高松装密度五氧化二铌的制备方法与流程

本发明属于湿法冶金技术领域，具体涉及一种高松装密度五氧化二铌的制备方法。

背景技术：

铌是一种高熔点稀有金属，既是特殊的功能材料，又是优良的结构材料。铌及其合金广泛应用于电子、冶金、机械、航天航空、化学、医学等领域；随着铌化合物单晶表面波滤波器在彩色电视机、录像机、移动通讯等电子领域应用的迅速增长，含铌特种光学玻璃在照相机、摄像机和其他光学仪器应用量不断扩大；随着红外、激光等高新技术和军事应用，家用电器生产和电子工业迅猛发展，氧化铌的需求量日渐增加。

高松装密度五氧化二铌在铌条、碳化铌、及其合金的生产中由于松装密度大在同等模具的情况下，装氧化铌的量就多，大大提高了生产效率，降低了成本。根据目前工艺方法制备的五氧化二铌松装密度较低，约为1g/cm3。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述问题，本发明的目的是提供一种高松装密度五氧化二铌的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

1、高松装密度五氧化二铌的制备方法，包括以下步骤：

1)提供钽铌矿，进行研磨；

2)加入氢氟酸和硫酸进行溶解，生成氟钽酸和氟铌酸；

3)经仲辛醇萃取及反萃取，分离出氟铌酸；

4)第一次通入氨气中和，中和至PH＝5-6，控制没有白色沉淀产生；

5)冷却至20-40℃；

6)第二次通入氨气中和，中和至PH＝9，中和时间为30-150分钟；

7)循环过滤洗涤至氟离子＜1000PPM

8)用压滤机进行固液分离，

9)然后在温度200℃下进行烘干。

10)在温度7 00-900℃煅烧，得到高松装密度五氧化二铌。

优选地，步骤4)中通入氨气的流量为1-15升/分钟。

优选地，步骤6)中通入氨气的流量为1-15升/分钟。

优选地，步骤7)使用陶瓷膜进行循环过滤洗涤。使用陶瓷膜过滤进行为洗涤有利于生产高密度氧化铌，如图1所示，陶瓷膜过滤洗涤原理为：在压力作用的驱动下，原料液在膜管内高速流动，含小分子组分的澄清渗透液沿与之垂直方向向外透过膜，含大分子组分的混浊浓缩液被膜截留，从而使流体达到分离、浓缩、洗涤、纯化的目的。因氢氧化铌为粉体物质，是大分子组分，被膜截留，氟化物等为小分子组分，向外透过膜，达到过滤洗涤的目的。

述的高松装密度五氧化二铌的制备方法，其特征在于步骤10)中在750℃下进行煅烧。

优选地，所述步骤5)冷却至30℃。

从五氧化二铌松装密度看，第二次中和时间越长，松装密度就越大。达到一定时间后就没有多少变化了，所述步骤6)中和时间优选为为120分钟。

从五氧化二铌松装密度看煅烧温度越高，松装密度就越大。但800℃、850℃煅烧得到五氧化二铌松装密度相差不大，由于煅烧设备是用镍铬材料为加热元件的回转炉，温度过高，回转炉的使用寿命就短，生产中一般控制在800℃以下使用，优选地，步骤10)中在750℃下进行煅烧。

