本发明属于有色金属冶金技术领域，具体涉及一种从钛钽富集渣中制备五氯化钽的方法。
背景技术：
五氯化钽为白色单斜晶系结晶，即使大气中微量水分也可发生分解，其用途广泛应用于电容器的制作、高温复合涂层及钛合金涂层的制备、气凝胶的制备等。开发从钛钽富集渣中制备五氯化钽的工艺将给企业带来可观的经济效益。
钽是重要的战略储备资源，随着矿产资源的日益枯竭，进行含钽二次资源的再生循环利用，有效缓解国内需求压力。近几年，随着航空工业的迅猛发展，每年产生数千吨的合金废料，从含钽合金废料中综合回收钽蕴藏较大的市场潜力。合金废料经雾化喷粉-硫酸浸出-钠化焙烧-水浸出等工序，将镍、钴、铬、铝、钨、钼等元素剥离，产生主要含钛和钽的钛钽富集渣，其中钛、钽、镍、钴、铬、钨、钼等金属主要以金属氧化物的状态存在，由于钛钽富集渣中钽的含量大，且钽是一种稀有资源，可考虑回收利用。目前暂没有相关处理这类渣的文献报道，因此，开发由钛钽富集渣制备五氯化钽具有积极的意义。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种从钛钽富集渣中制备五氯化钽的方法。该方法采用钛钽富集渣为原料，富集渣针对采用不同金属氯化物的沸点差异，实现五氯化钽的制备，具有原料成本低、产品附加值高、流程简短等技术优势。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种从钛钽富集渣中制备五氯化钽的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、氯化反应：将含ta2o5的钛钽富集渣和碳粉混合均匀装入氯化炉中，然后向氯化炉通入氩气，置换出氯化炉中的空气，置换完空气后再向氯化炉中持续通入氯气，同时将氯化炉中的温度升至800℃～900℃，使所述钛钽富集渣发生氯化反应，氯化反应过程中产生混合气体，所述混合气体通过温度为180℃～200℃的收尘室，其中混合气体中的五氯化钽结晶后被收集至所述收尘室中，得到五氯化钽粗品；
步骤二、二次氯化提纯：将步骤一中得到的五氯化钽粗品置于氯化炉中，通入氯气，并将所述氯化炉的炉内温度升至300℃～310℃，氯化后产生的气体通过温度为180℃～200℃的收尘室，所述气体中的五氯化钽结晶后被收集至所述收尘室中，得到质量纯度不小于99％的五氯化钽晶体。
上述的一种从钛钽富集渣中制备五氯化钽的方法，其特征在于，步骤一中所述ta2o5与碳粉的质量比为(5.5～6)：1。
上述的一种从钛钽富集渣中制备五氯化钽的方法，其特征在于，步骤一中所述氯气的流量为1800ml/min～2000ml/min。
上述的一种从钛钽富集渣中制备五氯化钽的方法，其特征在于，步骤二中所述氯气的流量为480ml/min～500ml/min。
本发明从钛钽富集渣中制备五氯化钽的原理为：本发明的方法利用钽与其它杂质金属经氯化反应后生产金属氯化物，而各自金属氯化物的沸点不同，再通过气化、冷凝和分离提纯，得到五氯化钽晶体。
钛钽富集渣中金属氧化物的氯化反应包括以下几种：
ta2o5+5cl2+2.5c＝2tacl5+2.5co2↑
tio2+2cl2+c＝ticl4+co2↑
sio2+2cl2+c＝sicl4+co2↑
2fe2o3+6cl2+c＝4fecl3+3co2↑。
本发明钛钽富集渣经氯化反应生成的tacl5、ticl4、sicl4和fecl3以气态形式存在，形成混合气体，其中四氯化钛的沸点为136.4℃，四氯化硅的沸点为57℃，氯化铁的沸点为315℃，五氯化钽的沸点242℃，一次氯化控制氯化温度800℃～900℃，控制收尘室温度为180℃～200℃，则粗制五氯化钽沉积于收尘室，四氯化钛、四氯化硅和部分氯化铁以气态形式通过收尘室被排出，粗制五氯化钽中还含有部分结晶的氯化铁；步骤二中二次氯化控制氯化温度为300℃～310℃，粗制五氯化钽中氯化铁未达到沸点，从而粗制五氯化钽被精制，五氯化钽以气体形式再次被收尘室收集，从而实现钽与杂质钛、铁、硅的分离。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、采用钽粉或五氧化二钽为原料制备五氯化钽是目前国内主流工艺，本发明以合金废料经湿法预处理得到的钛钽富集渣为原料，制得纯度较高的五氯化钽，具有流程短、附加值高等优势，为五氯化钽的制备提供了新的思路，也避免采用氢氟酸-萃取体系造成的环境问题。
