СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ НИОБИЯ И ТАНТАЛА ИЗ ТИТАНСОДЕРЖАЩЕГО РЕДКОМЕТАЛЬНОГО КОНЦЕНТРАТА Российский патент 2011 года по МПК C22B34/24 C22B3/16 

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.

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.

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.