Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) часть 1)

A b stra c t We have demonstrated the possibility of a low-temperature decomposition (finit = 20 °С) of a bismuth tantalite concentrate (BTC) by HF and HF + H 2 SO 4 solutions with a selective extraction of rare metals (Nb, Ta) to the solution. Basic technological parameters that determine amount of niobium and tantalum extraction from BTC are acid reagent value and mineral acid concentration. We have found that 9 8 -99 % of bismuth and natural radionuclides (U(IV) and ThO 2 ) concentrate in insoluble bismuth-containing fluoride cake at interaction of BTC with acid reagents. We have revealed the conditions ensuring high recovery of niobium and tantalum into the solution (97-99 %). These conditions provide total content of oxides sum not less than 190 g/l at hydrofluoric acid concentration not more than 170 g/l. This en su re s effective extraction processing of solutions. Keywords: bismuth tantalite concentrate, low-temperature decomposition, acid solvent, hydrofluoric acid, sulfuric acid, recovery, separation, tantalum, niobium, bismuth. Висмутотанталитовый концентрат (ВТК) является ценным сырьем для производства тантала, ниобия и висмута [1, 2]. Целью настоящего исследования являлось изучение возможности низкотемпературной гидрометаллургической переработки ВТК (месторождение Уганда) кислотными реагентами и определение условий селективного выделения ценных редких металлов - - тантала, ниобия, а также висмута в виде отдельных продуктов — растворов, содержащих Nb и Ta, и остатка, содержащего нерастворимые фториды висмута и естественных радионуклидов — U(IV) и Th (IV). В качестве кислотных реагентов были использованы фтороводородная кислота и смесь фтороводородной и серной кислот. В настоящее время кислотный метод разложения трудно вскрываемых танталониобиевых руд является основным способом извлечения, разделения и концентрирования ценных редких металлов. В качестве реагентов используют различные кислотные смеси, в которых одним из реагентов является фтороводородная кислота: HF + HCl; HNO 3 + HF; HF + H 2 SO 4 [3, 4]. Наиболее распространенным кислотным реагентом является фтороводородная кислота или смесь HF + H 2 SO 4 . Для максимального перевода редких металлов в раствор исходный танталониобиевый концентрат предварительно измельчают, а затем разлагают фтороводородной кислотой при нагревании реакционной смеси до 70-90 °С [5]. Для увеличения скорости и полноты процесса, повышения кислотности раствора к HF добавляют H2SO4до образования смеси кислот состава 78 % HF + 22 % H2SO4 [6-8]. Для разложения колумбита Малышевского месторождения были использованы как фтороводородная кислота, так и её смесь с серной кислотой. В ходе исследований определены условия эффективного разложения концентрата, позволяющие извлечь до 97-98 % тантала и ниобия [9]. Разложение танталита (месторождение Конго) и колумбита (Зашихинское месторождение) проводили кислотным реагентом HF + H2SO4при нагревании реакционной смеси до 80 °С в течение 4-5 ч. Извлечение в растворы тантала и ниобия за две ступени составило более 99 и 94 % для танталита и колумбита соответственно [10]. В представленной работе были использованы пробы измельченного ВТК следующего состава, мас. %: 34,5-36,5 Ta 2 O 5 , 5,3-5,4 Nb 2 Os, 39,6-43,0 Bi2O3, 8,1-9,2 SiO 2 , 0,3-0,76 Fe2O3. В пробах обнаружено присутствие благородных элементов, ppm: Ru — 0,0062; Rh— 0,067; Pd — 1,95; Ir — 0,029; Pt — 3,12; Au — 262,5. По данным РФА основными минеральными фазами исходного ВТК являются, об. %: висмутотанталит BiTaO 4 - - 45, микролит - - (Ca,Na) 2 (Ta,NbhO 6 (OH, F) — 30. Из примесных минералов преобладает кварц — SiO 2 —20 %. Проведен радиометрический и гамма-спектрометрический анализ пробыВТК и установлено, что концентрат содержит природные радионуклиды семейств урана-238 (0,18 мас. %) и тория-232 (0,023 мас. %), находящиеся в состоянии радиоактивного равновесия с продуктами распада (Ac-228, Ra-228, Th-234, Bi-212,214, Pb-212,214, Tl-208 и др.). Значение удельной эффективной активности для ВТК находится в пределах 31 кБк/кг. Основной вклад в^4зффвносит Ra-226 (96-98 %), вклад Th-232 составляет 3-3,7 %, вклад К-40 несущественен, пробы относятся к радиоактивным. Взаимодействие ВТК с фтороводородной кислотой В основе разложения ВТК водным раствором фтороводородной кислоты лежит различная растворимость образующихся фторидных соединений, что позволяет уже на стадии разложения отделить фторокомплексные соединения тантала и ниобия от нерастворимых фторидных соединений висмута. Согласно приведенному выше химическому составу ВТК, химизм процесса взаимодействия висмутотанталита как с фтороводородной кислотой, так и со смесью HF и H2SO4 можно представить следующими основными уравнениями химических реакций: Ta2Os + 12HF = 2 HTaF6 + 5 H 2 O, (1) Nb2Os + 12HF = 2HNbF6 + 5 H 2 O, (2) Bi2O3 + 6HF = 2BiF3 + 3 H 2 O, (3) Bi2O3 + 2HF = 2Bi OFj + H 2 O, (4) SiO2 + 4HF = SiF4 + 2 H 2 O, (5) 2Bi2O3 + 3 H 2 SO 4 + 6HF = Bi2(SO4)3 + 2BiF3 + 6 H 2 O. (6) Разложение пробы ВТК 38 %-й HF протекало без внешнего подогрева за счет тепла экзотермической реакции. В процессе разложения наблюдался разогрев реакционной смеси с ростом температуры до 27-37 °С. Для достижения полноты разложения ВТК и обеспечения высокой степени выщелачивания редких металлов 328