钽铌冶金生产流程及其提升措施探究

张向楠，张 宇

（宁夏东方钽业股份有限公司，宁夏 石嘴山 753000）

钽铌作为一种稀有金属以其特异的性能及珍稀资源著称，是现代工业和国防建设的重要原料，国家不可或缺的“战略性物资”。高品位钽铌矿资源日益枯竭，杂贫难选矿产及各种废料、回收料逐渐成为钽铌冶金的主要物资。提高处理各种物料的能力是必不可缺的技术储备，而据现在市场形势分析，铌的需求量在增大，而钽需求量偏小，我们要解决铌的生产问题，就需要解决萃取工序的矛盾。要有适应铌生产的萃取线与之配套，从而解决原料投入占用资金的问题（生产铌矿不必要配入钽矿）。目前钽铌生产的萃取工艺国内大体分为两大体系，国内大部分南方厂家采用HF-H2SO4-仲辛醇体系生产，东方钽业主要采用HFH2SO4-MIBK(甲基异丁基酮)体系生产，工艺体系不同其中的各类工艺参数也不尽相同，其中萃取过程是实现钽铌产品合格的基础保证，现有萃取工艺技术中要求原料钽铌比例为1：1，勉强可以萃取（1～3）：（3～1）范围内的原料，超过此范围铌中钽含量及其容易超出标准。因此有必要对现有的萃取工艺进行革新、改进，本文主要对高比例铌原料的萃取工艺进行研究，实现对钽铌比1：9 范围内的原料进行生产。主要通过二段反铌萃取技术对铌高比例原料进行处理。

1 研究思路

钽铌湿法冶金中，氟钽酸钾、氧化铌生产的原料选取为共同的钽铌矿石原料，经过磨矿、分解浸出、矿浆萃取、清液萃取后再进行结晶、沉焙等工序的生产，而清液萃取是实现钽铌分离的工序，铌中钽、钽中铌合格与否主要决定在此工序，在清液工序中分为酸洗——反铌提钽——反钽三个工序，酸洗旨在去除各类杂质，而反铌提钽段实现钽铌分离，在萃取普通原料（钽铌比1：3）时按照前人所研究，具有成熟稳定的分离工艺，而在原料钽铌比超过1：3 后，对钽铌分离会造成很大困难，极易出现铌中钽高现象，本文作者通过对萃取机理进行研究，拟在清液萃取的工序加入二段反铌工序，将高比例原料中超过1：3 部分的铌先一步萃取，一段铌反萃段的主要作用是将酸洗后的有机相中的一部分铌选择性反萃下来，而钽仍留在有机相中，提钽有机相和酸洗后的有机相最后一起流向二段反铌。二段铌反萃段的主要作用是将一段未反干净的有机相中的剩余部分铌选择性反萃下来，根据此思路，进行如下实验进行验证。

2 实验与结果

2.1 原料准备

表1 钽铌湿法冶金实验所用原料

硫酸(H2SO4)：Cp 级、氢氟酸（HF）：Si、Fe ≤0.006g/L、甲基异丁基酮（MIBK）：工业级、纯水：二次交换水。

2.2 萃取设备选择

一段反铌：12级澄清式萃取槽，十字叶片搅拌，转速500r/min全逆流萃取。

二段反铌：16级澄清式萃取槽，十字叶片搅拌，转速500r/min全逆流萃取。

3 实验方案

3.1 实验方案1

对高比例有混进行萃取，将新装萃取槽作为一段反铌提钽段，并入2#萃取槽酸洗段后，调整一、二段反铌液流量及酸度，并对铌液出口进行转样分析。

3.2 实验过程

工艺参数控制：

（1）负载有机中的钽含量：28g/L；铌含量：222g/L；负载有机体积：2400L；有混酸度：5.0-5.5mol/L；

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

（3）溶液流量：有混：210L/h，酸洗液：60L/h，萃取有机流量：60L/h，一段反铌液流量：180L/h，一段提钽有机流量，110L/h，二段反铌液流量：110L/h，二段提钽有机流量：50L/h，反钽液450L/h。

