于钽铌湿法冶金分离的探讨

于钽铌湿法冶金分离的探讨

杨博，刘小敏

稀美资源(广东)有限公司 广东省清远市 513000

摘要：随着工业发展进程的不断推进，对钽铌资源的需求量也在不断提升，因此钽铌提取冶金工艺受到重视，在此基础上，本文分析铌钽精矿分解工艺、铌钽分离工艺，进行钽铌湿法冶金分离的探讨，对后续工艺发展提出展望。

关键词：钽铌湿法冶金；分离；工艺

引言

钽铌资源在军事、航空航天，医疗发展，工业发展等方面均起到了重要作用，所以资源开发受到高度重视，其分离和提取工艺正处于优化创新过程，本文主要分析分解工艺和分离工艺，包括酸法分解、碱法分解、溶剂萃取，离子交换等技术手段的重点，全面介绍钽铌提取冶金工艺。

1铌钽精矿分解工艺

1.1酸法分解

钽铌拥有良好的耐腐蚀性，规范生产过程中所使用的工业无机酸几乎是不可能溶解铌钽矿的，这就导致精矿的开采和分解难度系数进一步提升，在现阶段生产中，只能通过使用浓度较高的氢氟酸或者硫酸进行精矿分解。所以酸法分解钽铌，主要通过氢氟酸法和硫酸法，具体如下:

1.1.1氢氟酸法

氢氟酸法发展时间长，工艺相对完善，所以在钽铌精矿分解当中应用最广泛。通过氢氟酸进行分解，需要考虑不同化合物的组成形式与氟离子浓度之间的关系，研究发现，不同浓度的溶液，钽的存在形式也有区别。另外研究发现，随着酸浓度的进一步增加，钽会由H2TaF7 变为 HTaF6。除此之外，分解发现除了常规存在的钽、铌、锰、铁等金属元素外，还包括大量的伴生元素，例如硅、锡等等，这些元素会以复合酸的形式存在，然后进入溶液，在分解过程中就会生成不易溶解的氟化物和硫酸盐。也就是说通过单一的氢氟酸进行分解，分解效率并不高，所以可以通过氢氟酸与硫酸相混合的方式进行分解，从而提高反应速度，降低分解成本。

1.1.2硫酸法

硫酸法需要在120～200℃的情况下，进行精矿分解，通过浓硫酸处理可以将情况当中的大部分组成转化为可溶性的硫酸盐，研究发现在硫酸溶液当中两种不同的金属所表现的物理性质差异是非常明显的，尤其是铌很容易发生还原反应，但是钽很难被还原。具体操作要通过硫酸进行精矿处理，然后进行残渣过滤，在这个阶段内需要使用氨水进行溶液的稀释，从而完成碱土金属元素沉淀，之后通过pH值的控制将铌钽的氢氧化物沉淀出来。为了进一步加强沉淀效果，一般会在处理过程中加入硝酸，从而起到良好的氧化还原效果。由于硫酸法有一定缺陷，所以只在低品位的钽铌处理中应用广泛，适用范围小，操作复杂，所以并不是工业生产中常用的处理方法。

1.2碱法分解

1.2.1碱熔法

碱熔法包括钠碱熔融分解法和钾碱熔融分解法两种不同类型。调查发现，碱熔法使用频率最高的一种混合试剂是NaOH + Na2CO3的形式，熔融过程的温度最高可以达到800℃，最低也要控制在500℃左右，这样才能确保两种元素以不溶于钠盐的形式存在。如果在处理过程中需要通过氢氧化钠进行熔融分解，最终生成的产物几乎不溶于水，反而需要与氧化铁等难溶物一起进入沉淀，此时伴生元素则会以硅酸盐的形式进入溶液当中，这个阶段需要通过盐酸或者其他酸进行沉淀物的处理，最后才能得到钽铌富集物。如果以钾碱法处理，这需要用到氢氧化钾进行溶解，此时溶解过后所产生的产物是可溶性盐，会随着氧化铁，氧化锰等不溶物留在浸渣中，为了便于后续操作，需要加入氯化钠进行产物的转化，然后以多钽（铌)酸钠形式进行后续处理，确保两种元素和其他物质相分离。虽然从制作工艺上来看，碱熔法作为最早广泛使用的工业生产方法，技术相对成熟，但是工作强度大回收效率低，所以目前几乎已经不再应用。

