способ получения пентахлорида ниобия

Формула изобретения

Способ получения пентахлорида ниобия путем хлорирования пентоксида ниобия при повышенном давлении и температуре, отличающийся тем, что процесс проводят взаимодействием пентоксида ниобия с тетрахлоридом кремния.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химических технологий, в частности к новому способу получения пентахлорида ниобия, и может быть использовано для извлечения ниобия в виде его пентахлорида из ниобийсодержащего минерального сырья.

В литературе описан способ хлорирования ниобийсодержащего минерального сырья газообразным хлором (Морозов И.С. Применение хлора в металлургии редких и цветных металлов. - М.: Наука, 1966. - 253 с.; Коршунов Б.Г., Стефанюк С.Л. Введение в хлорную металлургию редких элементов. - М.: Металлургия, 1970. - 343 с.).

Рудный концентрат хлорируют газообразным хлором в присутствии восстановителя: древесного угля или нефтекокса. Хлорированию подвергают либо брикетированную шихту, либо рудный концентрат в солевом расплаве. Процесс сопровождается выделением окиси и двуокиси углерода. Ниобий извлекается преимущественно в виде оксихлорида ниобия. Брикеты хлорируют в шахтных электропечах путем подачи газообразного хлора при температуре 800-900°С.

При хлорировании в солевом расплаве тонкоизмельченный концентрат в смеси с коксом подают в расплав высококипящих хлоридов, через который барботируют газообразный хлор при температуре 950-1000°С.

Получаемая парогазовая смесь содержит хлориды ниобия, тантала, титана, железа, алюминия, кремния и других составляющих минерального сырья, углекислый газ, угарный газ, фосген, хлор, хлористый водород, хлорпроизводные углеводородов. Температура парогазовой смеси на выходе из хлоратора 750-800°С.

Основными недостатками данного способа являются:

- недостаточно полное освобождение ниобиевых полупродуктов от основных примесей (железо, алюминий, титан, щелочные металлы), что приводит к дополнительным затратам на их очистку;

- значительный расход хлора, что требует территориальной привязки к действующему хлорному производству или организации собственного;

- присутствие в парогазовой фазе угарного газа, фосгена, хлора, хлористого водорода, что создает неблагоприятные экологические условия производства и требует организации специальной системы защиты;

- большие энергетические затраты.

Наиболее близким к заявляемому способу как по составу получаемого продукта, так и по методу обработки, является способ, описанный в работе (Гармазов Ю.Л., Турчанинов В.К., Кольцов В.П. Новый автоклавный способ вскрытия низкосортных танталониобиевых минеральных концентратов. Материалы международного совещания "Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья", г.Чита, 16-19.09.2002 г.). По этому способу ниобийсодержащее минеральное сырье обрабатывают в автоклаве жидким четыреххлористым углеродом при повышенной температуре и давлении, а полученный продукт выделяют охлаждением до комнатной температуры и декантацией избытка четыреххлористого углерода. Этот способ обладает несомненными преимуществами перед стандартной хлорной технологией. Однако и он несвободен от ряда недостатков, присущих традиционному хлорированию, - по-прежнему образуются угарный газ, фосген, хлористый водород, хлоруглеводороды.

Целью предлагаемого изобретения является исключение из процесса хлорирования элементного хлора и четыреххлористого углерода, которые в условиях процесса дают высокотоксичные соединения. Данная цель достигается тем, что ниобийсодержащее минеральное сырье подвергают взаимодействию с тетрахлоридом кремния в автоклаве при повышенной температуре и давлении. Применение новой хлорирующей системы, не содержащей соединений углерода, исключает образование таких ядовитых и опасных продуктов, как угарный газ, фосген и хлоруглеводороды. Основным продуктом превращения хлорирующего агента является диоксид кремния. Кроме того, данная хлорирующая система позволяет вести процесс в более мягких условиях, что резко снижает энергопотребление.

Пример 1. В стальной автоклав объемом 100 мл загружали 10 г высушенного при 200°С химического концентрата пентоксида ниобия и заливали 55 мл SiCl ₄ марки «ч». Автоклав герметично закрывали, погружали в масляную баню и выдерживали 4 ч при ˜210°С, периодически перемешивая содержимое путем встряхивания автоклава. По окончании автоклав охлаждали и вскрывали. Содержимое автоклава фильтровали. Хлориды ниобия практически не растворимы в SiCl ₄ и их содержание в фильтрате очень мало. По окончании фильтрации остаток обрабатывали сухим ацетонитрилом и фильтровали. Фильтрат упаривали, получая 15.6 г зеленовато-желтой массы.

Опыты, проведенные по примеру 1 с варьированием температуры, соотношения реагентов и времени процесса сводятся к восьми примерам, представленным в виде Таблицы 1 (пример 1 соответствует опыту №7).

Реализация предлагаемого способа хлорирования в промышленном масштабе позволит исключить из процесса использование элементного хлора и образование высокотоксичных соединений (фосген, монооксид углерода, хлоруглеводороды), снизить затраты на извлечение целевого продукта и обеспечить его высокий выход.

Таблица 1 Результаты хлорирования химического концентрата пентоксида ниобия тетрахлоридом кремния в различных условиях
№ п/п	Температура, °С	Мольное соотношение Nb2O5 :SiCl4	Время, ч	Выход хлоридов Nb, %
1	180	1:3	4	-
2	205	1:5	3	15
3	210	1:3	7	45
4	210	1:10	6	30 (без перемешивания)
5	210	1:10	5	72 (с перемешиванием)
6	210	1:3	4	75
7	210	1:5	4	90
8	245	1:5	1	73