СПОСОБ ЭКСТРАКЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ТАНТАЛА И НИОБИЯ ИЗ КИСЛЫХ ФТОРИДНО-СУЛЬФАТНЫХ КИСЛЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2005 года по МПК C01G33/00 C01G35/00 

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 фтористоводородной и серной кислот. В настоящее время для извлечения тантала 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 из кислых растворов экстракцией метилизобутилкетоном (МИБК) [Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. Металлургия редких металлов. - М.: Металлргия, 1991. - 432 с.]. Недостатком этого способа является достаточно высокая растворимость экстрагента 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 вызывает существенное удорожание технологического процесса.

Известен способ извлечения тантала и отделения его от ниобия и кислых фторидно-сульфатных растворов экстракцией алифатическими спиртами С₇-С₉ [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 О:В≥ 20:1, реэкстракцию тантала водой. Недостатком этого способа являются необходимость проведения процесса экстракции при высокой кислотности водной фазы, невысокая степень экстракции тантала и низкая величина коэффициента разделения тантала и ниобия.

Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ экстракционного разделения тантала и ниобия с использованием в качестве экстрагента трибутилфосфата [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 8 М H₂SO₄) в присутствии большого избытка фторид-ионов. Коэффициенты разделения не превышают 100. Сравнение всех параметров экстракции прототипа и предлагаемого способа дано в табл.1-5. Недостатками данного способа являются: высокая кислотность водной фазы (концентрация свободной серной кислоты не менее 300 г/л), относительно невысокая степень извлечения и разделения тантала и ниобия, низкая скорость расслаивания органической и водной фаз и самого процесса экстракции металлов. Это приводит к необходимости использования большого числа экстракционных аппаратов и их размеров и, следовательно, к увеличению затрат при использовании экстракционного процесса.

Технической сущностью настоящего изобретения является увеличение степени извлечения тантала в органическую фазу, повышение степени разделения тантала и ниобия, снижение кислотности водной фазы при экстракции, а также увеличение скорости экстракции металлов и скорости расслаивания органической и водной фаз.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе экстракционного разделения тантала и ниобия, включающем извлечение тантала трибутилфосфатом, экстракцию ведут органическим экстрагентом, представляющим собой смесь трибутилфосфата (70-85% об.) и алифатического спирта С₇-С₉ (30-15% об.).

Суть предлагаемого способа поясняется следующими примерами.

Пример 1. Ведут экстракцию тантала и ниобия из фторидно-сульфатного водного раствора, содержащего 31,0 г/л тантала и 2,3 г/л ниобия. Содержание фторид-ионов 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 используется смесь 80% об. ТБФ и 20% об. октанола-1, а также 100% об. ТБФ (прототип). Экстракцию проводят при соотношении объемов органической и водной фаз О:В=1:1 и температуре 21° С. Время контакта фаз - 3 мин. В таблице 1 приведены данные по влиянию кислотности водной фазы на извлечение тантала и ниобия в органическую фазу.

Таблица 1
Влияние кислотности водной фазы на извлечение тантала и ниобия.Концентрация Н₂SO₄,г/лКоффициент распределения металлов100% ТБФ80% ТБФ+20% октанол-1D_ТаD_NbD_ТaD_Nb1003,10,303,60,231503,60,334,20,242008,20,4413,00,2625010,40,518000,30300900,898700,373502401,6>10000,464005103,3>10000,52

Из приведенных в табл.1 данных видно, что при использовании в качестве экстрагента смеси ТБФ и алифатического спирта C₇-С₉ извлечение металлов значительно выше, чем для ТБФ, при содержании серной кислоты более 250 г/л.

Пример 2. Ведут экстракцию тантала и ниобия из фторидно-сульфатного водного раствора, содержащего 31,0 г/л тантала и 2,3 г/л ниобия. Концентрация свободной серной кислоты - 300 г/л, а связанного с металлами фторид-иона - 23,2 г/л, что соответствует стехиометрическому соотношению металл:фторид-ион - 1:7. Органическая фаза - смесь трибутилфосфата и октанола-1 с различным соотношением между собой. Экстракцию проводят при соотношении органической и водной фаз О:В=1:1 и температуре 20,6° С. Время контакта фаз - 5 мин. В таблице 2 приведены данные по влиянию состава органической фазы на разделение тантала и ниобия.

Таблица 2
Влияние состава органической фазы на извлечение и разделение тантала и ниобияСостав органической фазы, % об.Коффициент распределения металловКоэффициент назделения, β Та/NbОктанол-1ТБФD_ТаD_Nb 10007,40,184295512,00,1866901016,00,1891802021,00,2295604061,50,391574060920,4619830706100,9266020808700,9789015858201,26801090981,1870100901,090

Приведенные результаты указывают на то, что высокое извлечение тантала и его отделение от ниобия достигается в интервале концентраций ТБФ и алифатического спирта: 70-85% об. ТБФ и 30-15% об. спирта.

Пример 3. Процесс экстракционного разделения тантала и ниобия ведут при различном времени контакта фаз. Состав органической фазы приведен в примере 2. Экстракцию проводят при соотношении органической и водной фаз О:В=1:1 и температуре 20,9° С. В таблице 3 приведены данные по влиянию времени контакта фаз на экстракцию тантала и ниобия.

