DE2844914A1

DE2844914A1 - Verfahren zur herstellung eines tantal und niob enthaltenden konzentrats aus einer diese elemente enthaltenden ferrolegierung

Info

Publication number: DE2844914A1
Application number: DE19782844914
Authority: DE
Inventors: Jean Deweck; Michel C F Van Hecke
Original assignee: Societe Generale Metallurgique de Hoboken SA
Current assignee: Societe Generale Metallurgique de Hoboken SA
Priority date: 1977-10-19
Filing date: 1978-10-14
Publication date: 1979-04-26
Also published as: US4211754A; BE871333A; DE2844914C2; LU78341A1

Description

Verfahren zur Herstellung eines Tantal und Mob enthaltenden Konzentrats aus einer diese Elemente enthaltenden !Ferrolegierung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Tantal und Niob enthaltenden Konzentrats aus einer diese Elemente enthaltenden Fenolegierung. Erfindungsgemäß wird eine Ferrole- ' gierung, die Tantal und Niob in !Form deren. Garbide enthält, in geschmolzenem Zustand mit einer kontrollierten Menge eines Oxidationsmittels so behandelt, daß zumindest der größte Teil des Tantals und zumindest ein Teil des Niobs verschlackt werden, worauf die Schlackenphase von der Metallphase getrennt wird. : Die verwendete Fescolegierung kann weitere Elemente enthalten, wie Ti, Sn und W, möglicherweise in lorm der Carbide. Man erhält eine solche ffejjcolegierung durch reduzierende Schmelzung j in Gegenwart von Kohlenstoff aus Zinnschlacken oder anderBn me- ! tallurgischen Nebenprodukten, die Tantal, Mob und Eisen in oxi-! diertem Zustand enthalten. Das erfindungsgemäß hergestellte,Tantal und Niob enthaltende Konzentrat kann zur Weiterverarbeitung J in einer Anlage zur Gewinnung von Tantal und Mob im Naßverfah- j ren verwendet werden.

Aus der US-PS 3 721 727 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine hochkonzentrierte Ferrolegierung (19 Gew.-% Eisen), die durch Reduktion von Zinnschlacken im elektrischen Ofen hergestellt worden ist, verwendet wird. Nach diesem bekannten Verfahren werden Elemente, die leichter als Tantal oxidierbar sind, wie Sie und Ti, in einer ersten Stufe und Tantal und Niob in einer zweiten Stufe verschlackt. In der ersten Stufe wird die Ferrolegierung zerkleinert und mit einer bestimmten Menge Metalloxid vermischt, das, wie Hämatit, befähigt ist, das Silicium zu oxidieren. Dann wird dieses Gemisch geschmolzen und die hierbei entstandene Schlackenphase von der ienolegierungsphase getrennt. In der zweiten Stufe wird die aus der ersten Stufe anfallende Ferrolegierung zerkleinert und mit einer bestimmten Menge Metall-j oxid, das, wie Hämatit, befähigt ist das Tantal und Niob zu oxi | dieren, vermischt. Dann wird dieses Gemisch geschmolzen und die ■

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hierbei entstandene, das Tantal und Niob enthaltende Sehlackenphase von der erschöpften Fenolegierungsphase getrennt. Man erhält in der zweiten Stufe eine Schlacke, die zwischen 19 und 21,4· % Ta₃O₅ und zwischen 24,1 und 25,7 % Nb₃O₅ enthält. Die erschöpfte Ferrolegierung enthält noch 2,9 % Ta und 1,5 % Nb, ausgedrückt als deren Pentoxide. Im 3PaIIe eines einstufigen Verfahrens, d.h. wenn soviel Hämatit der ursprunglichen !ferrolegierung zugemischt wird, daß auch Tantal und Mob verschlackt werden (was allerdings der Lehre des genannten Patents widerspricht), hat die abgezogene Schlacke einen Ta₂0,--Gehalt von nur 12,6 bis 13,3 % und einen Hb₂O₁-- Gehalt von nur 13,1 bis 14,8 %» In der US-PS 3 721 727 ist zwar die Möglichkeit angedeutet, in der zweiten Stufe anstelle eines Metalloxids Sauerstoff als Oxidationsmittel zu verwenden, es sind jedoch keine Ausführungsbeispiele oder sonstige Anweisungen ftir die Verwendung von Sauerstoff und dessen Auswirkungen beschrieben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das einfacher und wirtschaftlicher als die bekannten Verfahren durchführbar ist und bei dem insbesondere die Verwendung eines festen Oxidationsmittels, das von Natur aus nicht sehr reaktiv ist, sowie eine zweistufigererschlackung vermieden werden können und ferner eine bessere Ausbeute an Tantal und Niob erreicht wird.

