专利名称：分离钽和铌的方法
技术领域：
本发明涉及从含有钽和铌的原料中分离出钽和铌的湿法冶金方法，其方法是先用纯氢氟酸或氢氟和硫酸的混合物处理，接着用甲基异丁基酮溶剂萃取该处理溶液中的钽和铌的配合物并用蒸汽蒸馏该含有钽和铌的有机酮相。
在大多数天然来源中钽和铌都在一起产生。然而，这两种元素的不同比例表示着矿石和它们的地质沉积的特征。铌主要是从巴西、加拿大及其它地区的铌铁矿和/或烧绿石矿得到。但是，这些矿石只含有少量的钽。富钽矿石，如钽铁矿相应地只含少量的铌。
但是，要分离钽和铌，也使用主要在分离锡(泰国，巴西)的过程中所产生的矿渣。尽管这些锡矿渣只含有少量的铌和钽，但是它们现已被看作是这两种元素最重要的原料来源。在这些锡矿渣中Ta/Nb的比例也是很不相同的。
通常，这两种金属及其化合物是从含有极少量钽和铌的原料，如锡矿渣中，采用熔融冶金增浓使这两种元素富集的方法间接分离出来的。只有这种方法所得到的合成钽/铌浓缩物方可供经济的湿法化学加工。在这些锡矿渣中也存在那些象天然铌铁矿一样，含钽极少的Ta/Nb比的矿渣，即它们含少量的钽，但却富含铌。由于经济上的原因，通常的湿法冶金处理和分离工艺不能应用于这些矿渣，因为这些工艺要求所使用的浓缩物中Ta/Nb比至少为1∶3。
在美国专利3，117，833中所公开的分离钽或铌的传统湿法冶金方法包括在无机酸中，较好在氢氟酸/硫酸混合物中处理钽/铌原料。由此钽/铌就从氟配合物的形式溶解在一起，接着用MIBK(甲基异丁基酮，2-甲基-戊酮-4)进行多步溶剂萃取先与伴生元素分离，然后再彼此分离。在此，氟铌酸盐或氟钽酸盐依次选择性再萃取并进一步加工给出纯净的钽或铌的化合物。
详细地说，例如可用稀硫酸选择性地移出含有铌和钽的有机酮相中的铌，而留在该有机相中的钽可用水从中再萃取出来，由此实现分离。
但是，如果所用的原料是富含铌的，而含钽极少，则此时有机酮相中钽的浓度极低。这就意味着体积/时间产率极低，这就使得该方法不经济。
此外，美国专利3，403，983公开了一种从铌和/或钽金属的氟配合物在实际上不与水混溶的可蒸汽挥发的有机溶剂中的溶液中制备铌和/或钽氟配合物水溶液的方法，其中用已知的多步萃取法萃取矿物中的这些金属所得到的这些金属在有机溶剂中的氟配合物溶液经过蒸汽蒸馏方法，定量蒸发溶剂，产生一种非蒸馏的水溶液，其中所含的氟配合物浓度比在有机溶剂中高。
这表明避免了乳液生成的问题，有机溶剂易于回收和再循环，得到一种浓度比在有机溶剂溶液中高3-4倍的铌和/或钽氟配合物的水溶液，因此该水溶性产品溶液非常适用于K2TaF7的经济结晶。
因此，这种方法尤其不适用于含极少量钽的铌/钽配合物。
本发明的主要目的是提供一种优于现有技术工艺并能解决上述问题的方法。特别是，该工艺必须适用于从含极少量钽但同时又富含铌的原料中经济地分离钽，其方法是用湿法化学处理和萃取工艺，而事先不必采用间接溶融冶金工艺。此外，必须能将铌全部分离出来。
按照本发明上述问题得到解决，其方法是用纯氢氟酸或氢氟酸和硫酸和混合物处理含有钽和铌的原料，例如锡矿渣、铌矿石和/或浓缩物，并先用MIBK(甲基异丁基酮)萃取该酸溶液，其中铌和钽一起进入有机相。通常，过渡金属的总和按其氧化物计算，并表示为“合并的氧化物”(缩写为“C.O”)。此时铌无法象往常一样用无机酸或水从该有机相中选择性地重新萃取出来，但是含有C.O的酮相可以进行蒸汽蒸馏。此方法表明这两种贵重物质都以高度浓缩的形式转入到水相中。此时可用新鲜的酮(MIBK)从该水相中把钽选择性地萃取出来，而铌仍然留在水相中。
因此，本发明包括一种从含有钽和铌的原料中分离出钽和铌的湿法冶金方法，其方法是先用纯氢氟酸或氢氟酸和硫酸的混合物处理，接着用甲基异丁基酮溶剂萃取该处理溶液中的钽和铌的氟配合物，并用蒸汽蒸馏该含有钽和铌的有机酮相，其中钽可以用新鲜的甲基异丁基酮从该新产生的水相中选择性地萃取出来，而铌则全部留在该水相中。
通过选择有机相和水相的比例，在新鲜的MIBK相中钽的含量可被调节到所需的浓度。如果将该有机相再进行蒸汽蒸馏，则在新的水相中钽的浓度会再增加。按照本发明方法的一个较好的具体实施方案包括用蒸汽处理含钽的新的有机酮相，从而重新萃取钽。然后就可以用已知方法对该新的浓缩的钽溶液进一步进行加工。