Таблица 3
Влияние времени контакта фаз на экстракцию тантала и ниобияВремя контакта фаз, минКоффициент распределения металлов100% ТБФ80% ТБФ+20% октанол-1D_TaD_NbD_ТaD_Nb1120,22930,322280,303200,533410,438100,964520,798500,955901,08700,9710981,18800,96201011,08601,030991,19000,99601061,18800,98

Из приведенных в табл.3 данных следует, что при экстракции органическим растворителем, содержащим смесь 80%об. ТБФ и 20%об. октанола-1, для достижения величины коэффициентов распределения тантала и ниобия, близкой к равновесным, достаточно 3-4 мин контакта фаз, в то время как при использовании 100% необходимо не менее 10 мин.

Пример 4. Экстракцию тантала и ниобия ведут в соответствии с условиями примера 3. В случае использования в качестве органической фазы раствора 80% об. ТБФ и 20% об. октанола-1 максимальная производительность по сумме потоков органической и водной фаз достигает 5,3 м³/м²·^{час. В тоже время при использовании в качестве органической фазы неразбавленного ТБФ максимальная производительность по сумме фаз составляет 2,1 м3/м2·час. Таким образом, использование в качестве экстрагента смеси ТБФ и спирта позволяет повысить скорость расслаивания фаз, а значит, и производительность экстракционного оборудования.}

Пример 5. Процесс экстракционного разделения тантала и ниобия ведут в соответствии с условиями примера 1. В качестве органической фазы используют трибутилфосфат (80% об.) с добавкой 20% об. алифатических спиртов (ROH, где R: С₆ - гексанол, С₇ - гептанол, C₈ - октанол-2, С₉ - нонанол и С₁₀ - деканол). В таблице 4 приведены данные по влиянию природы спирта на эффективность разделения тантала и ниобия.

Таблица 4
Влияние природы спирта на эффективность разделения тантала и ниобияКонцентрация Н₂SO₄, г/лКоэффициент разделения, β _Та/NbГексанолГептанолОктанол-2НонанолДеканол10031112134150515141572001117181710250100850860850963001308909009101203501078708808701104008365070071084

Из приведенных в таблице 4 данных видно, что наиболее эффективно использование в качестве добавки спиртов с длиной радикала в алифатической цепи C₇-С₉. Кроме того, использование гексанола (R - С₆) приводит к большим его потерям из-за достаточно высокой растворимости в водной фазе. При использовании деканола (R - С₁₀) наблюдается резкое ухудшение процесса расслаивания органической и водной фаз.

Пример 6. Из фторидно-сульфатного водного раствора проводят разделение экстрагентом, содержащим 80% об. ТБФ и 20% об. октанола-1. Состав исходной водной фазы (г/л): тантал - 30,5; ниобий - 7,8; серная кислота - 253; фторид-ион - 39. Экстракцию ведут при соотношении объемов органической и водной фаз О:В=1,2:1. Промывку равновесной органической фазы и реэкстракцию проводят водой при различном соотношении органической и водной фаз. Промывные воды объединяются с исходной водной фазой и направляются на экстракцию. Условия процесса и полученные экспериментальные дынные приведены в таблице 5.

Таблица 5
Основные показатели процесса разделения тантала и ниобияПоказательПредлагаемый способПрототипСостав экстрагента80% об. ТБФ и 20% об октанола-1100%об. ТБФЭкстракцияЧисло ступеней противотока44Отношение объемов фаз O:В1,2:11,2:1Содержание тантала в рафинате, г/л0,0040,26Извлечение тантала в экстракт, %99,999,1ПромывкаСостав промывного раствораВода50 г/л H₂SO₄Число ступеней противотока33Отношение объемов фаз O:В30:130:1РеэкстракцияСостав реэкстрагирующего раствораВода10%NH₄OHЧисло ступеней противотока44Отношение объемов фаз O:В5:15:1Содержание тантала в реэкстракте152141Извлечение тантала в реэкстракт, %99,592,5Коэффициент разделения, β _Та/Nb1790150

Приведенный пример показывает, что общее извлечение тантала, а также коэффициент разделения тантала и ниобия по заявленному способу выше, чем по способу-прототипу. При этом операции промывки органической фазы и реэкстракции могут проводиться водой, в то время как в случае использования в качестве органической фазы неразбавленного ТБФ (прототип) для интенсификации процесса расслаивания фаз используют водные растворы реагентов (серная кислота, фторид аммония).

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет повысить извлечение тантала, а также степень экстракционного разделения тантала и ниобия. Кроме того, предлагаемый процесс позволяет проводить экстракцию из менее кислых растворов (200-250 г/л серной кислоты), что приводит к снижению затрат на реагенты. Наконец эффективность процесса экстракции повышается за счет снижения затрат на экстракционное оборудование вследствие уменьшения времени контакта фаз и увеличения скорости расслаивания водной и органической фаз, которая составляет 5,3 м³/м²·^{час для предлагаемого способа и 2,1 м3/м2·час для прототипа.}

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 трибутилфосфата в количестве 70-85 %об. с алифатическим спиртом c₇-С₉ в количестве 30-15 %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.

Способ экстракционного разделения тантала и ниобия из кислых фторидно-сульфатных растворов, отличающийся тем, что экстракцию ведут смесью трибутилфосфата и алифатического спирта С₇-С₉ при соотношении компонентов, об.%:

Трибутилфосфат 70-85

Спирт С₇-С₉ 30-15