lerner ist es Aufgabe der Erfindung ein reineres Konzentrat von Tantal und Niob als bei den bekannten Verfahren zu bekommen.

Erfindungsgemäß verwendet man zur Erreichung dieser Ziele eine !ferrolegierung, die soviel Eisen enthält, daß zumindest der größ- ! te Teil des Tantalcarbids in der Schmelze der Ferrolegierung gelöst vorliegt. Es wurde gefunden, daß Tantal und Niob mittels einer solchen Ferrolegierung sehr viel leichter verschlackt werden kann als bei den früher verwendeten konzentrierten Ferrolegierungen.

Eingangs wurde erwähnt, daß man erfindungsgemäß zu verwendende Ferrolegierungen grundsätzlich aus Zinnschlacken oder anderen metallurgischen Nebenprodukten, die Tantal, Niob und Eisen in oxi-

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diertem Zustand enthalten, durch Schmelzung in Gegenwart von Kohlenstoff erhalten kann. Eine solche Schmelzung führt jedoch normalerweise zu einer konzentrierten Ferrolegierung, die für das erfindungsgemäße Verfahren nicht verwendet werden kann. Um die fiir das Verfahren der Erfindung erforderlichen Ferrolegierungen zu bekommen, kann man die genannte Schmelzung in Gegenwart einer angemessenen Menge von Eisen oder Eisenoxid durchführen. Vorteilhafter ist es jedoch, wenn man zunächst eine konzentrierte Ferrolegierung wie es bisher üblich war schmilzt, und diese dann mit einer angemessenen Menge Eisen, vorzugsweise Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt niedriger als 1 Gew.-%, verdünnt. Normalerweise wird diese geeignete Menge an Eisen mindestens 70 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 200 Gew.-% der konzentrierten Ferrolegierung erreichen.

Bei dem neuen Verfahren kann zwar, wie bei/dem bekannten Verfahren als Oxidationsmittel ein Metalloxid verwendet werden, das befähigt ist Tantal und Niob zu oxidieren. Sehr viel vorteilhafter ist es Jedoch, Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Sauerstoff als Oxidationsmittel· zu verwenden. Die letztgenannten Oxidationsmittel werden mit Vorteil in die metallische Phase eingeblasen. Man kann sie auch auf die Oberfläche der Schmelze aufblasen, wobei die Schmelze gerührt werden soll.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Tantal viel schneller i

als Niob verschlackt. Es. ist daher möglich, allein den größten j

Teil des Tantals zu verschlacken, wenn aus irgendeinem Grund ! die Gewinnung des Niobs nicht erwünscht ist. Dies ermöglicht

auch die an sich schwierige Trennung dieser beiden Elemente. _;

Wenn die Ferrolegierung Ti, Sn und/oder W enthält, wird zuerst die Hauptmenge des Ti verschlackt. Es folgt die Hauptmenge des Tantals und mindestens ein Teil des Niobs, während das Meiste an Sn und V in der metallischen Phase verbleibt.

Um ein hochgradiges Konzentrat von Tantal und Niob zu bekommen, ist es nicht erforderlich, von dieser Erscheinung der selektiven Verschlackung Gebrauch zu machen. Es kann jedoch nützlich sein,

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die Schlackenphase in mehreren Schritten von der Metallphaae zu trennen, z.B. die Ti-reiche Schlacke in einem ersten Schritt und die Ta- und Nb-reiche Schlacke in einem zweiten Schritt. Tireiche Schlacke, die auch noch Tantal enthält, kann in den Herstellungsprozess der JTejpolegierung zurückgeführt werden, wo das meiste Ti verschlackt wird und das Tantal in die Ferrolegierung aufgenommen wird.

Zur weiteren Erläuterung des Verfahrens und der Vorteile der Erfindun^/erden die folgenden vier Vergleichsversuche "beschrieben.

Bei Versuch Ur. 1 wurde Sauerstoff in die Schmelze einer konzentrierten Fexolegierung eingeblasen. Die Fejxolegierung war durch Schmelzung von Zinnschlacke mit Koks hergestellt worden und hatte folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozenten: 10,23 Ta, _: 7,03 Nb, 6,44- Si, 57,58 Fe, 2,87 Ei₁ 5,38 Sn, 2,39 W, 2,8 C, 1 OaO, 1,5 Mn, 2 Al₂O₃.

Bei Versuch Nr. 2 wurde Sauerstoff in eine Schmelze eingeblasen, - die zu 50 Gew.-% aus der Ferrolegierung mit der in Versuch Nr. 1 ι angegebenen Zusammensetzung und zu 50 Gew.-% aus Weichstahl bestand.

; Bei Versuch Nr. 3 wurde Sauerstoff in eine Schmelze eingeblasen,

■; die zu 25 Gew.-% aus der Ferrolegierung mit der in Versuch Nr. 1

ι angegebenen Zusammensetzung und zu 75 Gew.-% aus Weichstahl be-

stand.

! Bei Versuch Nr. 4 wurde Sauerstoff in eine Schmelze eingeblasen, ! die zu 25 Gew.-% aus einer konzentrierten Ferrolegierung und zu 75 Gew.-% aus Weichstahl bestand. Die -Y-TrerroTegierung hatte fol*- j gende Zusammensetzung in Gewichtsprozenten: 11,44 Ta, 7,28 Nb, ; 7,88 Si, 4- Ti, 3,64 Sn, 2,04 W, 2,62 Mn, 55,96 Fe, 2,64 0, 1 GaO, 1,5 Al₂O₃.

Die metallographischen Untersuchungen von Proben dieser Schmelzen, die sofort nach ihrer Entnahme abgeschreckt wurden, ergaben, daß in der Schmelze des Versuchs Nr. 1 das meiste Tantelcarbid

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in festem Zustand vorhanden war, während in den Schmelzen der anderen Versuche das Tantalcarbid im wesentlichen gelöst war,

Alle Versuche wurden mit 2,5 kg Schmelze ausgeführt. Die Temperatur betrug '!.55O⁰O. Es wurden Graphittiegel verwendet, die in einem elektrischen Ofen eingesetzt waren«

Der Sauerstoff wurde eingeblasen mittels eines Lanzeninjektors mit einer Zuführgeschwindigkeit von 114 g pro Stunde "bzw. 80 1 pro Stunde. Von Zeit zu Zeit wurden Proben aus der Metallphase und der Schlackenphase entnommen,

Die Tabellen 1_T 2, 3 und 4 zeigen für die Versuche ITr. 1 Ibis 4 in Gewichtsprozenten die Entwicklung der Zusammensetzung der Metallphase entsprechend der jfeweils eingeblasenen Menge Sauerstoff.

Die Tabellen 5, 6, 7 sind 8 zeigen für die Versuche ITr. 1 bis 4 in Gewichtsprozenten die Entwicklung der Zusammensetzung der Schlackenphase entsprechend der jeweils eingewiesenen Menge Sauerstoff.

