以氟铌酸为原料制备氢氧化铌沉淀的方法
【专利说明】
[0001]
技术领域： 本发明涉及一种制备氢氧化铌沉淀的方法，特别是采用密闭体系中以氟铌酸为原料制 备氢氧化铌沉淀的方法。
[0002] 技术背景： 铌是重要的稀有金属，被广泛用于航天航空、原子能、冶金、电子通讯、石油化工、玻璃 陶瓷等工业领域，世界各国政府高度重视铌工业战略材料的发展。
[0003] 氧化铌是一种重要的铌产品，位于铌产业链中的源头，几乎所有铌的其它产品，都 是以氧化铌为原料而制得。氧化铌还是功能陶瓷材料、超导材料、铌酸锂单晶、光学玻璃、硬 质合金、催化剂等常用的重要原料。近年来，氧化铌的消费非常活跃，世界铌需求量年平均 增幅稳定在10%以上，我国是铌消费大国，年均增幅接近30%。随着铌的应用不断深化，预计 未来氧化铌的需求将继续保持比较高的增长速度。
[0004] 目前氧化铌的制备方法普遍采用HF-H2SO4-MIBK湿法冶金工艺，其工艺流程为 钽铌精矿磨碎后，用HF-H2SO4-酸分解，分解液用有机溶剂萃取，含钽铌有机相净化除 杂后，用反铌液反萃取得到氟铌酸水溶液，氟铌酸水溶液用碱中和沉淀，再经过过滤、烘 干、煅烧即可制取Nb2O5。其中氟铌酸的中和沉淀一步，工业生产通常使用液氨转化为氨气 后进行沉淀。氨气的优点是成本相对低廉，杂质易去除，利于大规模生产，所以在氧化铌的 制备中，氨气是工业生产最常用的沉淀剂。现有的常采用的工艺为在开放体系中将氨气通 入酸性的氟铌酸体系将其转化为氢氧化铌进行中和沉淀，该方法会不可避免地存在氨气的 大量外逸，造成生产成本的增加，同时给环保治理带来较大的压力。
[0005] 另一方面，在以氟铌酸体系制备氢氧化铌沉淀物的过程中，由于是在尚开的生产 装置中进行，因此，通常是在常温常压下进行生产，这样就存在反应过程中，反应速度较慢， 同时采用现有的生产方式，对操作人员的安全生产存在一定的隐患，且氨气的使用量相应 的增加，造成一定的浪费，对环境也造成污染，并相应的增加了氧化铌的生产成本。
[0006]
【发明内容】
： 本发明就是要提供一种以氟铌酸为原料制备氢氧化铌沉淀的方法，其针对现有工艺的 不足，采用在密闭体系中一定的压力条件下通入氨气，制得氢氧化铌沉淀物，既加快了反应 速度，同时又能够实现对通入氨气量的控制，最大限度地节约了生产成本，由于没有氨气的 逸出，突破了目前在敞开体系下通氨中和的做法，实现了氨气的零排放，不会对环境的污染 问题。
[0007] 本发明提供一种以氟铌酸为原料制备氢氧化铌沉淀的方法，包括氟铌酸原料，其 是在密闭的反应装置中，于一定的反应温度和压力及溶剂存在条件下，将含有氟铌酸的溶 液在密闭的反应体系中使氨气和氟铌酸进行反应，制得氢氧化铌沉淀物；控制所述氨气和 氟铌酸的质量摩尔比为20 :1-1 :20。
[0008] 本发明所述溶剂为在反应条件下为液态的化学物质，所述液态的化学物质为水和 /或化学结构中含有至少一个氧原子的氧化溶剂。
[0009] 本发明优选控制所述反应温度为-10°C -150°c。
[0010] 本发明优选控制所述反应压力为Iatm-IOatm下进行。
[0011] 本发明优选是控制氨气和氟铌酸反应时间为1-2900分钟。
[0012] 本发明所述氧化溶剂为含氧烃类化合物，所述含氧烃类化合物优选为醇类、醚类、 酮类及其类似化合物中任意一种。
[0013] 本发明所述氧化溶剂进一步优选为C1-Cltl中的任意一醇类化合物或几种醇类的化 合物的混合。
[0014] 本发明以氟铌酸为原料制备氢氧化铌沉淀的方法，采用在密闭体系中一定的温度 和压力条件下通入氨气，制得氢氧化铌沉淀物，既加快了反应速度，同时又能够实现对通入 氨气量的有效控制，最大限度地节约了生产成本，由于没有氨气的逸出，突破了目前在敞开 体系下通氨中和的做法，实现了氨气的零排放，不会对环境的污染问题，同时保障了操作工 人的安全生产。
[0015]
【具体实施方式】： 通过下述实施例对本发明作进一步的详细说明，其将有助于进一步理解本发明技术方 案，但不限制本发明的内容。
[0016] 本发明是通过以下技术方案实现的，在一个盛有氟铌酸溶液的密闭容器内的反应 装置中，在一定温度和压力下通入氨气，反应结束后停止通氨，物料进入下一道处理工序； 本发明所述的方法可以用任何适当形式的密闭反应容器或装置如固定床、传送床、流 化床、搅拌浆料或CSTR反应器以及间歇、连续、或者半连续的方式进行，因此反应物可以整 批地或者顺序地进行反应； 本发明的方法还要求采用一种溶剂；合适的溶剂包括在本发明进行反应的过程中的反 应条件下为液态的任何化学物质，包括但不限于含氧烃类如醇类，以及水；优选的溶剂是化 学结构中含有至少一个氧原子的氧化溶剂。所述的氧化溶剂包括水和含氧烃类如醇类、醚 类、酮类及其类似物； 优选的氧化溶剂包括低碳脂肪族Cl-Cio的醇类如甲醇、乙醇、异丙醇和叔丁醇，或者 它们的混合物，以及水；也可采用上述醇与水的混合物；一个特别优选的溶剂是水； 根据本发明的反应是在足以获得所需氟铌酸中和的温度下进行的，优选在0 - 150 °C 下进行，更优选在20 - 120 °C下进行。约1分钟-48小时，更优选为1分钟-8小时 的反应或停留时间是典型优选的。尽管反应也能在大气压力下进行，但其有利地在1 - 100 个大气压即Iatm-IOatm的压力下工作； 本发明所用氨气的量可以在氟铌酸体系所含的酸度与通入氨气的摩尔比基础上确定； 一般控制氨气与氟铌酸的质量摩尔比为20:1-1:20。
[0017] 实施例1: 在密闭的反应装置体系中，通入氨气中和氟铌酸制备氢氧化铌沉淀，本实施例使用溶 剂为水，于装有磁力搅拌器的容器中250 mL容器中加入100 mL氟铌酸水溶液，铌含量为 167g/L，反应器关闭，再将压力为I atm氨气通入至上述反应器中，在温度为10 °C下搅拌 反应3 h，控制氨气和氟铌酸的质量摩尔比为10 :1，反应结束后，出现大量白色固体即为氢 氧化铌沉淀；抽滤得到的白色固体经过洗涤、煅烧制备得到99%的氧化铌16. 50 g。
[0018] 实施例2: 在密闭反应装置的体系中，通入氨气中和氟铌酸制备氢氧化铌沉淀，在装有磁力搅拌 器的容器中250 mL容器中加入100 mL氟铌酸水溶液，反应器关闭，再将压力为5 atm氨气 通入至上述反应器中，在30 °C下搅拌30 min。控制氨气和氟铌酸的质量摩尔比为1:10,反 应结束后，出现大量氢氧化铌沉淀白色固体。抽滤得到的白色固体经过洗涤、煅烧得到99% 的氧化银16. 53 g。
[0019] 实施例3: 本实施例中的反应条件，除下述说明外其余未说明之处与实施例1或2相同，在密闭反 应装置的体系中，通入氨气中和氟铌酸制备氢氧化铌沉淀，本实施例中使用的溶剂为醇类， 优选使用乙醇和水溶液，控制氨气和氟银酸的质量摩尔比为5 :1，得到99%的氧化银16. 54 g°
