CN104846206B - 一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法 - Google Patents

一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，该方法为：一、将碳酸钠和钽铪合金渣混合均匀得到焙烧原料；二、将所述焙烧原料在温度为1000℃～1200℃，氧气气氛的条件下焙烧1.5h～3.5h，得到焙烧产物，待所述焙烧产物冷却后将其置于浓硫酸中，在搅拌条件下加热至50℃～70℃保温1h～2h，得到固液混合物；三、向所述固液混合物中加入去离子水，搅拌均匀后过滤，得到滤液和滤渣，实现钽铪分离。本发明利用将钽铪合金渣经过碳酸钠焙烧和浓硫酸浸出的工艺过程，实现分离钽铪的目的，避免采用氢氟酸，具有环保性好，分离效率高的优点。

Description

一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法
技术领域
本发明属于湿法冶金技术领域，具体涉及一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法。
背景技术
钽铪均属于战略金属，广泛应用于国防工业领域。我国钽铪资源虽然有一定储量，但受限于品位、开采成本及开采技术等因素，每年国产的钽铪量远不能满足国内冶炼需求，作为战略储备金属，钽铪进口均易受国际局势左右，而高温合金废料中含有数量可观的有价金属元素，若能将这些有价金属元素回收则对于战略金属的利用及应用有很重要的意义，例如专利CN 103834815 A中公开了一种含钽富钨渣中钨钽分离的方法，其通过将碳酸钠、氢氧化钠和含钽富钨渣混合后经过焙烧和水浸的工艺过程将钨钽分离，分离效果较好，此外，采用常规的酸浸处理和焙烧-水浸处理的分离工艺可将高温合金废料中的镍、钴、钨、钼等金属有价金属回收再利用，剩余的合金渣中仍还有一定量的钽和铪，这些钽铪合金渣大都降级处理，造成了资源浪费和环境污染，若能回收其中的钽铪，不仅可以弥补我国钽铪资源的对外依赖度，保护我国战略需求，而且可以为我国提供更多的钽铪储备。
据已公开文献报道，目前从高温合金中分离钽铪是在氢氟酸体系下进行的，氢氟酸具有强烈的挥发性以及毒性，对环境破坏影响极大，加之我国对工业环保要求愈发严格，开发环保、高效的新工艺是目前的主流方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，该方法利用将钽铪合金渣经过碳酸钠焙烧和浓硫酸浸出的工艺过程，实现分离钽铪的目的，避免采用氢氟酸，具有环保性好，分离效率高的优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将碳酸钠和钽铪合金渣混合均匀得到焙烧原料；所述钽铪合金渣和碳酸钠的质量比为1:(0.6～1)；
步骤二、将步骤一中所述焙烧原料在温度为1000℃～1200℃，氧气气氛的条件下焙烧1.5h～3.5h，得到焙烧产物，待所述焙烧产物冷却后将其置于浓硫酸中，在搅拌条件下加热至50℃～70℃保温1h～2h，得到固液混合物；
步骤三、向步骤二中所述固液混合物中加入去离子水，搅拌均匀后过滤，得到滤液和滤渣，实现钽铪分离。
上述的一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，其特征在于，步骤一中所述钽铪合金渣中硫化钽、氮化钽和五氧化二钽的质量含量之和为24.19％～41.15％，所述钽铪合金渣中二硫化铪、氮化铪和氧化铪的质量含量之和为6.06％～11.67％。
上述的一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，其特征在于，步骤一中所述钽铪合金渣和碳酸钠的质量比为1:(0.7～0.9)。