1.2.2碱性水热法

碱性水热法同样是使用氢氧化钠或者氢氧化钾溶液进行处理，处理时的温度控制在150～200℃之间，反应时间大约在三小时。经过首道工序后分解会先生成可溶性较强的多钽（铌)酸盐，然后再转化成具有不溶性的偏钽（铌)酸盐，需要注意的是，在具体处理过程要高度关注分解温度和溶液浓度，确保最终生成的产物易于分解。分解完成后，需要进行溶液的过滤，然后才能得到混合氧化物。这种处理方法的优点是溶液消耗量小，反应温度低，但是也具有操作困难，反应条件苛刻，适用范围小等等缺点。

1.3氯化法分解

氯化法分解的主要原理是通过氯化反应时所产生的蒸汽压差将钽铌精矿当中的主要成分进行分离。分析反应过程发现，由于两种化合物的沸点都比较低，所以在进行氯化反应的阶段被气体带走，并且会发生冷凝，而稀土元素、钾元素，镁元素的氯化物会留在氯化器当中，从而达到精矿分离的目的。研究发现，如果将精矿与焦炭等一起放置进属于热沸腾状态下的氯化钾和氯化钠混合盐介质当中，之后在氯化反应过程中会生成钽铌氧化物。分析发现氯气需要通过反应器下方的风口进入，高速状态可以达到20m/s的速度，之后一起发生反应，气体从底部向上移动，在张力作用下，固体离子附着在熔盐和氯气的表面上，促进氯化反应的进行。

2 铌钽分离工艺

2.1溶剂萃取法

溶剂萃取法历史悠久且工艺完善，在冶金使用化工中应用频率非常高，作为将矿分离最常用的方法，一般是通过高浓度氢氟酸进行共同萃取，然后再分离钽铌。钽铌分离包括两种不同元素的分离和杂质分离两个步骤。首先在进行铌与钽时需要根据萃取需求进行原液的酸度调整，需要注意的是由于两种金属元素的性质有所区别，所以钽萃取率先随氢氟酸的浓度增加而增大，当氢氟酸浓度增加到6 ～ 8 mol / L时，萃取达到最大之后开始进行下降，同时在酸浓度更低的状态下，铌几乎不被萃取，所以可以达到良好的分离效果。由于不同元素包括铁元素，锡元素在氢氟酸溶液当中的分配系数与钽铌的分配系数是有极大区别的，所以杂质分离比较简单。

2.2离子交换法

离子交换法对溶液性质提出了明确要求，一般是在酸性状态下进行萃取，钽、铌在不同浓度的酸性溶液中所体现的状态也是有所区别，所以以离子交换法进行分离时，需要选取吸附能力较好的强碱性或者中等碱性的阴离子进行吸附，从而达到较好的分离效果。离子交换法具有工艺简单，生产成本低的优势，但是生产效率更低，周期更长，而且存在严重的污染，所以并未在工业生产中应用。

2.3氟化物分步结晶法

在不同的酸浓度下，钽和铌生成的化合物也有区别，在低三度条件溶解度相差9～11倍，所以可以通过分步结晶法进行提取。

结束语

综上所述，钽铌冶炼提取需要经过两个步骤，首先进行精矿分解，将其转化为可溶性化合物之后，才能在溶液当中进行元素的分离。本文对分解和分离过程使用的技术进行分析和比较发现现阶段常用的分解和分离方法各有优劣，目前酸法分解和溶剂萃取优势更大，在工业生产中占据主导地位，但是存在污染严重，分离效率低的问题，所以需要进行进一步研究。

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