Способ извлечения ниобия и тантала из титансодержащего редкометального концентрата


 


Владельцы патента RU 2434958:

Учреждение Российской академии наук Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН (ИХТРЭМС КНЦ РАН) (RU)

Изобретение относится к гидрометаллургии редкометального сырья, в частности к сольвометаллургической переработке лопаритового концентрата, и может быть использовано в химической промышленности для извлечения из него соединений ниобия и тантала. Способ извлечения ниобия и тантала из титансодержащего редкометального концентрата включает обработку тонкоизмельченного концентрата реагентом, содержащим октанол-1, насыщенный фтороводородной кислотой, с образованием пульпы при перемешивании с переводом основной части ниобия и тантала и части титана в виде фторметаллатных кислот в экстракт и концентрированием в твердой фазе остаточной части фторидов ниобия и тантала и другой части титана в виде его фторидного соединения. Затем ведут отстаивание пульпы и отделение экстракта от твердой фазы. В качестве титансодержащего редкометального концентрата используют лопаритовый концентрат. Титан концентрируют в твердой фазе в виде негидратированного фтортитаната натрия. В качестве реагента берут октанол-1, насыщенный фтороводородной кислотой до концентрации 110-140 г/л, а обработку концентрата ведут при начальной температуре 10-20°С. Техническим результатом является обеспечение степени извлечения в экстракт 95,9-97,8% Nb2O5 и 96,4-97,8% Та2O5. При этом сквозное извлечение ниобия из концентрата за одну операцию экстракции достигает 96,8%, а тантала - 97,4% при меньшей длительности процесса и более низкой начальной температуре, что повышает технологичность способа. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к гидрометаллургии редкометального сырья, в частности к сольвометаллургической переработке лопаритового концентрата, и может быть использовано в химической промышленности для извлечения из него соединений ниобия и тантала.

Известен способ извлечения ниобия и тантала из титансодержащего редкометального концентрата, преимущественно лопаритового (см. патент 2270265 РФ, МПК С22В 34/24, 34/12, 59/00, 3/06, 3/26 (2006.01), 2006), включающий обработку концентрата реагентом, содержащим фтороводородную кислоту, при концентрации кислоты 38-42 мас.% и температуре 103-105°С с выделением во фтортитановый раствор фторидов ниобия и тантала и экстракционное извлечение ниобия, тантала и части титана из раствора в органическую фазу с использованием октанола-1 в качестве экстрагента. Степень извлечения в экстракт суммы Та2O5 и Nb2O5 составила 99,3-99,5% за 5 ступеней противоточной экстракции.

Данный способ является недостаточно технологичным по причине его сложности и длительности, использования повышенной температуры, что сопряжено с дополнительными энергетическими затратами, а также в связи с относительно невысоким извлечением суммы ниобия и тантала в экстракт за одну ступень экстракции.

Известен также принятый в качестве прототипа способ извлечения ниобия и тантала из титансодержащего редкометального концентрата, преимущественно перовскитового (см. патент 2387722 РФ, МПК С22В 34/24, 3/16 (2006.01), 2010), включающий обработку предварительно измельченного до крупности не более 70 мкм концентрата реагентом, содержащим алифатический спирт, насыщенный фтороводородной кислотой при степени насыщения 119-184 г/л с образованием пульпы. В качестве алифатического спирта используют пентанол или его смесь с октанолом-1 или деканолом при содержании пентанола в смеси не менее 20%. Обработку концентрата ведут при Т:Ж=1:(7,5÷10) и начальной температуре 6-50°С в течение 20-60 минут при перемешивании с переводом основной части фторидов ниобия и тантала и части титана в виде фторометаллатных кислот в экстракт и концентрированием в твердой фазе остаточной части фторидов ниобия и тантала, кальция, лантаноидов и другой части титана в виде его фторидного соединения. После отстаивания пульпы экстракт отделяют от твердой фазы. Степень извлечения в экстракт при использовании в качестве экстрагента смеси пентанола с октанолом-1 составила: для ниобия до 87,6%, тантала - до 93%. Степень вскрытия перовскитового концентрата равна 85-94%.

Известный способ также характеризуется недостаточной технологичностью, обусловленной длительностью процесса, а также его повышенной (до 50°С) начальной температурой. Недостатком известного способа является также относительно невысокое извлечение ниобия и тантала в экстракт и относительно невысокое их сквозное извлечение.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении технологичности способа за счет снижения его длительности и энергоемкости при одновременном повышении степени извлечения ниобия и тантала в экстракт и их сквозного извлечения.