2、本发明利用钽与钛、铁、硅等杂质元素沸点数值相差较大的特性，使其钽以五氯化钽的形式得到分离提纯。其中四氯化钛沸点为136.4℃，四氯化硅沸点为57℃，氯化铁沸点为318℃，五氯化钽沸点242℃，一次氯化控制氯化温度800℃～900℃，控制收尘室温度为180℃～200℃，则五氯化钽和少量的铁沉积于收尘室，钛、硅、大部分铁以气态形式通过收尘室；二次氯化控制氯化温度为300℃～310℃，精制五氯化钽以气体形式被收尘室收集，从而实现钽与杂质钛、铁、硅的分离。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
具体实施方式
实施例1
本实施例的方法包括以下步骤：
步骤一、氯化反应：称取1000g钛钽富集渣，所述钛钽富集渣包含的主要金属成分为(以质量百分含量计)：ta27％，ti18％，fe0.80％，cr1.2％，ni0.66％，所述钛钽富集渣中ta以ta2o5的形式存在，其他金属也以氧化物的形式存在，将1000g钛钽富集渣和碳粉混合均匀装入氯化炉中，其中ta2o5和碳粉的质量比为5.8：1，然后向氯化炉通入氩气，置换出氯化炉中的空气，置换完空气后再向氯化炉中持续通入流量为2000ml/min的氯气，同时将氯化炉中的温度升至850℃，使钛钽富集渣发生氯化反应，氯化反应过程中将产生混合气体，所述混合气体通过温度为170℃的收尘室，其中混合气体中的五氯化钽结晶收集至所述收尘室中得到五氯化钽粗品；
步骤一中钛钽富集渣发生氯化反应的主要反应式为：
ta2o5+5cl2+2.5c＝2tacl5+2.5co2↑
tio2+2cl2+c＝ticl4+co2↑
2fe2o3+6cl2+c＝4fecl3+3co2↑
cr2o3+6cl2+c＝4crcl3+3co2↑
nio+6cl2+c＝4nicl2+3co2↑。
其中在步骤一中反应温度为850℃时tacl5(沸点242℃)、ticl4(沸点为136.4℃)和fecl3(沸点为315℃)均为气态，crcl3(沸点1500℃)和nicl2(沸点987℃)未达到沸点，仍为固态，所述混合气体中还含有碳与氧气的产物co、co2、以及未参与氯化反应的cl2等，但是当混合气体通过180℃的收尘室时，混合气体中的ticl4、co、co2、cl2仍为气态被排出，而tacl5和fecl3被结晶收尘室中，形成粗制的五氯化钽晶体；
步骤二、二次氯化提纯：将步骤一中得到的五氯化钽粗品置于氯化炉中，通入流量为500ml/min的氯气，并将所述氯化炉的炉内温度升至305℃，该温度未达到fecl3的沸点，因此tacl5随氯气重新通过温度为180℃的收尘室，氯气被排出，因此收尘室内收集到质量纯度为99.5％的五氯化钽晶体，所述五氯化钽晶体的质量为482g，经计算所述钛钽富集渣中钽的回收率为90.3％。
实施例2
本实施例的方法包括以下步骤：
步骤一、氯化反应：称取1000g钛钽富集渣，所述钛钽富集渣包含的主要金属成分为(以质量百分含量计)：ta25％，ti22％，fe0.90％，al0.6％，cr1.1％，ni0.7％，所述钛钽富集渣中ta以ta2o5的形式存在，将1000g钛钽富集渣和碳粉混合均匀装入氯化炉中，其中钛钽富集渣中ta2o5和碳粉的质量比为5.5：1，然后向氯化炉通入氩气，置换出氯化炉中的空气，置换完空气后再向氯化炉中持续通入流量为2000ml/min的氯气，同时将氯化炉中的温度升至800℃，使钛钽富集渣发生氯化反应，氯化反应过程中将产生混合气体，所述混合气体主要包括tacl5、ticl4、fecl3、alcl3、co、co2、cl2、hcl，所述混合气体通过温度为190℃的收尘室，其中混合气体中的五氯化钽结晶收集至所述收尘室中得到五氯化钽粗品；
步骤一中钛钽富集渣发生氯化反应的主要反应式为：
ta2o5+5cl2+2.5c＝2tacl5+2.5co2↑
tio2+2cl2+c＝ticl4+co2↑
2fe2o3+6cl2+c＝4fecl3+3co2↑
2al2o3+6cl2+c＝4alcl3+3co2↑
cr2o3+6cl2+c＝4crcl3+3co2↑
nio+6cl2+c＝4nicl2+3co2↑。
其中在步骤一中反应温度为850℃时tacl5(沸点242℃)、alcl3(沸点为181℃)、ticl4(沸点为136.4℃)和fecl3(沸点为315℃)均为气态，crcl3(沸点1500℃)和nicl2(沸点987℃)未达到沸点，仍为固态，所述混合气体中还含有碳与氧气的产物co、co2、以及未参与氯化反应的cl2等，但是当混合气体通过190℃的收尘室时，混合气体中的ticl4、alcl3、co、co2和cl2仍为气态被排出，而tacl5和fecl3被结晶收尘室中，形成粗制的五氯化钽晶体；
步骤二、二次氯化提纯：将步骤一中得到的五氯化钽粗品置于氯化炉中，通入流量为500ml/min的氯气，并将所述氯化炉的炉内温度升至300℃，该温度未达到fecl3的沸点，因此tacl5随氯气重新通过温度为190℃的收尘室，氯气被排出，所述收尘室内收集到质量纯度为99.3％的五氯化钽晶体，所述五氯化钽晶体的质量为451g，经计算所述钛钽富集渣中钽的回收率为91.2％。