4 数据分析

4.1 萃取10小时，过程样

铌液酸度：4.37mol/L，含量：155g/L 将铌液通过沉淀-烘干-焙烧后转化为氧化铌进行分析，分析结果如下。（表3）。

通过转为氧化物进行分析后，萃取效果与目前萃取萃取效果相接近，并且符合标准要求。

表2 两次萃取出口样数值

表3 转化为氧化铌后各元素萃取效果

表5 将两段铌液出口混合后进行转氢氧化物分析结果

4.2 实验结论

对钽铌比1：7.9 的有混进行萃取，通过增加反铌提钽级数、调整萃取过程中的参数，将两段萃取后的铌液进行混合后转氧化物分析，该萃取工艺能够将高比例有混进行有效萃取，并且氢氧化铌杂质含量符合标准要求。

4.3 实验方案2

对高比例有混进行萃取，将新装萃取槽作为一段反铌提钽段，并入2#萃取槽酸洗段后，调整一、二段反铌液流量及酸度，并对铌液出口进行转样分析。

4.4 实验过程

工艺参数控制：

（1）有混中的钽含量：25g/L；铌含量：210g/L；有混体积：2400L；有混酸度：5.73mol/L。

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

（3）溶液流量：有混：200L/h，酸洗液：60L/h，萃取有机流量：60L/h，一段反铌液流量：180L/h，一段提钽有机流量，110L/h，二段反铌液流量：110L/h，二段提钽有机流量：50L/h，反钽液430L/h。

5 数据分析

（1）萃取10 小时，过程样。（表4）。

铌液酸度：4.47mol/L，含量：122g/L。

（2）将两段铌液出口混合后进行转氢氧化物分析，分析结果如下。（表5）

6 实验结论

对钽铌比1：8.4 的有混进行萃取，将两段萃取后的铌液进行混合后转氧化物分析，氢氧化铌杂质含量符合标准要求，并且与实验一结果相接近，生产过程工艺比较稳定。

通过对两次高比例有混进行萃取实验，验证所制定萃取工艺比较稳定，且萃取后的铌液中杂质含量符合要求。

7 工艺研究整理

钽铌萃取过程中，清液萃取是实现钽铌分离的关键工序，采用萃取、酸洗段（完成钽铌与各种杂质的分离）；一段反铌、提钽段（完成50%左右的反铌量）；二段反铌、提钽段（完成钽铌彻底分离）；反钽段。本高比例钽铌比原料萃取工艺研究各段的作用如下。

7.1 酸洗萃取段

酸洗段的作用是将矿萃到有机相的杂质元素洗掉，主要是根据杂质金属元素（如Si、Fe、Ti、W、Sn 等）分配系数比钽铌的小得多，使负载有机相与酸洗剂逆流接触，各元素在两相中进行一次再分配，各种杂质进入水相，少量钽铌也进入水相中。萃取段的作用是将酸洗段过来的水相与MiBK 逆流接触，将钽铌完全地萃取到有机相中，使残液中（Ta、Nb）2O5≤1g/L。该有机相最后和负载有机一起流向酸洗段。

7.2 一段反铌提钽段

一段铌反萃段的主要作用是将酸洗后的有机相中的一部分铌选择性反萃下来，而钽仍留在有机相中。一段提钽段的作用是将从反铌段过来的水相与萃取剂逆流接触，将铌液中的少量钽萃取到有机相中而获得纯铌液。提钽有机相和酸洗后的有机相最后一起流向反铌段。

7.3 二段反铌提钽段

二段铌反萃段的主要作用是将一段未反干净的有机相中的剩余部分铌选择性反萃下来，而钽仍留在有机相中。二段提钽段的作用是将从二段反铌段过来的水相与萃取剂逆流接触，将铌液中的少量钽萃取到有机相中而获得纯铌液。提钽有机相和含钽有机相最后一起流向反铌段，进入反钽槽。

7.4 反钽段

经过二段反铌后的有机相只含有纯钽，反钽段的作用是将钽完全反萃到水相中，一方面获得纯钽液用于生产K2TaF7 结晶，另一方面使萃取剂再生以便反复使用。

8 结论

本实验所采取的方式，能够达到简化钽铌生产流程、提高生产效率，以及节约生产所需成本的目的，具有一定应用价值。在未来，有关领域可进一步对这一方式进行验证，通过实践的途径，判断其可行性，最终将其扩大化使用。