Технический результат достигается тем, что в способе извлечения ниобия и тантала из титансодержащего редкометального концентрата, включающем обработку тонкоизмельченного концентрата реагентом, содержащим октанол-1, насыщенный фтороводородной кислотой, с образованием пульпы при перемешивании с переводом основной части фторидов ниобия и тантала и части титана в виде фторометаллатных кислот в экстракт и концентрированием в твердой фазе остаточной части фторидов ниобия и тантала и другой части титана в виде его фторидного соединения, отстаивание пульпы и отделение экстракта от твердой фазы, согласно изобретению в качестве титансодержащего редкометального концентрата используют лопаритовый концентрат, титан концентрируют в твердой фазе в виде негидратированного фтортитаната натрия, в качестве реагента берут октанол-1, насыщенный фтороводородной кислотой до концентрации 110-140 г/л, а обработку концентрата реагентом ведут при начальной температуре 10-20°С.

Достижению технического результата способствует то, что обработку концентрата ведут при Т:Ж=1:(8÷12) в течение 20-40 минут.

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.

Использование лопаритового концентрата в качестве титансодержащего редкометального концентрата обусловлено повышенным содержанием в нем ниобия и тантала. Так, в использованном в изобретении лопаритовом концентрате Ловозерского месторождения содержится ниобия (7,85%), тантала (0,62%), натрия (8,6%) по сравнению с перовскитовым концентратом, который содержит низкое количество ниобия (0,97%) и тантала (0,047%) и значительное количество кальция (более 30%).

Концентрирование титана в твердой фазе в виде негидратированного фтортитаната натрия Na2TiF6 обусловлено следующим. При обработке лопаритового концентрата образуется негидратированная хорошо растворимая соль фтортитаната натрия, обеспечивающая высокую концентрацию титана в пульпе даже при пониженной (10-20°С) начальной температуре. При этом реакционная вода и титан не связываются в нерастворимую соль, и тем самым обеспечивается достаточное содержание воды и титана в виде хорошо диссоциирующих фтортитановых кислот HTiF5, H2TiOF4 и Н2TiF6, создающих высокую концентрацию протонов в системе и обеспечивающих необходимую для экстракции Nb2О5 и Та2O5 кислотность. Это дает возможность использовать в качестве реагента неразбавленный октанол-1, насыщенный фтороводородной кислотой до необходимой концентрации (110-140 г/л).

Использование в качестве реагента октанола-1, насыщенного фтороводородной кислотой обусловлено его способностью экстрагировать ниобий и тантал из фторидных растворов с высоким содержанием фторотитановых кислот. Эти кислоты являются сильными и хорошо диссоциируют, что ведет к росту в реакционном объеме кислотности, которая является одним из основных параметров, определяющих успешное извлечение ниобия и тантала. Кроме этого, низкая взаимная растворимость октанола-1 и воды друг в друге создает благоприятные условия образования негидратированных титановых солей, что позволяет поддерживать в пульпе высокую концентрацию титана, при которой ниобий и тантал хорошо переходят в экстракт. Использование фтороводородной кислоты позволяет за счет экзотермичности реакции ускорить разложение труднорастворимого исходного сырья и снизить энергозатраты на его проведение. Все это способствует более эффективному разложению лопаритового концентрата.

Насыщение октанола-1 фтороводородной кислотой до концентрации кислоты 110-140 г/л с образованием рабочего реагента обусловлено емкостью октанола-1 по данной кислоте. При концентрации кислоты менее 110 г/л снижаются степень вскрытия лопаритового концентрата и соответственно степень извлечения ниобия и тантала в экстракт, а также повышается расход реагента. Концентрация фтороводородной кислоты 140 г/л соответствует предельному растворению ее в октаноле-1.

Обработка концентрата реагентом при начальной температуре 10-20°С обусловлена тем, что проведение процесса разложения лопаритового концентрата сольватом октанола-1 с фтороводородной кислотой не требует подвода тепла извне. Протекающая реакция является экзотермической, поэтому выделенного тепла достаточно для осуществления процесса разложения. Кроме того при пониженных температурах лучше сохраняются свойства экстрагента. Обработка концентрата реагентом при начальной температуре ниже 10°С ведет к увеличению продолжительности разложения. Обработка концентрата реагентом при начальной температуре выше 20°С нежелательна, так как экстракция ниобия с ростом температуры падает.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в повышении технологичности способа за счет снижения его длительности и энергоемкости при одновременном повышении степени извлечения ниобия и тантала в экстракт и их сквозного извлечения.

В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны следующие конкретные операции и режимные параметры.

