Патент на изобретение №2245305
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ЭКСТРАКЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ТАНТАЛА И НИОБИЯ ИЗ КИСЛЫХ ФТОРИДНО-СУЛЬФАТНЫХ КИСЛЫХ РАСТВОРОВ
(57) Реферат:
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.
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 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.
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.
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.
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.
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.
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.
Формула изобретения
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
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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.
Та/Nb