按照本发明的方法宜用于各种钽/铌原料。如果在含有钽和铌的原料中Ta∶Nb的比例≤0.2，那就特别有利。本方法较好是适用于Ta∶Nb的比例为1∶5至1∶15的铌铁矿和/或锡矿渣。
按下列实例详细说明本发明，但不能认为是一种限制。
实例用70%的强的纯氢氟酸处理组成如下的铌铁矿石35%(重量)Nb2O5，4%(重量)Ta2O5，其余为SiO2、FeO、MnO2、TiO2和其它杂质。处理后产生的溶液每升含有135克C.O.(合并的氧化物，Nb2O5和Ta2O5)，酸度为20N。在该起始溶液中Ta∶Nb的比值为约1∶9，相当于起始物料。该进料溶液在一逆流溶剂萃取装置中逆向通过由甲基异丁基酮(MIBK)组成的有机相。萃余液每升含0.3克C.O，基本上不含贵重物质。用少许12N硫酸洗涤每升含89克C.O的酮相，目的是除去也已被萃取的其它元素的残留杂质。放出含有铌和钽的酮相并进行蒸汽蒸馏。以每小时130升TaNb MIBK的流量从蒸馏塔顶部连续进料，而蒸汽则以每小时50升的流量从塔底进料。MIBK全部被蒸出，留下的是每小时35-40升的浓缩的铌和钽的溶液。这些元素以氟配合物的形式存在，其浓度比例为每升含20克Ta2O5和180克Nb2O5(Ta∶Nb＝1∶9)。由于该蒸汽蒸馏工艺水相的酸度相当低，因此可从通过使每小时40升的该水溶液与每小时5升的新卸料的MIBK接触将钽选择性地萃取出来，而铌(每升180克NB2O5)则仍留在水相中并单独进行后处理。所得到的含钽有机相(每升含140克Ta2O5)再用蒸汽进行处理(3升Ta MIBK/1升蒸汽)，就可从该体系中完全除去MIBK并产生浓缩的氟化钽水溶液(每升含大于200克Ta2O5当量)。按照例如美国专利3，051，547所描述的一般方法，加入KCl就可转变成最终产物七氟钽酸钾(1.44克)。
对比实例(按照美国专利3，117，833)按实例1的方法使由处理实例1所用的矿石而制得铌/钽溶液在一逆流溶液萃取装置中逆向通过由甲基异丁基酮(MIBK)组成的有机相，用少许12N硫酸洗涤每升含90克C.O.的酮相，目的是除去也已被萃取的其它元素的残留杂质。按一般方法，用2N硫酸进行反萃取，使铌有选择性地且完全地从含有铌和钽的酮相中转入到水相中，用作分离氢氧化铌的硫酸氟化铌溶液。而只含有钽(每升含7.5克Ta2O5)的酮相用蒸汽蒸馏方法除去酮，从而转入水相，每升含少于25克Ta2O5。该溶液由于钽含量相当低，不适于经济的进一步加工，因为如果要从它生产氢氧化钽的话，或是需要大量的热能供蒸发，或是留下太多的含盐废水。
权利要求
1.一种从含有钽和铌的原料中分离钽和铌的湿法冶金方法，其方法是用纯氢氟酸或氢氟酸和硫酸的混合物进行水溶液处理，接着(a)用甲基异丁基酮溶剂萃取该水处理溶液中的钽和铌的氟配合物，且然后(b)将含有钽和铌的有机酮相进行蒸汽蒸馏以产生一种新的水相，其特征在于(c)用新鲜的甲基异丁基酮选择性地萃取这样所产生的新水相中的钽，而基本上所有的铌仍然留在该水相中。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于含有钽的新有机酮相用蒸汽再进行处理，且由此重新萃取钽。
3.按照权利要求2的方法，其中在含有钽和铌的前体物中Ta/Nb的比值为≤0.2。
4.按照权利要求1的方法，其中在含有钽和铌的前体物中Ta/Nb的比值为≤0.2。
5.按照权利要求1的方法，其中将蒸出的酮相冷凝并在步骤(a)和/或(c)中再使用。
全文摘要
本发明涉及一种从含有钽和铌的原料中分离出钽和铌的湿法冶金方法，其方法是先用纯氢氟酸或氢氟酸和硫酸的混合物处理，接着用甲基异丁基酮(MIBK)溶剂萃取该处理溶液中的钽和铌的氟配合物，并用蒸汽蒸馏该含钽和铌的有机酮相，以产生新的水相，该水相可用新鲜MIBK与之接触以便选择性地萃取钽。
文档编号C22B34/24GK1076731SQ93102409
公开日1993年9月29日 申请日期1993年3月6日 优先权日1992年3月6日
发明者J·艾克特, W·布拉德苏斯 申请人:H.C施塔克公司