способ получения пентоксида тантала

Формула изобретения

Способ получения пентоксида тантала, включающий обработку фтортанталата калия последовательно раствором аммиака и соляной кислоты, отличающийся тем, что для полного разложения фтортанталата калия с образованием гранулированного осадка, повышения чистоты пентоксида тантала, снижения требований по чистоте к исходному материалу и реагентам, снижения коррозионного воздействия на оборудование, фтортанталат калия предварительно нагревают в интервале 220÷250°С 1÷3 раза с промежуточным охлаждением до 70÷80°С до получения крупности -100+40 мкм более 85%, аммиачную обработку проводят при комнатной температуре, а циклы аммиачной и солянокислой обработок выполняют 2÷4 раза.

Описание изобретения к патенту

Способ относится к области гидрохимической фторидной переработки танталового сырья на чистые соединения тантала и ниобия.

В настоящее время основным методом переработки танталового сырья является гидрохимический, заключающийся в разложении концентратов плавиковой (или плавиковой и серной) кислотой, экстракционном выделении и разделении тантала и ниобия с получением раствора фтортанталата аммония, являющегося исходным для получения чистых фтортанталата калия (ФТК) и пентоксида тантала.

Известен способ (1) получения пентоксида тантала нейтрализацией раствора фтортанталата аммония раствором гидроксида аммония до значения рН >7,5, отделением выпавшего осадка фильтрацией, промывкой его водой, сушкой и прокаливанием.

Недостатками способа являются:

- образование при нейтрализации раствора фтортанталата аммония не гидроксида тантала, а смеси основных фторидов, по составу близкой к формуле (NH₄)₂Ta(OH) ₅F₂. Осадок содержит до 10-12% фтора. Удаление фтора и превращение основных фторидов в пентоксид происходит при высокотемпературной обработке, связанной с выделением в газовую фазу фторида аммония и фтористого водорода, что ведет к сильной коррозии оборудования и загрязнению продукта;

- большая влажность осадка, до 85%, плохая фильтруемость и отстой пульп, что делает невозможным полное удаление содержащего большое количество NH₄F маточного раствора промывками.

Известен способ (2), по которому из раствора "фтортанталата аммония получают фтортанталат калия, который при нагревании до 70-80°С обрабатывается раствором аммиака при соотношении Т:Ж=1:8-1:10 в течение 8-10 часов и затем 5% раствором HCl при соотношении Т:Ж=1:10-1:15 в течение одного часа. Продуктом обработки фтортанталата калия растворами аммиака и HCl являлся пентоксид тантала, что было подтверждено химическим и ренгеноструктурным методами анализа. Содержание фтора в пентоксиде тантала составляло до 1%" (цитата). Других сведений авторы не приводят. А поскольку метод представляет практический интерес, была сделана попытка его воспроизводства в лабораторных условиях.

Установлено, что декларируемый конечный результат может быть получен только, если применяется очень мелкий фтортанталат калия с размером частиц менее 2 мкм (осаждение из холодного раствора сухим хлористым калием при перемешивании), а полученный после аммиачной и кислотной обработок продукт прокаливается при температуре выше 900°С.

При этом выявлены следующие недостатки:

- высокая влажность (до 25%) мелкодисперсного ФТК, что снижает степень его очистки от примесей;

- обработка ФТК раствором аммиака при температуре 70-80°С в течение длительного времени не имеет смысла, так как NH₃ улетает из раствора менее чем за 1 час;

- после аммиачной обработки образуется студенистый, плохо фильтрующийся осадок с влажностью более 70%, близкий к составу [K,NH₄]₂Ta(OH) ₅F₂;

- после кислотной обработки образуется осадок плохо фильтрующийся, в сухом виде содержащий до 3-4% фтора и 1-1,5% калия. Маточный раствор содержит до 3 г/л тантала, что снижает извлечение тантала в пентоксид;

- прокалка сухого продукта сопровождается сильным газовыделением. Прокаленный продукт содержит до 2 % калия. Он химически не активен.

Задача изобретения - создание технологии, исключающей вышеуказанные недостатки, позволяющей повысить чистоту пентоксида тантала, снизить требования по чистоте к исходному материалу, реагентам, уменьшить коррозионное действие на оборудование, на основе способа, реализующего следующие принципиальные отличия:

- в качестве исходного используют ФТК крупностью в пределах -100+40 мкм более 85%. Это достигается 1-3-кратным нагреванием крупнокристаллического ФТК до температуры 220-250°С с промежуточным охлаждением до 70-80°С. В результате многократного полиморфного превращения кристаллы самоизмельчаются до требуемых размеров.

