Извлечение тантала методом жидкостной экстракции из растворов вскрытия железо-титанового кека

1.

АО «Группа компаний «Русредмет», Россия, г. Санкт-Петербург
Извлечение тантала методом жидкостной
экстракции из растворов вскрытия
железо-титанового кека
Поветкин К.А., Смирнов А.В., Новиков М.Л., Иванов С.В., Нечаев А.В.

2.

Цель работы
Провести исследования по селективному извлечению тантала методом
жидкостной экстракции в статическом режиме и отработкой режимов в
динамических условиях из сульфатно-фторидных растворов вскрытия железотитанового кека для получения оксида тантала, удовлетворяющего требованиям
твердосплавной промышленности.
Задачи работы
выполнить химический анализ исходного сырья на процентное
содержание целевого компонента и примесей, для выбора
оптимального режима вскрытия;
исследовать и установить базовые условия по сульфатно-фторидному
вскрытию
исходного
сырья
для
наработки
продуктивного
танталсодержащего раствора;
выполнить исследования по экстракционной очистке фтортанталовой
кислоты в статическом режиме для определения коэффициента
распределения и последующего расчета экстракционного каскада;
провести экстракционную очистку фтортанталовой кислоты в
динамическом режиме с получением оптимального режима работы;
2

3.

Исходное сырье для исследований
Таблица 1 – Состав исходного железо-титанового кека
Содержание компонента, % на воздушно-сухую массу
Nb2O5
Ta2O5
Fe
W
Ti
Zn
Al
Co
Cu
Ni
Cr
Si
4,20
7,31
13,5
3,14
22,3
<0,05
1,23
0,90
0,43
<0,05
2,77
2,60
Рисунок 1 – Исходный железотитановый кек
Рисунок 2 – Фильтрация
исходного железо-
3

4.

Вскрытие железо-титанового кека в смеси HF
и H2SO4
Таблица 2 – Степень извлечения компонентов при вскрытии
Степень извлечения в раствор, %
Nb2O5
>98,3
Ta2O5
>98,5
Fe
97
W
78
Ti
98
Al
23
Co
88
Cu
80
Cr
98
Условия вскрытия железо-титанового кека:
- количество HF (в пересчете на 100 % HF) на 1 кг сухого кека - не более 1,05 кг/кг;
- количество H2SO4 (в пересчете на 100 % H2SO4) на 1 кг сухого кека - не более
0,45 кг/кг;
- соотношение твердой и жидкой фаз при вскрытии (расчетное) - 1:2;
- избыток HF от стехиометрически необходимого количества - 1,0-1,1 ед.;
- температура – не более 85-90 °С;
- продолжительность процесса – не более 3 часов.
4

5.

Вскрытие железо-титанового кека в смеси
HF и H2SO4
Рисунок 3 – Установка для
укрупненного вскрытия
исходного сырья
Рисунок 4 – Сульфатнофторидная пульпа после
растворения ЖТК
Рисунок 5 – Фильтрация
сульфатно-фторидной
пульпы после вскрытия
5

6.

Экстракционная очистка фтортанталовой
кислоты
Рисунок 6 – Схема экстракционной очистки фтортанталовой кислоты
6

7.

Экстракция в динамическом режиме
Таблица 3 - Состав экстракционного каскада
Наименование контура
Экстракция
Промывка №1
Промывка №2
Реэкстракция
Камеры отстоя для органической и водной фаз
Общее количество
Количество камер
Соотношение О:В
6
7
5
6
5
24
1,0:1,0
6,25:1,0
12,5:1,0
3,1:1,0
-
Таблица 4 - Состав рабочих растворов на экстракционный каскад
Наименование раствора
Состав раствора, г/л
Экстрагент
Оборотный октанол-1 (ρ = 0,825 г/л).
Усредненный состав, г/л: Nb2O5 –12 -15; Ta2O5 – 33-45; Fe
Исходный раствор (получен после сульфатно- – 21-27; Mn – <0,01; Ti – 64,2; W – 5,6 - 8,2; Cr – 7,5 – 8; Al
фторидного вскрытия железо-титанового кека)
– 0,6 – 1,6; Si – 2,5 - 3; F-общ – 190 – 200; HFСвоб – 25 – 30;
SO42- – 120-125.
Промывной раствор №1
Раствор серной кислоты, H2SO4 ~ 150 г/л
Промывной раствор №2
Реэкстракт тантала (образующий при работе каскада)
Реэкстрагирующий тантал раствор
Раствор фтористоводородной кислоты, HF ~ 5 г/л
7

8.

