一种koh分解铌钽矿提取铌和钽的方法
【专利摘要】本发明涉及一种KOH分解铌钽矿提取铌和钽的方法，该方法包括KOH溶液（35~50wt%）分解铌钽矿及低浓度HF酸（5~25wt%）浸取分解矿中铌和钽两个关键步骤。铌钽矿经KOH溶液分解后，生成不溶性的偏铌酸钾（KNbO3）和偏钽酸钾（KTaO3）固相，铌钽矿分解率接近100%；偏铌酸钾和偏钽酸钾固相采用接近理论用量的低浓度HF酸处理，得到含铌和钽氟配物的溶液，该溶液可采用萃取分离工艺实现铌、钽分离并制得铌、钽产品。本方法与现有高浓度HF酸（60~80wt%）生产工艺相比，使用无污染的KOH溶液替代高浓度HF酸溶液分解铌钽矿，克服了分解过程中产生大量含氟废渣、废水、废气污染的问题，并可实现铌、钽的高效回收。
【专利说明】一种KOH分解铌钽矿提取铌和钽的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铌钽矿转化方法，具体地说是涉及一种采用KOH介质将铌钽矿分解转化为偏铌酸钾(KNb03)、偏钽酸钾(KTaO3),并进一步采用低浓度HF酸提取铌和钽的方法。
【背景技术】
[0002]铌(Nb)和钽(Ta)属于重要的稀有金属。当今，工业上主要采用高浓度HF酸 (60~80wt%)或者高浓度HF+H2S04混合酸处理铌钽矿并进一步制成铌钽产品。因HF酸沸点低，分解过程中有6~7%的HF以毒性废气形式挥发掉，不仅会对人的身体健康造成严重的伤害，而且会造成设备腐蚀；另外，在整个分解过程中将产生大量的含氟废渣、废水，环境污染严重。
[0003]近年来，随着电子信息技术产业及钢铁工业的发展，铌钽消费需求持续增长，为铌钽湿法冶金的发展提供了良好的机遇，但由于现行工艺存在严重环境污染问题，严重制约了铌钽湿法冶金的可持续性发展，目前亟待开发新的铌钽清洁生产工艺。
[0004]为解决铌钽生产过程中的环境污染问题，中国专利CN1605639A提出了一种处理铌钽矿的新工艺——KOH亚熔盐清洁生产工艺。该工艺采用KOH亚熔盐替代HF酸处理铌钽矿，工艺条件为:反应温度280~340°C、氢氧化钾浓度75~85wt%、氢氧化钾与铌钽矿质量比为3~7:1、反应时间llh，取得了较好的分解效果，但是这种工艺的反应温度及碱溶液浓度偏高，对反应设备要求较高且碱介质循环量大，能耗较高。
[0005]在美国专利US3058825中，公开了一种KOH溶液处理铌钽矿的方法，该方法采用 KOH溶液与铌钽矿反应，使铌钽生成可溶性的铌钽化合物进入溶液中，从而实现铌钽的提取。但该反应过程中，铌钽矿单次分解率较低，需多次返回处理，工艺较复杂，未能在工业上得到应用。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种优于现有工艺技术并能解决上述问题的方法。其关键在于克服现行高浓度HF酸工艺环境污染严重的问题，
[0007]提供一种减少高毒性HF酸废气、废水、废渣的排放，从生产源头削减氟污染，且能实现铌、钽高效提取的铌钽矿清洁转化方法。
[0008]本发明的目的是通过如下的技术方案实现的:
[0009]本发明提供一种KOH溶液分解铌钽矿并提取铌和钽的清洁转化方法，该方法是将铌钽矿在氢氧化钾溶液中进行分解，生成不溶性的偏铌酸钾(KNbO3)和偏钽酸钾(KTaO3), 偏铌(钽)酸钾进一步用低浓度HF酸浸取，得到含铌和钽氟配物的溶液，该溶液可采用萃取分离工艺实现铌、钽分离并制得铌、钽产品。如图1所示，该方法包括如下步骤:
