Вход в аккаунт

Вы здесь

Тантал и Ниобий

Тантал и Ниобий

Введение
Основная часть
   Сырье для производства тантала и ниобия
   Получение тантала и ниобия
   Разложение танталито-колумбитовых концентратов
   Разделение тантала и ниобия
   Получение металлического тантала и ниобия
   Экологические проблемы производства тантала и ниобия
       Схемы переработки перовскитового концентрата и утилизации радионуклидов
       Проблемы переработки лопаритового концентрата
   Экологические проблемы переработки плюмбомикролитового концентрата
Заключение

Введение

Любое химическое производство и его объекты являются источником загрязнения окружающей среды. В связи с этим создание безотходных технологий представляет собой одну из важнейших задач. В мире наблюдается устойчивый спрос на тантало-ниобиевую продукцию, которая широко используется во многих развитых отраслях промышленности. Вовлечение в производство новых месторождений тантало-ниобиевого сырья и разработка эффективных технологий извлечения тантала и ниобия является актуальной задачей.

На многих этапах производства тантала и ниобия непрерывно образуются жидкие, твердые, газообразные отходы, содержащие вещества, вредные для окружающей среды. Для утилизации этих отходов на производстве организуются мероприятия по очистке их от вредных компонентов, по комплексному использованию сырья, по переводу вредных веществ в безопасные для окружающей среды соединения, по рассеиванию их в окружающей среде до безопасных концентраций.

Образование промышленных отходящих газов и вентиляционных выбросов, содержащих хлор, хлористый водород и хлорорганические производные, переработки руд титана, ниобия, тантала и некоторых других цветных металлов методом хлорирующего обжига.

В данном реферате описаны схемы производства тантала и ниобия, типы образующихся отходов и методы их очистки.

1. Основная часть

1.1. Сырье для производства тантала и ниобия

Главные минералы, содержащие тантал и ниобий: колумбит, танталит, пирохлор, лопарит, манганотанталит, воджинит, иксиолит, микролит, плюмбомикролит. Руды тантала также известны в пегматитах гранитных и щелочных пород, карбонатидах, в гидротермальных жилах. Кроме того, тантал получают и из оловянных руд, как побочный продукт при производстве олова (шлаки оловянных заводов содержат 3 - 15% (Ta,Nb)2O5). Среднее содержание Ta2O5 в рудах составляет 0,012 - 0,03%. Наибольшим предпочтением пользуются два танталсодержащих минерала – это танталит (Fe,Mn)Ta2O6 и колумбит (Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6. В настоящее время добыча тантала идет в Австралии, Бразилии, Египте, Таиланде, Китае, Канаде (самое богатое месторождение Берник-Лейк в юго-восточной Манитобе), Мозамбике, Нигерии, Заире, Бурунди, Руанде, Конго, Казахстане и России (на Кольском полуострове и в Забайкалье). Танталит и колумбит почти всегда содержат примеси титана, олова, вольфрама и ряда других элементов.

1.2. Получение тантала и ниобия

Основным способом обогащения руд, содержащих танталит и колумбит, является гравитационное обогащение (мокрая отсадка, обогащение на столах). В результате получают обычно коллективный концентрат, содержащий, кроме танталита и колумбита, касситерит, вольфрамит и некоторые другие минералы. Дальнейшее обогащение ведут, применяя флотацию и электромагнитное разделение. Примерный состав танталитовых концентратов: 12 - 30 % Nb2O5; 58 - 59,6 % Ta2O5; 2,09 - 15,7 % Fe2O3; 2,95 - 17,2 % MnO; 0,25 - 6,4 % TiO2; 0,12 - 0,9 % SiO2.

Переработку концентратов обычно осуществляют в три стадии:

  1. вскрытие или разложение;
  2. разделение тантала и ниобия и получение их чистых химических соединений;
  3. восстановление и рафинирование тантала.

Для вскрытия танталового концентрата применяют сплавление со щелочами (NaOH, КОН) или разложение плавиковой кислотой. В первом способе в результате плавления концентрата при 750 - 800 °С с избытком щелочи образуются ортосоль (Na3TaO4) и оксиды железа, марганца. После обработки сплава водой образуются малорастворимые политанталиты (Na8Ta6O19?25H2O), которые разлагают соляной кислотой, получая гидратированные оксиды тантала, которые затем перерабатывают на чистые соединения.

Разложение плавиковой кислотой в настоящее время является основным способом; в этом случае тонко измельченный танталитовый концентрат при нагревании разлагают концентрированной плавиковой кислотой.

Лопаритовые концентраты перерабатывают, используя два способа – хлорирование и сернокислотный. Сущность первого состоит во взаимодействии рудного концентрата с газообразным хлором при 749 - 850 °С в присутствии древесного угля или кокса. Различие в летучести хлоридов позволяет разделить основные ценные составляющие концентрата. Сернокислотный способ основан на разложении лопаритового концентрата серной кислотой и разделении ценных составляющих с использованием различий в растворимости двойных сульфатов титана, ниобия и тантала, редкоземельных элементов со щелочными металлами или аммонием.

1.3. Разложение танталито-колумбитовых концентратов

Наиболее важны следующие способы вскрытия этой группы концентратов:

  1. сплавление с NaOH, КОH и Na2CO3;
  2. сплавление с кислыми солями — KHSO3, NaHCO3;
  3. разложение плавиковой кислотой

Все эти схемы представлены на рисунке 1.

Сплавление с едким натром. Сплавление проводят в железных тиглях при нагревании до 800оС. На 1 весовую часть концентрата при этом берут 3 части NaOH. Это в 3 – 4 раза больше теоре­тически необходимого.

Едкий натр расплавляют в тигле, и его температуру подни­мают до 400 °С. Затем в плав порциями добавляют измельчен­ный до 0,1 мм концентрат. При этом наблюдаются вспенивание и перемешивание смеси выделяющимися парами воды. Затем температуру повышают до 600 °С и смесь выдерживают в тече­ние 30 мин.  После этого расплавленную массу выливают в воду и проводят выщелачивание при температуре 80—90 °С и отношении твердой и жидкой фаз 1 : 34. Эти процессы могут быть представлены реакциями:

Fe (NbO3)2 + 10NaOH = 2Na2NbO5 + FeO + 5H2O;

Fe (TaO3)2 + 10NaOH = 2Na2TaO5 + FeO + 5H2O.

Расплавленная масса представляет собой в нерастворимые в воде ниобат натрия и танталат натрия. Одновременно образуются вольфрамат, станнат, силикат и алюминат натрия. Они удаляются водным выщелачиванием. Также образуются Fe(OH)2 и Mn(OH)2. Вместе c не растворимыми в воде ниобатом, танталатом и титанатом натрия они остаются в остатке от выщелачивания. При обработке остатка соляной кислотой железо и марганец переходят в раствор; в нерастворившейся части остаются гидроокиси ниобия, тантала и титана.

Сплавление с едким калием или поташом. При сплавлении концентрата с КОН или K2CO3 или с их смесью колумбит (танталит) разлагается, образуя растворимый в воде ниобат (танталат) калия. При выщелачивании после сплавления в раствор переходят растворимые K2SiO3. K2WO4. К2SnО3 и др. Из щелочного раствора осаждают, добавляя NaCl, малорастворимые ниобат и танталат натрия. Примеси Si, W, Sn и часть Ti остаются в растворе. После обработки осадка кислотами получают смесь гидроокисей ниобия и тантала с незначительным содержанием примесей. С КОН сплавляют при 700 -800°, а с поташом — при 900 - 1000° в железных тиглях. Весовое соотношение концентрата и едкого калия 1 : 3, в случае поташа — 1 : 2,25. Рекомендуется спекать в слабовосстановительной атмосфере (CO) или без доступа воздуха. В этих условиях олово восстанавливается до металла, TiO2 — до Ti2O3. При выщелачивании сплава металлическое олово, окислы железа, марганца и большая часть титана остаются в нерастворимых остатках от выщелачивания. При спекании в условиях доступа воздуха титан образует не растворимый в воде и растворе щелочи титанат калия K2TiO3. Однако полного отделения титана от ниобия и тантала не достигается, так как в присутствии этих элементов часть титана переходит в раствор. Из раствора ниобий и тантал выделяют в виде малорастворимых ниобата и танталата натрия.

Концентраты ниобия и тантала можно вскрыть и водными растворами КОН. Процесс проводят в автоклавах при 150 - 300° и давлении 80 атм. 1 - 2 ч.

Переработка хлорированием. Хлорирование титано-тантало-нио-биевого сырья — один из наиболее перспективных методов его перера­ботки. Образующиеся хлоропроизводные элементов, содержащихся в концентратах, обладают различной температурой кипения. Это дает возможность фракционно их разделить при возгонке и конденсации. Перед проведением процесса в шахтной электропечи концентрат и углесодержащий восстановитель (древесный уголь, нефтяной кокс и др.) брикетируют. В качестве связующего применяют сульфит-целлюлозный щелок (отход бумажного производства), пек, кормовую патоку и др. Углерод берут с избытком 7  - 10%. так как меньшее содержание углерода снижает извлечение Nb, Та и Ti. Повышенное содержание в шихте углерода не увеличивает извлечение ценных сос­тавляющих, но снижает загрузку по концентрату. Брикеты сушат, а затем нагревают без доступа воздуха при 800  - 900° С. При этом полностью удаляются влага и летучие компоненты шихты. На брикеты действуют газообразным хлором при 600  - 800° С. Хлор должен содержать минимальное количество влаги, чтобы не было гидролиза продуктов хлорировании.

Смесь концентрата и восстановителя можно хлорировать и без предварительного брикетирования. Для этой цели реакционную смесь предварительно сушат и вместе с хлором вводят в расплав малолетучие хлориды (NaCl, КСl). Окислы в составе концентратов реагируют с хлором и углеродом:

Nb2O5 + 5Cl2 +5С = 2NbСl5 + 5CO                                                       (1)

Nb2O5 + 3Сl2 + 3C = 2NbCCl3 + 3СО                                                   (2)

Загрузить весь реферат>>>

 

Рейтинг@Mail.ru Индекс цитирования