Экстракция в динамическом режиме
Таблица 5 - Результаты работы экстракционного каскада
Рафинат
Время
работы,ч
Реэкстракт
Состав, г/л
ρ, г/см3
Время
работы ,ч
53,5 185,2
1,272
57,7 193,2
12,9
48-60
60-72
Состав, г/л
Nb2O5
Ta2O5
Ti
F
ρ, г/см3
12-24
<0,05
159,6 <0,1 <0,01 <0,1
102
1,168
1,281
24-36
<0,05
140,7 <0,1 <0,01 <0,1
100
1,162
<0,05 18,7 7,05 56,9 187,0
1,277
36-48
<0,05
168,8 <0,1 <0,01 <0,1 102,5
1,167
13,4
<0,05 19,1 7,02 57,9 186,2
1,278
48-60
<0,05
170,1 <0,1 <0,01 <0,1 102,9
1,172
11,2
<0,05 15,7
1,237
60-72
<0,05
173,7 <0,1 <0,01 <0,1 102,5
1,175
Nb2O5
Ta2O5
Fe
W
Ti
12-24
12,4
<0,05 17,6
6,6
24-36
13,2
<0,05 19,2
7,2
36-48
6,0
F
48,3 183,9
Fe
W
Оборотный экстрагент
Состав, г/л
Время
работы ,ч
Nb2O5
Ta2O5
Fe
Ti
F
ρ, г/см3
12-24
<0,05
0,75
<0,1 <0,01 <0,1
1,88
0,835
24-36
<0,05
0,64
<0,1 <0,01 <0,1
2,01
0,837
36-48
<0,05
0,47
<0,1 <0,01 <0,1
2,1
0,838
48-60
<0,05
0,58
<0,1 <0,01 <0,1
2,2
0,833
60-72
<0,05
0,13
<0,1 <0,01 <0,1
2,3
0,811
W
8

9.

Экстракция в динамическом режиме
Рисунок 6 – Лабораторный экстракционный каскад очистки фтортанталовой
кислоты
9

10.

Получение проб оксидов
Таблица 6 - Химический состав полученных проб оксида тантала в сравнении с марками 1 и 2
Элементы
Ta2O5, min
W
Ti
Si
Fe
Co
Sn
Ca
Al
Mn
Mg
Mo
Ni
Cr
Nb
Zn
Na+K
Содержание по маркам в
соответствии с ТЗ, ppm
Марка 1
99,9
Примеси (max)
40
60
60
50
10
10
50
10
10
10
10
10
10
300
40
120
Проба 1
Проба
2
Марка 2
99,8
40
90
90
60
20
10
50
10
10
20
20
20
20
400
50
160
Проба
3
Проба
4
Соответствие содержания
примеси (+/-)
Марке 1
Марке 2
Примеси (факт), ppm
40
5
50
50
3
3
10
5
3
5
6
10
7
300
3
100
40
50
50
50
3
3
10
5
3
10
6
10
7
300
3
100
40
10
50
50
3
3
10
5
3
5
6
10
7
260
3
100
40
10
50
50
3
3
10
5
3
5
6
10
6
200
3
100
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/++/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
+/+/+/+
10

11.

Опытно-промышленная установка
Узел вскрытия железо-титанового кека
Рисунок 7 – Реактор вскрытия железотитанового кека
Рисунок 8 – Фильтрация сульфатно-фторидной
пульпы после вскрытия
11

12.

Опытно-промышленная установка
Узел экстракционной очистки фтортанталовой кислоты
Рисунок 9 – Экстракционный каскад
Рисунок 10 - Приготовление питающих растворов
12
для каскада

13.

Опытно-промышленная установка
Узел осаждения и фильтрации гидроксида тантала
Рисунок 11– Реактор осаждения гидроксида
тантала из реэкстракта тантала
Рисунок 12 – Фильтр-пресс для фильтрации
гидроксида тантала
13

14.

Опытно-промышленная установка
Узел сушки и просеивания гидроксида тантала
Рисунок 13 – Сушка гидроксида тантала
Рисунок 14 – Измельчение и просеивание
просушенного гидроксида тантала
14

15.

Опытно-промышленная установка
Прокаливание гидроксида до оксида
Рисунок 15 – Просушенный гидроксид тантала
Рисунок 16 – Прокаленный оксид тантала
15

16.

Выводы
в ходе исследований по вскрытию железо-титанового кека
установлено, что использование растворов фтористоводородной и
серной кислот приводит к получению продуктивных танталсодержащих
растворов при достаточно высоких степенях извлечения (более 90%);
определены условия, при которых достигается наиболее полное
селективное извлечение его в танталсодержащий реэкстракт, а
именно: H2SO4 – не менее 100-150 г/л, HFсвоб - 25-30 г/л, Ta2O5 –
фактическое количество (30-50 г/л);
экспериментальным и расчетным путем определено количество камер
в
экстракционном
каскаде,
предназначенном
для
очистки
фтортанталовой кислоты из растворов после вскрытия железотитанового кека;
16

17.

Выводы
разработана технология переработки танталсодержащих остатков,
конструкторская документация на оборудование, его изготовление на
собственной базе и последующие шеф-монтажные и пуско-наладочные
работы;степень извлечения целевого компонента в продуктивный
раствор составляет 98,5% ;
концентрация Та2О5 в реэкстракте тантала составляет 150-200 г/л;
содержание примесей в реэкстракте Та: Nb2O5 - <0,02 г/л, Fe – <0,01 г/л,
Mn – <0,01 г/л, W – <0,02 г/л, Ti – <0,01 г/л, Zr – <0,01 г/л
на действующей опытно-промышленной установке наработано 0,5 т
товарного Та2О5 удовлетворяющего требованиям ТУ 1764-34800545484-95 и подтверждены технологические показатели процесса.
17

18.

Благодарю за внимание