СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ НИОБИЯ ИЗ СОЛЯНО-КИСЛЫХ РАСТВОРОВ, СОДЕРЖАЩИХ НИОБИЙ, ТАНТАЛ И ТИТАН Российский патент 2003 года по МПК C01G33/00 C01G35/00 C01G23/00 C22B3/40 

Изобретение относится к способам выделения ниобия из соляно-кислых растворов, содержащих ниобий, тантал и титан, и может быть использовано для отделения ниобия от тантала и титана при переработке ниоботанталового сырья гидрохлоридным способом, а также в гидрометаллургии при получении чистых соединений ниобия, тантала и титана.

Известен способ выделения ниобия из соляно-кислых ниобий-тантал-содержащих растворов (см. MARCHART H. Et al, "Zur extraktion von Niob und Tantal mit Triisooktylamin", Mikrochim/Acta, 1962, 6, s. 1152-1164), включающий экстракцию ниобия из соляно-кислых растворов с концентрацией 10,5 М НСl органической смесью, содержащей 3 об.% триизооктиламина (ТиОА) и инертный разбавитель - четыреххлористый углерод (ССl₄). Степень извлечения в органическую фазу составляет 95% Nb₂O₅ и 88% Та₂O₅.

Недостатками способа являются невысокая степень разделения ниобия и тантала, а также использование в качестве инертного разбавителя четыреххлористого углерода, имеющего высокую плотность (d=l,5842 при 25^oС), что создает определенные трудности при разделении фаз. Поэтому такой способ пригоден только для извлечения ниобия из растворов, содержащих микроконцентрации ниобия и тантала.

Известен способ выделения ниобия из соляно-кислых ниобий-тантал-содержащих растворов (см. WIRZA M.Y. et al, "Liquid-liquid extraction bu triiso-octylamine in methyl-isobutyl ketone from aqueous hydrochlorik acid", Analytical Chim. Acta, 1967, 37, p. 402-404), включающий экстракционное отделение ниобия от тантала органической смесью, содержащей 5 об.% триизооктиламина и 95 об.% метилизобутилкетона (МИБК), с переводом ниобия в органическую фазу, а тантала - в водную и разделение органической и водной фаз. Экстракцию ведут из соляно-кислых растворов с концентрацией 6 М НСl. Степень извлечения в органическую фазу составляет 82,7% Nb₂O₅ и 2,8% Та₂O₅.

Недостатком способа является невозможность использования его для извлечения ниобия из концентрированных по ниобию, танталу и титану соляно-кислых растворов, поскольку степень извлечения ниобия и коэффициенты разделения очень незначительны (см. примеры 10, 11). Недостатками способа являются также потери экстрагента вследствие значительной растворимости МИБК в воде, а также опасность воспламенения из-за низкой температуры вспышки МИБК.

Известен также способ выделения ниобия из соляно-кислых растворов, содержащих ниобий, тантал и титан (см. Гибало И.М. и др. "Экстракция ниобия и тантала из соляно-кислых растворов бензальдегидом и ацетофеноном". Вестник Московского университета, Химия, 1969, т. 24, 2, с. 98-101), включающий экстракционное отделение ниобия от тантала и титана ацетофеноном из разбавленных по редким элементам соляно-кислых растворов с концентрацией 9-10 М НСl с переводом ниобия в органическую фазу, а тантала и титана - в водную и разделение органической и водной фаз. Степень извлечения в органическую фазу составляет 91,0% Nb₂O₅, 3,0% Та₂O₅ и 3,0% TiO₂.

Недостатком способа является невозможность использования его для извлечения ниобия из концентрированных по ниобию, танталу и титану соляно-кислых растворов из-за высокой плотности ацетофенона (1,028 г/см³), соизмеримой с плотностью исследуемых соляно-кислых растворов, что приводит к ухудшению гидродинамических параметров процесса, в частности к увеличению времени расслаивания фаз до 3-4 суток (пример 9).

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения степени извлечения ниобия в органическую фазу с получением высоких коэффициентов разделения при экстракции из концентрированных по ниобию, танталу и титану соляно-кислых растворов, а также на улучшение гидродинамических показателей процесса.

Поставленная задача решается тем, что в способе выделения ниобия из соляно-кислых растворов, содержащих ниобий, тантал и титан, включающем экстракционное отделение ниобия от тантала и титана органическим экстрагентом, содержащим ацетофенон, с переводом ниобия в органическую фазу, а тантала и титана - в водную и разделение органической и водной фаз, согласно изобретению экстрагент дополнительно содержит триизооктиламин и инертный разбавитель при соотношении компонентов, об%: ацетофенон 30-50, триизооктиламин 20-40, инертный разбавитель - остальное.

Поставленная задача решается также тем, что используют соляно-кислые растворы, содержащие, г/л: 5-25 Nb₂O₅; 0,3-2,0 Та₂O₅ и 40-80 TiO₂.

