Мазмұны

2.2 Танталит-колумбит концентраттарын өңдеу

Танталит пен колумбит — фторсутек қышқылынан басқа минералды қышқылдармен ыдырамайтын химиялық тұрақты қосылыстар. Сондықтан концентраттарды ыдырату үшін сілтілермен балқыту \((\small \text{NaOH}, \small \text{KOH})\) немесе фторсутек қышқылы қолданылады.
Натрий гидроксидімен балқытып ыдырату
Шамамен 1950 жылға дейін натрий гидроксидімен балқыту отандық және шетелдік кәсіпорындарда танталит (колумбит) концентраттарын ыдыратудың негізгі әдісі болып саналды. Концентратты 750–800 °C-та артық сілті мөлшерімен (100 кг концентратқа 300 кг сілті, бұл стехиометриялық мөлшерге қатысты 6-8 есе артық) балқыту нәтижесінде танталит пен колумбит ыдырап, ортотұздар \((\small \text{Na}_3\text{TaO}_4 \, және \, \small \text{Na}_3\text{NbO}_4)\) және темір мен марганец оксидтері түзіледі. Қорытпаны сумен өңдегеннен кейін ортотұздар гидролитикалық ыдырап, аз еритін политанталаттар (полиниобаттар) түзеді, мысалы, \(\small \text{Na}_8\text{Ta}_6\text{O}_{19}\) және \(\small \text{Na}_{14}\text{Nb}_{12}\text{O}_{37} \times 32\text{H}_2\text{O}\). Еритін натрий тұздарының құрамындағы кремний, вольфрам, қалайы, алюминий қоспалары \((\small \text{Na}_2\text{SiO}_3, \, \small \text{Na}_2\text{WO}_4, \, \small \text{Na}_2\text{SnO}_3, \, \small \text{NaAlO}_2)\) сулы ерітіндіге өтеді. Құрамында политанталат (ниобат) бар тұнбадан гидратталған тантал және ниобий оксидтерін алу үшін тұз қышқылымен ыдыратады. Темір мен марганец тұз қышқылы ерітіндісіне өтеді.
Кейін гидратталған тантал мен ниобий оксидтерінің техникалық қоспасы таза тантал мен ниобий қосылыстарына өңделеді. \(\small \text{NaOH}\)-мен балқыту әдісінің кемшіліктері: сілті шығыны жоғары – 1 кг концентратқа 3 кг сілті қажет етіледі, болаттан жасалған балқыту тигельдері тез коррозияланады, тұрақты аэрозольдер түзетін сілті балқымаларымен жұмыс істеу қиын.
Фторсутек қышқылымен ыдырату — танталит пен колумбит концентраттарын ыдыратудың негізгі әдісі. Ұнтақталған танталит (колумбит) концентратын концентрленген фторсутек қышқылымен (60–70%) қыздырып ыдыратады.
\[
\begin{align*}
\small \text{Fe(ЭO}_3)_2 + 16\text{HF} &= 2\text{H}_2\text{ЭF}_2 + \text{FeF}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \quad (1.68), \\
\small \text{Mn(ЭO}_3)_2 + 16\text{HF} &= 2\text{H}_2\text{ЭF}_2 + \text{MnF}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \quad (1.69).
\end{align*}
\]
Тантал, ниобий, темір және марганецтен басқа ілеспе минералдардағы барлық элементтер күрделі қышқылдар түрінде ерітіндіге өтеді: \(\small \text{H}_2\text{SnF}_6\), \(\small \text{H}_2\text{TiF}_6\), \(\small \text{H}_2\text{WF}_8\), \(\small \text{H}_2\text{SiF}_6\). Осылайша, концентраттарды фторсутек қышқылымен ыдыратқанда құрамында көптеген қоспасы бар күрделі ерітінділер алынады, бұл олардан таза тантал мен ниобий қосылыстарын бөліп алуды қиындатады. Сондықтан бұл әдіс өнеркәсіптік тәжірибеде бастапқы кезде көп қолданылмады.
Кейін, тантал мен ниобийді бөлудің экстракциялық әдістерінің дамуына байланысты, концентратты фторсутек қышқылымен ыдыратудың артықшылықтары анықталды. Бұл әдіс натрий гидроксидімен ыдырату әдісіне қарағанда анағұрлым тиімді болып шықты.

Фторсутек қышқылымен ыдырату процесі натрий гидроксидімен ыдыратуға қарағанда қысқа. Оны қорғасынмен және графит плиткаларымен қапталған болат машиналарда жүзеге асырады. Араластырғыштар монель қорытпасынан (27-29% мыс бар никель қорытпасы) жасалуы мүмкін. 60-70% HF қышқылының шығыны концентраттың құрамына байланысты 1,2-ден 2,5 тоннаға дейін құрайды. Пульпаны графитті электр жылытқыштарымен немесе эбонит түтігі арқылы өткір бумен қыздырады. Ыдырау кезінде фтор қышқылының бір бөлігі буланып, оны скрубберлерде сіңіру қажет болады, бұл кезде әк сүтімен өңделеді.
Кейде толық ыдырату үшін концентратты екі рет өңдеу керек. Процестің соңында пульпа сумен араласып, гуммирленген сүзгі-пресстерде мақта немесе перхлорвинил матасын қолданып фильтрленеді. Алынған ерітінділерден тантал мен ниобийді органикалық еріткіштермен экстракциялау арқылы бөліп алады.
Қазіргі уақытта сирек металдар концентраттарын өңдеудің жаңа әдістері, соның ішінде микротолқынды ыдырату әдістері ұсынылуда. Бұл әдіс концентратты тиімді ыдыратып, реагенттер мен энергия шығындарын азайтуға бағытталған.
Микротолқынды ыдырату әдісі. Ниобий мен тантал оксидтерін алудың қазіргі процестері қоршаған ортаға зиян келтіретін фтор қышқылына тәуелді. Микротолқынды сілтілі өңдеу және еріткіш экстракциясын қолдана отырып, колумбиттен ниобий мен танталды алудың жылдам және фторсыз процесі ұсынылған. Концентрат сілтімен араластырылып, микротолқынды пеште 5-6 минутта өңделеді. Өңделген концентраттан 93,57% ниобий, 88,12% тантал, 11,17% қалайы және 21,09% темір ерітіндіге өтеді.
Ерітіндіден ниобий мен танталды метилтриоктиламмоний хлоридімен экстракциялау арқылы бөліп алады. Шамамен 96,2% ниобий мен 93,4% тантал 0,29 М еріткіш қолданылып, екі сатылы қарсы ағынды экстракция кезінде органикалық және сулы фазалардың 2:1 қатынасында органикалық фазаға бөлінеді. Органикалық фазадан ниобийді 0,3 молярлы азот және 0,5 молярлы қымыздық қышқылдарының қоспасымен реэкстракциялайды, ал танталды азот қышқылының жоғары концентрациясында (3 М) бөліп алады. Рафинаттардан тұндыру арқылы 98%-дан жоғары таза ниобий оксиді мен жоғары тантал оксидтері алынады. Бұл әдістер қазіргі кезде зертханалық деңгейде қолданылады.