CN100516256C - 一种难分解钽铌矿机械活化强化碱分解清洁转化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种难分解钽铌矿机械活化强化碱分解清洁转化方法，其为将难分解钽铌矿通过高能球磨机械活化，得到活化的钽铌矿粉；然后用氢氧化钾溶液分解活化的钽铌矿粉；最后将分解液过滤分离，得到含偏钽酸钾和偏铌酸钾混合物的固相及氢氧化钾溶液。该固相经酸洗处理后即可作为生产系列钽和铌产品的中间体。该方法反应条件温和、工艺流程简单且钽铌矿分解率高。

Description

一种难分解钽铌矿机械活化强化碱分解清洁转化方法
技术领域
本发明涉及一种钽铌矿转化方法，具体地说是涉及一种对低品位、难分解钽铌矿采用机械活化强化碱分解的清洁转化方法。
背景技术
钽、铌属于稀有贵重金属。目前，国内外均采用高浓HF酸(60-70％)或高浓HF-浓H2SO4混合酸的极端化学条件处理分解钽铌矿石。在分解过程中，有6-7％的HF以废气形式挥发掉，高挥发性、高毒性HF使得操作环境十分恶劣，也造成了大气污染；而且每处理一吨钽铌矿会产生10-15吨的含氟残渣，造成了十分严重的环境污染。
在我国广为分布的铌钽矿属于品位低的难分解矿，如采用现有的HF酸分解法，钽铌矿分解率低，仅为85％左右，造成了极大的资源浪费，也难以满足日益增长的钽、铌制品的需求量。为此，开发适用于低品位、难分解钽铌原料的合理利用的新工艺已经成为一个亟待解决的问题。
在中国专利CN1605639A及文献1：难分解铌钽矿高浓氢氧化钾浸出机理研究，高校化学工程学报，V.19，No.2中公开了一种处理难分解钽铌矿的方法——KOH亚熔盐法。该方法用KOH亚熔盐替代HF酸处理钽铌矿，工艺条件为：反应温度280-340℃、氢氧化钾溶液浓度75-85wt％、氢氧化钾与钽铌矿质量比为3-7∶1、反应时间1-8小时，取得了较好的分解效果。但是这种方法的反应温度及碱溶液浓度偏高，操作困难，介质循环量大，不利于工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的HF酸分解法分解钽铌矿分解率低、易造成资源浪费和环境污染，而使用氢氧化钾亚熔盐分解法分解温度及氢氧化钾溶液浓度高、介质循环量大、工艺流程复杂的缺陷，从而提供一种反应条件温和、工艺流程简单且钽铌矿分解率高的难分解钽铌矿机械活化强化碱分解清洁转化方法。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：
本发明提供的难分解钽铌矿机械活化强化碱分解清洁转化方法，如图1所示，包括如下的步骤：
1)机械活化：将难分解钽铌矿放入高能球磨机的球磨罐中，球磨介质与钽铌矿的填充质量比为5-50∶1，填充率为0.4-0.6，在室温下，累计球磨0.5-5小时，得到活化的钽铌矿粉；
所述的高能球磨机可采用搅拌球磨机或振动球磨机；
所述的球磨介质为不锈钢、硬质合金、刚玉或氧化锆；
2)分解钽铌矿：在150-200℃，搅拌的条件下，将步骤1)得到的活化的分钽铌矿粉加入35-70wt％的氢氧化钾溶液中，分解反应1-5小时，溶液中所含的氢氧化钾与钽铌矿的质量比为1-3∶1；
3)过滤分离：将步骤2)中的经分解得到的产物降温到40-150℃，过滤分离，得到含偏钽酸钾和偏铌酸钾混合物的固相及氢氧化钾溶液；
步骤3)中过滤分离出的氢氧化钾溶液可直接返回步骤2)用于分解反应；
4)将步骤3)得到的含偏钽酸钾和偏铌酸钾混合物的固相经盐酸酸洗处理，即得到纯的偏钽酸钾和偏铌酸钾混合物的晶体，该晶体可作为生产系列钽和铌产品的中间体。
与现有技术相比，本发明提供的分解方法有如下优点及效果：
1、本发明使用氢氧化钾溶液分解钽铌矿，与传统HF酸分解法相比，从源头削减了F-的污染，并将难分解钽铌矿的分解率从85％提高到接近100％，不但减轻了环境污染，而且极大地提高了资源利用率；
2、本发明将机械活化运用到难分解钽铌矿的氢氧化钾碱分解过程，对该过程起到了强化作用，从而大大降低了分解反应所需的反应条件。与中国专利(CN CN1605639A)及文献1：难分解铌钽矿高浓氢氧化钾浸出机理研究，高校化学工程学报，V.19，No.2公开的方法相比优势明显，分解反应的温度、碱溶液浓度及氢氧化钾与钽铌矿的质量比分别从280-340℃、75-85wt％、3-7∶1降为150-200℃、35-70wt％、1-3∶1，操作条件大大优化，对设备材质的要求降低，大大减少了介质的内循环量，并且可以更好的实现碱的循环利用；
3、本发明通过控制碱分解的反应条件，使钽和铌最终全部转化为偏钽酸钾和偏铌酸钾晶体，与中国专利(CN CN1605639A)及文献1：难分解铌钽矿高浓氢氧化钾浸出机理研究，高校化学工程学报，V.19，No.2公开的方法相比，省去了纯化分离六钽酸钾和六铌酸钾的步骤，大大简化了工艺流程；
4、本发明采用高能振动磨或搅拌磨作为活化设备，活化效率高、处理量大，且工艺技术成熟，应用广泛，易于实现大规模工业化生产。
附图说明
图1是本发明提供的钽铌矿机械活化强化碱分解清洁转化方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过结合附图和实施例进一步阐述本工艺的实施过程与步骤。
实施例1
取某难分解钽铌矿40g加入高能搅拌球磨机的球磨罐中，(不锈钢)球磨介质与钽铌矿的填充比例30∶1，填充率0.4，球磨时间2小时，制得活化的钽铌矿粉。
按氢氧化钾与活化的钽铌矿粉的质量比3∶1的量称取氢氧化钾，加水到浓度为70wt％，并升温到150℃。将经过机械活化的钽铌矿粉加入到该溶液中，搅拌反应5小时。
将上述分解产物直接过滤，得到含偏钽酸钾和偏铌酸钾混合物的固相及氢氧化钾溶液(该溶液返回用于上述分解反应)。
经分析钽铌矿的转化率为99.1％。
含偏钽酸钾和偏铌酸钾混合物的固相经酸洗处理后即得到纯的偏钽酸钾和偏铌酸钾混合晶体，作为生产系列钽、铌产品的中间体。
实施例2
取某难分解钽铌矿50g加入高能振动球磨机的球磨罐中，(刚玉)球磨介质与钽铌矿的填充比例50∶1，填充率0.4，球磨时间0.5小时，制得活化的钽铌矿粉。
按氢氧化钾与活化的钽铌矿粉的质量比1∶1称取氢氧化钾，加水到浓度为65wt％，并升温到200℃。将经过机械活化的钽铌矿粉加入到该溶液中，搅拌反应1小时。
待上述分解产物降温至120℃，过滤，得到含偏钽酸钾和偏铌酸钾混合物的固相及氢氧化钾溶液，该溶液返回用于上述分解反应。
经分析钽铌矿的转化率为99.3％。
含偏钽酸钾和偏铌酸钾混合物的固相经酸洗处理后即得到纯的偏钽酸钾和偏铌酸钾混合晶体，作为生产系列钽、铌产品的中间体。
实施例3
取某难分解钽铌矿50g加入高能搅拌球磨机的球磨罐中，(氧化锆)球磨介质与钽铌矿的填充比例15∶1，填充率0.6，球磨时间4小时，制得活化的钽铌矿粉。
按氢氧化钾与活化的钽铌矿粉的质量比2.5∶1称取氢氧化钾，加水到浓度为50wt％，并升温到180℃。将经过机械活化的钽铌矿粉加入到该溶液中，搅拌反应3小时。
待上述分解产物降温到80℃，过滤，得到含偏钽酸钾和偏铌酸钾混合物的固相及氢氧化钾溶液，该溶液返回用于上述分解反应。
经分析钽铌矿的转化率为99.2％。
含偏钽酸钾和偏铌酸钾混合物的固相经酸洗处理后即得到纯的偏钽酸钾和偏铌酸钾混合晶体，作为生产系列钽、铌产品的中间体。
实施例4
取某难分解钽铌矿30g加入高能振动球磨机的球磨罐中，(硬质合金)球磨介质与钽铌矿的填充比例5∶1，填充率0.5，球磨时间5小时，制得活化的钽铌矿粉。
按氢氧化钾与活化的钽铌矿粉的质量比2∶1称取氢氧化钾，加水到浓度为35wt％，并升温到200℃。将经过机械活化的钽铌矿粉加入到该溶液中，搅拌反应2小时。
待上述分解产物降温至40℃，过滤，得到含偏钽酸钾和偏铌酸钾混合物的固相及氢氧化钾溶液，该溶液返回用于上述分解反应。
经分析钽铌矿的转化率为99％。
含偏钽酸钾和偏铌酸钾混合物的固相经酸洗处理后即得到纯的偏钽酸钾和偏铌酸钾混合晶体，作为生产系列钽、铌产品的中间体。

