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

В связи с развитием экстракционных методов разделения тантала и ниобия, а также отделения их от примесей, вскрытие исходного танталсодержащего сырья фтористоводородной кислотой стало эффективным способом переработки данного вида материалов. С целью интенсификации процесса вскрытия танталсодержащих материалов (природных и техногенных), а также для улучшения последующего экстракционного процесса используется смесь фтористоводородной и серной кислот. При вскрытии происходит комплекс реакций химического превращения компонентов железо­ титанового кека с получением растворов фтортанталовой кислоты с примесями: Та 2 0 5 + 12 HF = 2HTaF 6 + 5Н 2 0; (1) Nb 2 0 5 + 10 HF = 2H 2 NbOF 5 + 3 Н 2 0; (2) Fe 2 0 3 + 6 HF = 2FeF 3 + 3H 2 0; (3) Т і0 2 + 4HF = H 2 TiOF 4 + Н 2 0; (4) А і 2 0 3 + 6 HF = 2AIF 3 + 3Н 2 0; (5) S i0 2 + 6 HF = H 2 SiF 6 + 2Н 2 0; ( 6 ) W 0 3 + 6 HF = WF 6 + 3H 2 0. (7) На основании проведенных НИОКР и опытно-промышленных испытаний базовыми условиями проведения процесса вскрытия являются: количество HF (100 %) на 1 кг сухого кека — не более 1,05 кг/кг; количество H 2 SO 4 (100 %) на 1 кг сухого кека — не более 0,45 кг/кг; соотношение твердой и жидкой фаз при вскрытии (расчетное) — 1 : 2; концентрация HF в исходной смеси при вскрытии — не более 400-450 г/л; концентрация серной кислоты в исходной смеси при вскрытии — 100-150 г/л; избыток фтористоводородной кислоты от стехиометрически необходимого количества— 1 , 0 - 1 ,1 ед.; температура— не более 85-90 °С; продолжительность процесса — не более 3 ч. Степени извлечения компонентов в раствор, достигнутые при испытаниях, приведены в табл. 2. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 1. С. 207-212. Transactions of the Kala Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 207-212. Таблица 2 Степень извлечения компонентов при вскрытии Степень извлечения в раствор, % Nb2O5 Ta2O5 Fe W Ti Al Co Cu Cr > 98,3 > 98,5 97 78 98 23 88 80 98 Общими преимуществами фторидно-сульфатного способа вскрытия являются относительная простота аппаратурного оформления и доступные реагенты. Использование данного способа позволяет уже на первой стадии вскрытия получить продуктивный раствор, пригодный для дальнейшей экстракционной очистки фтортанталовой кислоты. Экстракционная очистка фторотанталовой кислоты Способность давать экстрагируемые фторидные комплексы отличает тантал и ниобий от большинства других элементов, хотя прочные комплексы с фторид-ионами дают многие металлы. Малый размер фторидного иона способствует образованию металлофторидных соединений с большим числом лигандов, вследствие чего заряд таких соединений остается высоким. Из фторидных растворов лучше экстрагируются элементы, дающие относительно устойчивые комплексные соединения с небольшим зарядом. Переход ниобия и тантала из водной фазы в органическую происходит по реакциям обмена: TaF- + ROH ^ TaF 5 OR - + HF; ( 8 ) NbF- + ROH ^ NbF 5 OR - + HF. (9) Образующаяся фтористоводородная кислота полностью переходит обратно в водную фазу, а в октанольном экстракте тантал существует в виде гидрато-сольватов типа [Н 3 О+ • (Н 2 0 ) п • ROm][MeF6 - ], где m > 2, Me — Ta. © Поветкин К. А., Новиков М. Л., Смирнов А. В., Нечаев А. В., 2023 209