一种超高纯度氧化钽的制备方法及其制备的超高纯度氧化钽与流程

本发明属于金属化学冶炼领域，具体涉及一种超高纯度氧化钽的制备方法，以及该方法制备得到的超高纯度氧化钽。

背景技术：
高纯氧化钽（99.99%），是高技术新材料产业的重要原料和功能材料，用于制备锂盐晶体(钽酸锂)和晶片，在声表器件、精密光学玻璃、光纤通迅、传感技术，特别是军事雷达、电子对抗、导航等尖端技术领域得到广泛应用。在现行行业标准YS/T547-2007中，高纯度氧化钽的产品牌号为FTa2O5-04，其中F表示粉末，Ta2O5表示五氧化二钽（氧化钽）的分子式，04表示产品的纯度为99.99%。钽在化学元素周期表中属VB族，原子序数为73，其化学性质常与同族的铌(原子序数为41)非常相似。因此钽与铌在自然界中常常紧密共生。现有技术中，氧化钽的制备，通常以钽铌精矿为原料，精过酸分解、钽铌萃取分离、氧化钽的制取三个工序过程，工艺流程图见图1。现有技术通过对氧化钽制备过程中各步骤工艺参数的调整，从而提高氧化钽的含量、降低杂质的含量。如公开号CN101565207A（公开日期2009年10月28日）的中国发明专利申请“低氟高纯五氧化二钽的制取方法”，主要公开了高纯氧化钽制备过程中最后的煅烧步骤的工艺条件，即按照如下程序分段煅烧：180-230℃保温2-3小时，480-530℃保温4-6小时，620-680℃保温2-3小时，790-840℃保温3-5小时，然后降温到180-230℃后出炉。该方法主要解决传统一次升温煅烧导致的产品一致性、均匀性差，氟含量高，以及炉膛易烧结的问题。其中产品杂质含量指标参照已经废止的国家标准《高纯五氧化二钽》GB/T10577-1989中产品牌号FTa2O5-04的技术指标，主成分氧化钽的质量百分含量为99.99%。但是，随着高技术新材料产业的发展，制备应用于高频声表器件中的大尺寸锂盐晶体(钽酸锂)和晶片必须要求氧化钽的纯度在99.995%以上。显然现有技术的高纯氧化钽已不能完全满足市场的需求。

技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明提供一种超高纯度氧化钽的制备方法。该方法在现有技术的仲辛醇-HF-H2SO4萃取分离体系的基础上，改进工艺流程，优选工艺参数，使氧化钽的纯度达到99.995%以上。为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：一种超高纯度氧化钽的制备方法，以氟钽酸溶液为原料，包括萃取分离、中和沉淀、烘干和煅烧；所述萃取分离步骤中，仲辛醇萃取氟钽酸溶液经仲辛醇萃取后得到的有机相I，依次经过酸洗剂和反铌剂的洗涤，得到有机相II，最后反钽剂萃取所述有机相II，得到超高纯度氟钽酸溶液；其中，所述酸洗剂为摩尔浓度1.3~1.5mol/L的硫酸，所述反铌剂为摩尔浓度1.3~1.5mol/L的硫酸，所述反钽剂为超纯水，其中Si≤0.1ppm，Fe、Al、K、Na、Ca、Mg均≤0.01ppm；所述氟钽酸料液、仲辛醇、酸洗剂、反铌剂和反钽剂的体积比为1:1~1.2:0.3~0.5:0.4~0.6:0.8~1.2；优选的，所述氟钽酸料液、仲辛醇、酸洗剂、反铌剂和反钽剂的体积比为1:1:0.3:0.5:1。本发明所述的制备方法，优选的，所述萃取分离步骤在连续的三段萃取槽中进行，其中仲辛醇萃取氟钽酸溶液以及酸洗在第一段萃取槽中进行，反铌剂洗涤在第二段萃取槽中进行，反钽剂萃取在第三段萃取槽中进行；所述氟钽酸料液、仲辛醇、酸洗剂、反铌剂和反钽剂的流量比为1:1~1.2:0.3~0.5:0.4~0.6:0.8~1.2，更优选为1:1:0.3:0.5:1。本发明所述的制备方法，优选的，上述萃取分离步骤中，反铌剂洗涤后得到的水相用仲辛醇萃取，得到有机相III；所述有机相III与所述有机相II合并；优选的，反铌剂萃取后得到的水相用与所述反铌剂等体积的仲辛醇萃取，得到有机相III。更优选的，在第二段萃取槽中，反铌剂洗涤后得到的水相用仲辛醇萃取，得到有机相III；所述有机相III与所述有机相II合并；进一步优选的，所述反铌剂和所述仲辛醇的入槽流量比为1:1。优选的，上述萃取分离步骤中，各步萃取、洗涤的级数为10~20级。优选的，上述萃取分离步骤中，所述仲辛醇，酮的重量百分比不大于15%，pH=7.0；还优选的，所述酸洗剂为摩尔浓度1.45~1.55mol/L的硫酸；还优选的，所述反铌剂为摩尔浓度为1.45~1.55mol/L的硫酸。本发明所述的制备方法，优选的，作为原料的所述氟钽酸溶液，以(Ta+Nb)2O5计算，氧化物总量为100~160g/L。优选的，所述萃取分离步骤前，还包括对所述氟钽酸料液的酸度调配步骤；进一步优选的，所述酸度调配步骤的具体操作为：向氟钽酸原料中加入浓氢氟酸和浓硫酸，使调配后的氟钽酸料液中，以(Ta+Nb)2O5计算，氧化物总量为不小于85g/L，氢氟酸摩尔浓度=2.0±0.1moL/L，硫酸摩尔浓度=1.5±0.05moL/L。优选的，调配用浓氢氟酸的摩尔浓度为36mol/L，调配用浓硫酸的摩尔浓度为18mol/L。本发明所述的制备方法，优选的，所述中和沉淀步骤，包括将向所述超高纯度氟钽酸料液加入液氨，至pH=9~10，得到超高纯度氢氧化钽浆料。还优选的，所述烘干步骤，过滤后的超高纯度氢氧化钽滤饼在130~180℃下烘干，时间5~8小时；还优选的，所述煅烧步骤，煅烧低温区温度控制在350~450℃，煅烧高温区温度控制为900~1100℃，时间为10~15小时；更优选的，所述煅烧步骤在连续推舟炉内进行，推盘的推进速度为12~15分钟/推盘。本发明所述的制备方法，优选的，所述中和沉淀和烘干步骤之间，还包括调洗除氟步骤：将所述中和沉淀步骤得到的超高纯度氢氧化钽浆料过滤，滤饼用60~70℃含氨热纯水进行调洗，至料浆中氟含量≤0.01g/L，过滤，得到超高纯度氢氧化钽滤饼；其中，氨的重量百分比浓度为5~8%。作为一种优选的实施方式，本发明提供一种超高纯度氧化钽的制备方法，包括酸度调配、萃取分离、中和沉淀、调洗除氟、烘干和煅烧，具体工艺过程为：I.酸度调配所述酸度调配在调酸槽中进行；将经分析测定已知总氧化物浓度、氢氟酸摩尔浓度和硫酸摩尔浓度的氟钽酸溶液加入调酸槽，其中所述氟钽酸溶液的总氧化物以(Ta+Nb)2O5计为100~160g/L；向调酸槽中加入摩尔浓度=36moL/L的浓氢氟酸和摩尔浓度=18moL/L的浓硫酸，使调配后...