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钽铌萃取分离工艺与设备进展
钽铌萃取分离工艺与设备进展
第32卷第2期
2004年6月
?
工艺与设备?
稀有金属与硬质合金
RareMetalsandCementedCarbides
№.2
钽铌萃取分离工艺与设备进展
韩建设,周勇
(从化钽铌冶炼厂,广东从化510980)
摘要:
概述了近年来,我国钽铌湿法冶炼中的萃取分离工艺及装备系统的状况,并重点介绍了陌一一仲辛醇
萃取分离体系的最新研究进展,技术经济指标,当前存在的一些技术问题及有关改进措施和思路.
关键词:
钽铌;萃取分离;仲辛醇;工艺;设备
中图分类号:
"IF111.3文献标识码:
A文章编号:
1004—0536(2004)02—0015—06
DevelopmentofTa&NbExtractionandStrippingTechnologyandEquipment
HfJian—
(ConghuaTantalum&Niobium~nelterY,Conghua510980,China)
Abstract:
qhisarticledescribesthesituationintherecentyearsofextractionandstrippingtechnologyandequipmentin
—econctnicdatain
一
S04一Octanol一2extraction—strippingsystemaswellastheexistingtechnicalproblm'ts,relatedmeasuresandideas
fortheimprovementandsolution.
Keywords:
tantalumandni0bium;extraction—stripping;Octano一2;technology;equipment
1钽铌萃取分离的工艺及背景
钽铌的溶剂萃取分离自1956年应用于生产J,
业生产上采用溶剂萃取法分离钽铌,先后应用过HF
—
H2SO4一(以下简称TBP体系),一I-IzSO4一
乙酰胺(以下简称乙酰胺体系),一I-IzSO4一MIBK
(以下简称MIBK体系),一HzSO4一仲辛醇(以下
简称仲辛醇体系)四种萃取分离体系,它们在中国钽
离体系都先后生产过高纯钽,铌氧化物,说明了这些
体系的萃取分离水平,其中乙酰胺和仲辛醇萃取分
用MIBK体系,南方其他各厂都使用仲辛醇体系.
形成我国钽铌湿法冶炼南北两大萃取分离体系的原
因,主要有两点,一是地域差别,即北方冷南方热;二
是由萃取剂自身物理化学性质所决定.
在我国钽铌湿法冶炼的过程中,通常把整个冶
炼过程分为四块工序.第一块是矿石的球磨,氢氟
酸分解和矿浆萃取的过程,一般称谓分解工序,它的
产品是负载有机相;第二块就是萃取分离过程,习惯
称为清萃工序,其产品是铌液与钽液;第三块是钽产
品的生产过程,生产K2TaF7或氧化钽,一般称结晶
工序或钽工序;第四块是铌产品的生产过程,包括氨
沉淀,压洗,烘干煅烧等过程,习惯称为铌沉工序或
铌工序.而萃取分离工艺过程是纯化,分离钽铌最
有效的方法之一,是所有工艺过程中最为关键的部
分.该过程主要有两大作用,一是将钽铌与其他金
属杂质经过萃取分离达到纯化的目的,例如除去钨,
硅,钛,铁等杂质;二是将钽与铌通过萃取达到分离.
因此,这一工艺过程控制运行的好坏,直接关系到
收稿日期:
2003一ll—o3
作者简介:
韩建设(195o一),男,高级工程师,长期从事稀土,钽铌冶金的技术研究,生产及管理工作.
16稀有金属与硬质合金第32卷
钽,铌产品的质量,关系到钽铌产品的成本,还关系
到上下工艺过程的衔接.
MIBK,仲辛醇萃取分离体系的工艺流程大体相
过程分为四段,第一段为钨\铌分离段,我们通常称
为酸洗段,有机相进料,采用分馏萃取过程,用酸洗
液将杂质钨从负载有机相中洗掉,贫有机相萃取,以
保证钽铌有较高收率.第二段是铌\钽分离段,习
惯上称为反铌提钽段,有机相进料,仍采用分馏萃取
过程,一般采用试剂硫酸配反铌剂,用精制有机萃
是精洗有机段,也称作有机再生段,还是采用逆流反
萃取过程,洗液的成分各厂家不一,目的是洗干净贫
有机中杂质,避免在铌钽分离段中,有机相带进杂质
影响铌产品的质量.
2MIBK,仲辛醇萃取钽铌的理论基础
与实践
送矿浆萃取
附图钽铌萃取分离工艺流程
表1MIBK,伸辛醇萃取分离体系比较
2.1MIBK,仲辛醇萃取剂的物理化学性质及萃取
性能
萃取剂MIBK,仲辛醇对钽,铌的萃取分离,很多
的物理化学性质,以及在工业萃取中所获取的数据
技术经济指标等(详见表2),作一简单的比较,以便
提出或说明一些问题.在表2中,从溶剂粘度,萃取
容量,钽铌的分离系数等性质可以看出,MIBK明显
优于仲辛醇;在水中的溶解度,含水量,闪点,蒸气压
等性质上,仲辛醇好于MIBK;在有机相损失,溶剂价
格等技术经济指标方面,仲辛醇的优势较大.
MIBK与仲辛醇都属中性含氧萃取剂,它们对钽
铌的萃取机理与过程属离子缔合萃取中的锌盐萃
取….即钽,铌在HF—H2SO4溶液中,与F一结合成
钽,铌的氟络阴离子或氟氧络阴离子;MIBK,仲辛醇
在大量的H的作用下,与钽,铌的氟络阴离子作用
第2期韩建设,等:
钽铌萃取分离工艺与设备进展17
是在高酸度溶液中萃取;在一定的酸度条件下,钽,
铌氟络阴离子或氟氧络阴离子以及其他金属的络阴
离子,在有机相与水相之间进行反复的交换一平衡,
再交换一再平衡,而达到分离;在低酸度条件进行反
表2MIBK,仲辛醇主要物理化学性质及技术经济指标
t企业严品说明书.
萃取,使有机相再生.
国内多年的试验与生产表明,仲辛醇在HF—
H2S04同一体系中,对常见金属元素萃取的易萃程
度有如下排序规律:
<w<Nb<Ta,即钨是该萃取
体系所要分离的边界杂质元素,它与铌的分离系数
最小,与其他杂质元素相比,其萃取率最高.因此,
若钨在该萃取体系内能达到分离要求,则其他杂质
元素都可合格.在MIBK萃取分离体系中,钨的萃
取行为基本也是如此.
3钽铌萃取分离工艺及装备
MIBK,仲辛醇萃取分离工业生产的设备系统,
是以萃取槽为主要工艺设备,以及为萃取槽正常生
18稀有金属与硬质合金第32卷
产运转而配套的其他设备,包括配制槽,高位槽,稳
压槽,流量计,低位槽,耐蚀泵等组成.近些年来,我
取分离的生产装备,宁夏厂技术进步较大,他们设计
萃取槽设计非常特殊,把所有混合室都设计在一边,
而另一边全是澄清室,这样设计便于生产中观察.
该萃取槽级效率,产能,分离的可靠性等都有较大幅
度提高.在流量控制系统方面,采用先进的仪器设
备,使该厂在清液萃取工序的工序质量完全受控【7j.
据悉,整体效果非常好.
南方钽铌企业基本上沿用各单位原来习惯使用
两口箱式}昆合澄清器【8J,九江厂等单位仍用原三口
箱式混合澄清器.从化厂为了提高氧化铌的档次,
在2001年改用两口箱式20级萃取槽,用于Nb\Ta
分离,分离效果优于原三口箱式混合澄清器.
在多年的生产中,根据仲辛醇体系的特点和工
艺要求,工艺设备也随之不断改进与完善.
针对仲辛醇粘度大,分层慢,受温度影响等问
题,扩大了萃取器的澄清室比例.由原来混澄比1:
(3~4)改为1:
(5~6).w\Nb,Nb\Ta分离的萃取
种原因影响萃取分离效果的情况,被增加萃取槽级
数有所弥补.
南方许多厂家在气温较低时,都对进槽溶液采
取水浴加热的办法,效果很好,这些小设备既简单又
经济.有条件的厂家也可采用系统采暖方式,但成
本比较高.
