способ разделения тантала и ниобия при их совместном содержании в химическом соединении

Формула изобретения

Способ разделения тантала и ниобия при их совместном содержании в химическом соединении, включающий испарение исходного соединения с последующей конденсацией его компонентов, отличающийся тем, что в качестве исходного химического соединения используют сополимер металлоорганических соединений тантала и ниобия, который в автоклавных условиях под давлением сжатого кислорода нагревают до температуры распада сополимера на отдельные мономеры - металлоорганические соединения тантала и ниобия, образующие при взаимодействии с кислородом окисленные металлоорганические соединения тантала и ниобия, которые при нагревании переводят в парообразное состояние, затем полученную смесь паров охлаждают до температуры конденсации окисленного металлоорганического соединения ниобия с получением жидкой фазы, содержащей соединение ниобия, а парогазовую смесь, содержащую окисленное металоорганическое соединение тантала, переводят в аппарат с теплообменным устройством, где охлаждают до нормальной температуры с получением соединения тантала в твердом состоянии.

Описание изобретения к патенту

Техническое решение относится к химии металлоорганических соединений редких тугоплавких металлов, в частности касается получения отдельных соединений тантала и ниобия из сополимера их металлоорганических соединений.

Химические соединения тантала и ниобия, обладающие близкими физико-химическими свойствами и получаемые в виде совместных соединений при пирометаллургической и химической переработке тантало- ниобиевых руд и минеральных концентратов, создают проблему их разделения на отдельные соединения данных металлов высокой химической чистоты.

Известны способы разделения тантала и ниобия при их совместном присутствии в хлорсодержащих соединениях, а именно в соединении пентахлоридов ниобия и тантала, которые основаны на реакциях обмена (Зеликман А. Н. и др. Ниобий и тантал, Москва, изд-во "Металлургия", 1990г., с. 85).

Данные способы разделения тантала и ниобия не нашли применения в промышленности, вследствие неудовлетворительных технико-экономических показателей, а именно из-за потерь и низкого выхода разделенных продуктов, невозможности получения чистых продуктов.

Известен способ разделения смеси пентахлоридов тантала и ниобия на танталовую и ниобиевую фракции методом многоступенчатой ректификации (см. ссылку выше, с. 80-83). Технологическая схема процесса разделения включает: предварительную ректификацию, в которой отделяют практически все примеси, присутствующие в исходной смеси; основную ректификацию, в которой получают чистый пентахлорид ниобия и концентрат пентахлорида тантала; и ректификацию танталовой фракции, в которой получают чистый пентахлорид тантала. При этом для получения чистого пентахлорида ниобия ректификационную очистку паров сочетают с термической или адсорбционной очисткой.

Данная технология разделения тантала и ниобия также не нашла промышленного применения из-за высокой агрессивности рабочей среды и коррозии аппаратуры, из-за неудовлетворительных технико-экономических показателей и экологических проблем.

В настоящее время в органической химии разработан автоклавный способ получения из полиметаллических руд и коллективных минеральных концентратов, содержащих одновременно тантал и ниобий, металлоорганических соединений тантала и ниобия в виде сополимера этих соединений. (см. Описание изобретения к патенту РФ N 2033415 "Способ получения металлоорганических соединений тантала и ниобия", МПК (6) C 08 G 79/00, опубликовано 20.04.95 в Бюл. N 11). В состав соединений, кроме тантала и ниобия, входят кислород, углерод, хлор и молекулярная органическая жидкость, состоящая из хлора и углерода. Вычисленный химический состав металлоорганического соединения тантала и ниобия выражается формулой MeO₅C₅Cl₁₅nCCl₄, где Me - это тантал и ниобий, nCCl₄ - количество молекул органической жидкости. При нормальных условиях (760 мм рт.ст., 20^oC) сополимер металлоорганических соединений тантала и ниобия представляет собой твердое вещество, состоящее из тел разнообразных геометрических форм, размером в несколько мм, окрашенных в сочные зеленый или темно-красный цвета, в зависимости от соотношения совместно присутствующих в сополимере соединений тантала и ниобия. Сополимер металлоорганических соединений тантала и ниобия представляет собой вещество высокой химической чистоты (относительно примесей металлов и элементов пустой породы, содержащихся в исходном материале, поступающем на автоклавную переработку) и является оптимальным исходным материалом для получения отдельных химических соединений тантала и ниобия высокой химической чистоты.

