Цинкотермическое восстановление пентахлорида тантала

• Автор: Медведев, Игорь Александрович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Рудные концентраты ниобия и тантала. Схемы их

переработки

1.2 Разделение смешанных продуктов тантала и ниобия

полученных из рудных концентратов

1.3 Обзор методов получения металлического тантала

восстановлением его галогенидов

1.3.1 Натриетермическое восстановление гептафторотанталата калия

1.3.2 Способы получения металлического тантала восстановлением

его хлоридов.
1.4 Постановка задач исследования
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ЦИНКОТЕРМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПЕНТАХЛОРИДА ТАНТАЛА И ПОДГОТОВКА
исходной шихты
2.1 Выбор метода восстановления
2.2 Термодинамика процесса восстановления ТаС
цинком.
2.3 Влияние агрегатного состояния цинка на полноту
протекания реакции восстановления ТаС1г до
металлического тантала
ПОДГОТОВКА ИСХОДНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОЦЕССА ЦИНКОТЕРМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТАНТАЛА ИЗ ЕГО ПЕНТАХЛОРИДА
Солевые продукты процесса цинкотермического восстановления и расчет состава шихты
Некоторые термодинамические особенности процесса восстановления
Подготовка и очистка исходного сырья для процесса цинкотермического восстановления.
Получение комплексной соли тантала КТаОб высокой чистоты
Расчет относительной летучести пентахлоридов ниобия и тантала в системе КЫЬС1б КТаС
Методика проведения комплексной очистки пентахлорида тантала.
Результаты селективной очистки пентахлорида тантала от ниобия и получение высокочистого сырья для цинкотермического восстановления.
СОЗДАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ПРОИЗВОДСТВА ТАНТАЛОВОГО ПОРОШКА ЦИНКОТЕРМИЧЕСКИМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ КОМПЛЕКСНОЙ СОЛИ КТаС
Результаты предварительных экспериментов.
Исследование способа ввода танталсодержащей шихты в реактор цинкотермического восстановления.
4.1.2 Влияние агрегатного состояния восстановителя на морфологию порошкообразного тантала.
4.2 Получение металлического танталового порошка восстановлением комплексной соли КТаСб жидким цинком
4.2.1 Лабораторная установка цинкотермического восстановления
4.2.2 Методика проведения жидкофазного цинкотермического восстановления
4.2.3 Влияние длительности выдержки при максимальной температуре процесса восстановления на величину остаточного содержания тантала в солевой части
4.3 Выбор способа отделения металлического тантала от
ПРОДУКТОВ ЦИНКОТСрМИЧССКОГО ВОССТаНОВЛеНИЯ.
4. Гидрометаллургическая переработка продуктов восстановления
4.3.2 Разделения продуктов цинкотермического восстановления вакуумной сепарацией
4.3.3 Методика и результаты проведения вакуумной сепарации
4.4 Пассивация танталового порошка, полученного цинкотермическим восстановлением.
4.5 Свойства танталового порошка полученного цинкотермическим восстановлением хлорида тантала.
4.6 Уточнение технологических параметров процесса восстановления КТаСб жидким цинком
4.6.1 Влияние гранулометрического состава шихты на величину потерь тантала при цинкотермическом восстановлении КТаС.
4.6.2 Изучение влияния режима подачи цинка в процессе восстановления на морфологию частиц получаемого тантал ового порошка
4.7 Извлечение тантала из отходов процесса цинкотермического восстановления.
4.8 Испытание метода получения металлического тантала цинкотермическим восстановлением на опытной базе 7 ОХМЗ Гиредмст.
4.8.1 Методика и результаты укрупненных испытаний.
4.8.2 Определение основных технических и техникоэкономических 2 показателей процесса цинкотермического получения металлического тантала
