантала в продукт из исходного концентрата составило 94%.

Пример 2. В автоклав загрузили 30 г танталового концентрата с содержанием в нем суммы оксидов ниобия и тантала 66,47% (отношение Ta₂O₅:Nb₂O₅=15: 1), остальное примеси, перечисленные в примере 1. Прилили 130 мл четыреххлористого углерода. Получение комплексных полимерных соединений тантала и ниобия осуществляли по схеме, описанной в (3), а перевод их в окислы тантала и ниобия - по схеме, описанной в примере 1. В результате получена смесь оксидов тантала и ниобия в количестве 18,2 г, степень чистоты оксидов - 99,9%, извлечение данных тугоплавких металлов в продукт составило 91%.

Приведенные примеры реализации предлагаемого способа подтверждают получение чистых оксидов ниобия и тантала и обеспечение высокого выхода продукта при более экономичных режимах и расходах реагентов.

Литература 1. Патент Великобритании N 649342, 1951 г.; патент Норвегии N 66024, 1943 г.; патенты США N 2481584, 1949 г. и N 2537316, 1951 г.

2. Горощенко Я.Г. Химия ниобия и тантала. Киев, изд-во "Наукова думка", 1965 г., с. 34.

3. Описание изобретения к патенту РФ N 2033415, МПК C 08 G 79/00, опубл. Официальный Бюллетень "Изобретения" N 11/1995 г.

Формула изобретения

Способ получения пятиокисей тантала и ниобия путем нагревания исходного ниоботанталового материала со смесью серной кислоты и сульфата аммония с последующим выщелачиванием полученного сплава водой или растворами кислот и выделением конечного продукта из раствора фильтрацией, сушкой и прокалкой полученного осадка, отличающийся тем, что в качестве исходного ниоботанталового материала используют комплексные полимерные соединения тантала и ниобия, которые обрабатывают смесью серной кислоты и перекиси водорода для экстрагирования ниобия и тантала в водную фазу, гидролизуют ниобий и тантал разбавлением водой, а полученные гидроксиды сплавляют со смесью серной кислоты и сульфата аммония.