实施例3
本实施例的方法包括以下步骤：
步骤一、氯化反应：称取1000g钛钽富集渣，所述钛钽富集渣包含的主要金属成分为(以质量百分含量计)：ta28％，ti22％，fe1.0％，al1.2％，cr0.7％，ni0.8％，所述钛钽富集渣中ta以ta2o5的形式存在，将1000g钛钽富集渣和碳粉混合均匀装入氯化炉中，其中钛钽富集渣中ta2o5和碳粉的质量比为6：1，然后向氯化炉通入氩气，置换出氯化炉中的空气，置换完空气后再向氯化炉中持续通入流量为2000ml/min的氯气，同时将氯化炉中的温度升至900℃，使钛钽富集渣发生氯化反应，氯化反应过程中将产生混合气体，所述混合气体主要包括tacl5、ticl4、fecl3、alcl3、co、co2、cl2、hcl，所述混合气体通过温度为200℃的收尘室，其中混合气体中的五氯化钽结晶收集至所述收尘室中，得到五氯化钽粗品得到五氯化钽粗品；
步骤一中钛钽富集渣发生氯化反应的主要反应式为：
ta2o5+5cl2+2.5c＝2tacl5+2.5co2↑
tio2+2cl2+c＝ticl4+co2↑
2fe2o3+6cl2+c＝4fecl3+3co2↑
2al2o3+6cl2+c＝4alcl3+3co2↑
cr2o3+6cl2+c＝4crcl3+3co2↑
nio+6cl2+c＝4nicl2+3co2↑。
其中在步骤一中反应温度为850℃时tacl5(沸点242℃)、alcl3(沸点为181℃)、ticl4(沸点为136.4℃)和fecl3(沸点为315℃)均为气态，crcl3(沸点1500℃)和nicl2(沸点987℃)未达到沸点，仍为固态，所述混合气体中还含有碳与氧气的产物co、co2、以及未参与氯化反应的cl2等，但是当混合气体通过200℃的收尘室时，混合气体中的ticl4、alcl3、co、co2和cl2仍为气态被排出，而tacl5和fecl3被结晶收尘室中，形成粗制的五氯化钽晶体；
步骤二、二次氯化提纯：将步骤一中得到的五氯化钽粗品置于氯化炉中，通入流量为500ml/min的氯气，并将所述氯化炉的炉内温度升至310℃，该温度未达到fecl3的沸点，因此tacl5随氯气重新通过温度为200℃的收尘室，氯气被排出，所述收尘室内收集到质量纯度为99.4％的五氯化钽晶体，所述五氯化钽晶体的质量为504g，经计算所述钛钽富集渣中钽的回收率为97.1％。
实施例4
本实施例的方法包括以下步骤：
步骤一、氯化反应：称取1000g钛钽富集渣，所述钛钽富集渣包含的主要金属成分为(以质量百分含量计)：ta28％，ti20％，fe1.10％，si4％，所述钛钽富集渣中ta以ta2o5的形式存在，将1000g钛钽富集渣和碳粉混合均匀装入氯化炉中，其中钛钽富集渣中ta2o5和碳粉的质量比为5.8：1，然后向氯化炉通入氩气，置换出氯化炉中的空气，置换完空气后再向氯化炉中持续通入流量为2000ml/min的氯气，同时将氯化炉中的温度升至850℃，使钛钽富集渣发生氯化反应，氯化反应过程中将产生混合气体，所述混合气体主要包括tacl5、ticl4、fecl3、co、co2、cl2、hcl，所述混合气体通过温度为170℃的收尘室，其中混合气体中的五氯化钽结晶收集至所述收尘室中得到五氯化钽粗品；
步骤一中钛钽富集渣发生氯化反应的主要反应式为：
ta2o5+5cl2+2.5c＝2tacl5+2.5co2↑
tio2+2cl2+c＝ticl4+co2↑
sio2+2cl2+c＝sicl4+co2↑
2fe2o3+6cl2+c＝4fecl3+3co2↑。
其中在步骤一中反应温度为850℃时tacl5(沸点242℃)、ticl4(沸点为136.4℃)和fecl3(沸点为315℃)均为气态，未达到沸点，仍为固态，所述混合气体中还含有碳与氧气的产物co、co2、以及未参与氯化反应的cl2等，但是当混合气体通过200℃的收尘室时，混合气体中的ticl4、alcl3、co、co2和cl2仍为气态被排出，而tacl5和fecl3被结晶收尘室中，形成粗制的五氯化钽晶体；
步骤二、二次氯化提纯：将步骤一中得到的五氯化钽粗品置于氯化炉中，通入流量为500ml/min的氯气，并将所述氯化炉的炉内温度升至305℃，氯化后得到的气体重新通过温度为190℃的收尘室，所述收尘室内收集到质量纯度为99.5％的五氯化钽晶体，所述五氯化钽晶体的质量为482g，经计算所述钛钽富集渣中钽的回收率为90.3％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。