鉭鈮冶金生產流程及其提升措施探究

張向楠，張 宇

（寧夏東方鉭業股份有限公司，寧夏 石嘴山 753000）

鉭鈮作為一種稀有金屬以其特異的性能及珍稀資源著稱，是現代工業和國防建設的重要原料，國家不可或缺的“戰略性物資”。高品位鉭鈮礦資源日益枯竭，雜貧難選礦產及各種廢料、回收料逐漸成為鉭鈮冶金的主要物資。提高處理各種物料的能力是必不可缺的技術儲備，而據現在市場形勢分析，鈮的需求量在增大，而鉭需求量偏小，我們要解決鈮的生產問題，就需要解決萃取工序的矛盾。要有適應鈮生產的萃取線與之配套，從而解決原料投入占用資金的問題（生產鈮礦不必要配入鉭礦）。目前鉭鈮生產的萃取工藝國內大體分為兩大體系，國內大部分南方廠家采用HF-H2SO4-仲辛醇體系生產，東方鉭業主要采用HFH2SO4-MIBK(甲基異丁基酮)體系生產，工藝體系不同其中的各類工藝參數也不盡相同，其中萃取過程是實現鉭鈮產品合格的基礎保證，現有萃取工藝技術中要求原料鉭鈮比例為1：1，勉強可以萃取（1～3）：（3～1）范圍內的原料，超過此范圍鈮中鉭含量及其容易超出標準。因此有必要對現有的萃取工藝進行革新、改進，本文主要對高比例鈮原料的萃取工藝進行研究，實現對鉭鈮比1：9 范圍內的原料進行生產。主要通過二段反鈮萃取技術對鈮高比例原料進行處理。

1 研究思路

鉭鈮濕法冶金中，氟鉭酸鉀、氧化鈮生產的原料選取為共同的鉭鈮礦石原料，經過磨礦、分解浸出、礦漿萃取、清液萃取后再進行結晶、沉焙等工序的生產，而清液萃取是實現鉭鈮分離的工序，鈮中鉭、鉭中鈮合格與否主要決定在此工序，在清液工序中分為酸洗——反鈮提鉭——反鉭三個工序，酸洗旨在去除各類雜質，而反鈮提鉭段實現鉭鈮分離，在萃取普通原料（鉭鈮比1：3）時按照前人所研究，具有成熟穩定的分離工藝，而在原料鉭鈮比超過1：3 后，對鉭鈮分離會造成很大困難，極易出現鈮中鉭高現象，本文作者通過對萃取機理進行研究，擬在清液萃取的工序加入二段反鈮工序，將高比例原料中超過1：3 部分的鈮先一步萃取，一段鈮反萃段的主要作用是將酸洗后的有機相中的一部分鈮選擇性反萃下來，而鉭仍留在有機相中，提鉭有機相和酸洗后的有機相最后一起流向二段反鈮。二段鈮反萃段的主要作用是將一段未反干凈的有機相中的剩余部分鈮選擇性反萃下來，根據此思路，進行如下實驗進行驗證。

2 實驗與結果

2.1 原料準備

表1 鉭鈮濕法冶金實驗所用原料

硫酸(H2SO4)：Cp 級、氫氟酸（HF）：Si、Fe ≤0.006g/L、甲基異丁基酮（MIBK）：工業級、純水：二次交換水。

2.2 萃取設備選擇

一段反鈮：12級澄清式萃取槽，十字葉片攪拌，轉速500r/min全逆流萃取。

二段反鈮：16級澄清式萃取槽，十字葉片攪拌，轉速500r/min全逆流萃取。

3 實驗方案

3.1 實驗方案1

對高比例有混進行萃取，將新裝萃取槽作為一段反鈮提鉭段，并入2#萃取槽酸洗段后，調整一、二段反鈮液流量及酸度，并對鈮液出口進行轉樣分析。

3.2 實驗過程

工藝參數控制：

（1）負載有機中的鉭含量：28g/L；鈮含量：222g/L；負載有機體積：2400L；有混酸度：5.0-5.5mol/L；

（2）酸洗液酸度：3.95-4.05mol/L，一段反鈮液酸度：1.2-1.3mol/L，二段反鈮液酸度：0.72-0.78mol/L；

（3）溶液流量：有混：210L/h，酸洗液：60L/h，萃取有機流量：60L/h，一段反鈮液流量：180L/h，一段提鉭有機流量，110L/h，二段反鈮液流量：110L/h，二段提鉭有機流量：50L/h，反鉭液450L/h。