[0010]1)分解铌钽矿:在21~300°C，搅拌的条件下，将铌钽矿加入浓度为35~50wt%K0H 溶液中，进行分解反应1~7h，KOH与铌钽矿的质量比为2~6:1 ;[0011]所述的KOH分解铌钽矿的反应是在可控温密封反应釜中进行的；
[0012]2)过滤分离:将步骤I)中的经过分解得到的产物降温到3(T120°C，过滤分离，得到含偏铌酸钾和偏钽酸钾的固相及KOH溶液；步骤2)中过滤分离出的KOH溶液可直接返回步骤I)用于分解反应；
[0013]3)浸取铌和钽:在2(T80°C，将步骤2)得到的含偏铌酸钾和偏钽酸钾固相加入5^25wt%的HF酸中，分解时间为0.5~3h，固体质量与液体体积之比为1:1飞kg.L—1 ；
[0014]4)过滤分离:在1(T60°C，将步骤3)浸出产物过滤分离，得到含铌和钽的清液及不溶性Fe、Mn、Sn等杂质的渣相；
[0015]5)分离提纯:将步骤4)中得到的含铌和钽氟配物的溶液，送入现行铌钽萃取分离工序完成铌和钽的净化分离。
[0016]与已有技术相比，本发明提供的铌钽矿清洁转化方法的优点在于:
[0017]1、本发明使用KOH溶液及少量低浓度HF酸处理铌钽矿，与传统高浓度HF酸法相t匕，大大减少了 HF酸的消耗及F_、氟化物的污染，具有良好的环境效益；
[0018]2、本发明将铌钽矿中的铌钽转化为偏铌酸钾和偏钽酸钾，与美国专利US3058825相比，铌钽矿单次分解率可达99%以上，大大提高了分解效率并可简化工艺流程；
[0019]3、本发明采用较低浓度KOH溶液分解铌钽矿，与中国专利CN1605639A及文献1:难分解铌钽矿高浓氢氧化钾浸出机理研究，高校化学工程学报，V.19,N0.2公开的方法相比优势明显，分解反应的碱溶液浓度从75-85wt%降为35~50wt%，反应条件大大优化，更容易实现反应过程碱介质的循环利用；
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明提供的铌钽矿清洁转化方法的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0021]下面通过结合附图和实施例进一步阐述本工艺的实施过程与步骤。
[0022]实施例1
[0023]按KOH与铌钽矿粉的质量比4:1称取一定量的Κ0Η，加水配成35wt%的氢氧化钾溶液，加入-200目的铌钽矿粉，开启搅拌并升温至260°C，反应lh，得到分解产物。
[0024]将上述分解产物冷却后过滤，得到含偏铌酸钾和偏钽酸钾的固相及未反应完全的KOH溶液(该溶液返回用于上述分解反应)。
[0025]含偏铌酸钾和偏钽酸钾的固相渣加入到25wt%的HF酸溶液中，固体质量与液体体积之比为1:1kg.L—1，常温下浸出反应lh，铌钽浸出率97%。
[0026]将上述浸出产物过滤分离，得到含铌和钽的清液及不溶性Fe、Mn、Sn等杂质的渣相。含铌和钽的清液可送至现行铌钽萃取分离工序，进行铌和钽分离净化，含Fe、Mn、Sn等杂质的洛相可用于Sn等有价金属的回收。
[0027]实施例2
[0028]称取一定量-300目的难分解铌钽矿加入反应釜中，随后加入50wt%的KOH溶液，该溶液按照碱矿质量比6:1配制，开启搅拌并升温至210°C，反应7h，得到分解产物。
[0029]将上述分解产物冷却后过滤，得到含偏铌酸钾和偏钽酸钾的固相及未反应完全的KOH溶液(该溶液返回用于上述分解反应)。
[0030]含偏铌酸钾和偏钽酸钾的固相渣加入到5wt%的HF酸溶液中，固体质量与液体体积之比为1:5kg ? L—1，在60°C温度下浸出反应3h，铌钽浸出率98%。
