Способ получения пентоксида тантала

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ тые соединения тантала и ниобия. В настоящее время основным методом переработки танталового сырья является гидрохимический, заключающийся в разложении концентратов плавиковой (или плавиковой и серной) кислотой,экстракционном выделении и разделении тантала и ниобия с получением раствора фтортанталата аммония, являющегося исходным продуктом для получения чистых фтортанталата калия (ФТК) и пентоксида тантала. Предлагается для обработки использовать фтортанталат калия крупностью - 10040 мкм более 85 , аммиачную обработку проводить при комнатной температуре, а циклы аммиачной и солянокислой обработок выполнять 2-4 раза.(72) Березко Владимир Васильевич Жуков Валерий Тимофеевич Кофман Валерий Владимирович Гагарина Екатерина Ивановна(73) Акционерное общество Ульбинский металлургический завод(56) Киндяков П.С., Рубайлова Е.М. Переработка танталового концентрата по крем-нефторидному методу. Сборник научных трудов Гиредмета т.1 М., Металлургиздат, 1959, с. 672-673(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНТОКСИДА ТАНТАЛА(57) Способ относится к области гидрохимической фторидной переработки танталового сырья на чис 13896 Способ относится к области гидрохимической фторидной переработки танталового сырья на чистые соединения тантала и ниобия. В настоящее время основным методом переработки танталового сырья является гидрохимический, заключающийся в разложении концентратов плавиковой (или плавиковой и серной) кислотой,экстракционном выделении и разделении тантала и ниобия с получением раствора фтортанталата аммония, являющегося исходным для получения чистых фтортанталата калия (ФТК) и пентоксида тантала. Известен способ получения пентоксида тантала нейтрализацией раствора фтортанталата аммония раствором гидроксида аммония до значения рН 7,5, отделением выпавшего осадка фильтрацией,промывкой его водой, сушкой и прокаливанием (Зеликман А.Н., Меерсон Г.А. Металлургия редких металлов. Металлургия, 1973. 203 с.). Недостатками способа являются- образование при нейтрализации раствора фтортанталата аммония не гидроксида тантала, а смеси основных фторидов, по составу близкой к формуле(4)252. Осадок содержит до 10-12 фтора. Удаление фтора и превращение основных фторидов в пентоксид происходит при высокотемпературной обработке, связанной с выделением в газовую фазу фторида аммония и фтористого водорода,что ведет к сильной коррозии оборудования и загрязнению продукта- большая влажность осадка, до 85 , плохая фильтруемость и отстой пульп, что делает невозможным полное удаление, содержащего большое количество 4, маточного раствора промывками. Известен способ (Киндяков П.С., Рубайлова К.М. Переработка танталового концентрата по кремнефторидному методу // Сборник научных трудов Гиредмета. Металлургиздат, 1959, т. 1, с. 672673), п которому из раствора фтортанталата аммония получают фтортанталат калия, который при нагревании до 70-80 С обрабатывается раствором аммиака при соотношении ТЖ 18-110 в течение 8-10 часов и затем 5 растворомпри соотношении ТЖ 110-115 в течение одного часа. Продуктом обработки фтортанталата калия растворами аммиака иявлялся пентоксид тантала, что было подтверждено химическим и ренгеноструктурным методами анализа. Содержание фтора в пентоксиде тантала составляло до 1 . Других сведений авторы не приводят. А поскольку метод представляет практический интерес, была сделана попытка его воспроизводства в лабораторных условиях. Установлено, что декларируемый конечный результат может быть получен только, если применяют очень мелкий фтортанталат калия с размером частиц менее 2 мкм (осаждение из холодного раствора сухим хлористым калием при перемешивании), а полученный после аммиачной и кислотной обработок продукт прокаливают при температуре выше 900 С. При этом выявлены следующие недостатки- высокая влажность (до 25 ) мелкодисперсного ФТК, что снижает степень его очистки от приме 2- обработка ФТК раствором аммиака при температуре 70-80 С в течение длительного времени не имеет смысла, так как 3 улетает из раствора менее чем за 1 час- после аммиачной обработки образуется студенистый, плохо фильтрующийся осадок с влажностью более 70 , близкий по составу- после кислотной обработки образуется осадок плохо фильтрующийся, в сухом виде содержащий до 3-4 фтора и 1-1,5 калия. Маточный раствор содержит до 3 г/л тантала, что снижает извлечение тантала в пентоксид- прокалка сухого продукта сопровождается сильным газовыделением. Прокаленный продукт содержит до 2 калия. Он химически не активен. Задача изобретения - создание технологии, исключающей вышеуказанные недостатки, позволяющей повысить чистоту пентоксида тантала, снизить требования по чистоте к исходному материалу,реагентам, уменьшить коррозионное действие на оборудование, на основе способа, реализующего следующие принципиальные отличия- в качестве исходного используют ФТК крупностью в пределах - 10040 мкм более 85 . Это достигается двумя методами а) осаждение ФТК горячим раствором хлористого калия, содержащим 20 г/л , из холодного раствора фтортанталата аммония, содержащего 10-15 г/лб) 1-3 - кратное нагревание крупнокристаллического ФТК до температуры 220250 С с промежуточным охлаждением до 7080 С. В результате многократного полиморфного превращения кристаллы самоизмельчаются. Обработка аммиачной водой как первого, так и второго ФТК приводит к образованию(4)К 52 с сохранением размера и формы первоначальных