上述的一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，其特征在于，所述钽铪合金渣和碳酸钠的质量比为1:0.8。
上述的一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，其特征在于，步骤二中所述浓硫酸的质量浓度不低于96％。
上述的一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，其特征在于，步骤二中所述浓硫酸的体积和焙烧原料的质量之比为(1～2):1，其中体积的单位为mL，质量的单位为g。
上述的一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，其特征在于，步骤三中所述去离子水的体积为步骤二中所述浓硫酸体积的2～5倍。
上述的一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，其特征在于，步骤二中所述固液混合物中铪富集于液相中，钽富集于固相中。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明将钽铪合金渣经过碳酸钠焙烧和浓硫酸浸出的工艺过程，实现分离钽铪，避免采用氢氟酸，具有环保性好，分离效率高的优点。
2、本发明在氧气气氛条件下将钽铪合金渣与碳酸钠混合后进行焙烧，焙烧过程中，钽铪合金渣中的二硫化铪、氮化铪和氧化铪优先与碳酸钠发生反应生成铪酸钠，本发明通过合理调节钽铪合金渣与碳酸钠的质量配比及焙烧的反应温度，控制钽铪与碳酸钠的反应速率，使铪酸钠生成的同时仅有微量的硫化钽、氮化钽和五氧化二钽与碳酸钠发生反应生成钽酸钠，且采用碳酸钠与钽铪合金渣混合作为焙烧原料，能够确保焙烧后生成的焙烧产物不结块，待焙烧产物冷却后将其置于浓硫酸中酸浸，此时，浓硫酸会与铪酸钠快速发生反应，而与钽酸钠的反应速率较慢，与硫化钽、氮化钽以及五氧化二钽则几乎不发生反应，最终得到的固液混合物中铪富集于液相中，钽富集于固相中，向固液混合物中加入去离子水以降低固液混合物的粘度，过滤后的滤液中钽与铪的质量比小于5％，表明大量的铪存在于滤液中，滤渣中铪与钽的质量比小于2％，表明大量的钽存在于滤渣中，从而实现钽和铪的分离，该方法易于实现且钽铪分离效果好。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将碳酸钠和钽铪合金渣混合均匀得到焙烧原料；所述钽铪合金渣中硫化钽、氮化钽和五氧化二钽的质量含量之和为37.81％，所述钽铪合金渣中二硫化铪、氮化铪和氧化铪的质量含量之和为6.06％；所述钽铪合金渣和碳酸钠的质量比为1:0.7；
步骤二、将步骤一中所述焙烧原料在温度为1000℃，氧气气氛的条件下焙烧1.5h，得到焙烧产物，待所述焙烧产物冷却后将其置于浓硫酸中，在搅拌条件下加热至50℃保温2h，得到固液混合物；所述固液混合物中铪富集于液相中，钽富集于固相中；所述浓硫酸的体积和焙烧原料的质量之比为1.2:1，其中体积的单位为mL，质量的单位为g，所述浓硫酸的质量浓度不低于96％；
步骤三、向步骤二中所述固液混合物中加入去离子水，搅拌均匀后过滤，得到滤液和滤渣，实现钽铪分离；所述去离子水的体积为步骤二中所述浓硫酸体积的3倍。
采用ICP-AES分析仪分别测试本实施例滤液和滤渣中的钽铪含量，结果表明滤液中钽与铪的质量比为0.048，滤渣中铪与钽的质量比为0.008。
对比例1
对比例1与实施例1相同，其不同之处在于：步骤一中将碳酸钠、氢氧化钠和钽铪合金渣混合均匀得到焙烧原料；所述钽铪合金渣、碳酸钠和氢氧化钠的质量比为1:0.6:0.1。