Использование органической смеси триизооктиламина и инертного разбавителя с добавлением ацетофенона (АЦФ) позволяет избежать образования третьей фазы при экстракции. Количество вводимого ацетофенона оказывает существенное влияние на экстракционные характеристики процесса. При содержании в экстрагенте АЦФ <30 об.% снижается извлечение ниобия в органическую фазу. Увеличение содержания АЦФ в смеси >50 об.% приводит к получению органической фазы с высокой плотностью и соответственно к ухудшению гидродинамических характеристик процесса экстракции (снижению скорости расслаивания, сложностей, связанных с разделением водной и органической фаз и т.д.). Снижение содержания триизооктиламина (ТиОА)<20 об. % вызывает увеличение степени соэкстракции титана, а повышение содержания ТиОА >40 об.% сопровождается получением вязкой органической смеси без увеличения ее экстракционной способности по отношению к ниобию.

В качестве инертного разбавителя используют керосин различных марок, РЭД-1 (смесь парафиновых углеводородов фракции С₁₀-С₁₃), ксилолы, толуол и пр. , при этом замена одного разбавителя на другой не влияет на достигаемый результат.

Дальнейшую переработку экстрактов, содержащих ниобий, проводят известными способами с получением пентаоксида ниобия.

Сущность и преимущества заявляемого способа могут быть пояснены следующими примерами.

Пример 1. В соляно-кислый раствор с концентрацией 10 М НСl, содержащий, г/л: Nb₂O₅ 25,0; TiO₂ 80,0; Ta₂O₅ 2,0, вводят органический экстрагент, содержащий, об.%: ТиОА 20; АЦФ 50 и инертный разбавитель 30. Осуществляют экстракцию ниобия в течение 15 мин при соотношении фаз 1:1. При этом ниобий переводят в органическую фазу, а тантал и титан - в водную. Разделяют органическую и водную фазы. Степень извлечения в органическую фазу составляет, %: Nb₂O₅ 95,7; TiO₂ 0,5; Ta₂O₅ 0,1. Коэффициент разделения Nb/Ti и Nb/Ta равен соответственно 2,959•10³ и 14,859•10³.

Основные параметры выделения ниобия и достигаемые результаты по примерам 1-4 согласно заявляемому способу, а также по примерам 5-8 с запредельными значениями параметров, примеру 9 по прототипу и примерам 10, 11 по способу-аналогу представлены в таблице. Во всех примерах за исключением примера 9 время расслаивания фаз составило 15 мин.

Пример 2. В соляно-кислый раствор с концентрацией 9 М НСl, содержащий, г/л: Nb₂O₅ 11,0; TiO₂ 55,0; Ta₂O₅ 0,6, вводят органический экстрагент, содержащий, об.%: ТиОА 40; АЦФ 30 и инертный разбавитель 30. Далее процесс ведут аналогично Примеру 1. Степень извлечения в органическую фазу составляет, %: Nb₂O₅ 96,0; TiO₂ 0,1; Ta₂O₅ 0,05. Коэффициент разделения Nb/Ti и Nb/Ta равен соответственно 23,96•10³ и 47,194•10³.

Пример 3. Процесс ведут аналогично примеру 2, за исключением того, что используют органический экстрагент, содержащий, об. %: ТиОА 30; АЦФ 40 и инертный разбавитель 30. Степень извлечения в органическую фазу составляет, %: Nb₂O₅ 98,3; TiO₂ 0,1; Ta₂O₅ 0,05. Коэффициент разделения Nb/Ti и Nb/Ta равен соответственно 57,76•10³ и 113,739•10³.

Пример 4. В соляно-кислый раствор с концентрацией 10 М НСl, содержащий, г/л: Nb₂O₅ 5,0; TiO₂ 40,0; Ta₂O₅ 0,3, вводят органический экстрагент, содержащий, об.%: ТиОА 30; АЦФ 50 и инертный разбавитель 20. Далее процесс ведут аналогично примеру 1. Степень извлечения в органическую фазу составляет, %: Nb₂O₅ 98,9; TiO₂ 0,5; Ta₂O₅ 0,1. Коэффициент разделения Nb/Ti и Nb/Ta равен соответственно 17,88•10³ и 89,820•10³.

Пример 5. Процесс ведут аналогично примеру 1, за исключением того, что используют органический экстрагент, содержащий, об.%: ТиОА 50; АЦФ 20 и инертный разбавитель 30. Степень извлечения в органическую фазу составляет, %: Nb₂O₅ 48,7; TiO₂ 0,3; Ta₂O₅ 0,2. Коэффициент разделения Nb/Ti и Nb/Ta равен соответственно 0,049•10³ и 0,473•10³.

