Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2023(14))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 1. С. 180-187. Transactions of the Коіа Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 180-187. Acknowledgments: the article was made with the support of the federal budget on the topic of the state assignment for Tananaev Institute of Chemistry — Subdivision of the Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences” No FMEZ-2022-0015. For citation: A study on solvent extraction of titanium and niobium using binary extractants / N. V. Mudruk [et al.] // Transactions of the K^la Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 180-187. doi:10.37614/2949-1215.2023.14.1.032 Введение Из числа многих методов, применяемых для извлечения и разделения редких элементов, экстракция имеет наибольшее значение в создании технологических схем, эффективных по техническим и экономическим показателям. Помимо прочего экстракционный способ позволяет упростить выделение соединений из сложных по составу растворов, что особенно актуально при переработке нетрадиционного титанового сырья. Экстракция также эффективна при необходимости получать высокочистые соединения и не требует дополнительного оборудования для стадии очистки [1]. Для разработки экстракционных способов получения титана, тантала и ниобия чрезвычайно важно понимание поведения этих элементов в растворах. Тантал и ниобий имеют очень близкие радиусы атомов и ионов, поэтому различия в их химических свойствах невелики, но все же существуют. Ниобий химически более активен, легко восстанавливается в водных растворах, у тантала же эти свойства менее выражены. Существующие различия (большая химическая инертность тантала по сравнению с ниобием) объясняются структурой электронных оболочек. Разница между атомными радиусами ниобия и титана и ионными радиусами Ti4+ и Nb5+ также очень мала, что обуславливает схожее поведение этих трех элементов в растворах [2]. Химия титана даже в разбавленных растворах оказывается связанной с процессами полимеризации [3]. В растворах титан может находиться в форме простых и комплексных ионов, а также в коллоидно-дисперсном состоянии. Превалирование той или иной формы зависит от условий получения и хранения раствора, его концентрации, содержания примесей и других факторов. В технологии получения соединений титана, тантала и ниобия на первой стадии, как правило, невозможно добиться разделения этих элементов вследствие сильного сходства их химических свойств. В общемировой практике разделение тантала и ниобия проводят из фторидных растворов этих элементов. Растворимость ниобия, тантала и титана во фторидных растворах значительно выше, чем в растворах других кислот, при этом сами элементы менее склонны к полимеризации. Фторидные растворы устойчивы в широком интервале концентраций металлов и лигандов [1]. Ниобий и тантал в кислых фторидных растворах легко образуют одноосновные кислоты HMFe, извлекаемые по гидратно-сольватному механизму нейтральными кислородсодержащими экстрагентами [4, 5]. Именно во фторидных растворах проявляются различия в их свойствах и наиболее легко реализуются условия их разделения методами жидкостной экстракции, большую роль при этом играет концентрация свободной фтороводородной кислоты в технологическом растворе. На рис. 1 приведены зависимости коэффициентов распределения тантала и ниобия в интервале концентраций фтороводородной кислоты в растворе от 2 до 16 М при экстракции трибутилфосфатом (ТБФ) [1]. Рис. 1. Зависимости коэффициентов распределения (D) тантала и ниобия от содержания HF © Мудрук Н. В., Зиновьева И. В., Лодыгина П. А., Заходяева Ю. А., Вошкин А. А., Николаев А. И., Дрогобужская С. В., 2023 181