低浓度氢氟酸体系中MIBK萃取分离铌钽工艺的基础研究

铌、钽为重要的稀有贵重金属,其金属和合金已被广泛应用于钢铁、电子等高新技术领域。现行铌钽矿处理方法为高浓度氢氟酸分解和萃取分离工艺,但该工艺会造成严重的氟污染且对难分解矿的资源利用率较低。为此,中国科学院过程工程研究所开拓了亚熔盐法铌钽清洁生产新工艺,使难分解铌钽矿分解率较现行氢氟酸法提高10%以上,且新工艺得到的中间产品-铌钽水合氧化物可被接近理论用量的低浓度氢氟酸溶解,从而有望大幅度降低氢氟酸用量,并在低浓度氢氟酸体系中实现铌和钽的萃取分离,进而在极大程度上削减氟污染,实现清洁生产。铌钽的低浓度氢氟酸体系萃取分离工艺是亚熔盐铌钽清洁生产工艺控制氟污染和保证铌钽产品质量的关键技术。本论文基于亚熔盐清洁生产工艺前期研究成果,对铌钽的低浓度氢氟酸体系萃取分离工艺进行了系统研究,得到了最优化的铌钽萃取分离及除杂的工艺条件,并开展了相应的机理研究,主要工作及进展如下：(1)通过对低浓度氢氟酸体系中铌钽存在形态及性质差异的分析,确定了采用甲基异丁基酮(MIBK)选择性萃取钽从而实现钽铌分离的新流程。(2)利用多元光谱拟合(MSF)法,在ICP-AES中建立了合理的MSF模型,有效校正了萃取液中高浓度钽基体对铌的光谱干扰,建立了适合本实验体系的铌元素的准确测定方法,为后续实验的分析过程的准确性提供了保证。(3)在低浓度氢氟酸体系中,利用MIBK萃取分离钽铌,考察了接触时间、萃取相比、氢氟酸浓度、钽铌浓度、钽铌质量比、H2SO4浓度、温度等因素对钽、铌萃取率及钽铌分离系数的影响。结果表明：在接触时间5 min、萃取相比为5、氢氟酸浓度0.5 mo1·L-1、钽铌浓度60 g·L-1、钽铌质量比为2时,钽、铌的单级萃取率分别为96.01%、0.048%,钽铌分离系数达到近50000。因此在低浓度氢氟酸体系中,以MIBK为萃取剂,可实现钽、铌的高效萃取分离。采用3 mol·L-1硫酸洗涤含钽有机相,相比1：1,洗涤两次即可全部去除其中的微量铌。另外,考察了杂质Fe、Si、A1、Ti等在萃取过程中的行为,结果表明杂质基本不进入含钽有机相。这为高纯钽的制取提供了工艺基础。(4)利用草酸铌结晶法提纯萃余液中的铌,可实现铌与杂质的有效分离,最终Fe、Si、Ti、Al等杂质的含量均达到了行业要求。(5)对MIBK萃取钽的机理进行了初步研究。利用斜率法和饱和容量法测定了萃合物组成,并借助红外光谱和核磁共振波谱手段对萃取前后MIBK进行分析。结果表明：在氢氟酸0.5 mo1·L-1下,钽主要以HTaF6形式存在,只存在少部分的HTaF7。萃取剂MIBK萃取Ta的机理为溶剂化萃取,萃取方程可简写成：3 MIBK+HTaF6=HTaF6·3MIBK。