7.8. Универсальная экстракционная технология разделения ниобия и тантала при переработке колумбито-танталитовых концентратов различного состава

7.8 Универсальная экстракционная технология разделения ниобия и тантала при переработке колумбито-танталитовых концентратов различного состава

Вовлечение в производство новых источников ниобий-танталового сырья потребовало разработать эффективные технологий получения продукции на основе ниобия и тантала.

В рамках выполнения работы в качестве исходного сырья привлечен колумбитовый концентрат; соотношение Nb₂O₅ : Та₂O₅ в данном сырье близко (10  15) : 1; а также природный колумбито-танталит, в котором указанное соотношение близко к 1:1. Следует отметить, что колумбито-танталиты различного происхождения и химического состава широко распространены на мировом рынке ниобий- и танталсодержащего сырья.

Промышленной переработки собственных колумбито-танталитовых концентратов в нашей стране не было, а опыт переработки лопарита к колумбито-танталитам малоприменим из-за существенного отличия минералогического и химического составов.

Эксперименты проводили с колумбитовым концентратом состава, масс. %: Nb₂O₅ - 50,5; Та₂O₅ - 4,1; Fe - 12,6; Mn - 1,9; W - 0,5; Si - 3,6; Al - 0,35; Са - 0,07; Ti - 1,7; Zr - 0,6; Sn - < 0,2; и колумбито-танталитом состава, масс. %: Nb₂O₅ - 41,0; Та₂O₅ - 24,7; Fe - 14,1; Mn - 2,9; W - 1,3; Si - 0,47; Al - 0,2; Са - 0,4; Ti - 0,6; Zr - 0,09; Sn < 2,5. Как видно из данных химического состава, содержание Nb₂O₅ в обоих материалах близко (50,5 % и 41,0 % (масс.) соответственно), однако значительно различается содержание Та₂O₅ (4,1 и 24,7 % (масс.)).

Технологическая схема предлагаемой технологии включает следующие основные стадии: сульфатно-фторидное вскрытие сырья экстракционное разделение ниобия и тантала с очисткой их от примесей получение Nb₂O₅ и Ta₂O₅.

Показано, что определяющим условием для успешной организации экстракционного передела при переработке редкометальных материалов, содержащих Nb₂O₅ и Та₂O₅ в соотношении от 10:1 (например, колумбитовый концентрат Зашихинского месторождения) до 1:1 (природный колумбито-танталит), является процесс вскрытия исходного сырья. Предварительными испытаниями установлены параметры сульфатно-фторидного вскрытия обоих материалов: температура, концентрация и расход фтористоводородной кислоты, а также содержание в смеси до 350-400 г/л серной кислоты положительно влияет на степень извлечения Nb₂O₅ и Та₂O₅ как из колумбитового концентрата, так и из колумбито-танталита. При использовании фтористоводородной кислоты в избытке 30 % - 34 % от стехиометрически необходимого через 6 ч в раствор переходит не менее 93 % - 95 % Nb₂O₅ и Та₂O₅. В итоге при вскрытии необходимо выдержать такие условия, чтобы в исходном растворе на экстракционное разделение концентрация Nb₂O₅ находилась на уровне не менее 100-120 г/л, H₂SO₄ ~ 300-320 г/л, F^- - 220-240 г/л, Та₂O₅ - фактическая концентрация. Задачей последующей стадии гибкого экстракционного процесса является создание таких условий, при которых осуществляется разделение Nb₂O₅ и Та₂O₅ на одном технологическом оборудовании с целью снижения капитальных и эксплуатационных затрат при организации переработки колумбито-танталитовых концентратов различного состава.

В связи с этим для переработки ниобий- и танталсодержащих растворов после вскрытия колумбитового концентрата и/или колумбито-танталита, содержащих Nb₂O₅ и Та₂O₅ в соотношении от 10:1 до 1:1 (масс. %), была выбрана схема с коллективной экстракцией ниобия и тантала, промывкой насыщенного экстракта и последующим разделением элементов на стадии селективной реэкстракции и экстракционным разделением Nb₂O₅ и H₂SO₄ из образующегося реэкстракта ниобия; в качестве экстрагента использовался октанол-1.

Далее были проведены укрупненные непрерывные испытания предлагаемой технологии на многоступенчатом экстракционном каскаде, содержащем экстракторы типа смеситель-отстойник, на котором отработаны режимы экстракции, промывки, реэкстракции ниобия и тантала, экстракционного разделения Nb₂O₅ и H₂SO₄ с получением реэкстрактов ниобия и тантала требуемого для получения оксида ниобия (содержание основного вещества - не менее 99,8 %) и оксида тантала (содержание основного вещества - не менее 99,5 %) качества. Изучено распределение Nb₂O₅ и Та₂O₅ в органической и водной фазах по камерам экстракционного каскада. Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что процесс экстракции идет эффективно на 10-12 ступенях. Для стадии промывки насыщенного экстракта достаточно 5-6 ступеней, для селективной реэкстрации ниобия - 20 ступеней; для реэкстракции тантала - 6-8 ступеней, для экстракционного разделения Nb₂O₅ и H₂SO₄ из образующегося реэкстракта ниобия - 15 ступеней. Установлено, что в оптимальных условиях экстракционного процесса содержание целевых компонентов в реэкстракте ниобия: Nb₂O₅ - 130-150 г/л, Та₂O₅ - < 0,05 г/л; в реэкстракте тантала: Та₂O₅ - 15-80 г/л, Nb₂O₅ - < 0,05 г/л. Потери целевых компонентов с рафинатом не превышают 0,1 %. После осаждения, промывки, просушки и прокалки получены экспериментальные образцы оксида ниобия чистотой не менее 99,8 % и оксида тантала чистотой не менее 99,5 %, торгующиеся на российском и мировом рынках редких металлов.

Исследованиями показано, что количество степеней в экстракционном каскаде и конструкция отдельной ступени не отличаются как при переработке колумбитового концентрата, так и при использовании богатого колумбито-танталита, отличаются только режимы проведения экстракционного процесса. Используются одинаковые рабочие растворы. При этом изменяется только соотношение потоков органической и водной фаз О:В в контурах экстракционного каскада. Например, в растворе после вскрытия колумбитового концентрата содержится больше ниобия, таким образом, соотношение О:В при реэкстракции ниобия будет другим (больше реэкстрагирующего раствора).

Таким образом, предложенный способ вскрытия и экстракционного разделения ниобия и тантала позволяет реализовать гибкий технологический процесс, позволяющий перерабатывать редкометальные концентраты, содержащие Nb₂O₅ и Та₂O₅ в соотношении от 10:1 до 1:1 (масс. %).

Однако следует отметить, что объем готовой продукции при переработке редкометальных концентратов, содержащих ниобий и тантал в соотношениях 10:1 и 1:1, будет различным и, таким образом, технико-экономические показатели будут отличаться и требовать дополнительного уточнения для каждого вида исходного сырья.