» » Переработка танталита-колумбита по способу сплавления с едким натром
06.02.2017

Технологическая схема получения смеси окислов тантала и ниобия по этому способу приведена на рис. 68.
Сплавление и водная обработка сплава

Химические реакции, протекающие при сплавлении танталита (колумбита) с едким натром недостаточно изучены. Ранее предполагали, что при сплавлении минерала с едким натром образуется метатанталат (NaTaO3) и метаниобат (NaNbO3) натрия, которые при последующей обработке сплава водой образуют малорастворимые соли состава: 4Na2О*3Та2О5*25Н2О и 7Na2О*6Nb2O5*32Н2О.
Исследования последнего времени, выполненные В.И. Спицыным и А.В. Лапицким показали, что при сплавлении пятиокиси ниобия с едким нитром образуется не метаниобат, а соль состава Na5NbO5 (или 5Na2O*Nb2O5), которая при водной обработке сплава гидролизуется, переходя в соль TNa2O*6Nb2О5*32Н2О. По всей вероятности, это справедливо также и для пяти-окиси тантала.
Переработка танталита-колумбита по способу сплавления с едким натром

На основании этих исследований процессы, протекающие при сплавлении танталита (колумбита) с едким натром, могут быть представлены следующими реакциями:
Fe(TaO3)4 + 10NaOH = 2Ка5ТаО5 + FeO + 5Н2О;
Fe(NbO3)2 + 10NaOH = 2Na5NbO5 + FeO + 5Н2О.

Аналогичные реакции могут быть написаны для Mn (TaO3)2 и Mn (NbO3)2.
При водной обработке сплава протекает гидролиз солей по реакциям:
6Na5TaO5 + 36H2O = 4Ка2O*3Та2O5*25Н2O + 22NaOH;
12Na5NbO5 + 55H2O = 7Na2O*6Nb2O5*32Н2O + 46NaOH.

Следует учесть, что, кроме окислов FeO и MnO, при сплавлении образуются также окислы Fe2O3 и Mn3O4, так как присутствующий в расплаве кислород частично окисляет двухвалентные железо и марганец в высшие формы валентности. Окисное железо присутствует в расплаве в виде феррита Na2O*Fe2O3, который при водной обработке разлагается с образованием гидроокиси натрия и гидратированной окиси железа.
Небольшая часть марганца при сплавлении может окислиться до манганата Na2MnO4, который при водной обработке перейдет в раствор (манганат окрашивает сплав в зеленый цвет).
Примеси кремния (SiO2), олова (SnO2), вольфрама (в виде вольфрамита), алюминия (Al2O3 и алюмосиликаты) при сплавлении с едким натром образуют растворимые натриевые соли: Na2SiO3, Na2SnO3, Na2WO4, NaAlO2.
Большая часть этих примесей при водном выщелачивании сплава переходит в раствор и отделяется от остающихся в осадке тантала и ниобия.
Примесь титана (в виде минералов рутила или ильменита) при сплавлении образует титанат натрия Na2TiO3 или возможно, Na2Ti2O5, не растворимый в воде и остающийся с ниобием и танталом в осадке.
Растворимость в воде танталата и ниобата натрия сильно понижается в присутствии свободной щелочи или (что более точно) избытка ионов натрия в растворе.
Так, исследования В.И. Спицына и А.В. Лапицкого показали, что растворимость ниобата натрия 7Na2О*6Nb2O5*32Н2О в 1%-ном растворе едкого натра при 90° в 20 раз меньше, чем в воде (табл. 36).
Следовательно, чтобы свести до минимума переход ниобия и тантала в раствор при выщелачивании сплава, необходимо поддерживать определенную щелочность раствора. Практически водную обработку проводят при содержании NaOH в растворе не ниже 5%.
Переработка танталита-колумбита по способу сплавления с едким натром