Обработка лопаритового концентрата реагентом в виде насыщенного фтороводородной кислотой октанола-1 при соотношении Т:Ж=1:(8÷12) обеспечивает полноту вскрытия концентрата и высокое извлечение в экстракт ниобия и тантала, поскольку расход жидкой фазы в указанном интервале значений позволяет повысить ее реакционную способность и экстракционную способность. При снижении расхода жидкой фазы менее 8 снижается степень вскрытия лопаритового концентрата и степень извлечения ниобия и тантала в экстракт, а обработка концентрата при расходе жидкой фазы более 12 технологически не оправдана.

Обработка концентрата реагентом в течение 20-40 минут является достаточной для обеспечения полноты вскрытия лопаритового концентрата и достижения высокой степени извлечения ниобия и тантала из концентрата. При этом снижается длительность способа.

Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют осуществить способ в оптимальном режиме с точки зрения получения высоких технологических показателей.

Сущность заявляемого изобретения и его преимущества могут быть пояснены следующими Примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Осуществляют обработку 10 г лопаритового концентрата Ловозерского месторождения, состава, мас.%: 37,4 ТiO2, 7,85 Nb2O5, 0,62 Ta2O5, 33,89 ΣLn2O3, 0,7 ThO2, 8,6 Na2O, 4,35 CaO, 1,8 SrO, 1,6 Fe2О3, 2,27 SiO2, 0,45 Аl2O3 с крупностью частиц 70 мкм реагентом в виде октанола-1, насыщенного фтороводородной кислотой до ее концентрации 130 г/л HF при соотношении Т:Ж=1:10. Начальная температура реагента 20°С. Образовавшуюся пульпу в количестве 102 мл перемешивают в течение 20 мин с переводом в органическую фазу-экстракт основной части ниобия и тантала и части титана в виде фторометаллатных кислот, а в твердую фазу - остаточной части фторидов ниобия и тантала и другой части титана в виде негидратированного фтортитаната натрия. При этом температура реакционной смеси поднимается до 49°С. Затем пульпу отстаивают в течение 10 мин и декантацией отделяют органическую фазу-экстракт от твердой фазы. После разделения фаз получают 90 мл экстракта и 11,38 г твердой фазы в пересчете на сухой остаток. Степень извлечения в экстракт составила, %: 95,9 Nb2O5, 96,4 Та2O5. При степени извлечения ниобия и тантала из концентрата 98,5% Nb2O5 и 98,9% Та2O5 сквозное извлечение за одну операцию вскрытия-экстракции составляет: Nb2O5 94,5% и Та2O5 95,3%.

Пример 2. Осуществляют обработку 10 г лопаритового концентрата состава по Примеру 1 с крупностью частиц 70 мкм реагентом в виде октанола-1, насыщенного фтороводородной кислотой до ее концентрации 140 г/л HF при соотношении Т:Ж=1:8. Начальная температура реагента 10°С. Образовавшуюся пульпу в количестве 81,5 мл перемешивают в течение 30 мин с переводом в органическую фазу-экстракт основной части ниобия и тантала и части титана в виде фторометаллатных кислот, а в твердую фазу - остаточной части фторидов ниобия и тантала и другой части титана в виде негидратированного фтортитаната натрия. При этом температура реакционной смеси поднимается до 50°С. Затем пульпу отстаивают в течение 10 мин и декантацией отделяют органическую фазу-экстракт от твердой фазы. После разделения фаз получают 71 мл экстракта и 10,95 г твердой фазы в пересчете на сухой остаток. Степень извлечения в экстракт составила, %: 96,3 Nb2O5, 97,8 Та2O5. При степени извлечения ниобия и тантала из концентрата 98,5% Nb2O5 и 99,4% Та2O5 сквозное извлечение за одну операцию вскрытия-экстракции составляет: Nb2О5 94,9% и Та2O5 97,2%.

Пример 3. Осуществляют обработку 10 г лопаритового концентрата состава по Примеру 1 с крупностью частиц 60 мкм реагентом в виде октанола-1, насыщенного фтороводородной кислотой до ее концентрации 110 г/л HF при соотношении Т:Ж=1:12. Начальная температура реагента 20°С. Образовавшуюся пульпу в количестве 122 мл перемешивают в течение 30 мин с переводом в органическую фазу-экстракт основной части ниобия и тантала и части титана в виде фторометаллатных кислот, а в твердую фазу - остаточной части фторидов ниобия и тантала и другой части титана в виде негидратированного фтортитаната натрия. При этом температура реакционной смеси поднимается до 52°С. Затем пульпу отстаивают в течение 10 мин и декантацией отделяют органическую фазу-экстракт от твердой фазы. После разделения фаз получают 109 мл экстракта и 12,18 г твердой фазы в пересчете на сухой остаток. Степень извлечения в экстракт составила, %: 97,8 Nb2O5, 97,6 Ta2O5. При степени извлечения ниобия и тантала из концентрата 98,9% Nb2O5 и 99,7% Та2О5 сквозное извлечение из концентрата за одну операцию вскрытия-экстракции составляет: Nb2O5 96,7% и Та2O5 97,3%.