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В минералах в различных соотношениях содержатся ниобий и тантал, железо и марганец, титан, цирконий, щелочные и щелочноземельные и редкоземельные элементы, уран, торий, олово, свинец, сурьма и другие 2, 3. Существующие технологические схемы переработки рудных концентратов, содержащих тантал подразделяют на три группы. Сплавление или взаимодействие с водными растворами концентратов с щелочными реагентами , КОН, ЫагСОз или К2СО3 с образованием ниобатов и танталатов натрия или калия. Результатом технологической схемы является получение технической смеси оксидов Та, 5. Далее следуют операции разделения тантала и ниобия и выделения конечных продуктов фтористых комплексных солей или оксидов каждого из элементов. Разложение щелочными реагентами применяют при переработке танталитовых и колумбитовых концентратов 4. Также использовали сплавление с едким калием или поташом К2СО3. Принципиальные схемы вариантов переработки танталитовых колумбитовых концентратов сплавлением со щелочами представлены на рисунке 1. Различия схем при сплавлении концентратов с ЫаОН или с КОН определяются тем, что в первом случае политанталат и полиниобат натрия остаются в осадке вместе с оксидами железа и марганца, тогда как большая часть примесей кремния, олова, вольфрама, алюминия извлекается в раствор в составе силиката, станната, вольфрамата и алюмината натрия. Последующая обработка осадка соляной кислотой при нагревании приводит к растворению оксидов железа и марганца и получению технической смеси оксидов тантала и ниобия 5. Во втором случае сплавление с КОН при обработке плава водой большая часть ниобия и тантала извлекается в раствор в составе растворимых политанталатов и полиниобатов калия. При добавлении в раствор хлорида натрия ниобий и тантал полно осаждаются в виде малорастворимых политанталатов и полиниобатов натрия. Разложение последних соляной кислотой приводит к получению оксидов тантала и ниобия. Недостаток способа сплавления концентратов с КОН низкое прямое извлечение тантала и ниобия в растворы не выше . Это объясняется частичным образованием в процессе водного выщелачивания метасолей КТаОз и КМЮз, которые нерастворимы в воде и остаются в осадке вместе с оксидами железа и марганца. После обработки осадка соляной кислотой он возвращается на операцию сплавления 6. Общими недостатками способов сплавления со щелочами являются большой расход реагентов 3 кгкг концентрата, быстрый выход из строя плавильных тиглей, трудность работы со щелочными расплавами. Эти недостатки в большей мере устраняются при разложении танталитовых колумбитовых концентратов растворами щелочей. Растбср лолитснпалатсб и ниобстоб налил, КОз. КзБпОз. Хбосты РСгОз,Мпз К2Т1О3 и др. Рисунок 1 Принципиальная схема вариантов переработки танталитовых колумбитовых концентратов сплавлением со щелочами 5
Исследования А. Н. Зеликмана и М. А. Орехова показали, что при температурах 0 0 С растворы ЫаОН или КОН реагируют с танталитом колумбитом в две стадии. На первой стадии образуются политанталаты ЫазТабО и полиниобаты ИазМЬбО, которые затем переводят в метасоли 3X3 и Оз. Регулируя условия температуру, концентрацию щелочи, время обработки, можно провести разложение с получением политанталатов и полиниобатов или с образованием метасолей. Так, при 0 С и концентрации щелочи реакция образования метасолей протекает медленно и в основном образуются полисоединения. При 0 С и концентрации щелочи в течении часов происходит полное разложение с образованием метасолей 7. Несмотря на высокое содержание связанного ЫагО в осадках после кислотной обработки, второй вариант проще в осуществлении. В этом случае случае при разложении стандартного танталитового концентрата расход щелочи не превышает 0,5 кгкг концентрата, что в шесть раз ниже, чем при сплавлении. Получаемые осадки, содержащие метасоли тантала и ниобия, легко растворяются при С в ной плавиковой кислоте, взятой в количестве, достаточном для образования Н2Та,ЫЬр7. При применении для разложения концентратов растворов КОН целесообразно проводить процесс в условиях, обеспечивающих преимущественное образование хорошо растворимых политанталатов и полиниобатов калия.