低浓度氢氟酸体系中MIBK萃取分离铌钽工艺的基础研究

低浓度氢氟酸体系中MIBK萃取分离铌钽工艺的基础研究

论文摘要

铌、钽为重要的稀有贵重金属,其金属和合金已被广泛应用于钢铁、电子等高新技术领域。现行铌钽矿处理方法为高浓度氢氟酸分解和萃取分离工艺,但该工艺会造成严重的氟污染且对难分解矿的资源利用率较低。为此,中国科学院过程工程研究所开拓了亚熔盐法铌钽清洁生产新工艺,使难分解铌钽矿分解率较现行氢氟酸法提高10%以上,且新工艺得到的中间产品-铌钽水合氧化物可被接近理论用量的低浓度氢氟酸溶解,从而有望大幅度降低氢氟酸用量,并在低浓度氢氟酸体系中实现铌和钽的萃取分离,进而在极大程度上削减氟污染,实现清洁生产。铌钽的低浓度氢氟酸体系萃取分离工艺是亚熔盐铌钽清洁生产工艺控制氟污染和保证铌钽产品质量的关键技术。本论文基于亚熔盐清洁生产工艺前期研究成果,对铌钽的低浓度氢氟酸体系萃取分离工艺进行了系统研究,得到了最优化的铌钽萃取分离及除杂的工艺条件,并开展了相应的机理研究,主要工作及进展如下:(1)通过对低浓度氢氟酸体系中铌钽存在形态及性质差异的分析,确定了采用甲基异丁基酮(MIBK)选择性萃取钽从而实现钽铌分离的新流程。(2)利用多元光谱拟合(MSF)法,在ICP-AES中建立了合理的MSF模型,有效校正了萃取液中高浓度钽基体对铌的光谱干扰,建立了适合本实验体系的铌元素的准确测定方法,为后续实验的分析过程的准确性提供了保证。(3)在低浓度氢氟酸体系中,利用MIBK萃取分离钽铌,考察了接触时间、萃取相比、氢氟酸浓度、钽铌浓度、钽铌质量比、H2SO4浓度、温度等因素对钽、铌萃取率及钽铌分离系数的影响。结果表明:在接触时间5 min、萃取相比为5、氢氟酸浓度0.5 mo1·L-1、钽铌浓度60 g·L-1、钽铌质量比为2时,钽、铌的单级萃取率分别为96.01%、0.048%,钽铌分离系数达到近50000。因此在低浓度氢氟酸体系中,以MIBK为萃取剂,可实现钽、铌的高效萃取分离。采用3 mol·L-1硫酸洗涤含钽有机相,相比1:1,洗涤两次即可全部去除其中的微量铌。另外,考察了杂质Fe、Si、A1、Ti等在萃取过程中的行为,结果表明杂质基本不进入含钽有机相。这为高纯钽的制取提供了工艺基础。(4)利用草酸铌结晶法提纯萃余液中的铌,可实现铌与杂质的有效分离,最终Fe、Si、Ti、Al等杂质的含量均达到了行业要求。(5)对MIBK萃取钽的机理进行了初步研究。利用斜率法和饱和容量法测定了萃合物组成,并借助红外光谱和核磁共振波谱手段对萃取前后MIBK进行分析。结果表明:在氢氟酸0.5 mo1·L-1下,钽主要以HTaF6形式存在,只存在少部分的HTaF7。萃取剂MIBK萃取Ta的机理为溶剂化萃取,萃取方程可简写成:3 MIBK+HTaF6=HTaF6·3MIBK。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 前言
  • 1.1.1 铌钽的性质
  • 1.1.2 铌钽的应用
  • 1.1.2.1 在钢铁工业中的应用
  • 1.1.2.2 在电子工业中的应用
  • 1.1.2.3 在航天航空工业中的应用
  • 1.1.2.4 在硬质合金中的应用
  • 1.1.2.5 在石油化学工业中的应用
  • 1.1.2.6 在医学中的应用
  • 1.1.3 铌钽资源的概况
  • 1.1.3.1 国外铌钽资源的概况
  • 1.1.3.2 国内铌钽资源的概况
  • 1.2 铌钽的提取与分离
  • 1.2.1 铌钽的提取冶金
  • 1.2.1.1 碱分解法
  • 1.2.1.2 酸分解法
  • 1.2.1.3 氯化法
  • 1.2.1.4 亚熔盐法
  • 1.2.2 铌钽的分离技术
  • 1.2.2.1 分步结晶法
  • 1.2.2.2 分步蒸馏法
  • 1.2.2.3 离子交换法
  • 1.2.2.4 选择还原法
  • 1.2.2.5 液液萃取法
  • 1.3 本论文研究意义及内容
  • 1.3.1 论文背景
  • 1.3.2 论文意义
  • 1.3.3 论文内容
  • 第二章 铌、钽分析方法的建立
  • 2.1 前言
  • 2.2 实验部分
  • 2.2.1 实验原料与仪器
  • 2.2.2 实验方法
  • 2.2.2.1 溶液的配制
  • 2.2.2.2 MSF模型的建立
  • 2.2.3 分析方法
  • 2.3 实验结果与讨论
  • 2.3.1 分析谱线的选择
  • 2.3.2 光谱干扰的校正
  • 2.3.2.1 MSF模型的建立要求
  • 2.3.2.2 MSF法校正光谱图的效果
  • 2.3.3 方法的准确度、精密度以及检出限
  • 2.3.4 合成样品的分析结果
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 低浓度氢氟酸体系中MIBK萃取分离铌钽工艺研究
  • 3.1 前言
  • 3.2 实验部分
  • 3.2.1 实验原料与仪器
