СПОСОБ ЭКСТРАКЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ТАНТАЛА И НИОБИЯ ИЗ КИСЛЫХ ФТОРИДНО-СУЛЬФАТНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2006 года по МПК C22B34/24 C22B3/26 

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 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 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 С₇-С₉, 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 ниобияСостав органической фазы, об.%Коэффициент распределения металловКоффициент разделения, β_Та/NbОктанол-1МИБКD_TaD_Nb10007,40,18429559,60,1659,8901015,00,1788,1802018,11,1995,0703039,30,1920760402410,17142070304620,15308040608430,16527030703570,20187020801330,17780109019,10,18106010015,20,1993,5

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 ниобияКонцентрация Н₂SO₄, г/лКоэффициент распределения металлов100% МИБК (прототип)60% МИБК+40% октанол-1D_ТаD_NbD_TaD_Nb1003,40,055,80,071508,10,0810,20,0820010,20,13240,1225014,30,188100,1528015,20,198430,1630016,50,188900,1735090,20,25>12000,614002100,86>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 ниобияКонцентрация
H₂SO₄, г/лКоэффициент разделения, β_Та/NbГексанолГептанолОктанол-2НонанолДеканол10029818573351504694102916320078180210160102250710130013501230850280700132014001270840300750134015101280860350740135015201300870400520920980910750

Из приведенных в таблице 3 данных видно, что наиболее эффективно использование в качестве добавки спиртов с длиной радикала в алифатической цепи С₇-С₉. 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 ниобияВремя контакта фаз, мин.Коэффициент распределения металлов100% МИБК(прототип)60% МИБК+40% октанол-1D_TaD_NbD_TaD_Nb111,30,127900,12212,60,138500,16312,40,118200,16413,10,178350,17515,20,198430,161015,10,188650,162015,30,168400,173015,80,178500,159014,90,188610,18

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 (β_Та/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 ниобияПоказательПредлагаемый способПрототипСостав экстрагента60 об.% МИБК и 40 об.% октанола-1100% МИБКЭкстракцияЧисло ступеней противотока34Отношение объемов фаз О:В1,1:11,2:1Содержание тантала в рафинате, г/л0,0070,140Извлечение тантала в экстракт, %99,9799,5ПромывкаСостав промывного раствораВода50 г/л Н₂SO₄Число ступеней противотока33Отношение объемов фаз O:В30:130:1РеэкстракцияСостав реэкстрагирующего раствораВода10% NH₃Число ступеней противотока44Отношение объемов фаз O:В5:15:1Содержание тантала в реэкстракте173146Извлечение тантала в реэкстракт, %99,799,0Коэффициент разделения, β_Ta/Nb7300210Потери МИБК при экстракции (г/кг Та)39Потери спирта С₇-С₉ при экстракции (г/кг Та)2-

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 С₇-С₉ 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.

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 С₇-С₉, при этом метилизобутилкетон берут в количестве 40-80 об.%.