Натроиетермическое восстановление из комплексных фторидов и восстановление тантала из его хлоридов водородом. Электролитический способ получения тантала. Сернокислотный способ обработки липоритовых концентратов, специфика фторидного метода их переработки.
Аннотация к работе
Открыт в 1802 г. шведским химиком Экебергом в минералах, найденных в Финляндии и Швеции; назван по имени героя древнегреческой мифологии Тантала, осужденного на вечную жажду, что было связано с трудностями, возникшими при растворении оксида нового элемента в кислотах. Среди других элементов тантал занимает 54-е место, что характеризует его как редкий металл. Тантал (как и ниобий) входит в состав около 100 минералов, основными из которых являются танталит и колумбит. фторид тантал водород липоритовый Танталит и колумбит почти всегда содержат примеси титана, олова, вольфрама и ряда других элементов. Колумбит, не содержащий тантала, имеет плотность 5,000 Мг/м3.Руды, содержащие Тантал, редки, комплексны, бедны Танталом; перерабатывают руды, содержащие до сотых долей процента (Та, Nb)2O5, и шлаки восстановительной плавки оловянных концентратов. Основным сырьем для производства Тантала, его сплавов и соединений служат танталитовые и лопаритовые концентраты, содержащие соответственно около 8% Ta2O5 и 60% и более Nb2O5. Концентраты перерабатывают обычно в три стадии: 1) вскрытие, 2) разделение Та и Nb и получение их чистых соединений, 3) восстановление и рафинирование Та. Для производства металлического Тантала применяют восстановление его из Ta2O5 сажей в одну или в две стадии (с предварительным получением ТАС из смеси Ta2O5 с сажей в атмосфере СО или Н2 при 1800-2000 °С); электрохимическое восстановление из расплавов, содержащих K2TAF7 и Та2О5, и восстановление натрием K2TAF7 при нагревании. Тантал получают восстановлением из соединений высокой чистоты: оксидов, комплексных фтористых солей, хлоридов.Для восстановления фтористых соединений тантала пригодны натрий, кальций и магний, имеющие высокое сродство к фтору, как видно из приведенных ниже величин: Элемент Nb Та Na Mg Са Для восстановления используют натрий, так как фторид натрия растворим в воде и может быть отделен отмывкой от порошков тантала и ниобия, тогда как фториды магния и кальция малорастворимы в воде и кислотах. Пример 1: Рассмотрим процесс на примере получения тантала. Восстановление K2TAF7 натрием протекает с большим выделением тепла (даже при масштабах загрузки шихты до 5 кг), достаточным для самопроизвольного течения процесса. Поскольку натрий плавится при 97 С, а кипит при 883 , очевидно, что в восстановлении участвуют жидкий и парообразный натрий: K2TAF7 5NAW = Та 5NAF 2KF; K2TAF7 5Na(ra3) = Та 5NAF 2KF.Наиболее перспективны некоторые варианты восстановления водородом, в частности рассмотренный ниже способ восстановления паров хлоридов на нагретых подложках с получением прутка компактного металла. 1 приведена схема установки для получения тантала восстановлением паров ТАС15 водородом на танталовой ленте, нагретой до 1200-1400 °С. Пары ТАСІ5 в смеси с водородом поступают из испарителя в реактор, в центре которого находится танталовая ленты, нагреваемая прямым пропусканием электрического тока до заданной температуры. Для равномерного распределения парогазовой смеси по длине ленты и обеспечения перпендикулярного к ее поверхности потока вокруг ленты установлен экран из нержавеющей стали с отверстиями. Схема установки для восстановления пентахлорида тантала водородом: 1 - фланец реактора; 2 - изолированный электроподвод; 3 - зажимные контакты; 4 - конденсатор для непрореагировавшего хлорида; 5 - танталовая лента; 6 - экраи с отверстиями,-7 - корпус реактора; 8 - нагреватель реактора; 9 - обогреваемый ротаметр; 10 - игольчатый вентиль; 11 - электропечь испарителя; 12 - испаритель пентахлорида тантала; 13 - ротаметр для водородаТантал нельзя выделить электролизом из водных растворов. Так, на протяжении ряда лет электролитический метод производстватантала использовала фирма "Фенстил" (США), часть производимого тантала в Японии в настоящее время получают электролизом. Недостаток этого электролита - накопление в нем в процессе электролиза фтористых солей, что приводит к снижению критической плотности тока и требует корректировки состава ванны. Образование оксофторидных комплексов тантала обусловливает растворимость Та205 в электролите. На основе данных о влиянии состава электролита на показатели электролиза (критическую плотность тока, выход по току, извлечение, качество танталового порошка) советскими исследователями предложен следующий оптимальный состав электролита: 12,5 % (по массе) K2TAF7, остальное КС1 и KF в отношении 2:1 (по массе).Этот способ основан на их разложении серной кислотой и разделении титана, ниобия, тантала и редкоземельных металлов(РЗМ) c использованием различий в растворимости двойных сульфатов этих элементов. Лопаритовые концентраты разлагают 85%-й серной кислотой при температуре 150-250 °С, расходе кислоты 2,78 т на1 т концентрата, измельченного до крупности 95% - 0,074 мм. Добавление сульфата аммония в количестве 0,2 т на 1 т концентрата к серной кислоте предотвращает спекание реагирующей массы и повышает извлечение титана, ниобия и тантала в раствор. Тантал и ниобий в присутствии больших количеств титана
План
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. КРАТКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ТАНТАЛА
2. НАТРОИЕТЕРМИЧЕСКОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИЗ КОМПЛЕКСНЫХ ФТОРИДОВ
3. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ТАНТАЛА ИЗ ЕГО ХЛОРИДОВ ВОДОРОДОМ
4. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТАНТАЛА
5. СЕРНОКИСЛОТНЫЙ СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЛОПАРИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ
6. ФТОРИДНЫЙ МЕТОД ПЕРЕРАБОТКИ ЛОПАРИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА