向仕彪;黄波;王晓辉;郑诗礼
【摘 要】阐述了从废钨渣中酸法回收铌钽的新工艺,采用稀酸脱硅-浓酸脱铁、锰-HF酸浸出-蒸发浓缩工艺,可处理氧化钽和氧化铌含量分别为0.14％和0.59％的钨渣.通过实验确定了最佳的处理条件,在最优条件下可得到含氧化钽8.0 g/L和氧化铌35.4 g/L的HF酸溶液,该溶液可直接用于工业生产,钽和铌的回收率达到80％以上.该工艺既可实现钨渣中钽、铌、硅等资源的回收利用,又可减轻大量钨渣堆存引起的环境污染问题. 【期刊名称】《有冶金设计与研究》
【年(卷),期】2012(033)002
【总页数】4页(P5-7,11)
【关键词】钨渣;钽铌;富集;氟硅酸
【作 者】向仕彪;黄波;王晓辉;郑诗礼
m序列
【作者单位】中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京市100083;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京市100083;中国科学院过程工程研究所湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室,北京市100190;中国科学院过程工程研究所湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室,北京市100190 【正文语种】中 文
【中图分类】绝缘子串TF841.6
我国是世界上钨矿资源储量最丰富的国家，其储量占世界总储量的47%左右[1]。现行钨冶炼企业均采用碱浸工艺处理钨矿，但该工艺会产生大量的钨渣，据统计，近20年来，我国产出的钨渣总量已多达60多万吨[2]，仍在以20 kt/a的速度增长[3]。目前产出的钨渣多以填埋或堆存为主，一方面占用大量场地，另一方面由于钨渣中含大量碱性物质，如管理不善，极易造成环境污染。
而与此同时，几乎所有的碱浸钨渣中都含有少量的钽、铌等有价金属[4]。钽和铌是重要的稀有金属，由于其熔点高、耐腐蚀、冷加工和导热性能好以及其他一些优良特性，被广泛
用于电子、硬质合金、化学、冶金、航空、超导及医学等诸多领域。近年来由于钽电容器和超合金行业对钽、铌需求的急剧增加，国内的钽、铌矿资源已日渐短缺，大型钽铌生产企业部分依赖进口，某些小型生产企业则因钽铌矿供应不足而无法连续生产，因此目前亟需开拓新的钽铌资源[5-7]。国内钨渣中Ta2O5和Nb2O5的总含量达0.54%～0.65%，具有较大的工业价值。因此，开展钨渣中钽、铌提取新技术，回收利用钨渣中的钽、铌资源[8]，对解决我国钽铌矿资源紧缺和环境问题都具有十分重要的意义。
1 实验方法
1.1 实验原料
实验所用钨渣由湖南某钨冶炼厂提供，经磨矿粒径d＜0.9 mm，其主要化学成分(以氧化物计)见表1。其他试剂包括盐酸(分析纯)、(分析纯)、蒸馏水。
表1 钨渣主要化学成分 wt%Ta2O5 Nb2O5 Fe2O3 MnO CaO Al2O3 WO3 0.14 0.59 27.11 19.30 7.31 6.12 0.63
1.2 工艺流程
钨渣磨至-20目，经稀酸脱硅、浓酸脱铁锰后得到钽铌富集渣。钽铌富集渣经浸出得到含钽铌的浸出液，浸出液经蒸发浓缩得到钽铌富集液，钽铌富集液可与现行钽铌萃取分离工艺衔接，制得钽铌产品。蒸发浓缩过程得到的冷凝液为高纯氟硅酸副产，可用于制备氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟化钠等系列产品。工艺流程如图1所示。
1.3 实验分析方法
实验过程中采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)分析钽、铌及其它杂质元素的含量。
1.4 工艺过程基本原理
1.4.1 稀酸脱硅
经分析，钨渣中的硅除少部分以二氧化硅形态存在外，大部分以硅酸盐形态存在。在酸性条件下，这部分硅酸盐可溶解于酸中形成硅酸溶胶，硅酸溶胶在pH2～4以下为介稳区，在此区域内，硅酸溶胶可透过普通滤纸或滤布，与渣相分离。本文即是利用硅酸溶胶的这一特性，采用稀酸脱除钨渣中大部分的硅，实现钨渣中钽和铌的初步富集。
1.4.2 浓酸脱铁、锰
从钨渣的成分分析可知，铁和锰是钨渣中的主要杂质，铁锰合量接近50%，如将铁、锰脱除，钨渣中的钽、铌将得到进一步富集。钨渣中的铁、锰多以无定性态的Fe(OH)3和Mn(OH)2形态存在，反应活性非常高，用较高浓度的酸可将绝大部分铁和锰浸出，而钨渣中的钽和铌则以钽酸钠和铌酸钠的形态存在。在浓酸浸出过程中，钽酸钠和铌酸钠水解为不溶于水的钽酸和铌酸留在渣中，从而实现了钨渣中钽、铌与铁、锰的分离，钽、铌得到了进一步富集，在此过程中，钨渣中的部分钙和铝也一同被脱除。 1.4.3 浸出及浸出液的浓缩
