Маслобоева С.М., Лебедев В.Н., Арутюнян Л.Г., Калинников В.Т.

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, Апатиты, Россия

Tantalum and niobium extraction from fluoride-nitric acid and -sulphuric acid solutions containing lead, tin, and silicium by triisoamylphosphate and octanol has been investigated. Higher separation coefficients were obtained in systems with triisoamylphosphate, which allows to consider this extragent as highly effective for the separation of tantalum from niobium, lead and other impurity elements.

Тантал в России получают из комплексных руд Ловозерского месторождения (Мурманская область), разработка небольших месторождений Сибири и Урала в настоящее время прекращена. Потребление этого металла в России ограничено аэрокосмической, атомной и военной промышленностью, в то время как область его применения в мире значительно шире и включает химическое машиностроение, твердые и жаропрочные сплавы, электронику, квантовые генераторы. По имеющимся экспертным оценкам потребление тантала в мире будет возрастать на 5% в год, отсюда в перспективе в стране можно ожидать многократного роста его потребности [1].

На Кольском полуострове имеется ряд небольших месторождений, в состав которых входят минералы с высоким содержанием тантала (до 32% Та₂О₅). Например, может оказаться весьма рентабельной попутная добыча плюмбомикролита (ПМ) при разработке амазонитов Плоскогорского месторождения.

Нами проведены исследования по разработке гидрометаллургических схем переработки ПМ концентрата с выделением соединений тантала, ниобия и свинца в качестве товарных продуктов для различных областей техники, основные результаты которых представлены в работах [2-6]. Изучены фториднo- сернокислотные, -солянокислотные и -азотнокислотные системы для разложения концентрата и разделения компонентов. Фторидно-азотнокислотная схема разложения концентрата представляется наиболее перспективной (рис.1), так как в этом случае извлечение тантала и ниобия в раствор в оптимальных условиях достигает 99%, при этом по сравнению с фторидно-сернокислотной схемой упрощается выделение соединений свинца.

Несмотря на то, что экстракционный метод извлечения, разделения и получения чистых тантала и ниобия из фторидных сред достаточно хорошо изучен, при разработке экстракционной технологии ПМ концентрата необходимо учитывать специфику исходных растворов, осуществить выбор наиболее эффективного экстрагента, оптимизировать условия выделения высокочистых соединений тантала и ниобия на различных стадиях экстракции, промывки и реэкстракции.

В работе [6] приведены данные по экстракции тантала экстрагентом Аламин 336 в разбавителе (Eskeid) из фторидно-азотнокислых растворов, полученных разложением плюмбомикролитового концентрата. Для выделения тантала этот экстрагент весьма эффективен, но он не выпускается отечественной промышленностью и по стоимости достаточно дорог.

В данном сообщении приводятся результаты исследований по экстракции тантала 100% триизоамилфосфатом (ТИАФ) и 70% ТИАФ в разбавителе, а также октанолом из растворов, получаемых при фторидно-азотнокислотной и фторидно-сернокислотной переработке ПМ концентрата. По сравнению с трибутилфосфатом, широко используемым при выделении редких элементов, ТИАФ обладает рядом преимуществ: низкой растворимостью в воде (0.015 г/л), лучшей совместимостью с углеводородами ароматического ряда, незначительной скоростью гидролиза и радиолиза. Его плотность и вязкость при температуре 20^оС составляют соответственно 947 кг/м³ и 4.32^.10^-3 н^.сек/м².

Исходный раствор фторидно-азотнокислотной переработки имел состав, г/л: 85.1 Ta₂O₅, 49.2 Nb₂O₅, 15.7 Pb, 2.68 Fe, 115 F^-, 197 NO₃^-; фтридно-сернокислотной, г/л: 185.5 H₂SO₄, 155 F^-, 119.7 Ta₂O₅, 66.8 Nb₂O₅, 16.6 SnO₂, 3.9 SiO₂, 5.8 TiO₂, 4.1 Fe, 0.005 PbO. Экстракцию осуществляли при различных соотношениях органической и водной фаз (О:В). Полученные результаты для ТИАФ и октанола приведены в таблицах 1- 4.