采用ICP-AES分析仪分别测试本实施例滤液和滤渣中的钽铪含量，结果表明滤液中钽与铪的质量比为0.132，滤渣中铪与钽的质量比为0.033。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将碳酸钠和钽铪合金渣混合均匀得到焙烧原料；所述钽铪合金渣中硫化钽、氮化钽和五氧化二钽的质量含量之和为41.15％，所述钽铪合金渣中二硫化铪、氮化铪和氧化铪的质量含量之和为10.16％，所述钽铪合金渣和碳酸钠的质量比为1:0.9；
步骤二、将步骤一中所述焙烧原料在温度为1100℃，氧气气氛的条件下焙烧3h，得到焙烧产物，待所述焙烧产物冷却后将其置于浓硫酸中，在搅拌条件下加热至60℃保温1.5h，得到固液混合物；所述固液混合物中铪富集于液相中，钽富集于固相中；所述浓硫酸的体积和焙烧原料的质量之比为1.18:1，其中体积的单位为mL，质量的单位为g，所述浓硫酸的质量浓度为96％；
步骤三、向步骤二中所述固液混合物中加入去离子水，搅拌均匀后过滤，得到滤液和滤渣，实现钽铪分离；所述去离子水的体积为步骤二中所述浓硫酸体积的5倍。
采用ICP-AES分析仪分别测试本实施例滤液和滤渣中的钽铪含量，结果表明滤液中钽与铪的质量比为0.041，滤渣中铪与钽的质量比为0.011。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将碳酸钠和钽铪合金渣混合均匀得到焙烧原料；所述钽铪合金渣中硫化钽、氮化钽和五氧化二钽的质量含量为24.19％，所述钽铪合金渣中二硫化铪、氮化铪和氧化铪的质量含量之和为11.67％，所述钽铪合金渣和碳酸钠的质量比为1:0.8；
步骤二、将步骤一中所述焙烧原料在温度为1200℃，氧气气氛的条件下焙烧3.5h，得到焙烧产物，待所述焙烧产物冷却后将其置于浓硫酸中，在搅拌条件下加热至70℃保温1h，得到固液混合物；所述固液混合物中铪富集于液相中，钽富集于固相中；所述浓硫酸的体积和焙烧原料的质量之比为1.8:1，其中体积的单位为mL，质量的单位为g，所述浓硫酸的质量浓度为96％；
步骤三、向步骤二中所述固液混合物中加入去离子水，搅拌均匀后过滤，得到滤液和滤渣，实现钽铪分离；所述去离子水的体积为步骤二中所述浓硫酸体积的4倍。
采用ICP-AES分析仪分别测试本实施例滤液和滤渣中的钽铪含量，结果表明滤液中钽与铪的质量比为0.021，滤渣中铪与钽的质量比为0.019。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将碳酸钠和钽铪合金渣混合均匀得到焙烧原料；所述钽铪合金渣中硫化钽、氮化钽和五氧化二钽的质量含量为32.15％，所述钽铪合金渣中二硫化铪、氮化铪和氧化铪的质量含量为7.47％，所述钽铪合金渣和碳酸钠的质量比为1:1；
步骤二、将步骤一中所述焙烧原料在温度为1100℃，氧气气氛的条件下焙烧2.5h，得到焙烧产物，待所述焙烧产物冷却后将其置于浓硫酸中，在搅拌条件下加热至65℃保温1.5h，得到固液混合物；所述固液混合物中铪富集于液相中，钽富集于固相中；所述浓硫酸的体积和焙烧原料的质量之比为2:1，其中体积的单位为mL，质量的单位为g，所述浓硫酸的质量浓度为96％；
步骤三、向步骤二中所述固液混合物中加入去离子水，搅拌均匀后过滤，得到滤液和滤渣，实现钽铪分离；所述去离子水的体积为步骤二中所述浓硫酸体积的2倍。
采用ICP-AES分析仪分别测试本实施例滤液和滤渣中的钽铪含量，结果表明滤液中钽与铪的质量比为0.036，滤渣中铪与钽的质量比为0.013。
实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将碳酸钠和钽铪合金渣混合均匀得到焙烧原料；所述钽铪合金渣中硫化钽、氮化钽和五氧化二钽的质量含量为26.01％，所述钽铪合金渣中二硫化铪、氮化铪和氧化铪的质量含量为8.74％，所述钽铪合金渣和碳酸钠的质量比为1:0.6；
