Металургія танталу і ніобію
1. Руди й мінерали
Ніобій і тантал входять до складу близько ста мінералів які являють собою складні комплексні солі ниобиевой і танталовой або титано- ніобій - танталовой кислот. Однак найбільш важливе практичне значення являють собою такі мінерали як лопаріт, танталіт-колумбіт і пірохлор.
лопарей являє собою титано-ніобат натрію, кальцію і рідкоземельних елементів і має формулу (Na, Ca, Ln ...) 2 (Ni, Nb) 2 O 6. його складу коливається в наступних межах,%: TiO 2 - 39,2-40; Ln 2 O 3 - 32-34; (Nb, Na) 2 O 5 - 8-10; CaO - 4,2-5,2; Na 2 O - 7,9-9; SrO - 2,0-3,4; K 2 O - 0,2-0,7; ThO 2 - 0,2-07. Зміст танталу в мінералі в 15 разів менше ніобію. Великі родовища лопарітовим руд знаходяться на Кольському півострові (Росія)
Танталіт-колумбіт є изоморфную суміш метаніобатов заліза і марганцю і характеризується формулою (Fe, Mn) [(Ta, Nb) O 3] 2. Якщо в мінералі переважає тантал, то його називають Танталітом, якщо ніобій, то -колумбітом. Сума оксидів (Ta 2 O 3 + Nb 2 O 3) в мінералі становить 82-86%. Найбільш великі родовища танталіт-колумбітових руд знаходяться в Австралії, Канаді, Республіці Заїр, Нігерії та Бразилії.
пірохлор являє собою ниобатов-титанат, в якому катіонами яляются натрій, кальцій і рідкоземельні метали і має формулу (Na, Ca ...) 2 (Nb, Ti) 2 O 6 [F, OH]. Мінерал характеризується складним і непостійним складом,%: Nb 2 O 5 - 37,4-65,6; Ta 2 O 5 - 0-5,8; TiO 2 - 0,8-12; ZrO 2 - 0,5-5,0; ThO 2 - 0,3-9,0; (РЗ) 2 O 3 - 0,7-13,0; UO 2 - 0,2-10; UO 3 - 0.4-10,0; Na 2 O - 2,5-7,0; H 2 0-0,5-11,5; F - 0,5-4,3. Родовища пірохлорових руд знаходяться в в Канаді. Бразилії, в Росії (Урал, Північний Кавказ) і на Україні.
Танталові і ніобієві руди бідні за змістом ніобію і танталу. У експлуатованих рудах зазвичай міститься 0,003-0,2% суми оксидів (Ta 2 O 3 + Nb 2 O 3). Тому руди піддаються збагаченню методами гравітації (мокра відсадження, збагачення на столах) і методами й методами флотації. У результаті збагачення з танталітових і колумбітових руд отримують танталітовие концентрати, що містять 40-65% Тa 2 O 5 і колумбітовие концентрати містять 50-60% Nb 2 O 5. Після збагачення лопарітовим руд отримують концентрати містять не менше 8% (Nb, Ta) 2 O 5, а пірохлорових руд -щонайменше 37,0% (Nb, Ta) 2 O 5.
. Переробка тантал- і ніобій містять концентратів
Основним способом розкладання танталітових і колумбітових концентратів в даний час є їх розкладання 60-70% плавиковою кислотою при нагріванні. При обробці танталітових і колумбітових концентратів плавиковою кислотою протікають наступні основні реакції:
Fe [(Ta, Ni) O 3] 2 + 16HF=2H 2 (Ta, Nb) F 7 + FeF 2 + 6H 2 O (1) [(Ta, Ni) O 3] 2 + 16HF=2H 2 (Ta, Nb) F 7 + MnF 2 + 6H 2 O (2)
У процесі розкладання в розчин крім танталу, ніобію, заліза і марганцю переходять також олово, титан, вольфрам і кремній у вигляді відповідних комплексних кислот H 2 SnF 6, H 2 TiF 6, H 2 WF 8 і H 2 SiF 6.
Розкладання лопарітовим концентратів здійснюється методом хлорування і сернокислотним способом.
Хлорування здійснюється елементарним хлором в присутності відновника при температурі 750-800 о С. Як відновлювача використовується деревне вугілля або кокс. У процесі хлорування протікають наступні хімічні реакції:
Nb 2 O 5 + 3Cl 2 + 1,5C=2NbClO 3 + 1,5CO 2 (3) 2 O 5 + 5Cl 2 + 2,5C=2NbCl 5 + 2,5CO 2 (4 ) 2 O 5 + 5Cl 2 + 2,5C=2TaCl 5 + 2,5CO 2 (5) 2 + 2Cl 2 + C=TiCl 4 + CO 2 (6) 2 O 3 + 3Cl 2 + 1,5C=2LnCl 3 + 1,5CO 2 (7)
Утворений СО 2 реагує з вуглецем по реакції:
СО 2 + С=2СО (8)
Тому хлорування оксидів може здійснюватися також по реакціях:
Nb 2 O 5 + 3Cl 2 + 3CО=2NbClO 3 + 3CO 2 (9) 2 + 2Cl 2 + 2CО=TiCl 4 + 2CO 2 (10)
Одночасно в процесі хлорування утворюються інші хлориди CaCl 2, NaCl, AlCl 3, FeCl 2, SiCl 4.
Хлорування концентратів може здійснюватися у вигляді брикетів в хлоратора шахтного типу або подрібненого концентрату в хлоратора з сольовим розплавом. В останньому випадку в якості розплаву використовується суміш хлоридів складу,%: LnCl 3 - 55; CaCl 2 - 20; NaCl - 15; решта хлориди інших елементів. Хлорування ведуть при температурі 850-900 о С. Зміст концентрату в розплаві складає близько 1,5%, а вуглецю близько 5%.
Хлориди танталу, ніобію і титану, що мають відносно низькі темп...