Таблица 1 Распределение компонентов при экстракции 100% ТИАФ

Рис.1. Технологическая схема фторидно-азотнокислотной переработки плюмбомикролитового концентрата

Как следует из данных таблиц 1 и 2, ТИАФ избирательно экстрагирует тантал (V) из фторидно-азотнокислых растворов, при этом достигаются высокие степени разделения тантала(V) от ниобия(V) и свинца(II). В случае экстракции тантала 100% ТИАФ при соотношении О:В=2:1 необходимо 2 ступени, а 70% ТИАФ – 3-4 ступени.

Таким образом, тантал может быть выделен последовательной экстракцией его из исходного раствора и в виде экстракта отделен от ниобия и свинца.

Реэкстракцию тантала осуществляли фтористым аммонием (200 г/л), при соотношении О:В=0.5 за одну ступень степень извлечения составила более 98%.

Таблица 2

Распределение компонентов при экстракции 70% ТИАФ в разбавителе Eskeid

Из данных, приведенных в таблице 3, видно, что коэффициенты разделения β_Ta/Nb и β_Ta/Pb в системе с октанолом ниже, чем для ТИАФ. Как показывают расчеты, для полного извлечения тантала на стадии экстракции в этом случае требуется 5-6 ступеней.

Таблица 3 Распределение компонентов при экстракции октанолом

При экстракции из растворов фторидно-сернокислотного разложения плюмбомикролитового концентрата коэффициенты разделения тантала и ниобия, а также и других компонентов достаточно высоки (таблица 4). С ростом содержания тантала и ниобия в органической фазе коэффициенты разделения заметно снижаются при соотношениях О:В менее 2.5, наиболее всего это характерно для β_Ta/Si. Поэтому получение чистых соединений тантала, по-видимому, не должно происходить в режиме максимального насыщения экстрагента.

Таблица 4

Распределение компонентов при экстракции раствором 70% ТИАФ в додекане

Пентаоксид тантала, выделенный из реэкстрактов, по количеству регламентированных примесей соответствовал марке «высокочистый».

Таким образом, на основе проведенных исследований установлено, что триизоамилфосфат является весьма эффективным экстрагентом для отделения тантала от ниобия, свинца и примесных элементов как при фторидно-азотнокислотной схеме разложения плюмбомикролитового концентрата, так и при фторидно-сернокислотной.

Литература

1. Тантал России: состояние, перспективы освоения и развития минерально-сырьевой базы. Под редакцией Быховского Л.З. // Минеральное сырье. 1999. № 4. М.: ВИМС. 90 с.
2. Лебедев В.Н., Маслобоева С.М., Волошин А.В., Калинников В.Т., Маслобоев В.А., Мельник Н.А. К переработке плюмбомикролитового концентрата из амазонитового плоскогорского месторождения // Комплексная переработка нетрадиционного титано-редкометалльного и алюмосиликатного сырья: современное состояние и перспективы: материалы Междунар. конф. Апатиты, 4-8 апреля 2006 г.- Апатиты: изд. Кольского научного центра РАН, 2006. С.118-121.
3. Лебедев В.Н., Маслобоева С.М., Волошин А.В., Калинников В.Т., Маслобоев В.А., Мельник Н.А. Разложение плюмбомикролитового концентрата смесью фтороводородной с серной или соляной кислотами // Химическая технология. 2006. №11. С.32-35.
4. Маслобоева С.М., Лебедев В.Н., Мельник Н.А., Арутюнян Л.Г., Калинников В.Т. Изучение условий разложения плюмбомикролитового концентрата смесью фтористоводородной и азотной кислот // Цветные металлы. 2007. № 8. С.78-81.
5. Маслобоева С.М., Лебедев В.Н. Фторидно-сернокислотная переработка плюмбомикролитового концентрата // Цветная металлургия. 2007. № 6. С. 19-24.
6. Маслобоева С.М., Калинников В.Т., Лебедев В.Н. Выделение тантала и ниобия при переработке плюмбомикролитового концентрата / Современные методы комплексной переработки руд и нетрадиционного минерального сырья (Плаксинские чтения): Материалы международного совещания. Часть 2. Апатиты, 01-07 октября 2007 г. - Апатиты: Изд-во КНЦ РАН. 2007. С.412-414.

Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья