NO154196B - Fremgangsmùte til fremstilling av et tantal- og niobholdig konsentrat. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til fremstilling av et tantal- og niobholdig konsentrat fra en tantal-og niobholdig ferrolegering som inneholder tantal og niob i form av karbider, hvor ferrolegeringen behandles i smeltet form med en regulert mengde oksidasjonsmiddel for slagging av i det minste størstedelen av tantalet og minst en del av niobet og den således dannede slaggfase separeres fra metallfasen. Ferrolegeringen kan inneholde andre grunnstoffer, f.eks. Ti, Sn og W, eventuelt som karbider. En slik ferrolegering blir vanligvis skaffet ved reduk-sjonssmelting av tinnslagg eller andre metallurgiske biprodukter som inneholder tantal, niob og jern i oksidert tilstand i nærvær av karbon. Det tantal- og niobholdige konsentrat som således skaffes, kan brukes som mates trøm til et våtprosessanlegg for fremstilling av tantal og niob.

En fremgangsmåte av den ovennevnte type er beskrevet i US-PS 3 721 727. Denne kjente fremgangsmåte angår behandlingen av en sterkt konsentrert ferrolegering (19 vektprosent jern) dannet ved reduksjon av tinnslagg i en elektrisk ovn. "Konsentrert ferrolegering" betegner i den foreliggende sammenheng en legering hvor innholdet av legeringsbestanddeler i jernet er høyt, nærmere bestemt så høyt at jerninnholdet blir util-strekkelig til at mesteparten av tantalkarbidet vil være opp-

løst i jernet når legeringen er smeltet. Ifølge den kjente prosess blir grunnstoffer som er lettere oksiderbare enn tantal, f.eks. Si og Ti, slagget i et første trinn og tantal og niob slagget i et annet trinn. Det første trinn består av knusing av ferrolegeringen, blanding av den knuste ferrolegering med en regulert mengde metalloksid som kan oksidere silisiumet, f.eks. hematitt, smelting av denne blanding og separering av den således fremstilte slaggfase fra ferrolegeringsfasen. Det annet trinn

består av knusing av ferrolegeringsfasen som er fremkommet i det første trinn, blanding av denne knuste fase med en regulert mengde metalloksid som kan oksidere tantalet og niobet, f.eks. hematitt, smelting av denne blanding og separering av den således fremstilte tantal- og niobholdige slaggfase fra den utarmede ferrolegerings-fase. I det annet trinn fås der således et slagg med et Ta20,.-innhold på 19-21,4%'og et Nb^-innhold på 24 ,1-25,7%. Den utarmede ferrolegering inneholder fortsatt 2,9% Ta og 1,5% Nb, regnet som pentoksider. I de tilfeller hvor der anvendes en enkelttrinn-prosess, dvs. hvor tilstrekkelig hematitt tilsettes den opprinne-lige ferrolegeringsmatestrøm til at tantalet og niobet slagges, noe som i virkeligheten er det motsatte av det som uttrykkelig anbefales i det nevnte patentskrift, har det oppnådde slagg et Ta2Oj.-innhold på bare 12,6-13,3% og et Nb20^-innhold på bare 13,1-14,8%. Patentskriftet nevner muligheten av å anvende oksygen istedenfor et metalloksid som oksidasjonsmiddel i det annet trinn. Bruken av oksygen er imidlertid ikke beskrevet i de spesielle eksempler som er angitt i patentskriftet.

Den viktigste hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en fremgangsmåte som er enklere og mer økonomisk enn den ovennevnte kjente fremgangsmåte, særlig en fremgangsmåte som hverken trenger et oksidasjonsmiddel i fast form, som av natur ikke er særlig reaktivt, eller en totrinns-slagging, og som sikrer bedre gjenvinning av tantal og om ønskelig av niob.

En annen hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en slik fremgangsmåte som dessuten gir et renere tantal-og niobholdig konsentrat enn det som skaffes ved den ovennevnte kjente prosess.

For dette formål blir der ifølge oppfinnelsen anvendt

en ferrolegering som inneholder tilstrekkelig jern til at i det minste størstedelen av tantalkarbidet vil være oppløst i den smeltede ferrolegering.

Det er funnet at tantalet og niobet kan slagges meget lettere i en slik ferrolegering enn i de tidligere brukte konsentrerte ferrolegeringer.

Som tidligere nevnt fremkommer de ferrolegeringer som den foreliggende oppfinnelse angår, normalt som et resultat av smelting av tinnslagg eller andre metallurgiske biprodukter inneholdende tantal, niob og jern i oksidert tilstand i nærvær av karbon. En slik smelting produserer vanligvis en konsentrert ferrolegering som ikke kan brukes i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. For å skaffe den ferrolegering som anvendes ifølge oppfinnelsen, kan den nevnte smelting utføres i nærvær av en egnet mengde jern eller jernoksid. Det er imidlertid meget mer fordelaktig å fremstille en konsentrert ferrolegering ved smelting, slik det hittil har vært gjort, og deretter fortynne denne konsentrerte ferrolegering med en egnet mengde jern, fortrinnsvis jern med et karboninnhold på mindre enn 1 vektprosent. Normalt vil den nevnte egnede mengde jern beløpe seg til minst 70 vektprosent, fortrinnsvis minst 200 vektprosent, regnet på den konsentrerte ferrolegering.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, akkurat som i den ovennevnte kjente prosess, kan der som oksidasjonsmiddel anvendes et metalloksid som er i stand til å oksidere tantal og niob. Det

er imidlertid meget mer fordelaktig å benytte seg av luft, oksigen-anriket luft eller oksygen som oksidasjonsmiddel. Et slikt oksidasjonsmiddel blåses med fordel inn i metallfasen. Det er også mulig å blåse et slikt oksidasjonsmiddel på overflaten av det smeltede bad, men badet må i så fall omrøres.

Det skal bemerkes at tantal blir hurtigere slagget enn niob ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Det er således mulig å slagge bare mesteparten av tantalet når gjenvinning av niob av en eller annen grunn ikke er ønsket.

Når ferrolegeringen inneholder Ti, Sn og/eller W, vil

man slagge først mesteparten av titanet, fulgt av mesteparten av tantalet og minst en del av niobet, mens mesteparten av tinnet og wolframet blir tilbake i metallfasen. Skjønt det ikke er nød-vendig å benytte seg av dette selektive slaggingsfenomen for oppnåelse av et høyverdig tantal- og niobholdig konsentrat, slik det er vist nedenfor, kan det imidlertid være nyttig å separere slaggfasen fra metallfasen i flere trinn, f.eks. et titanrikt slagg i et første trinn og et tantal- og niobrikt slagg i et annet trinn. Dette titanrike slagg, som også inneholder tantal, kan resirkuleres til ferrolegeringsproduksjonstrinnet, hvor mesteparten av titanet slagges og tantalet samles opp i ferrolegeringen.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og dens fordeler skal belyses av de fire sammenligningsforsøk som er beskrevet nedenfor.

Forsøk 1 angår oksygenblåsing inn i et smeltebad av konsentrert ferrolegering som er oppnådd ved kokssmelting av et tinnslagg, idet ferrolegeringen hadde følgende sammensetning

(vektprosent): 10,23 Ta, 7,03 Nb, 6,44 Si, 57,58 Fe, 2,87 Ti, 5,38 Sn, 2,39 W, 2,8 C, 1 CaO, 1,5 Mn og 2 Al^.

Forsøk 2 angår oksygenblåsing inn i et smeltebad med

50 vektprosent av en ferrolegering med samme sammensetning som i forsøk 1 og 50 vektprosent bløtt stål.

Forsøk 3 angår oksygenblåsing inn i et smeltebad med

25 vektprosent av en ferrolegering med samme sammensetning som i forsøkene 1 og 2 og 75 vektprosent bløtt stål.

Forsøk 4 angår oksygenblåsing inn i et smeltebad med

25 vektprosent konsentrert ferrolegering og 75 vektprosent bløtt' stål, hvor den konsentrerte ferrolegering hadde følgende sammensetning (vektprosent^: 11,4 Ta, 7,28 Nb, 7,88 Si, 4 Ti, 3,64 Sn, 2,04 W, 2,62 Mn, 55,96 Fe, 2,64 C, 1 CaO og 1,5 Al2°3'

En metallografisk analyse av prøver av disse smeltebad, hvor prøvene var blitt brått avkjølt straks etter at de var tatt, viste at det meste av tantalkarbidet foreligger i fast form i smeltebadet ifølge forsøk 1, mens tantalkarbidet foreligger hoved-sakelig i oppløst tilstand i de andre smeltebad.

De fire forsøk ble utført med 2,5 kg smeltebad og en temperatur som gikk opp til 1550°C. Smeltebadet ble holdt i en grafittdigel som ble plassert i en elektrisk ovn. Oksygen ble blåst inn i smeltebadet av en A^O^-lanse med en hastighet på 114 g/h, dvs. 80 l/h. Fra tid til annen ble der tatt prøver av metallfasen og slaggfasen.

De etterfølgende tabeller 1, 2, 3 og 4 viser utviklingen av sammensetningen av metallfasen (vektprosent), ved forskjellige mengder injisert oksygen v ed forsøkene 1, 2, 3 resp. 4.

Tabellene 5, 6, 7 og 8 viser utviklingen av slaggfasens sammensetning (vektprosent) ved forskjellige mengder injisert oksygen for forsøkene 1, 2, 3 resp. 4.

Diagrammet på tegningen er basert på materialbalansen for forsøk 3 og viser fraksjonen (vektprosent) av de slaggede grunnstoffer Ti, Ta, Nb, Sn og W langs ordinaten og vekten (g)

av injisert oksygen langs abscissen.

Tabellene 1 og 5 viser at slaggingen av tantal er langt fra fullstendig og selektiv i forsøk 1. Tabellene 2 og 6 viser at forsøk 2 gir en meget mer selektiv slagging av tantal enn forsøk 1. Den lettere slagging av tantal er vist enda mer markert i forsøkene 3 og 4, slik det fremgår av tabellene 3, 4, 7 og 8. Etter nesten fullstendig slagging av tantal gir forsøk 3 et slagg som likevel inneholder 25,22% Ta20g. Det slagg som oppnås i forsøk 4, inneholder likevel

19,78% Ta205 etter nesten fullstendig slagging av tantal og niob.

Den selektivitet i slaggingen som oppnås i forsøk 3, kan tydelig ses av tegningen.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av et tantal- og niobholdig konsentrat fra en tantal- og niobholdig ferrolegering som inneholder tantal og niob i form av karbider, hvor ferrolegeringen behandles i smeltet form med en regulert mengde oksidasjonsmiddel for slagging av i det minste størstedelen av tantalet og minst en del av niobet og den således dannede slaggfase separeres fra metallfasen, karakterisert ved at der anvendes en ferrolegering som inneholder tilstrekkelig jern til at i det minste størstedelen av tantalkarbidet vil være oppløst i den smeltede ferrolegering.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at der anvendes en ferrolegering som er fremstilt ved at tinnslagg eller andre metallurgiske biprodukter inneholdende tantal, niob og jern i oksidert tilstand smeltes med karbon og en regulert mengde jern eller jernoksid.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at der anvendes en ferrolegering som er fremstilt ved tilsetning av jern til en ferrolegering som er mindre rik på jern.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den anvendte ferrolegering som er mindre rik på jern, er fremstilt ved at tinnslagg eller andre metallurgiske biprodukter inneholdende tantal, niob og jern i oksidert tilstand smeltes med karbon, og at minst 0,7 vektenheter jern pr. vektenhet av den således dannede ferrolegering tilsettes denne.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at der tilsettes minst 2 vektenheter jern pr. vektenhet av ferrolegeringen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 3, 4 eller 5, karakterisert ved at der tilsettes jern med et karboninnhold på mindre enn 1 vektprosent.