Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

альтернативой лопариту Ловозера. Напротив, с точки зрения государственных интересов это позволит нарастить производство тантала, пентаоксида ниобия, в том числе металлургического сорта, и дать потребителям дефицитные в стране и мире тяжелые РЗМ с освобождением от импортной зависимости и без создания, в то же время, избытка труднореализуемых редких земель цериевой группы. Промышленной переработки собственных колумбитовых концентратов в нашей стране не было, а опыт переработки лопарита к колумбиту малоприменим из-за существенного отличия состава. Применительно к колумбиту Малышевского месторождения (заметно отличающемуся по составу от зашихинского) было выполнено исследование [3, 4], но промышленной реализации разработки не последовало. В отличие от нашей страны, колумбит является одним из широко распространенных источников получения ниобия и тантала в остальном мире. Методы их извлечения, разделения и очистки неоднократно рассматривались и обобщались в литературе, к наиболее близким по времени обобщающим работам относятся [5, 6]. Анализ мировой практики переработки колумбита и танталит-колумбита показывает, что наиболее эффективный способ вскрытия такого сырья заключается в выщелачивании его смесью серной и плавиковой кислот [7]. Опыт разработки альтернативных пирометаллургических подходов рассмотрен в работе [8], где сообщается о единственном примере их практического осуществления применительно к колумбиту бразильского месторождения Питинга весьма специфического состава. Отмечается, что существенно разнящиеся набор и содержание примесных элементов в колумбитах различных месторождений не позволяет унифицировать технологию их переработки и вынуждает разработчиков в каждом отдельном случае искать собственные подходы. Целью настоящего исследования являлась разработка технологического процесса, обеспечивающего эффективное комплексное извлечение в товарные продукты основных полезных составляющих колумбитового концентрата Зашихинского месторождения - ниобия, тантала и РЗМ. Для этого предложено использовать выщелачивание ниобия и тантала смесью серной и фтористоводородной кислот с последующим разделением их методом жидкостной экстракции и самостоятельную переработку твердого остатка для извлечения редких земель. Эксперименты проводили с колумбитовым концентратом состава, мас. %: Nb2O5 - 50.5; Та ^ 5 - 4.1; Fe - 12.6; Mn - 1.9; W - 0.5; Si - 3.6; Al - 0.35; Са - 0.07; Ti - 1.7; Zr - 0.6; Sn-<0.2; Ln2O3 - 3.7. Установлено, что температура, концентрация и расход фтористоводородной кислоты, а также содержание в смеси до 400 г/л серной кислоты положительно влияют на степень извлечения ниобия и тантала. При использовании фтористоводородной кислоты в избытке 30-34% от стехиометрически необходимого, через 6 ч в раствор переходит более 90% Nb2O5 и Ta2O5. Наименьшее извлечение Nb2O5 и Ta2O5 в раствор отмечено в опытах, характеризующихся низкой концентрацией серной кислоты в растворе - 0 г/л и 100 г/л, а также низкой температурой - 50°С (извлечение падает до 58.1-60.8%). Для колумбитового концентрата, полученного после обогащения исходного сырья, характерно высокое содержание мелких фракций (фракция -250 мкм более 60%). Поскольку влияние этого фактора не играет решающей роли, с целью снижения производственных затрат дополнительное измельчение проводить не рекомендуется. Вероятно, повышение температуры раствора выщелачивания более 80°С приведет к дальнейшему росту концентрации целевых компонентов и некоторому росту извлечения, однако потребует применения гораздо более дорогих материалов в аппаратурном оформлении процесса, что едва ли оправдано с экономической точки зрения. Достигнутая в ряде лучших опытов концентрация ниобия и тантала в растворе вполне удовлетворяет требованиям последующего процесса их экстракционного разделения. С этой точки зрения нецелесообразно увеличивать и соотношение жидкой и твердой фаз при вскрытии концентрата с останвокой на величине Т:Ж на уровне 4.5-5.0. Поведение большинства примесей в процессе выщелачивания колумбитового концентрата коррелирует с поведением ниобия и тантала, но в целом следует отметить, что отношение концентрации целевых компонентов к примесям в растворе выщелачивания выше, чем в концентрате . Неприятную роль в последующих звеньях технологической цепочки может сыграть кремний, концентрация которого достигает 8-9 г/л. Гидролиз кремнефторида с образованием мелкодисперсного оксида кремния, отлагающегося на стенках оборудования, потребует специальных мер по их очистке. В результате в оптимальных условиях после объединения фильтрата и промывных вод содержание целевых компонентов составило, г/л: Nb2O5 - 126.3; Т а ^ - 10.1; при степени извлечения для Nb2O5 - 97.6% и Т а ^ - 93.7%. Раствор данного состава использовался для исследований экстракционного разделения ниобия и тантала. Для переработки растворов была выбрана схема с коллективной экстракцией ниобия и тантала октанолом-1, промывкой насыщенного экстракта и последующим разделением элементов на стадии селективной реэкстракции, в качестве экстрагента использовался октанол-1. Проведены укрупненные непрерывные испытания предлагаемой технологии на лабораторном 47-ступенчатом экстракционном каскаде типа смеситель - отстойник, на котором отработаны режимы экстракции, промывки и реэкстракции ниобия и тантала с получением реэкстрактов ниобия и тантала требуемого для получения оксида ниобия (99.8%) и оксида тантала (99.5%) качества. Изучено распределение Nb 2 O 5 и Ta 2 O 5 в органической и водной фазах по камерам экстракционного каскада. Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что процесс экстракции идет эффективно на 11 -12 ступенях. Для стадии промывки насыщенного экстракта достаточно 5-6 ступеней, для селективной реэкстрации ниобия - 20 ступеней; для реэкстракции тантала - 8 ступеней. Установлено, что в оптимальных условиях экстракционного процесса содержание целевых компонентов в реэкстракте ниобия: Nb2O5 - 70-75 г/л, Та ^ 5 - <0.1 г/л; в реэкстракте тантала: Та ^ 5 - 15-25 г/л, Nb2O5 - <0.1 г/л. Потери целевых компонентов с рафинатом не 95