Способ хлорирования

Переработка лопаритовых концентратов

Разложение плавиковой кислотой

Тонкоизмельченный танталитовый (колумбитовый) концентрат разлагают концентрированной плавиковой кислотой (60 - 70 %-ной) при нагревании. Расход 60 – 70 % − ной HF зависит от состава концентрата и составляет 1,2—2,5 т/т концентрата. Основные реакции разложения:

Fe (ЭО₃)₂ + 16 HF = 2 H₂ЭF₇ + FeF₂ + 6 H₂О (2.64)

Мп(ЭО₃)₂ + 16 HF = 2 H₂ЭF₇ + MnF₂ + 6 Н₂О (2.65)

где Э — Та, Nb.

В растворы, кроме тантала, ниобия, железа и марганца, переходят все элементы, содержащиеся в сопутствующих минералах, в составе комплексных кислот H₂SnF₆, H₂TiF₆, H₂WF₈, H₂SiF₆.

Таким образом, при разложении концентратов плавиковой кислотой получаются сложные растворы, содержащие большое количество элементов — примесей, что затрудняет выделение из них чистых соединений тантала и ниобия.

Разложение ведут в стальных аппаратах, покрытых свинцом и выложенных графитовыми плитками. Мешалки можно изготовлять из сплава монель (сплав никеля с 27 — 29 % Сu).

Пульпу нагревают с помощью электрических нагревателей или с помощью острого пара вводимого через эбонитовую трубку. В процессе разложения часть плавиковой испаряется. Это требует хорошего местного отсоса у аппарата и поглощения HF скруббером, орошаемом известковым молоком.

Для полного разложения иногда требуется двухкратная обработка концентрата. В конце разложения пульпу разбавляют водой и фильтруют на гуммированных фильтр-прессах, применяя хлопчатобумажную ткань или ткань из перхлорвинила. Из полученных растворов тантал и ниобий извлекают экстракцией органическими растворителями.

Лопарит — сложное комплексное сырье. Концентраты содержат, % (по массе): (Nb, Ta)₂O₅ 8 – 9 (при соотношении Nb₂О₅: Ta₂О₅ = 14: 1); ТiO₂ 32 – 35; (Се, La...)₂О₃ 26 – 28.

Технология должна обеспечивать извлечение всех ценных составляющих: ниобия, тантала, редкоземельных металлов и титана.

Все ценные составляющие лопарита наиболее просто можно извлечь способом хлорирования. Сущность его состоит в том, что компоненты рудного концентрата взаимодействуют с газообразным хлором при 750 – 850 °С в присутствии древесного угля или кокса. Различия в летучести образующихся хлоридов позволяют разделить основные ценные составляющие концентрата.

Ниже приведены температуры плавления и кипения некоторых хлоридов (табл.2.2):

Таблица 2 2 – Температура плавления и кипения некоторых хлоридов

Хлорид	Температура, ^оС
плавления	кипения
NbCl5	204,7	248,3
NbOCl3	Сублимирует	≈ 400 (сублимирует)
TaCl5	216,5
TiCl4	- 23
FeCl3
Al2Cl6	Сублимирует
SiCl4	- 67
CeCl3
LaCl3
CaCl2
NaCl
ThCl4

Хлориды тантала, ниобия и титана, имеющие сравнительно низкие точки кипения, в процессе хлорирования уносятся с газами и улавливаются в конденсационных устройствах; высококипящие хлориды редкоземельных металлов, натрия и кальция остаются в хлораторе в форме плава хлоридов.

Ниже приведены реакции хлорирования основных ценных составляющих лопарита:

Nb₂О₆ + 3 С1₂ + 1,5 С = 2 NbOCl₃ + 1,5 СО₂ (2.66)

Nb₂О₅ + 5 С1₂ + 2,5 С = 2 NbCl₅ + 2,5 СО₂ (2.67)

Та₂О₅ + 5 С1₂ + 2,5 С = 2 ТаС1₅ + 2,5 CО₂ (2.68)

ТiO₂ + 2 CI₂ + С = TiCl₄ + CО₂ (2.69)

Ln₂О₃ + 3 Cl₂ + 1,5 С = 2 LnCl₃ + 1,5 CО₂ (2.70)

Одновременно СО₂ реагирует с углеродом с образованием СО:

СO₂ + С = 2 СО (2.71)

Хлорирование окислов происходит также с участием окиси углерода, например, по реакциям

Nb₂О₅ + З СО + З С1₂ = 2 NbOCl₃ + 3 CО₂ (2.72)

TiО₂ + 2 CO + С1₂ = TiCl₄ + 2 СО (2.73)

Другие образующиеся при хлорировании хлориды: СаС1₂, NaCl, A1C1₃, FeCl₃, SiCl₄. Хлорирование лопаритового концентрата можно проводить в хлораторах шахтного типа с брикетированной шихтой или в хлораторах с солевым расплавом. При хлорировании лопаритового концентрата расплавленная ванна создается образующимися высококипящими хлоридами натрия, калия и редкоземельных элементов.

Технологическая схема переработки лопаритового концентрата по способу хлорирования представлена на рис. 2.6.

Лопаритовый концентрат

Смешивание с углем и связкой

Брикетирование

Уголь

Сушка и прокалка брикетов

Хлорирование

Cl₂

Дистиллят

Остаток от хлорирования: (Ce,La)Cl₃, CaCl₂, NaCl

На извлечение РЗЭ

Твердые хлориды: NbOCl₃, NbCl₅, TaCl₅, FeCl₃ и др.

Жидкие хлориды: TiCl₄, SiCl₄ и др.

На получение чистых соединений тантала и ниобия

На очистку от примесей

Рис. 2.6 – Схема переработки лопаритового концентрата по способу хлорирования

Особенностью хлорирования в расплаве являются преобладание содержания CO₂ над CO в газовой фазе.

Хлорирование ведут при 850 – 900 °С, среднем содержании концентрата в расплаве 1,5 % и углерода ~5 %. В этих условиях удельная производительность хлоратора по концентрату 5 - 6 т/(м²∙сутки).

Хлорная технология переработки лопарита обеспечивает извлечение 93 – 94 % ниобия и 86 – 88 % тантала в технические оксиды, 96,5 % редкоземельных металлов в плав хлоридов.

Дата добавления: 2014-01-11