Das Diagramm der Zeichnung bezieht sicli auf den Verlauf der Verschlackung während des Versuchs Ir. 3· In Ordinatenriohtung ist in Prozent der verschlackte Gewichtsanteil für die Elemente Ti, Ta, Mb, Sn und ¥ aufgezeichnet. Die Absaissenrichtung zeigt die Menge des eingeblasenen Sauerstoffs in Gramm.

Tabelle 1 (Versuch Nr. 1)

Eingeblase- Metallphase (Gew.-%) '

ner O₂ (1) Ta Hb Si ffe Ti Sn W j

0 10,23 7,03 6,44 57,58 2,87 5,38 2,39 ί

60 5,8 4,27 7,11 66,63 1,82 4,93 2,46 j

120 6,09 4,73 5,34· 66,61 1,46 4,65 2,84 j

160 3,54 3,46 4,56 73,95 0,62 5,65 3,06

200 5,^-8 4,6 3,27 72,3 0,7 ' 5,4-2 3,13

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Tabelle 2 (Versuch Nr. 2)

Eingeblase- ner O₂ (1)	Ta	Metallphase (Gew. -%) Fb Si Fe Ti	81,66 0,93	,99 1,0 0,91	38,23 10,38 2,	Sn	¥
0	5,03	3,56 2,43	81,54 0,74	,46 (0,05 0,98	26,63 13,99 2,	1,9	1,2
60	5,11	3,94 1,87	83,22 0,52	,67 (0,05 1,02	2,04	1,25
120	4,54	4,20 <0,2	88,59 0,08	,33 (0,05 1,02	2,22	1,28
160	1,28	2,63 0,35	(Versuch. Fr. 3)	,42 (0,05 1,07	2,37	1Λ
		Tabelle 3	(Gew.-%) Ti Sn	(Versuch Fr. 1)
Eingeblase- ner O₂ (l)	Ta	Metallphase Fb Fe	0,75 1,05	Schlackenphase (Gew.-%) Fb₂O₅ SiO₂ FeO TiO₂ Sn	W
0	2,99	2,07 87,84	0,14 1,09	7,4-5 28,27	0,67
20	1,76	1,89 91,97	0,03 1,11	6,49 37,66	0,55
40	0,83	1,94 90,81	(0,02 1,19	0,57
53	0,55	2,00 94,13	<0,02 1,18	0,63
88	(0,02	1,26 95,77	(Versuch Fr. 4)	0,57
		Tabelle 4	Metallphase (Gew.-%) Fb Si Fe Ti Sn
Eingeblase- ner O₂ (1)	Ta	1,82 1,97 88	W	Mn
0	2,86	2,32 0,95 90	0,51	0,63
23	1,98	2,32 0,87 91	0,56	0,26
45	1,23	1,01 0,19. 95	0,63	0,15
91	<0,05	0,08 0,23 95	0,60	(0,05
136	0,13	Tabelle 5	0,59	(0,05

Eingeblase- ner O₂ (1)	Ta₂O^	W
160	10,82	92 1	,89
200	10,44	39 1	,29

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Eingeblasener O₂ (1)

Tabelle 6 (Versuch Nr. 2)

Schlackenphase (Gew.-%) FeO

Sn

120 160

Eingeblasener O₂ (1)

20,19 7,44- 37,38 11,19 12,58 0,25 <0,06 25,11 10,92 28,75 15,11 11,33 0,37 0,2

Tabelle 7 (Versuch Fr. 3)

Schlackenphase (Gew.-%)

SiO,

PeO

TiO,

Sn

40 88

28,98 4-,2 25,22 14,31

34,98 5,02 15,73 0,1 28,33 13,58 9,56 0,4

<0,05 <0,05

Eingeblasener 0_o (1)

Tabelle 8 (Versuch Nr. 4) Schlackenphase (Gew.-%)