步骤二、将步骤一中所述焙烧原料在温度为1200℃，氧气气氛的条件下焙烧1.5h，得到焙烧产物，待所述焙烧产物冷却后将其置于浓硫酸中，在搅拌条件下加热至60℃保温1.5h，得到固液混合物；所述固液混合物中铪富集于液相中，钽富集于固相中；所述浓硫酸的体积和焙烧原料的质量之比为1:1，其中体积的单位为mL，质量的单位为g，所述浓硫酸的质量浓度为96％；
步骤三、向步骤二中所述固液混合物中加入去离子水，搅拌均匀后过滤，得到滤液和滤渣，实现钽铪分离；所述去离子水的体积为步骤二中所述浓硫酸体积的3.5倍。
采用ICP-AES分析仪分别测试本实施例滤液和滤渣中的钽铪含量，结果表明滤液中钽与铪的质量比为0.045，滤渣中铪与钽的质量比为0.016。
实施例6
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将碳酸钠和钽铪合金渣混合均匀得到焙烧原料；所述钽铪合金渣中硫化钽、氮化钽和五氧化二钽的质量含量为36.28％，所述钽铪合金渣中二硫化铪、氮化铪和氧化铪的质量含量为9.66％，所述钽铪合金渣和碳酸钠的质量比为1:0.8；
步骤二、将步骤一中所述焙烧原料在温度为1100℃，氧气气氛的条件下焙烧2.5h，得到焙烧产物，待所述焙烧产物冷却后将其置于浓硫酸中，在搅拌条件下加热至60℃保温1.5h，得到固液混合物；所述固液混合物中铪富集于液相中，钽富集于固相中；所述浓硫酸的体积和焙烧原料的质量之比为1.5:1，其中体积的单位为mL，质量的单位为g，所述浓硫酸的质量浓度为96％；
步骤三、向步骤二中所述固液混合物中加入去离子水，搅拌均匀后过滤，得到滤液和滤渣，实现钽铪分离；所述去离子水的体积为步骤二中所述浓硫酸体积的5倍。
采用ICP-AES分析仪分别测试本实施例滤液和滤渣中的钽铪含量，结果表明滤液中钽与铪的质量比为0.022，滤渣中铪与钽的质量比为0.015。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将碳酸钠和钽铪合金渣混合均匀得到焙烧原料；所述钽铪合金渣和碳酸钠的质量比为1:(0.6～1)；所述钽铪合金渣中硫化钽、氮化钽和五氧化二钽的质量含量之和为24.19％～41.15％，所述钽铪合金渣中二硫化铪、氮化铪和氧化铪的质量含量之和为6.06％～11.67％；
步骤二、将步骤一中所述焙烧原料在温度为1000℃～1200℃，氧气气氛的条件下焙烧1.5h～3.5h，得到焙烧产物，待所述焙烧产物冷却后将其置于浓硫酸中，在搅拌条件下加热至50℃～70℃保温1h～2h，得到固液混合物；所述浓硫酸的质量浓度不低于96％；
步骤三、向步骤二中所述固液混合物中加入去离子水，搅拌均匀后过滤，得到滤液和滤渣，实现钽铪分离。
2.按照权利要求1所述的一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，其特征在于，步骤一中所述钽铪合金渣和碳酸钠的质量比为1:(0.7～0.9)。
3.按照权利要求2所述的一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，其特征在于，所述钽铪合金渣和碳酸钠的质量比为1:0.8。
4.按照权利要求1所述的一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，其特征在于，步骤二中所述浓硫酸的体积和焙烧原料的质量之比为(1～2):1，其中体积的单位为mL，质量的单位为g。
5.按照权利要求1所述的一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，其特征在于，步骤三中所述去离子水的体积为步骤二中所述浓硫酸体积的2～5倍。
6.按照权利要求1所述的一种分离钽铪合金渣中钽铪的方法，其特征在于，步骤二中所述固液混合物中铪富集于液相中，钽富集于固相中。
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