4 數據分析

4.1 萃取10小時，過程樣

鈮液酸度：4.37mol/L，含量：155g/L 將鈮液通過沉淀-烘干-焙燒后轉化為氧化鈮進行分析，分析結果如下。（表3）。

通過轉為氧化物進行分析后，萃取效果與目前萃取萃取效果相接近，并且符合標準要求。

表2 兩次萃取出口樣數值

表3 轉化為氧化鈮后各元素萃取效果

表5 將兩段鈮液出口混合后進行轉氫氧化物分析結果

4.2 實驗結論

對鉭鈮比1：7.9 的有混進行萃取，通過增加反鈮提鉭級數、調整萃取過程中的參數，將兩段萃取后的鈮液進行混合后轉氧化物分析，該萃取工藝能夠將高比例有混進行有效萃取，并且氫氧化鈮雜質含量符合標準要求。

4.3 實驗方案2

對高比例有混進行萃取，將新裝萃取槽作為一段反鈮提鉭段，并入2#萃取槽酸洗段后，調整一、二段反鈮液流量及酸度，并對鈮液出口進行轉樣分析。

4.4 實驗過程

工藝參數控制：

（1）有混中的鉭含量：25g/L；鈮含量：210g/L；有混體積：2400L；有混酸度：5.73mol/L。

（2）酸洗液酸度：3.95mol/L～4.05mol/L，一段反鈮液酸度：1.24mol/L～1.26mol/L，二段反鈮液酸度：0.76mol/L～0.78mol/L。

（3）溶液流量：有混：200L/h，酸洗液：60L/h，萃取有機流量：60L/h，一段反鈮液流量：180L/h，一段提鉭有機流量，110L/h，二段反鈮液流量：110L/h，二段提鉭有機流量：50L/h，反鉭液430L/h。

5 數據分析

（1）萃取10 小時，過程樣。（表4）。

鈮液酸度：4.47mol/L，含量：122g/L。

（2）將兩段鈮液出口混合后進行轉氫氧化物分析，分析結果如下。（表5）

6 實驗結論

對鉭鈮比1：8.4 的有混進行萃取，將兩段萃取后的鈮液進行混合后轉氧化物分析，氫氧化鈮雜質含量符合標準要求，并且與實驗一結果相接近，生產過程工藝比較穩定。

通過對兩次高比例有混進行萃取實驗，驗證所制定萃取工藝比較穩定，且萃取后的鈮液中雜質含量符合要求。

7 工藝研究整理

鉭鈮萃取過程中，清液萃取是實現鉭鈮分離的關鍵工序，采用萃取、酸洗段（完成鉭鈮與各種雜質的分離）；一段反鈮、提鉭段（完成50%左右的反鈮量）；二段反鈮、提鉭段（完成鉭鈮徹底分離）；反鉭段。本高比例鉭鈮比原料萃取工藝研究各段的作用如下。

7.1 酸洗萃取段

酸洗段的作用是將礦萃到有機相的雜質元素洗掉，主要是根據雜質金屬元素（如Si、Fe、Ti、W、Sn 等）分配系數比鉭鈮的小得多，使負載有機相與酸洗劑逆流接觸，各元素在兩相中進行一次再分配，各種雜質進入水相，少量鉭鈮也進入水相中。萃取段的作用是將酸洗段過來的水相與MiBK 逆流接觸，將鉭鈮完全地萃取到有機相中，使殘液中（Ta、Nb）2O5≤1g/L。該有機相最后和負載有機一起流向酸洗段。

7.2 一段反鈮提鉭段

一段鈮反萃段的主要作用是將酸洗后的有機相中的一部分鈮選擇性反萃下來，而鉭仍留在有機相中。一段提鉭段的作用是將從反鈮段過來的水相與萃取劑逆流接觸，將鈮液中的少量鉭萃取到有機相中而獲得純鈮液。提鉭有機相和酸洗后的有機相最后一起流向反鈮段。

7.3 二段反鈮提鉭段

二段鈮反萃段的主要作用是將一段未反干凈的有機相中的剩余部分鈮選擇性反萃下來，而鉭仍留在有機相中。二段提鉭段的作用是將從二段反鈮段過來的水相與萃取劑逆流接觸，將鈮液中的少量鉭萃取到有機相中而獲得純鈮液。提鉭有機相和含鉭有機相最后一起流向反鈮段，進入反鉭槽。

7.4 反鉭段

經過二段反鈮后的有機相只含有純鉭，反鉭段的作用是將鉭完全反萃到水相中，一方面獲得純鉭液用于生產K2TaF7 結晶，另一方面使萃取劑再生以便反復使用。

8 結論

本實驗所采取的方式，能夠達到簡化鉭鈮生產流程、提高生產效率，以及節約生產所需成本的目的，具有一定應用價值。在未來，有關領域可進一步對這一方式進行驗證，通過實踐的途徑，判斷其可行性，最終將其擴大化使用。