SiO,

FeO

TiO,

Sn

MnO

136

25,44 1,43 21,77 11,76 31,06 <0,05 (0,05 8,44

29,74 2,66 28,85 7,73 22,31 <0,05 <0,05 8,72

26,32 12,3 29,47 12,64 13,02 (0,05 <0,05 6,26

19,78 14,81 22,40 28,46 9,79 <0,05 (o,O5 4,75

Aus den Tabellen 1 und 5 ergibt sich, daß bei Versuch Hr. 1 die Verschlackung des Tantals bei weitem nicht vollständig und selektiv erfolgt ist. Die Tabellen 2 und 6 zeigen, daß bei Versuch Nr. 2 das Tantal sehr viel Selektiver verschlackt wird. Eine noch viel leichtere und vollständigere Verschlackung wird j bei den Versuchen Nr. 3 und 4 erreicht, wie aus den Tabellen 3, ! 4, 7 und 8 ersichtlich ist. Bei Versuch Nr. 3 erhält man eine ' Schlacke mit 25,22 % Ta₂O₅ bei praktisch vollständiger Verschlak+- kung des Tantals. Im Versuch Nr. 4 erhält man bei praktisch vollständiger Verschlackung des Niobs eine Schlacke, die 19,78 % j Ta₃O₅ enthält.

Die Selektivität der Verschlackung beim Versuch Nr. 3 ist auch [

aus den in der Zeichnung dargestellten Kurven ersichtlich. I

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Claims

8, rue Montagne du Pare, Brüssel, Belgien Patenten sprüctie

1) Verfahren zur Herstellung eines Tantal und Niob enthaltenden Konzentrats aus einer diese Elemente enthaltenden Ferrolegierung durch Schmelzung in Gegenwart eines Oxidationsmittels, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) es wird eine Ferrolegierung verwendet, die Tantal und Niob als deren Garbide enthält;

b) bei dieser Feraslegierung ist der Eisengehalt so hoch zu bemessen, daß in der geschmolzenen FeKolegierung zumindest der größte Teil des Tantalcarbids in gelöstem Zustand vorliegt;

c) diese FerDlegierung wird in geschmolzenem Zustand mit einer derart bemessenen Menge an Oxidationsmittel behandelt, daß zumindest der größte Teil des Tantals und zumindest ein Teil des Mobs verschlackt werden;

d) die Schlackenphase wird von der Metallphase getrennt.

2) "Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Ferrolegierung, die durch Zumischung von Eisen zu einer eisenarmen Ferrolegierung hergestellt worden ist.

3) Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Ferrolegierung, zu deren Herstellung Zinnschlacken oder andere metallurgische Nebenprodukte, die Tantal, Niob und Eisen in oxridiertem Zustand enthalten, zusammen mit Kohlenstoff zu einer eisenarmen Legierung geschmolzen werden

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und der dann zumindest 70 Gew.-% Eisen zugesetzt wird·

4-) Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Fergolegierung, bei deren Herstellung zumindest 200 Gew.-% Eisen zugesetzt worden sind.

5) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Ferrolegierung, die aus Zinnschlacken oder anderen metallurgischen Nebenprodukten, die Tantal, Niob und Eisen in oxidiertem Zustand enthalten, durch Schmelzung in Gegenwart von Kohlenstoff und unter Zugabe einer bestimmten Menge Eisen oder Eisenoxid hergestellt worden ist.

6) Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt niedriger als 1 Gew.-% zugesetzt wird.

7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Sauerstoff verwendet wird.

8) Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel in die metallische Phase der Schmelze eingeblasen wird.

9) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine FexEOlegierung eingesetzt wird, die zumindest eines der Elemente Ti, Sn und ¥ enthält und an erster Stelle der größte Teil des Ti, danach der größte Teil des Tantals, und zumindest ein Teil des Fiobs verschlackt werden, während der größte Teil des Sn und W in der metallischen Phase verbleibt.·

10) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke in mehreren Schritten von der metallischen Phase getrennt wird.

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11) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schritt die Ti-reiche Schlacke und im zweiten Schritt die Ta- und !Tb-reiche Schlacke abgetrennt wird.

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