[0020] 对比实施例1: 敞开体系通入氨气中和氟铌酸制备氢氧化铌沉淀，在装有磁力搅拌器的容器中250 mL 容器中加入100 mL氟铌酸水溶液，反应器敞开的条件下将氨气通入至上述反应器中，在10 °C下搅拌8 h。反应结束后，出现大量白色固体。抽滤得到的白色固体经过洗涤、煅烧得到 99%的氧化铌16. 39 g。
[0021] 对比实施例2: 敞开体系通入氨气中和氟铌酸制备氢氧化铌沉淀，在装有磁力搅拌器的容器中250 mL 容器中加入100 mL氟铌酸水溶液，反应器敞开的条件下将氨气通入至上述反应器中，在30 °C下搅拌4 h。反应结束后，出现大量白色固体。抽滤得到的白色固体经过洗涤、煅烧得到 99%的氧化铌16. 45g。
[0022] 以上所述仅为本发明之较佳实施例而己，并非以此限制本发明的实施范围，皆应 涵盖于本权利要求书所界定的保护范畴之内。
[0023] 下表1为使用本发明方法和使用现有技术方法制备氢氧化铌沉淀后，再生产氧化 铌的结果。
[0024] 表1通氨中和氟铌酸制备氢氧化铌沉淀结果
说明：表1中的1*、2*表示与的本发明方案实施例1、2对照实施例，从上表可以看出对 照实施方案中的氨气的用量是本发明方法的3-5倍，且反应的时间更长；反应得率略低。
【主权项】
1. 一种以氟铌酸为原料制备氢氧化铌沉淀的方法，包括氟铌酸原料，其特征是在密闭 的反应装置中，于一定的反应温度和压力及溶剂存在条件下，将含有氟铌酸的溶液在密闭 的反应体系中使氨气和氟铌酸进行反应，制得氢氧化铌沉淀物；控制所述氨气和氟铌酸的 摩尔比为20 :1-1 :20。2. 如权利要求1所述的以氟铌酸为原料制备氢氧化铌沉淀的方法，其特征是所述溶剂 为在反应条件下为液态的化学物质，所述液态的化学物质为水和/或化学结构中含有至少 一个氧原子的氧化溶剂。3. 如权利要求1所述的以氟铌酸为原料制备氢氧化铌沉淀的方法，其特征控制所述反 应温度为-l〇°C -150°C。4. 如权利要求1所述的以氟铌酸为原料制备氢氧化铌沉淀的方法，其特征是控制所述 反应压力为Iatm-IOatm下进行。5. 如权利要求1所述的以氟铌酸为原料制备氢氧化铌沉淀的方法，其特征是控制氨气 和氟铌酸反应时间为1-2900分钟。6. 如权利要求2所述的以氟铌酸为原料制备氢氧化铌沉淀的方法，其特征所述氧化 溶剂为含氧烃类化合物，所述含氧烃类化合物为醇类、醚类、酮类及其类似化合物中任意一 种。7. 如权利要求2或6所述的以氟铌酸为原料制备氢氧化铌沉淀的方法，其特征所述氧 化溶剂为C1-Cltl中的任意一醇类化合物或几种醇类的化合物的混合。
【专利摘要】本发明提供一种以氟铌酸为原料制备氢氧化铌沉淀的方法，其针对现有工艺的不足，采用在密闭体系中一定的压力条件下通入氨气，制得氢氧化铌沉淀物，包括氟铌酸原料，其是在密闭的反应装置中，于一定的反应温度和压力及溶剂存在条件下，将含有氟铌酸的溶液在密闭的反应体系中使氨气和氟铌酸进行反应，制得氢氧化铌沉淀物；既加快了反应速度，同时又能够实现对通入氨气量的控制，最大限度地节约了生产成本，由于没有氨气的逸出，突破了目前在敞开体系下通氨中和的做法，实现了氨气的零排放，不会对环境的污染问题。
【IPC分类】C01G33/00
【公开号】CN104986800
【申请号】CN201510410570
【发明人】王常清, 易艳萍
【申请人】宜春金洋新材料股份有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月14日