樹脂除油法在制取低碳氟鉭酸鉀中的實驗研究

洪根德

（廣東廣晟稀有金屬光電新材料有限公司，廣東 清遠 513058）

氟鉭酸鉀是生產鉭粉的主要原料，通過鈉熱還原的方法制取鉭粉[1]。氟鉭酸鉀晶體的質量對電容器用鉭粉的質量有很直接的影響。近年來，隨著高比容鉭電容器行業的發展,對原料氟鉭酸鉀的質量要求越來越嚴苛，氟鉭酸鉀的質量檢測項目由原來的的6項增加至了26項[2]，其中碳雜質的含量要求穩定控制在0.0015%以內。鉭粉中碳雜質的增加，會導致鉭電容出現漏電現象，降低鉭電容的擊穿電壓降低，從而影響鉭電容器的品質[3]。追溯氟鉭酸鉀的生產過程，碳雜質主要來源于鉭鈮濕法萃取分離過程中，反萃液H2TaF7（以下簡稱鉭液）中會溶解和夾帶的有機萃取劑仲辛醇，仲辛醇有機在氟鉭酸鉀合成時會以吸附、包晶的形式殘留在氟鉭酸鉀晶體中[4]。本實驗主要利用CN-01樹脂的物理性能，對鉭液進行樹脂吸附除油的方法，降低鉭液中的有機（仲辛醇）含量，從而制得碳含量小于0.0015%的氟鉭酸鉀。通過一系列的實驗，樹脂除油后的鉭液，均能制成含碳量小于0.0015%的氟鉭酸鉀，質量穩定。

1 低碳氟鉭酸鉀制取技術概述

由前文分析，氟鉭酸鉀中的雜質，主要來源于鉭鈮濕法萃取分離過程中，反萃液H2TaF7（以下簡稱鉭液）中會溶解和夾帶的有機萃取劑仲辛醇，仲辛醇有機在氟鉭酸鉀合成時會以吸附、包晶的形式殘留在氟鉭酸鉀晶體中。所以制取低碳氟鉭酸鉀的關鍵在于除去鉭液中的夾帶有機（鉭液除油）。目前全國各廠家采用的技術路徑大相徑同：有的采用氣浮的方法對鉭液進行除油；有的采用超聲波破乳的方法，凈化鉭液；也有用活性炭吸附的方法進行除油。綜合上述方法，經過處理的鉭液，都能制成碳量小于0.0015%的氟鉭酸鉀，但各有各的缺點。比如氣浮法除油的鉭液制得的氟鉭酸鉀中碳雜質的含量不是很穩定，時高時低，穩定性差；超聲波破乳法的處理單位成本偏高；活性炭除油法能穩定得到合格的鉭液，但是活性炭運行一段時間需要再生，而且吸附的有機不能回用于前段萃取工序[5]。本實驗采用的CN-01樹脂，學名乙烯基-丙烯氰共聚物凝膠型樹脂，具有優異的化學穩定性和滲透穩定性，近年來在反萃液、萃余液的的除油方面嶄露頭角，成為一種新的除油運用方式。

2 實驗

2.1 實驗原理

樹脂除油主要是利用萃取有機和樹脂的親水性和疏水性的物理性能來完成的。本實驗采用的CN-01樹脂的親油基團能吸附油脂，在鉭液通過樹脂除油塔時，夾帶在鉭液中的有機能吸附在樹脂上；當樹脂上的有機聚集到一定濃積時，樹脂發揮其疏水性能，有機物會脫離樹脂上浮，形成油相，從而使水相和油相分離，上浮的有機能重新回到萃取工序再利用，樹脂也能長期使用而不必再生[6]。

2.2 實驗的原料和設備

本實驗的原料為萃取車間不同批次的鉭液6批，鉭液的濃度從32.3g/l～50.6g/l不等，鉭液的含油率見表1。

表1 6批次原始鉭液的情況

本實驗的主要設備為樹脂除油塔，裝入的CN-01型樹脂的體積8L，MP-30R型磁力驅動泵，最大流量30L/min。

2.3 實驗過程

本實驗主要通過對6批次的鉭液，用磁力驅動泵在樹脂除油塔中連續循環除油，然后把除油后的鉭液制成氟鉭酸鉀晶體。通過除油前后鉭液中有機物的分析對比和氟鉭酸鉀中碳含量的測定，來衡量樹脂除油在制取低碳氟鉭酸鉀中的適用性。具體的實驗流程如圖1。

圖1 實驗流程圖

3 實驗結果與討論

3.1 樹脂除油塔的除油效果

實驗條件：用MP-30R型磁力驅動泵，把鉭液泵入除油塔進行循環除油，循環時間為8小時，流量20L/h，并對除油前和除油后的鉭液進行含油量分析，然后把除油前和除油后的鉭液分別制成氟鉭酸鉀晶體，分析晶體中的碳含量，實驗數據見表2。

圖2 不同批次鉭液樹脂除油前后含油量對比圖

從表1中看出，濃度越低的鉭液中含有的有機量越低，但是考慮氟鉭酸鉀結晶的收率，一般實際生產中，鉭液的濃度控制在45g.l-1左右為宜，太低的鉭液濃度，雖然達到碳含量更低的氟鉭酸鉀，但是收率偏低。所以不宜采用降低鉭液濃度的手段來得到低碳氟鉭酸鉀。

從表2可以看出，鉭液中的含有量在除油前后發生了顯著的變化，含油量從最高的23.1mg.l-1降到了4.8mg.l-1除油效率為79.2%，除油效果良好；除油后的鉭液，通過加熱、合成、冷卻、洗滌、烘干等一系列流程，制成氟鉭酸鉀晶體，氟鉭酸鉀晶體中碳的含量在0.0011%到0.0014%之間，達到實驗設計要求。

從表2和圖2中也可以看出，除油率與原液的原始含油量有密切的關系，不同含油量的原液通過在樹脂除油塔中循環，含油量會將至中位值4.1mg.l-1，當鉭液的含油量降到為4.1mg.l-1左右時，鉭液的含油量很難再繼續下降。說明CN-01型樹脂對鉭液中的有機吸附能力有一定的限制，不能無限吸附。

3.2 不同流速對除油效果的影響

實驗條件：通過對含油量為20.3mg.l-1的原液，分別以10L/h，15L/h，20L/h，125L/h，30L/h的流速，在除油塔中進行循環除油，循環時間為8小時。除油塔對鉭液的出油率分別為：82.8%，81.3%，78.8%，66.0%，44.8%。實驗結果見圖3。

由圖3可以看出，隨著的流速的增大，鉭液的除油效率會出現降低，分析其原因，過快的流速會降低樹脂和有機的接觸時間，并影響有機在樹脂上的聚集上浮效果，從而影響樹脂的出油率。

圖3 鉭液流量對除油率的影響

4 結論

（1）CN-01型樹脂是一種理想的除油樹脂，用裝填CN-01型樹脂的除油塔對鉭液中有機的去除有明顯的效果。通過樹脂除油后的鉭液，制成氟鉭酸鉀產品，其碳雜質含量穩定的0.0015%以下，符合實驗設計的預期。

（2）延長樹脂與鉭液的接觸時間，可強化除油的效果，在實際生產中，可以通過加大樹脂柱的體積、降低鉭液的流速和增加循環時間等方法來實現。