仲辛醇萃取分离工艺体系自诞生之日起,就显
示出极大的技术经济优势,并迅速在国内各厂家推
广运用.在上世纪80年代初,九江厂应用该萃取分
离体系,使用江西钽铌矿,工业化生产高纯氧化铌获
得成功,其w\Nb及Nb\Ta分离达到了很高的水
平.在这段时期,对萃取工艺的研究,主要是针对钽
铌比做工作,从2/1,1/1做到1/10,这充分反映了该
体系有较好的分离适应性能.进入90年代之后,我
国自产的钽铌矿远远不够用,世界各地的钽铌资源
纷纷进入我国[引,各种矿的钽铌含量及杂质元素的
成分差异很大,这对仲辛醇体系是极大的考验.
影响萃取分离工艺过程的因素,概括起来主要
有五个方面,温度(包括气温)的影响;酸度的影响;
流量的影响;负载有机相浓度的影响;资源中杂质成
分的影响.从技术管理的角度来说,负载有机相浓
度,酸度和流量是人为的(完全控制);温度是可调节
的(部分控制);资源中杂质成分是天然的(不可控
制).
钽铌的萃取分离过程,从理论上说,既有化学过
程(锌盐萃取),也有物理过程(混合与澄清).因此,
不论是试验还是工业生产中,温度对萃取分离工艺
的影响十分明显.温度高,钽铌的分离因素大,温度
低则相反.温度高,仲辛醇粘度降低,分层效果较
好.南方各厂在冬季生产中,钽铌萃取分离效果往
往波动较大,为此,许多厂家都采用加热措施.
控制调整酸洗液和反铌液的酸度,进入萃取槽
内的各种溶液流量(控制流比),是我们对萃取分离
制和调整,可以处理不同杂质元素含量,不同钽铌比
的原料;可以获取不同质量要求的产品(质量控制),
以及不同浓度要求的钽液,铌液(工艺衔接).各厂
家由于经验(技术诀窍)及资源成分不一,故控制的
准的产品.特别值得注意的是.对w\Nb的分离段
(酸洗段)的控制,不仅影响产品质量,还会影响钽铌
的收率.
体系影响较大.浓度低,不仅生产效率低,产量小,
浓度波动,产品质量和钽铌收率也不稳定.
钽铌资源的国际化也给仲辛醇萃取体系带来了
一
带的钛钽铌矿,钽铌总含量在20%左右,但是
的含量高达50%左右,钨含量4%以下,在生产
实践中,只要控制得好,钨和钛不会影响钽铌产品质
量.马来西亚等地的含钽锡渣,钽铌总含量6%~
12%,钨含量2%~8%,与钽铌含量比例接近,对萃
第2期韩建设,等:
钽铌萃取分离工艺与设备进展l9
取分离影响较大,处理该矿的生产经验是,通过对矿
萃工序和w\Nb萃取分离段的精确控制,也能保证
钽铌产品的质量和收率.此外,还有尼日利亚,巴西
等地钽铌铁矿,非洲钽铌矿等,杂质影响都不大.
2002年初,从化钽铌冶炼厂在为国外某公司进
行来料加工中.发现氧化铌产品中的锑偏高,为此,
现:
在同一仲辛醇体系中,就萃取分离而言,锑是除
不掉的.这是因为锑的易萃程度介于铌和钽之间,
取槽的放槽样数据处理,钽与锑的分离系数Sb=
1.4~5.5,锑与铌的分离系数/3S~/Nb=1.2~6.0,两
个分离系数几乎相等,因此,在钽铌分离的同一条件
下,锑在Ta/Nb分离萃取槽中两边走,即水相出口的
铌液中有锑,有机相出口的含钽有机相中也有锑.
笔者的结论是:
目前仲辛醇萃取分离工艺流程是除
究发现,丰富了我国钽铌湿法冶炼的经验,加深了对
仲辛醇体系的认识,很有实际意义.
仲辛醇清液萃取工序的技术经济指标,受资源
'成分影响很大,其中包括钽铌含量的影响,杂质含量
和钽铌比的影响,还受到负载有机相浓度的影响.
国内各单位采用的统计方法也不一样,笔者按清液
萃取工序处理1m3负载有机相的主要物料消耗统
计,见表3.
表3清液萃取工序主要技术经济指标
名称工业硫酸试剂硫酸仲辛醇纯水电耗
消耗量100~140l曙60~120l曙2--8l曙2~4rn390~140kW?
h
4仲辛醇萃取分离体系存在的问题及
其探讨
产已有近30年了,但从近些年的试验研究与生产实
践可以看出,它仍在向前发展,特别体现在
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- 萃取 分离 工艺 设备 进展