[0031]将上述浸出产物过滤分离，得到含铌和钽的清液及不溶性Fe、Mn、Sn等杂质的渣相。含铌和钽的清液可送至现行铌钽萃取分离工序，进行铌和钽分离净化，含Fe、Mn、Sn等杂质的洛相可用于Sn等有价金属的回收。
[0032]实施例3
[0033]按KOH与铌钽矿粉的质量比2:1称取一定量的K0H，加水配成40wt%的KOH溶液， 加入-200目的铌钽矿粉，开启搅拌并升温至250°C，反应1.5h，得到分解产物。
[0034]将上述分解产物冷却后过滤，得到含偏铌酸钾和偏钽酸钾的固相及未反应完全的 KOH溶液(该溶液返回用于上述分解反应)。
[0035]含偏铌酸钾和偏钽酸钾的固相渣加入到12wt%的HF酸溶液中，固体质量与液体体积之比为1:4kg ? L—1，常温下浸出反应2h，铌钽浸出率99%。
[0036]将上述浸出产物过滤分离，得到含铌和钽的清液及不溶性Fe、Mn、Sn等杂质的渣相。含铌和钽的清液可送至现行铌钽萃取分离工序，进行铌和钽分离净化，含Fe、Mn、Sn等杂质的洛相可用于Sn等有价金属的回收。
[0037]实施例4
[0038]按KOH与铌钽矿粉的质量比3:1称取一定量的K0H，加水配成47wt%的KOH溶液， 加入-200目的铌钽矿粉，开启搅拌并升温至 300°C，反应2h，得到分解产物。
[0039]将上述分解产物冷却后过滤，得到含偏铌酸钾和偏钽酸钾的固相及未反应完全的 KOH溶液(该溶液返回用于上述分解反应)。
[0040]含偏铌酸钾和偏钽酸钾的固相渣加入到20wt%的HF酸溶液中，固体质量与液体体积之比为1:2kg ? L—1，常温下浸出反应0.5h，铌钽浸出率96%。
[0041]将上述浸出产物过滤分离，得到含铌和钽的清液及不溶性Fe、Mn、Sn等杂质的渣相。含铌和钽的清液可送至现行铌钽萃取分离工序，进行铌和钽分离净化，含Fe、Mn、Sn等杂质的洛相可用于Sn等有价金属的回收。
【权利要求】
1.一种KOH溶液分解铌钽矿提取铌和钽的方法，包括如下的步骤: 1）分解铌钽矿:在21(T300°C，搅拌的条件下，将铌钽矿加入浓度为35~50wt%K0H溶液中，进行分解反应f7h，氢氧化钾与铌钽矿的质量比为2飞:1 ; 2)过滤分离:将步骤I)中的经过分解得到的产物降温到30~120°C，过滤分离，得到含偏铌酸钾和偏钽酸钾的固相及KOH溶液； 3)浸取铌和钽:在2(T80°C，将步骤2)得到的含偏铌酸钾和偏钽酸钾固相加入5~25wt%的HF酸中，分解时间为0.5^3h,固体质量与液体体积之比为1: f 5kg.L1 ； 4)过滤分离:在1(T60°C，将步骤3)浸出产物过滤分离，得到含铌和钽的清液及不溶性Fe、Mn、Sn等杂质的洛相； 5)分离提纯:将步骤4)中得到的含铌和钽氟配物的溶液，进入铌钽萃取分离工序完成铌和钽的分离。
2.如权利要求1所述的KOH溶液分解铌钽矿及低酸浸取铌和钽的方法，其特征在于:所述步骤I)中分解反应是在可控温密封反应釜中进行的。
3.如权利要求1所述的KOH溶液分解铌钽矿及低酸浸取铌和钽的方法，其特征在于:步骤2)中过滤分离出的KOH溶液可直接返回步骤I)用于分解反应。
【文档编号】C22B3/26GK103572046SQ201210256859
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月23日 优先权日:2012年7月23日
【发明者】王晓辉, 孙青 , 杨秀丽, 郑诗礼, 张懿 申请人:中国科学院过程工程研究所