Сплавление танталитового или колумбитового концентрата с едким натром производят в железных тиглях, в газовом горне или электрической печи, обеспечивающей нагрев тигля до 800°.
При сплавлении на 1 ч, концентрата берут 3 ч. едкого натра, что в 3—4 раза превышает количество щелочи, теоретически требуемое по реакции.
Для понижения температуры плавления сплава и его вязкости в некоторых руководствах рекомендуют вводить в состав шихты соду в количестве 10% от веса едкого натра с соответствующим уменьшением последнего в шихте.
Первоначально в тигле плавят всю порцию едкого натра (или едкого натра с добавкой соды) при температуре примерно 400°. Затем в сплав отдельными порциями добавляют концентрат, измельченный до крупности около 0,1 мм. Более тонкий помол способствует повышенному пылеуносу. При добавках концентрата сплав пенится вследствие выделения при реакции паров воды.
По мере прибавления новых порций концентрата температуру повышают, доводя ее после добавления всей порции концентрата до 800°. Это обеспечивает жидкотекучесть сплава. После каждой добавки концентрата сплав перемешивают железным прутом.
После выдержки при максимальной температуре в течение 20—30 мин. сплав непосредственно выливают в воду или предварительно в железные противни, где он застывает тонким слоем. Затем еще не остывший сплав разбивают на куски и загружают в железные чаны для водной обработки. В воде куски сплава быстро распадаются.
Если применяется способ вливания сплава в воду, следует особое внимание обращать на соблюдение мер предосторожности, так как щелочь, попадая на кожу, вызывает сильные ожоги.
Выщелачивание ведут в железных чанах с мешалками при температуре 80—90° и отношении т:ж 1:3—4.
На первой ступени водной обработки получают сильно щелочной раствор, в который переходит большая часть примесей кремния, олова, вольфрама, алюминия, серы, фосфора в виде растворимых натриевых солей.
Темнокоричневый осадок содержит ниобаты и танталаты натрия, окислы и гидроокиси железа и марганца и титанат натрия.
После отстаивания раствор сливают декантацией и затем производят многократную (4—5 раз) промывку осадка горячей водой, содержащей около 5% NaOH, для предотвращения перехода ниобия и тантала в раствор.
Разложение осадка кислотой

Осадок, содержащий соли ниобия и тантала, окислы железа и марганца, при нагревании разлагают соляной кислотой. При этом образуются гидратированные окислы ниобия и тантала:
4Na2O*3Ta2О5 + 8НСl + (x—4) H2O = 3Та2O5*хH3O + 8NаСl;
7Na2O*6Nb2O5 + 14НСl + (x—7) H2O = 6Nb2O3*хH2O + 14NaCl.

Окислы железа и марганца растворяются в кислоте с образованием хлоридов FeCl2, FeCb, MnCl2. Вследствие восстановления марганца высших валентностей до Mn2+ выделяется хлор:
Mn3O4 + 8НСl = 3МnСl2 + Cl2↑ + 4Н2O.

Титанат натрия при обработке осадка соляной кислотой переходит в титановую кислоту H2TiO3, которая частично растворяется, но большая часть титана остается в осадке с окислами ниобия и тантала.
Разложение соляной кислотой производят в выложенных твердой резиной железных чанах или в керамических бачках, при нагревании раствора острым паром, вводимым в раствор через фаолитовую трубку Применяют кислоту концентрации 19—20%. По достижении полного разложения темнокоричневый осадок превращается в белый, свойственный цвету окислов ниобия и тантала, а раствор окрашивается хлоридами железа и марганца в темножелтый цвет. Дисперсный осадок гидратированных пятиокисей трудно поддается фильтрованию. Осадок многократно промывают от солей железа и марганца горячей водой, подкисленной соляной кислотой, сливая раствор декантацией. Промытый и еще горячий осадок фильтруют на плоском вакуум-фильтре через хлопчатобумажную или перхлорвиниловую ткань и гидратированные пятиокиси высушивают при температуре 100—120°. Полученный после сушки порошок еще содержит 20—25% H2O.
Чистота полученных таким способом окислов ниобия и тантала зависит от состава исходного концентрата.
Примерный состав получаемой смеси окислов (в пересчете на безводный продукт), %
Переработка танталита-колумбита по способу сплавления с едким натром