СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТАНТАЛА ИМПРЕГНАТОМ ИЗ ФТОРИДНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2025 года по МПК C22B34/24 C22B3/24 

Настоящее изобретение относится к гидрометаллургии тантала, в частности к способу сорбционного извлечения тантала импрегнатами из фторидных растворов, и может быть использовано при переработке как первичного, так и вторичного танталсодержащего сырья.

Известен способ сорбционного извлечения тантала анионитами и амфолитами. [Пахолков B.C., Сунцов А.С. Сорбция ионов элементов подгруппы титана, ниобия и тантала из растворов MeF₄(MeF₅)-NH₄F(NH₄F-HF)-Н₂О анионитами и амфолитами // Журнал прикладной химии. 1979. Т. 52, №7. С. 1484-1487]. В работе использовали анионит АВ-17 и амфолит ВП-14п.

Известен также способ извлечения тантала из фторидных растворов твердым экстрагентом ТВЭКС-ТБФ [Палант А.А., Резниченко В.А., Петрова В.А. Экстракция тантала твердыми экстрагентами из растворов фтористоводородной кислоты // Цветные металлы. 1990. №8. С. 76-79].

К недостаткам вышеописанных способов относятся низкая емкость сорбентов и коэффициента распределения по танталу.

Известен экстракционный способ извлечения тантала из кислых фторидно-сульфатных растворов смесью метилизобутилкетона в количестве 40-80 об. %, с алифатическим спиртом С7-С9 в количестве 20-60 об. % [Патент РФ №2269582]. Недостатком способа являются высокие потери экстрагента метилизобутилкетона и пожароопасность производства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату при использовании является способ извлечения тантала из фторидных растворов импрегнатом, содержащим метилизобутилкетон (МИБК) [Turkowska M., Karoń K., Milewski A., Jakóbik-Kolon A. Solvent-impregnated sorbents for tantalum from niobium separation using a fixed-bed column // Materials. 2022. V. 15. №4. P. 1513, прототип].

Недостатками этого способа являются низкая емкость сорбента по танталу и невысокий коэффициент его распределения, большая растворимость МИБК - 1,9 г/100 мл H₂O, малая степень десорбции тантала (40% за пять ступеней контакта), обусловливающая необходимость сжигания насыщенного сорбента для его полного извлечения.

Технической задачей заявляемого изобретения является увеличение емкости и коэффициента распределения по танталу, снижение потерь экстрагента за счет более низкой растворимости октанола-1 в сравнении с МИБК, а также возможность десорбции тантала с высокой степенью извлечения в элюат.

Технический результат достигается тем, что в способе извлечения тантала импрегнатом, содержащим экстрагент, из фторидсодержащих растворов, включающем сорбцию тантала импрегнатом, содержащим экстрагент, его промывку и десорбцию тантала, согласно изобретению в качестве экстрагента используют октанол-1 в интервале его концентраций в импрегнате 20-70 мас.%, а десорбцию осуществляют раствором фторида аммония с концентрацией 20-100 г/л.

В качестве синтетической матрицы используют стирол-дивинилбензольный сополимер, например Поролас. Возможно использование других пористых носителей (активированных углей, коммерческих смол и др.).

Содержание экстрагента свыше 70 мас.% приводит к повышенному вымыванию органической фазы на первых двух циклах сорбции, вследствие предельного насыщения матрицы, при содержании экстрагента менее 20 мас.% происходит значительное снижение степени извлечения тантала.

Снижение потерь экстрагента достигается за счет использования октанола-1, имеющего более низкую растворимость (в воде - 0,46 г/л), чем МИБК.

Концентрация элюента - фторида аммония, хорошо растворимого в воде, зависит от содержания тантала в насыщенном им импрегнате: избыток фторида аммония в элюенте составляет 20-30% от стехиометрически необходимого для количественной десорбции. Осуществление реагентной десорбции тантала раствором фторида аммония по сравнению с прототипом позволяет увеличить почти вдвое степень десорбции, избежать операции сжигания импрегната и возвратить импрегнат в цикл сорбции для многократного использования.

Осуществление процесса извлечения тантала из фторидных растворов подтверждают следующие примеры.

Пример 1

В пластиковую коническую колбу на 150 мл вносят навеску 3,5 г стирол-дивинилбензольного сополимера, модифицированного октанолом-1 (импрегнат - октанол-1) по методике, описанной в прототипе (поскольку содержание экстрагента в прототипе не указано) и фторидный раствор, содержащий 1,35 мг/л тантала, осуществляют постоянное механическое перемешивание при температуре 22±1°С в течение 24 час. Десорбцию тантала проводят в статических условиях в течение 6 ч, используя объем элюента 15 мл, В качестве элюента в отличие от прототипа, где при использовании оксалата аммония (4%) за 5 ступеней контакта степень десорбции составила 40%, используют раствор фторида аммония. По балансовому соотношению с учетом концентрации металла в исходном и конечном растворах определяют емкость импрегната по танталу и рассчитывают коэффициент распределения тантала К_d как отношение равновесной емкости импрегната к равновесной его концентрации в растворе; степень десорбции тантала, % рассчитывают как отношение массы тантала, перешедшей в элюат, к массе тантала в насыщенном импрегнате (таблица 1).