根据本发明，具有下列的有益效果：通过本发明的方法使制备的五氧化二铌松装密度提高到1.8g/cm3。

附图说明

图1是陶瓷膜的结构示意图；

图2是本发明的中和反应装置的示意图；

图3是本发明的循环洗涤装置的示意图。

具体实施方式

铌钽矿分解的主要化学反应方程式如下：

Fe(TaO₃)2+16HF＝2H₂TaF₇+FeF₂+6H₂O

Fe(NbO₃)2+16HF＝2H₂NbF₇+FeF₂+6H₂O

Fe₂O₃+12HF＝2H₃FeF₆+3H₂O

SiO₂+6HF＝H₂SiF₆+2H₂O

H₂NbF₇+7NH₃.H₂O＝Nb(OH)5↓+7NH₄F+2H₂O

下面结合附图和优选实例对本发明做进一步说明。

在本说明书中，除非另外明确说明，单位ppm指以质量比表示的“百万分之一”。

将钽铌矿进行研磨后加入氢氟酸和硫酸进行溶解，生成氟钽酸和氟铌酸，经仲辛醇萃取及反萃取，分离出氟铌酸备用，氟铌酸浓度为105克/升。

实施例1

使用如图2所示的装置，用泵将2000升氟铌酸(H2NbF7)溶液通过进料口4打入中和反应釜6中，从氨气进管5加入氨气，控制加氨流量1升/分，同时开动搅拌装置2，中和至PH＝5，并控制没有白色沉淀产生(可通过观察口1观察)。冷却至20℃，再从氨气进管5第二次加入氨气，控制加氨流量1升/分，中和至PH＝9，时间为120分钟。废气从废气排放口3排出。然后从排放口7将中和好的料液放入如图3所示的循环洗涤装置14(内设陶瓷膜)的循环桶8中，开动搅拌9，用料液增压泵10将料液打入陶瓷膜进料口11，在压力作用的驱动下，氟化物等为小分子组分向外透过陶瓷膜从排出口12排出，氢氧化铌是大分子组分被膜截留。通过出料口13进入循环桶8中，并通过加氨水管15加入PH＝9的氨水至循环桶8中，使循环桶8保持液位不变，进行循环过滤洗涤，洗涤至氟离子＜1000PPM。放入压滤机进行固液分离，固体物质氢氧化铌在温度200℃下进行烘干，然后在温度700℃煅烧，得到高松装密度五氧化二铌。分析氧化铌松装密度、烧损、钽、铁、钨、镍、铬、硅、氟的含量数据列于表1。

实施例2

使用如图2所示的装置，用泵将2000升氟铌酸(H2NbF7)溶液通过进料口4打入中和反应釜6中，从氨气进管5加入氨气，控制加氨流量15升/分，同时开动搅拌，中和至PH＝6，并控制没有白色沉淀产生。冷却至40℃。再从氨气进管5第二次加入氨气，控制加氨流量15升/分，中和至PH＝9，时间为150分钟。

然后从排放口7将中和好的料液放入如图3所示的装置的循环桶8中，开动搅拌桨9，料液增压泵10将料液打入陶瓷膜进料口11，在压力作用的驱动下，氟化物等为小分子组分向外透过膜从排出口12排出，氢氧化铌是大分子组分被膜截留。通过出料口13进入循环桶8中，并通过加氨水管15加入PH＝9的氨水至循环桶8中，使循环桶8保持液位不变，进行循环过滤洗涤，洗涤至氟离子＜1000PPM。放入压滤机进行固液分离，固体物质氢氧化铌在温度200℃下进行烘干，然后在温度900℃煅烧，得到高松装密度五氧化二铌。分析氧化铌松装密度、烧损、钽、铁、钨、镍、铬、硅、氟的含量数据列于表1。

实施例3

使用如图2所示的装置，用泵将2000升氟铌酸(H2NbF7)溶液通过进料口3打入中和反应釜6中，从氨气进管2加入氨气，控制加氨流量8升/分，同时开动搅拌，中和至PH＝5.5，并控制没有白色沉淀产生。冷却至30℃。再从氨气进管2第二次加入氨气，控制加氨流量8升/分，中和至PH＝9，时间为90分钟。然后从排放口7将中和好的料液放入陶瓷膜设备(如图3)的循环桶8中，开动搅拌桨9，用料液增压泵10将料液打入陶瓷膜进料口11在压力作用的驱动下，氟化物等为小分子组分向外透过膜从排出口12排出，氢氧化铌是大分子组分被膜截留.通过出料口13进入循环桶8中，加入PH＝9的氨水至循环桶8保持液位不变，进行循环过滤洗涤，洗涤至氟离子＜1000PPM。放入压滤机进行固液分离，固体物质氢氧化铌在温度200℃下进行烘干，然后在温度750℃煅烧，得到高松装密度五氧化二铌。分析氧化铌松装密度、烧损、钽、铁、钨、镍、铬、硅、氟的含量数据列于表1。