частиц. Осадок быстро (1-2 мин) и полностью, с образованием плотного слоя, отстаивается. Это позволяет в дальнейшем исключить фильтрацию при промежуточных операциях. Аммиачная обработка проводится при комнатной температуре, что позволяет сократить в 22,5 раза расход аммиачной воды- после первой аммиачной обработки проводят водную промывку осадка, что исключает потери тантала при кислотной обработке. В зависимости от требуемой чистоты конечного продукта проводят повторение циклов аммиачнаясолянокислая обработка (24 цикла). Последовательность и параметры операций указаны на технологической схеме 1. Предлагаемая технология обладает следующими преимуществами 1. Высокое извлечение тантала в пентоксид за счет низкого содержания его в аммиачных и кислых фильтратах (на уровне 0,01 г/л) 2. Возможность проведения всех операций разложения ФТК в одном реакторе без перегрузки 13896 осадка за счет применения декантации для отделения растворов 3. Высокая степень разложения ФТК уже через 2 цикла. Содержание в пентоксиде тантала, высушенном при 120 С, составляет фтора - 0,5 , калия 0,006 . После 3 циклов фтора - 0,12 , калия - 0,002 . После 4 циклов фтора -0,1 , калия -0,002. Дальнейшее повторение циклов определяемого результата не дат 4. После двух и более циклов сухой осадок имеет состав Та 252. Для перевода его в пентоксид тантала достаточна температура 500 С 5. Низкое содержание фтора в осадке снижает коррозию сушильного и прокалочного оборудования 6. На операциях разложения ФТК допускается применение хозяйственно-питьевой или артезианской воды и реагентов марки технический, без механических загрязнений. И только на последней кислотной обработке обязательно применение дистиллированной воды и соляной кислоты марки ЧДА, ХЧ 7. Повторение кислотных обработок гидроксида приводит к эффективной очистке тантала от примесей. Пример 1 1. 114 г влажного фтортанталата калия (с влажностью 14 ) загружают при перемешивании в 600 мл 10 водного раствора аммиака, пульпу перемешивают в течение не менее 2 часов, отстаивают в течение 1525 мин. Отстоявшийся раствор (около 78 , взятого на обработку) снимают декантацией. В сгущенную пульпу добавляют 400 мл воды, перемешивают 0,5 часа, пульпу отстаивают 525 мин и раствор снимают декантацией (100 к объму добавленной воды). К сгущенной пульпе добавляют 600 мл 5 соляной кислоты, пульпу перемешивают не менее 0,5 часа и отстаивают в течение 1,52 часов, раствор снимают декантацией (100 к объму добавленной кислоты). К получившейся сгущенной пульпе добавляют 600 мл 34 раствора аммиака,пульпу перемешивают не менее 0,5 часа, отстаивают 1525 мин. Раствор снимают декантацией. И снова, к получившейся сгущенной пульпе, добавляют 600 мл 3 соляной кислоты, пульпу перемешивают 0,5 часа и фильтруют. Отфильтрованный осадок после 4-го цикла промывают на фильтре дважды по 50 мл воды и сушат при температуре 120 С. Содержание в осадке фтора 0,47 , калия 0,003 в пересчете на Та 25. Содержание примесей показано в таблице. Содержание примесей,Исходный фтортанталат калия на навес- в пересчете на ку Та 25 2,610-3 1,510-3 5,310-2 310-2 5,310-4 310-4 Гидроксид тантала (в пересчете на Та 25) 910-4 1,510-3 110-4 1,210-4 1,110-4 310-4 410-4 1,110-4 5,310-3 510-4 110-3 310-4 110-4 110-4 110-4 Пример 2 1. Пульпу (после 4 цикла примера 1) отстаивают в течение 1,5-2 часов, раствор снимают декантацией. К сгущенной пульпе добавляют 400 мл 3-4 раствора аммиака. Пульпу перемешивают в течение 0,5 часа, отстаивают не менее 1 часа. Раствор снимают декантацией. 2. К сгущенной пульпе (по п. 1 примера 2) добавляют 400 мл 3 соляной кислоты, пульпу перемешивают 0,5 часа и фильтруют. Осадок на фильтре промывают дважды по 50 мл воды и сушат при температуре 120 С. Содержание (в пересчете на 25) в осадке фтора составляло 0,12 , калия 0,002 . Содержание примесей в пределах ошибки определений не изменялось по сравнению с примером 1. 3 13896 Пример 3 Кристаллический ФТК массой 100 г крупностью 60- 150 мкм нагревают в муфельной печи до температуры 220 С, затем охлаждают до 70 С,вновь нагревают до температуры 220 С и охлаждают до комнатной температуры. Полученный продукт обрабатывают как в примере 1. После двух циклов получен пентоксид тантала с содержанием фтора -0,1 калия - 0,009 . Обоснование пределов параметров. 1. Крупность ФТК - 10040 мкм более 85 . С понижением доли указанной фракции ухудшается отстой осадка пентоксида тантала. С укрупнением ФТК - неполное его разложение. 2. Температурные интервалы нагревания и охлаждения ФТК объясняются началом и окончанием прямого и обратного полиморфного превращения. За этими точками температура не имеет значения. 3. Концентрация соляной кислоты в растворе фтортанталата аммония и хлорида калия и температура последнего обеспечивают получение ФТК, по гранулометрическому составу, близкому к п. 1. Найдено экспериментально. 4. Объемы реагентов, их концентрация при обработке ФТК найдены экспериментально. При этом повышение концентрации реагента и его объема степени разложения ФТК на данной стадии не увеличивают, снижение их ведет к снижению степени разложения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения пентоксида тантала, включающий обработку фтортанталата калия последовательно раствором аммиака и соляной кислоты, отличающийся тем, что для обработки используют фтортанталат калия крупностью - 10040 мкм более 85, аммиачную обработку проводят при комнатной температуре, а циклы аммиачной и солянокислой обработок выполняют 2-4 раза.