Claims (4)

1、一种难分解钽铌矿机械活化强化碱分解清洁转化方法，包括如下的步骤：
1)机械活化：将难分解钽铌矿放入高能球磨机的球磨罐中，球磨介质与钽铌矿的填充质量比为5-50∶1，填充率为0.4-0.6，在室温下，累计球磨0.5-5小时，得到活化的钽铌矿粉；
2)分解钽铌矿：在150-200℃，搅拌的条件下，将步骤1)得到的活化的钽铌矿粉加入35-70wt％的氢氧化钾溶液中，分解反应1-5小时，溶液中所含的氢氧化钾与钽铌矿的质量比为1-3∶1；
3)过滤分离：将步骤2)中的经分解得到的产物降温到40-150℃，过滤分离，得到含偏钽酸钾和偏铌酸钾混合物的固相及氢氧化钾溶液；
4)将步骤3)得到的含偏钽酸钾和偏铌酸钾混合物的固相经盐酸酸洗处理，得到纯的偏钽酸钾和偏铌酸钾混合物的晶体，该晶体作为生产系列钽和铌产品的中间体。
2、如权利要求1所述的难分解钽铌矿机械活化强化碱分解清洁转化方法，其特征在于：所述的高能球磨机为搅拌球磨机或振动球磨机。
3、如权利要求1所述的难分解钽铌矿机械活化强化碱分解清洁转化方法，其特征在于：所述的球磨介质为不锈钢、硬质合金、刚玉或氧化锆。
4、如权利要求1所述的难分解钽铌矿机械活化强化碱分解清洁转化方法，其特征在于：所述步骤3)中过滤分离出的氢氧化钾溶液直接返回步骤2)用于分解反应。
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