Пример 4. Осуществляют обработку 10 г лопаритового концентрата состава по Примеру 1 с крупностью частиц 50 мкм реагентом в виде октанола-1, насыщенного фтороводородной кислотой до ее концентрации 120 г/л HF при соотношении Т:Ж=1:9. Начальная температура реагента 15°С. Образовавшуюся пульпу в количестве 101 мл перемешивают в течение 40 мин с переводом в органическую фазу-экстракт основной части ниобия и тантала и части титана в виде фторометаллатных кислот, а в твердую фазу - остаточной части фторидов ниобия и тантала и другой части титана в виде негидратированного фтортитаната натрия. При этом температура реакционной смеси поднимается до 51°С. Затем пульпу отстаивают в течение 10 мин и декантацией отделяют органическую фазу-экстракт от твердой фазы. После разделения фаз получают 81 мл экстракта и 11,82 г твердой фазы в пересчете на сухой остаток. Степень извлечения в экстракт составила, %: 97,8 Nb2O5, 97,6 Та2О5. При степени извлечения ниобия и тантала из концентрата 99,0% Nb2O5 и 99,8% Та2О5 сквозное извлечение из концентрата за одну операцию вскрытия-экстракции составляет: Nb2O5 96,8% и Та2O5 97,4%.

Как видно из данных, приведенных в Примерах, использование предлагаемого способа извлечения ниобия и тантала из лопаритового концентрата обеспечивает степень извлечения в экстракт 95,9-97,8% Nb2O5 и 96,4-97,8% Та2O5. При этом сквозное извлечение ниобия из концентрата за одну операцию вскрытия-экстракции достигает 96,8%, а тантала - 97,4% при меньшей длительности процесса и более низкой начальной температуре. Все это повышает технологичность способа. Заявляемый способ относительно прост и может быть реализован с использованием стандартного оборудования.

1. Способ извлечения ниобия и тантала из титансодержащего редкометального концентрата, включающий обработку тонкоизмельченного концентрата реагентом, содержащим октанол-1, насыщенный фтороводородной кислотой, с образованием пульпы при перемешивании с переводом основной части ниобия и тантала и части титана в виде фторметаллатных кислот в экстракт и концентрированием в твердой фазе остаточной части фторидов ниобия и тантала и другой части титана в виде его фторидного соединения, отстаивание пульпы и отделение экстракта от твердой фазы, отличающийся тем, что в качестве титансодержащего редкометального концентрата используют лопаритовый концентрат, титан концентрируют в твердой фазе в виде негидратированного фтортитаната натрия, в качестве реагента берут октанол-1, насыщенный фтороводородной кислотой до концентрации 110-140 г/л, а обработку концентрата реагентом ведут при начальной температуре 10-20°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку концентрата ведут при Т:Ж=1:(8÷12) в течение 20-40 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению вентильных металлов, в частности порошков вентильных металлов. .

Изобретение относится к извлечению ниобия (V) из водного фторсодержащего раствора с использованием сорбентов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Изобретение относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.
Изобретение относится к получению порошка вентильного металла для применения его в качестве материала анода для электролитических конденсаторов. .
Изобретение относится к производству высококачественных порошков тугоплавких металлов. .
Изобретение относится к восстановлению порошков вентильных металлов, в частности порошков ниобия, порошков тантала или их сплавов. .

Изобретение относится к способам получения порошка тугоплавкого металла. .

Изобретение относится к получению порошков вентильных металлов, в частности ниобиевых и танталовых порошков. .

Изобретение относится к способу получения металлической сурьмы из сурьмяного сырья. .
Изобретение относится к технологии сольвометаллургической переработки редкометалльного сырья, в частности перовскитового концентрата, с извлечением ниобия и тантала и может быть использовано в химической и смежных отраслях промышленности.

Изобретение относится к гидрометаллургии тугоплавких металлов и может быть использовано при извлечении молибдена из полиметаллического сырья выщелачиванием органическими реагентами.
Наверх