浓酸脱铁、锰后得到的富集渣经浸出，其中的钽和铌转变为氟钽酸和氟铌酸进入浸出液。但由于浸出液中钽、铌浓度较低，难以直接进行萃取分离，因此将浸出液进行蒸发浓缩，以提高浸出液中钽、铌浓度，直至可萃取的范围。蒸汽经冷凝后得到高纯氟硅酸副产品，可作为生产氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟化钠等产品的原料。
行动研究法
2 实验结果及讨论
2.1 稀酸脱硅
采用质量分数为6%～8%的稀盐酸搅拌浸出钨渣5～10 min，过滤，即完成稀酸脱硅过程。稀酸脱硅过程脱硅率可达70%。实验结果表明，酸浓度对脱硅率具有重要影响。酸浓度过低将导致反应终点时体系pH值过高，导致硅酸溶胶聚合，使脱硅率降低；酸浓度过高也会降低硅酸溶胶的稳定性，导致硅酸聚合。因此，稀酸脱硅过程应严格控制酸浓度。
2.2 浓酸脱铁、锰
通过实验确定了浓酸脱铁、锰过程的最优条件：酸浓度22%、反应时间15 min、反应温度 80℃、酸用量为理论量。在最优条件下铁和锰的脱除率可分别达到98.3%和98.8%，钽和铌的回收率分别为87.4%和89.2%，达到了较好的钽、铌富集效果。
2.3 浸出钽铌
钨渣经稀酸脱硅，浓酸脱铁、锰后，得到的浸出渣的成分见表2。
表2 酸浸出渣成分 wt%成分 Nb2O5Ta2O5 SiO2 Fe2O3 MnO CaO Al2O3 MgO含量 3.10 0.67 26.31 1.93 0.38 1.76 6.22 0.260 2
取上述酸浸出渣进行单因素条件实验，探索HF酸浓度、反应时间、反应温度、酸用量对浸出钽、铌的影响，并确定最佳工艺条件。
2.3.1 HF酸浓度对钽、铌浸出率影响
在反应温度95℃、反应时间2 h、HF酸用量为理论量的2.2倍的条件下，改变HF酸浓度进行实验，得出钽、铌、硅浸出率随HF酸浓度变化的规律，如图2所示。
从图2中可以看出，Nb2O5和SiO2浸出时基本不受酸浓度的影响，其浸出率均在98%以上，Ta2O5随酸浓度的降低，其浸出率在减小，为了减小下一工序蒸发浓缩的负荷，应选择高浓度的HF酸浸出，则选择40%酸浓度作为最佳酸浓度。
2.3.2 反应时间对钽、铌浸出率的影响
固定HF酸浓度为40%、HF酸用量为理论量的2.2倍、反应温度95℃，改变反应时间，得出钽、铌、硅浸出率随反应时间变化规律，如图3所示。
从图3中可以看出，当反应时间＞2 h时，钽、铌、硅的浸出率均稳定在98%以上;当时间＜2 h时，钽的浸出效果较差，铌、硅基本不受影响。综合考虑，反应时间应选择2 h为宜。
2.3.3 HF酸用量对钽、铌浸出率的影响
固定HF酸浓度为40‰，反应温度95℃，反应时间2 h。改变HF酸用量，得出钽、铌、硅浸出率随HF酸用量的变化规律。实验结果如图4所示。
从图4中可以看出，随着酸用量的增加，钽、铌、硅的浸出率均呈现增大的趋势。当酸用量大于理论量的1.2倍时，浸出率增大的趋势均趋于平衡，故选择在理论酸用量1.2倍时即可。
2.3.4 温度对钽、铌浸出率的影响
固定HF酸浓度为40%，反应时间2 h，固定酸用量为1.2倍理论量，改变反应温度，得出钽、铌、硅浸出率随温度变化的规律，实验结果如图5所示。
从图5中看出，当温度高于60℃时，Nb2O5、Ta2O5的浸出率基本稳定在98%、92%以上，所以在HF酸浸出时，温度只需在60℃以上即可。
现代城市研究
张悦然十爱2014浙江高考英语综上所述，HF酸浸出钽、铌最佳工艺条件为：HF酸浓度40%、反应时间为2 h、酸用量为
1.2倍理论量、反应温度≥60℃。在上述条件下得到的HF酸浸出液中氧化钽和氧化铌的浓度较低，分别为0.806 g/L和5.132 g/L，不能直接进行萃取，将此溶液进行蒸发浓缩，得到的浓缩液中氧化钽和氧化铌的浓度可达到8.0 g/L和35.4 g/L，达到现行钽铌萃取的分离工艺要求[9-10]。同时在浓缩过程中浸出液中的硅以气体SiF4的形式从溶液中脱出，其化学方程式如下:H2SiF6=SiF4↑+2HF↑。经过冷凝SiF4和蒸汽中的HF结合又生成H2SiF6，得到高纯氟硅酸副产[11-13]，该副产品可作为生产氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟化钠等产品的原料。钨渣经稀酸脱硅、浓酸脱铁、锰及HF浸出及浓缩后，钽铌的回收率分别为80.4%和87.4%。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议