Обработка аммиачной водой ФТК приводит к образованию (NH ₄)KTa(OH)₅F₂ с сохранением размера и формы первоначальных частиц. Осадок быстро (1-2 мин) и полностью, с образованием плотного слоя, отстаивается. Это позволяет в дальнейшем исключить фильтрацию при промежуточных операциях. Аммиачная обработка проводится при комнатной температуре, что позволяет сократить в 2-2,5 раза расход аммиачной воды;

- после первой аммиачной обработки проводят водную промывку осадка, что исключает потери тантала при кислотной обработке.

В зависимости от требуемой чистоты конечного продукта проводят повторение циклов аммиачная-солянокислая обработка (2-4 цикла).

Последовательность и параметры операций указаны на технологической схеме 1 (см. в конце описания).

Предлагаемая технология обладает следующими преимуществами:

1. Высокое извлечение тантала в пентоксид за счет низкого содержания его в аммиачных и кислых фильтратах (на 3 уровне 0,01 г/л).

2. Возможность проведения всех операций разложения ФТК в одном реакторе без перегрузки осадка за счет применения декантации для отделения растворов.

3. Высокая степень разложения ФТК уже через 2 цикла. Содержание в пентоксиде тантала, высушенном при 120°С, составляет:

фтора	0,5%
калия	0,006%

После 3 циклов

фтора	0,12%
калия	0,002%

После 4 циклов

фтора	<0,1 %
калия	<0,002%

Дальнейшее повторение циклов определяемого результата не дает.

4. После двух и более циклов сухой осадок имеет состав Та₂O₅·3Н₂О. Для перевода его в пентоксид тантала достаточна температура 500°С.

5. Низкое содержание фтора в осадке снижает коррозию сушильного и прокалочного оборудования.

6. На операциях разложения ФТК допускается применение хозяйственно-питьевой или артезианской воды и реагентов марки «технический», без механических загрязнений. И только на последней кислотной обработке обязательно применение дистиллированной воды и соляной кислоты марки «ЧДА», «ХЧ».

7. Повторение кислотных обработок гидроксида приводит к эффективной очистке тантала от примесей.

Пример 1:

1. Кристаллический ФТК массой 100 г крупностью -100+40 мкм 85% нагревают до температуры 220°С и затем охлаждают до 70°С, вновь нагревают до температуры 220°С и охлаждают до комнатной температуры.

2. 100 г ФТК, полученного, как описано в п.1, загружают при перемешивании в 600 мл 10% водного раствора аммиака, пульпу перемешивают в течение не менее 2 часов, отстаивают в течение 15-25 мин. Отстоявшийся раствор (около 78% взятого на обработку) снимают декантацией. В сгущенную пульпу добавляют 400 мл воды, перемешивают 0,5 часа, пульпу отстаивают 15-25 мин и раствор снимают декантацией (100% к объёму добавленной воды).

3. К сгущенной пульпе, полученной, как описано в п.2, добавляют 600 мл 5% соляной кислоты, пульпу перемешивают не менее 0,5 часа и отстаивают в течение 1,5-2 часов, раствор снимают декантацией (100% к объёму добавленной кислоты).

4. К сгущенной пульпе, полученной, как описано в п.3, добавляют 600 мл 3-4% раствора аммиака, пульпу перемешивают не менее 0,5 часа, отстаивают 15-25 мин. Раствор снимают декантацией.

5. К сгущенной пульпе, полученной, как описано в п.4, добавляют 600 мл 3% соляной кислоты, пульпу перемешивают 0,5 часа и фильтруют.

6. Отфильтрованный осадок, полученный, как описано в п.5, промывают на фильтре дважды по 50 мл воды и сушат при температуре 120°С. Содержание в осадке фтора <0,1%, калия 0,009% в пересчете на Ta₂O₅ . Содержание примесей показано в таблице 1.

ПРЕДЕЛЫ ПАРАМЕТРОВ, ОБОСНОВАНИЕ.

1. Крупность ФТК - 100+40 мкм более 85%. С понижением доли указанной фракции ухудшается отстой осадка пентоксида тантала. С укрупнением ФТК - неполное его разложение.

2. Температурные интервалы нагревания и охлаждения ФТК объясняются началом и окончанием прямого и обратного полиморфного превращения. За этими точками температура не имеет значения.

3. Объемы реагентов, их концентрация при обработке ФТК найдены экспериментально. При этом повышение концентрации реагента и его объема степени разложения ФТК на данной стадии не увеличивают, снижение их ведет к снижению степени разложения.

ЛИТЕРАТУРА:

1. А.Н.Зеликман, Г.А.Меерсон "Металлургия редких металлов". - "Металлургия"; 1973, стр.203.

2. П.С.Киндяков, К.М.Рубайлова "Переработка танталового концентрата по кремнефторидному методу". Сборник научных трудов Гиредмета, т.1 - "Металлургиздат"; 1959, стр.672-673.