实施例4

使用如图2所示的装置，用泵将2000升氟铌酸(H2NbF7)溶液通过进料口3打入中和反应釜6中，从氨气进管2加入氨气，控制加氨流量9升/分，同时开动搅拌，中和至PH＝5.2，并控制没有白色沉淀产生。冷却至30℃。再从氨气进管2第二次加入氨气，控制加氨流量10升/分，中和至PH＝9，时间为100分钟。然后从排放口7将中和好的料液放入陶瓷膜设备(如图3)的循环桶8中，开动搅拌桨9，用料液增压泵10将料液打入陶瓷膜进料口11在压力作用的驱动下，氟化物等为小分子组分向外透过膜从排出口12排出，氢氧化铌是大分子组分被膜截留。通过出料口13进入循环桶8中，并通过加加入热纯水或循环洗涤水，循环桶8保持液位不变，进行循环过滤洗涤，洗涤至氟离子＜1000PPM。放入压滤机进行固液分离，固体物质氢氧化铌在温度200℃下进行烘干，然后在温度7 50℃煅烧，得到高松装密度五氧化二铌。分析氧化铌松装密度、烧损、钽、铁、钨、镍、铬、硅、氟的含量数据列于表1。

实施例5

使用如图2所示的装置，用泵将2000升氟铌酸(H2NbF7)溶液通过进料口3打入中和反应釜6中，从氨气进管2加入氨气，控制加氨流量11升/分，同时开动搅拌，中和至PH＝5.6，并控制没有白色沉淀产生。冷却至35℃。再从氨气进管2第二次加入氨气，控制加氨流量12升/分，中和至PH＝9，时间为120分钟。然后从排放口7将中和好的料液放入(如图3)的循环桶8中，开动搅拌，用料液增压泵10将料液打入陶瓷膜进料口11在压力作用的驱动下，氟化物等为小分子组分向外透过膜从排出口12排出，氢氧化铌是大分子组分被膜截留。通过出料口13进入循环桶8中，并通过加加入热纯水或循环洗涤水，循环桶8保持液位不变，进行循环过滤洗涤，洗涤至氟离子＜1000PPM。放入压滤机进行固液分离，固体物质氢氧化铌在温度200℃下进行烘干，然后在温度7 50℃煅烧，得到高松装密度五氧化二铌。分析氧化铌松装密度、烧损、钽、铁、钨、镍、铬、硅、氟的含量数据列于表1。

实施例6

使用如图2所示的装置，用泵将2000升氟铌酸(H2NbF7)溶液通过进料口3打入中和反应釜6中，从氨气进管2加入氨气，控制加氨流量8升/分，同时开动搅拌，中和至PH＝5.8，并控制没有白色沉淀产生。冷却至30℃。再从氨气进管2第二次加入氨气，控制加氨流量10升/分，中和至PH＝9，时间为120分钟。然后从排放口7将中和好的料液放入陶瓷膜设备(如图3)的循环桶8中，开动搅拌桨9，用料液增压泵10将料液打入陶瓷膜进料口11在压力作用的驱动下，氟化物等为小分子组分向外透过膜从排出口12排出，氢氧化铌是大分子组分被膜截留。通过出料口13进入循环桶8中，并通过加加入热纯水或循环洗涤水，循环桶8保持液位不变，进行循环过滤洗涤，洗涤至氟离子＜1000PPM。放入压滤机进行固液分离，固体物质氢氧化铌在温度200℃下进行烘干，然后在温度800℃煅烧，得到高松装密度五氧化二铌。分析氧化铌松装密度、烧损、钽、铁、钨、镍、铬、硅、氟的含量数据列于表1。

实施例7

使用如图2所示的装置，用泵将2000升氟铌酸(H2NbF7)溶液通过进料口3打入中和反应釜6中，从氨气进管2加入氨气，控制加氨流量10升/分，同时开动搅拌，中和至PH＝5.6，并控制没有白色沉淀产生。冷却至30℃。再从氨气进管2第二次加入氨气，控制加氨流量12升/分，中和至PH＝9，时间为110分钟。然后从排放口7将中和好的料液放入(如图3)的循环桶8中，开动搅拌桨9，用料液增压泵10将料液打入陶瓷膜进料口11在压力作用的驱动下，氟化物等为小分子组分向外透过膜从排出口12排出，氢氧化铌是大分子组分被膜截留。通过出料口13进入循环桶8中，并通过加入热纯或循环洗涤水，循环桶8保持液位不变，进行循环过滤洗涤，洗涤至氟离子＜1000PPM。放入压滤机进行固液分离，固体物质氢氧化铌在温度200℃下进行烘干，然后在温度700℃煅烧，得到高松装密度五氧化二铌。分析氧化铌松装密度、烧损、钽、铁、钨、镍、铬、硅、氟的含量数据列于表1。

表1

从表1的结果可以看出，按照本发明方法生产的氧化铌具有高松装密度，可以用于生产铌条、碳化铌、及其合金。