Пример 6. Процесс ведут аналогично примеру 1, за исключением того, что используют органический экстрагент, содержащий, об.%: ТиОА 10; АЦФ 50 и инертный разбавитель 40. Степень извлечения в органическую фазу составляет, %: Nb₂O₅ 90,4; TiO₂ 1,5; Ta₂O₅ 1,1. Коэффициент разделения Nb/Ti и Nb/Ta равен соответственно 0,618•10³ и 0,847•10³.

Пример 7. В соляно-кислый раствор с концентрацией 8 М НСl, содержащий, г/л: Nb₂O₅ 9,0; TiO₂ 49,0; Ta₂O₅ 0,5, вводят органический экстрагент, содержащий, об.%: ТиОА 30; АЦФ 40 и инертный разбавитель 30. Далее процесс ведут аналогично примеру 1. Степень извлечения в органическую фазу составляет, %: Nb₂O₅ 43,5; TiO₂ 0,3; Ta₂O₅ 0,2. Коэффициент разделения Nb/Ti и Nb/Ta равен соответственно 0,259•10³ и 0,384•10³.

Пример 8. В соляно-кислый раствор с концентрацией 11 М НСl, содержащий, г/л: Nb₂O₅ 5,0; TiO₂ 40,0; Ta₂O₅ 0,3, вводят органический экстрагент, содержащий, об.%: ТиОА 30; АЦФ 50 и инертный разбавитель 20. Далее процесс ведут аналогично примеру 1. Степень извлечения в органическую фазу составляет, %: Nb₂O₅ 97,3; TiO₂ 23,4; Ta₂O₅ 18,7. Коэффициент разделения Nb/Ti и Nb/Ta равен соответственно 0,118•10³ и 0,156•10³.

Пример 9 (по прототипу). Процесс ведут аналогично примеру 2, за исключением того, что в качестве экстрагента используют 100%-ный ацетофенон. В течение 15 мин расслаивания фаз не наблюдалось.

Пример 10 (аналог). В соляно-кислый раствор с концентрацией 10 М НСl, содержащий, г/л: Nb₂O₅ 23,0; TiO₂ 78,0; Ta₂O₅ 1,8, вводят органический экстрагент, содержащий, об.%: ТиОА 5 и МИБК 95. Далее процесс ведут аналогично примеру 1. Степень извлечения в органическую фазу составляет, %: Nb₂O₅ 2,8; TiO₂ 1,0; Ta₂O₅ 13,7. Коэффициент разделения Nb/Ti и Nb/Ta равен соответственно 0,0028•10³ и 0,00018•10³.

Пример 11 (аналог). Процесс ведут аналогично примеру 10, за исключением того, что используют соляно-кислый раствор с концентрацией 6 М НСl, содержащий, г/л: Nb₂O₅ 7,0; TiO₂ 68,0; Ta₂O₅ 1,6. Степень извлечения в органическую фазу составляет, %: Nb₂O₅ 0,97; TiO₂ 0,191; Ta₂O₅ 0,25. Коэффициент разделения Nb/Ti и Nb/Ta равен соответственно 0,0051•10³ и 0,0039•10³.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет по сравнению с прототипом повысить степень извлечения ниобия в органическую фазу до 95,7-98,9% с получением высоких коэффициентов разделения Nb/Ti и Nb/Ta при экстракции из концентрированных по ниобию, танталу и титану соляно-кислых растворов, а также улучшить гидродинамические показатели процесса, заключающиеся в снижении времени расслаивания фаз.

Изобретение относится к выделению ниобия из концентрированных растворов, содержащих ниобий, тантал и титан. Ниобий экстрагируют из растворов с концентрацией 9-10 М НСl, содержащих 5-25 г/л Nb₂O₅, 0,3-2,0 г/л Та₂О₅ и 40-80 г/л TiO₂. Органический экстрагент содержит, об.%: ацетофенон 30-50, триизооктиламин 20-40, инертный разбавитель - остальное. Ниобий переходит в органическую фазу, а тантал и титан остаются в водной. Результат способа - повышение степени извлечения ниобия в органическую фазу до 95,7-98,9%, увеличение коэффициентов разделения ниобия и титана и ниобия и тантала в концентрированных растворах, улучшение гидродинамических показателей процесса. 1 табл.

1. Способ выделения ниобия из солянокислых растворов, содержащих ниобий, тантал и титан, включающий экстракционное отделение ниобия от тантала и титана органическим экстрагентом, содержащим ацетофенон, с переводом ниобия в органическую фазу, а тантала и титана - в водную и разделение органической и водной фаз, отличающийся тем, что экстрагент дополнительно содержит триизооктиламин и инертный разбавитель при соотношении компонентов, об.%:
Ацетофенон - 30-50
Триизооктиламин - 20-40
Инертный разбавитель - Остальное
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют солянокислые растворы, содержащие, г/л:
Nb₂O₅ - 5-25
Та₂O₅ - 0,3-2,0
TiO₂ - 40-80.