Задачей изобретения является осуществление процесса разделения тантала и ниобия, присутствующих совместно в сополимере их металлоорганических соединений, т.е. получение из сополимера отдельной танталовой фракции и отдельной ниобиевой фракции высокой химической чистоты.

Сущность предлагаемого способа разделения тантала и ниобия заключается в том, что сополимер металлоорганических соединений тантала и ниобия нагревают в автоклавных условиях под давлением сжатого кислорода до температуры распада сополимера на отдельные мономеры - металлоорганические соединения тантала и ниобия, образующие при взаимодействии с кислородом окисленные металлоорганические соединения тантала и ниобия, которые при нагревании переводят в парообразное состояние. Затем полученную смесь паров охлаждают до температуры конденсации окисленного металлоорганического соединения ниобия с получением жидкой фазы, содержащей соединение ниобия, а парогазовую смесь, содержащую окисленное металлоорганическое соединение тантала, переводят в аппарат с теплообменным устройством, где ее охлаждают до нормальной температуры с получением соединения тантала в твердом состоянии.

Технический результат предлагаемого способа разделения совместно присутствующих в соединении тантала и ниобия с получением их отдельных соединений выражается в получении химически чистых продуктов. Технический результат выражается также в возможности проведения процесса разделения предлагаемого исходного соединения тантала и ниобия при относительно невысоких температурах с использованием простого оборудования и дешевых реагентов. Все это в целом определяет значительные преимущества предлагаемого способа по сравнению с известными способами разделения тантала и ниобия по технико-экономическим показателям.

Способ разделения сополимера металлоорганических соединений тантала и ниобия на отдельные фракции данных металлов осуществляют в автоклаве, снабженном перемешивающим и теплообменным устройствами. В автоклав загружают заданное количество твердого сополимера и через запорный клапан нагнетают сжатый кислород (под давлением 1 - 1,5 МПа). Смесь нагревают до температуры расплавления и последующего распада сополимера на отдельные мономеры - металлоорганическое соединение тантала и металлоорганическое соединение ниобия, которые (в условиях перемешивания), взаимодействуя с кислородом, образуют окисленные металлоорганические соединения тантала и ниобия, последние при нагревании переводят в парообразное состояние. Перемешивающее устройство останавливают, автоклав медленно охлаждают до температуры конденсации окисленного металлоорганического соединения ниобия, температуру в реакционном пространстве в течение периода конденсации поддерживают на 2-5^oC ниже температуры конденсации окисленного металлоорганического соединения ниобия. После получения в автоклаве всего количества окисленного металлоорганического соединения ниобия в виде конденсата, парогазовую фазу, содержащую окисленное металлоорганическое соединение тантала и сжатый кислород, переводят в колонный аппарат с теплообменным устройством, где парогазовую смесь охлаждают до нормальной температуры и получают окисленное металлоорганическое соединение тантала в твердом состоянии в виде вещества белого цвета. Автоклав, в котором остался конденсат окисленного металлоорганического соединения ниобия, охлаждают до нормальной температуры, при которой получают продукт в виде твердого вещества желто-оранжевого цвета.

Пример. Способ разделения тантала и ниобия, содержащихся совместно в сополимере металлоорганических соединений данных металлов, осуществляли в лабораторном автоклаве, снабженном конденсатором, наружной электропечью, необходимыми клапанами, термопарами конденсатора и корпуса автоклава. В автоклав на дно корпуса загружали 2 г сополимера в твердом состоянии, через клапан накачивали в автоклав кислород под давлением 1,5 МПа и нагревали автоклав до температуры 250^oC. После этого отключали электропечь и охлаждали автоклав до 100^oC, пропуская хладагент через конденсатор, поддерживая эту температуру приблизительно около часа, при этом температурный режим контролировался с помощью термопар. После этого автоклав отсоединяли от подающих трубопроводов, вынимали из печи и охлаждали, опуская автоклав в емкость с холодной водой. После вскрытия автоклава на наружной поверхности конденсатора, расположенной в рабочем пространстве автоклава, было обнаружено осажденное окисленное металлоорганическое соединение ниобия в виде липкого влажного осадка желто-оранжевого цвета (который можно было смыть водой или спиртом), а на внутренней стенке корпуса автоклава - окисленное металлоорганическое соединение тантала в виде желто-белого сухого пушистого порошка (который можно было смести). На дне автоклава ничего не было обнаружено, т. е. произошла полная возгонка сополимера металлоорганических соединений с последующей раздельной конденсацией парогазовой фазы на отдельные фракции тантала и ниобия.