Способ экстракционного разделения тантала и ниобия из кислых фторидно-сульфатных растворов

Изобретение относится к области металлургии редких и рассеянных элементов, а именно к экстракционному разделению тантала и ниобия. Способ включает экстракционное отделение тантала от ниобия органическим экстрагентом. В качестве органического экстрагента используют смесь метилизобутилкетона в количестве 40-80 об.%, с алифатическим спиртом С79 в количестве 20-60 об.%. Тантал при экстракции переходит в органическую фазу, а ниобий - в водную. Органическую и водную фазы разделяют. Изобретение позволяет увеличить степень извлечения тантала в органическую фазу и повысить степень разделения тантала и ниобия при экстракции. 5 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии редких и рассеянных элементов. Оно может быть использовано для экстракционного извлечения и концентрирования тантала из кислых фторидно-сульфатных растворов, сложных по химическому составу. Эти растворы могут быть получены, например, при выщелачивании танталитовых и колумбитовых концентратов растворами, содержащими смесь фтористоводородной и серной кислот. В настоящее время для извлечения тантала и ниобия из подобных технологических растворов используется экстракционный способ, позволяющий проводить концентрирование тантала и очистку его от примесей, в том числе и ниобия.

Известен способ экстракционного извлечения и разделения тантала и ниобия экстракцией трибутилфосфатом (ТБФ) [Коровин С.С., Дробот Д.В., Федоров П.И. Редкие и рассеянные элементы. Химия и технология. - М.: МИСИС, 1999. - 464 с.]. Экстракцию проводят из сильнокислых растворов (не менее 8М H2SO4) в присутствии большого избытка фторид-ионов. Коэффициенты разделения тантала и ниобия не превышают 100.

Недостатками данного способа являются высокая кислотность водной фазы, относительно невысокая степень извлечения и разделения тантала и ниобия, низкая скорость расслаивания органической и водной фаз. Это приводит к необходимости использования большого числа экстракционных аппаратов, значительным потерям органического реагента с водными растворами и, следовательно, к увеличению затрат при использование экстракционного процесса.

Известен способ извлечения тантала и отделения его от ниобия из кислых фторидно-сульфатных растворов экстракцией алифатическими спиртами С79 [Глубоков Ю.М., Травкин В.Ф., Ильин Е.Г. и др. / Цветная металлургия, 2001, №10, с.23-27]. Процесс включает три стадии: экстракцию металлов, промывку органической фазы водой при соотношении объемов органической и водной фаз O:В≥20:1, реэкстракцию тантала водой.

Недостатком этого способа является необходимость проведения процесса экстракции при высокой кислотности водной фазы, относительно невысокой степени экстракции металлов и величина коэффициента разделения тантала и ниобия.

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков и назначению является способ экстракционного разделения тантала и ниобия с использованием в качестве экстрагента органической фазы, содержащей метилизобутилкетон (МИБК) [Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. Металлургия редких металлов. - М.: Металлургия. 1991. - 432 с.]. Экстракцию проводят из фторидно-сульфатных растворов, содержащих более 300 г/л серной кислоты. Сравнение всех параметров экстракции прототипа и предлагаемого способа приведены в табл.5.

Недостатком данного способа являются относительно невысокая степень извлечения тантала, ниобия и других примесей, низкая скорость экстракции металлов, высокая кислотность водной фазы (содержание серной кислоты более 300 г/л). Это приводит к необходимости использования большого числа экстракционных аппаратов, увеличению их размеров и, следовательно, к росту затрат при использовании данного процесса. Кроме того, недостатком этого способа является относительно высокая растворимость МИБК в водной фазе и воды в нем, а также его высокая летучесть. Это приводит к значительным потерям дорогого органического реагента и требует принятия специальных мер для уменьшения этих потерь и очистки водных растворов от присутствия органических веществ. Все это также вызывает существенное удорожание технологического процесса.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение степени разделения тантала и ниобия, увеличение степени извлечения тантала и скорости извлечения металла в органическую фазу, а также снижение кислотности водной фазы и потерь реагентов при экстракции.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе экстракционного разделения тантала и ниобия из кислых фторидно-сульфатных растворов, включающем экстракцию тантала органической фазой, содержащей метилизобутилкетон, отличающимся тем, что в органическую фазу вводят 20-60 об.% алифатического спирта С79, при этом метилизобутилкетон берут в количестве 4-80 об.%. Суть предлагаемого способа поясняется следующими примерами.

Пример 1. Проводят экстракционное разделение тантала и ниобия из фторидно-сульфатного раствора, содержащего 28,7 г/л тантала и 4,1 г/л ниобия. Концентрация свободной серной кислоты 286 г/л, а связанного с металлами фторид-иона - 22,3 г/л, что соответствует стехиометрическому соотношению металл:фторид-ион - 1:7. Органическая фаза - смесь МИБК и октанола-1 с различным соотношением между собой. Экстракцию проводят при соотношении объемов органической и водной фаз О:В=1:1 и температуре 21°С. В табл.1 приведены данные по влиянию состава органической фазы на разделение тантала и ниобия.