Таблица 1

Импрегнат Сорбционная емкость по Та, мг/г Kd, мл/г Степень сорбции Та, % Элюент Степень десорбции Та, % Импрегнат-октанол-1 0,0192 6414 99,8 NH₄F, 100 г/л 87 Импрегнат - МИБК
(прототип) 0,0185 343 96 (NH₄)₂C₂O₄, 4% 40 (5 ступеней)

Пример 2

Для сорбции тантала из кислого сульфатно-фторидного раствора, содержащего 975 мг/л тантала, 3 М H₂SO₄, 1 М HF, используют импрегнат-октанол-1 с содержанием октанола-1 20 мас.%. Сорбцию и десорбцию тантала осуществляли в условиях, описанных в примере 1. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2

Сорбент Сорбционная емкость по Та, мг/г Коэффициент распределения Kd, мл/г Степень сорбции Та, % Степень десорбции Та, % Импрегнат-октанол-1 (20%) 141 203 29 46,8

Пример 3

Для сорбции тантала из кислого сульфатно-фторидного раствора, содержащего 975 мг/л тантала, 3 М H₂SO₄, 1 М HF, используют импрегнат-октанол-1 с содержанием октанола-1 50 мас.%. Сорбцию и десорбцию тантала осуществляли в условиях, описанных в примере 2. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3

Сорбент Сорбционная емкость по Та, мг/г Коэффициент распределения Kd, мл/г Степень сорбции Та, % Степень десорбции Та, % Импрегнат-октанол-1 (50%) 330 1048 67,7 81,6

Пример 4

Для сорбции тантала из кислого сульфатно-фторидного раствора, содержащего: 975 мг/л тантала, 3 М H₂SO₄, 1 М HF, используют импрегнат-октанол-1 с содержанием октанола-1 70 мас.%. Сорбцию и десорбцию тантала осуществляли в условиях, описанных в примере 2. Результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4

Сорбент Сорбционная емкость по Та, мг/г Коэффициент распределения Kd, мл/г Степень сорбции Та, % Степень десорбции Та, % Импрегнат-октанол-1 (70%) 422 3229 86,6 80,8

Использование импрегната, содержащего октанол-1, позволяет не только улучшить сорбционные показатели извлечения тантала и повысить концентрацию товарного танталового элюата, но и снизить расход сорбента благодаря его более высокой механической прочности по отношению к прототипу.

Заявляемый процесс, в сравнении с прототипом, обладает значительно лучшими сорбционными характеристиками, что обеспечивает:

- высокую степень сорбции тантала при комнатной температуре, на 3,8% выше, чем при использовании в качестве модификатора МИБК;

- более высокую степень десорбции тантала в товарный элюат: 87% за один контакт (по прототипу - 40% за 5 ступеней);

- снижение потерь экстрагента за счет меньшей по сравнению С МИБК растворимости октанола-1 в водных растворах;

- сокращение циклов сорбции для полного извлечения тантала.

Вышеперечисленное позволяет улучшить технико-экономические показатели сорбционного извлечения тантала из фторидных растворов за счет сокращения расхода сорбента.

Импрегнат, модифицированный октанолом-1, может быть использован в процессе гидрометаллургического извлечения тантала из фторидных растворов переработки минерального, техногенного и вторичного сырья.

Изобретение относится к гидрометаллургии тантала и может быть использовано для его извлечения из фторидных растворов переработки минерального, техногенного и вторичного сырья. Способ включает сорбцию тантала импрегнатом, содержащим экстрагент, его промывку и десорбцию тантала. При этом в качестве экстрагента используют октанол-1 в интервале его концентраций в импрегнате 20-70 мас.%, а десорбцию осуществляют раствором фторида аммония с концентрацией 20-100 г/л. Обеспечивается повышение степени сорбции и десорбции тантала, сокращение расхода сорбента, увеличение концентрации тантала в товарном элюате, снижение потерь экстрагента при эксплуатации. 4 табл., 4 пр.

Способ извлечения тантала импрегнатом, содержащим экстрагент, из фторидсодержащих растворов, включающий сорбцию тантала импрегнатом, содержащим экстрагент, его промывку и десорбцию тантала, отличающийся тем, что в качестве экстрагента используют октанол-1 в интервале его концентраций в импрегнате 20-70 мас.%, а десорбцию осуществляют раствором фторида аммония с концентрацией 20-100 г/л.