Таблица 1

Влияние состава органической фазы на извлечение и разделение тантала и ниобия
Состав органической фазы, об.%Коэффициент распределения металловКоффициент разделения, βТа/Nb
Октанол-1МИБКDTaDNb
10007,40,1842
9559,60,1659,8
901015,00,1788,1
802018,11,1995,0
703039,30,19207
60402410,171420
70304620,153080
40608430,165270
30703570,201870
20801330,17780
109019,10,18106
010015,20,1993,5

Из приведенных результатов следует, что высокое извлечение тантала и его отделение от ниобия достигается в интервале концентраций МИБК и алифатического спирта: 40-80 об.% МИБК и 20-60 об.% спирта.

Пример 1. Проводят экстракционное разделение тантала и ниобия из фторидно-сульфатного раствора, содержащего 28,7 г/л тантала и 4,1 г/л ниобия. Содержание фторид-иона не превышает суммарного содержания металлов в стехиометрическом соотношении не более 7:1, содержание серной кислоты меняется в пределах 100-400 г/л. В качестве органической фазы используют смесь 60 об.% МИБК и 40 об.% октанола-1, а также неразбавленный 100% МИБК (прототип). Экстракцию проводят при соотношении объемов органической и водной фаз О:В=1:1 и температуре 21,8°С. Время контакта фаз - 5 мин. В табл.2 приведены данные по влиянию кислотности водной фазы на извлечение тантала и ниобия в органическую фазу.

Таблица 2

Влияние кислотности водной фазы на извлечение тантала и ниобия
Концентрация Н2SO4, г/лКоэффициент распределения металлов
100% МИБК (прототип)60% МИБК+40% октанол-1
DТаDNbDTaDNb
1003,40,055,80,07
1508,10,0810,20,08
20010,20,13240,12
25014,30,188100,15
28015,20,198430,16
30016,50,188900,17
35090,20,25>12000,61
4002100,86>13000,95

Из приведенных в таблице 2 данных видно, что при использовании в качестве экстрагента смеси МИБК и алифатического спирта извлечение металлов значительно выше, чем для МИБК, при содержании серной кислоты более 250 г/л.

Пример 3. Процесс экстракционного разделения тантала и ниобия ведут в соответствии с условиями примера 1. В качестве органической фазы используют метилизобутилкетон (60 об.%) с добавлением 40 об.% алифатических спиртов ROH, где R: С6 - гексанол, С7 - гептанол, C8 - октанол-2, С9 - нонанол и С10 - деканол). В таблице 3 приведены данные по влиянию природы спирта на эффективность разделения тантала и ниобия.

Таблица 3.

Влияние природы спирта на эффективность разделения тантала и ниобия
Концентрация

H2SO4, г/л
Коэффициент разделения, βТа/Nb
ГексанолГептанолОктанол-2НонанолДеканол
1002981857335
15046941029163
20078180210160102
250710130013501230850
280700132014001270840
300750134015101280860
350740135015201300870
400520920980910750

Из приведенных в таблице 3 данных видно, что наиболее эффективно использование в качестве добавки спиртов с длиной радикала в алифатической цепи С79. Кроме того, использование гексанола (R-С6) приводит к большим потерям спирта вследствие высокой растворимости в водной фазе. При использовании деканола (R-С10) наблюдается резкое ухудшение процесса расслаивания органической и водной фаз.

Пример 4. Процесс экстракционного разделения тантала и ниобия ведут при различном времени контакта фаз. Состав органической фазы: 60 об.% МИБК и 40 об.% октанола-1. Состав водной фазы приведен в примере 1. Экстракцию ведут при соотношении объемов органической и водной фаз О:В=1:1 и температуре 21,1°С. В таблице 4 приведены данные по влиянию времени контакта фаз на экстракцию тантала и ниобия.

Таблица 4

Влияние времени контакта фаз на экстракцию тантала и ниобия
Время контакта фаз, мин.Коэффициент распределения металлов
100% МИБК(прототип)60% МИБК+40% октанол-1
DTaDNbDTaDNb
111,30,127900,12
212,60,138500,16
312,40,118200,16
413,10,178350,17
515,20,198430,16
1015,10,188650,16
2015,30,168400,17
3015,80,178500,15
9014,90,188610,18

Из приведенных в табл.4 данных следует, что при экстракции органическим реагентом, содержащим смесь 60 об.% МИБК и 40 об.% октанола-1, для достижения величины коэффициентов распределения тантала и ниобия, близкой к равновесной, достаточно 2-3 мин контакта фаз, в то время как при использовании 100% МИБК необходимо не менее 5 мин.

Пример 5. Проводят экстракционное разделение тантала и ниобия из водного фторидно-сульфатного раствора экстрагентом, содержащим 60 об.% МИБК и 40 об.% октанола-1. Состав водной фазы (г/л): тантал - 31,2; ниобий - 6,9; серная кислота - 264; фторид-ион - 39,2. Экстракцию ведут при температуре 21,0°С. Условия проведения процессов экстракции, промывки органической фазы и реэкстракции приведены в таблице 5.

Пример показывает, что общее извлечение тантала, а также коэффициент разделения тантала и ниобия (βТа/Nb) по заявленному способу выше, чем по способу-прототипу. При использование предлагаемого способа достигается снижение расхода реагентов за счет использования на операциях промывки и реэкстракции воды, а не водных растворов реагентов (серная кислота или гидрат аммония) в случае использования в качестве органической фазы неразбавленного МИБК. Кроме того, расход реагентов снижается за счет использования при экстракции растворов, содержащих меньшее количество серной кислоты (около 250 г/л), чем в случае применения 100% МИБК (не менее 300 г/л серной кислоты). Наконец эффективность процесса экстракции повышается за счет снижения затрат на экстракционное оборудование вследствие уменьшения времени контакта фаз.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет повысить извлечение тантала, увеличить селективность экстракционного процесса разделения тантала и ниобия, повысить скорость процесса и уменьшить затраты на реагенты и экстракционное оборудование.

Таблица 5.

Основные показатели процесса разделения тантала и ниобия
ПоказательПредлагаемый способПрототип
Состав экстрагента60 об.% МИБК и 40 об.% октанола-1100% МИБК
Экстракция
Число ступеней противотока34
Отношение объемов фаз О:В1,1:11,2:1
Содержание тантала в рафинате, г/л0,0070,140
Извлечение тантала в экстракт, %99,9799,5
Промывка
Состав промывного раствораВода50 г/л Н2SO4
Число ступеней противотока33
Отношение объемов фаз O:В30:130:1
Реэкстракция
Состав реэкстрагирующего раствораВода10% NH3
Число ступеней противотока44
Отношение объемов фаз O:В5:15:1
Содержание тантала в реэкстракте173146
Извлечение тантала в реэкстракт, %99,799,0
Коэффициент разделения, βTa/Nb7300210
Потери МИБК при экстракции (г/кг Та)39
Потери спирта С79 при экстракции (г/кг Та)2-

Способ экстракционного разделения тантала и ниобия из кислых фторидно-сульфатных растворов, включающий экстракцию тантала органической фазой, содержащей метилизобутилкетон, отличающийся тем, что в органическую фазу вводят 20-60 об.% алифатического спирта С79, при этом метилизобутилкетон берут в количестве 40-80 об.%.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к получению ниобийсодержащих материалов, используемых для получения специальных сталей. .
Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано для получения слитков ниобия высокой чистоты, применяемых в физико-энергетических установках, работающих с использованием явления низкотемпературной сверхпроводимости.
Изобретение относится к способу получения чистого ниобия, включающему восстановительную плавку пятиокиси ниобия с алюминием и кальцием с получением черновых слитков, их термическую обработку и последующий многократный электронно-лучевой рафинировочный переплав.

Изобретение относится к пирометаллургии, в частности к получению ниобия из его оксида, и может быть использовано для производства феррониобия. .

Изобретение относится к области гидрометаллургической переработки танталового сырья и направлено на достижение его комплексного использования. .

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении легированных порошков тантала или ниобия. .

Изобретение относится к металлам, в частности к танталу, и изделиям, приготовленным из тантала, а также к способам получения и переработки тантала. .

Изобретение относится к металлургии производства тантала для конструкционных изделий и танталовых конденсаторов. .

Изобретение относится к гидрометаллургической переработке рудных концентратов, а более конкретно к переработке лопаритового концентрата и может быть использовано при комплексном извлечении из него соединений титана, ниобия и тантала.
Изобретение относится к гидрометаллургической переработке рудных концентратов, а более конкретно к переработке лопаритового концентрата, и может быть использовано при комплексном извлечении из него соединений титана, ниобия и тантала.

Изобретение относится к переработке уранорудного сырья. .

Изобретение относится к области гидрометаллургической переработки танталового сырья и направлено на достижение его комплексного использования. .

Изобретение относится к извлечению веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Изобретение относится к способам определения палладия и платины в рудах, содержащих большие количества железа, меди, цинка и других металлов. .

Изобретение относится к способу извлечения металла из руды или концентрата, содержащих никель и/или кобальт и другие металлы. .

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологии редких и рассеянных элементов, и может быть использовано при извлечении индия из сульфатных цинковых растворов с повышенным содержанием кремнезема.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть применено для очистки промышленных и бытовых стоков. .

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть применено для очистки промышленных и бытовых стоков. .

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть применено для очистки промышленных и бытовых стоков. .

Изобретение относится к гидрометаллургической переработке рудных концентратов
Наверх