  • 3.2.2 实验方法
  • 3.2.2.1 原料的消解
  • 3.2.2.2 萃取与反萃操作
  • 3.2.3 分析方法
  • 3.3 萃取相关参数计算
  • 3.3.1 分配比(D)
  • 3.3.2 萃取率(E%)
  • A/B)'>3.3.3 分离系数(βA/B)
  • 3.4 实验结果与讨论
  • 3.4.1 接触时间的影响
  • 3.4.2 萃取相比(R=O/A)的影响
  • 3.4.3 氢氟酸浓度的影响
  • 3.4.4 钽铌浓度的影响
  • 3.4.5 钽铌质量比的影响
  • 3.4.6 硫酸浓度的影响
  • 3.4.7 温度的影响
  • 3.5 杂质萃取行为
  • 3.5.1 实验方法
  • 3.5.2 分析方法
  • 3.5.3 实验结果
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 含钽有机相的酸洗净化工艺研究
  • 4.1 前言
  • 4.2 实验部分
  • 4.2.1 实验原料与仪器
  • 4.2.2 实验方法
  • 4.2.3 分析方法
  • 4.3 实验结果与讨论
  • 4.3.1 纯水洗涤结果
  • -1硫酸酸洗结果'>4.3.2 1mol·L-1硫酸酸洗结果
  • -1硫酸酸洗结果'>4.3.3 2mol·L-1硫酸酸洗结果
  • -1硫酸酸洗结果'>4.3.4 3mol·L-1硫酸酸洗结果
  • -1硫酸酸洗结果'>4.3.5 4mol·L-1硫酸酸洗结果
  • 4.3.6 酸洗除铌效果检验
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 萃余液结晶法除杂净化工艺研究
  • 5.1 前言
  • 5.2 实验部分
  • 5.2.1 实验原料与仪器
  • 5.2.2 实验方法
  • 5.2.3 实验流程
  • 5.2.4 分析方法
  • 5.3 实验结果与讨论
  • 5.3.1 沉淀中各杂质的含量
  • 5.3.2 一次晶体中各杂质的含量
  • 5.3.3 二次晶体中各杂质的含量
  • 3浸洗后改进结果'>5.3.4 沉淀HNO3浸洗后改进结果
  • 5.3.4.1 浸洗时间的影响
  • 3浓度的影响'>5.3.4.2 HNO3浓度的影响
  • 5.3.5 结晶母液pH值调节后改进结果
  • 5.3.5.1 一次结晶母液调节pH的结果
  • 5.3.5.2 二次结晶母液调节pH的结果
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 萃取机理探讨
  • 6.1 前言
  • 6.2 实验部分
  • 6.2.1 实验原料与仪器
  • 6.2.2 实验方法
  • 6.2.3 分析方法
  • 6.2.3.1 电感耦合等离子体-原子发射光谱
  • 6.2.3.2 傅立叶红外光谱
  • 6.2.3.3 核磁共振波谱
  • 6.3 实验结果与讨论
  • 6.3.1 萃合物组成的确定
  • 6.3.1.1 斜率法
  • 6.3.1.2 饱和容量法
  • 6.3.2 MIBK萃取前后的红外光谱分析
  • 6.3.3 MIBK萃取前后的核磁共振波谱分析
  • 6.4 本章小结
  • 第七章 结论与展望
  • 7.1 结论
  • 7.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 研究成果及发表的学术论文
  • 作者和导师简介
  • 相关论文文献

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    • [4].低浓度氢氟酸体系中MIBK萃取分离钽铌的研究[J]. 有色金属(冶炼部分) 2012(11)
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    • [10].甲基异丁基酮(MIBK)萃取原子吸收法测定金矿石中金[J]. 云南化工 2018(02)
    • [11].常压尾气热水炉处理MIBK装置有机尾气[J]. 氯碱工业 2015(08)
    • [12].MIBK对苯酚、邻甲基苯酚的萃取性能研究[J]. 山东化工 2018(23)
    • [13].MIBK生产技术特点分析[J]. 化工管理 2016(15)
    • [14].Pd-基金属-酸-碱多功能催化剂的制备及其丙酮一步法合成MIBK性能研究(英文)[J]. 催化学报 2018(08)
    • [15].合金渣中铪的MIBK萃取分离试验[J]. 有色金属(冶炼部分) 2016(08)
    • [16].表面改性氧化铝载体在合成MIBK中的应用[J]. 河南化工 2012(15)
    • [17].用MIBK萃取及EDTA滴定测定铜合金中锌含量[J]. 一重技术 2017(06)
    • [18].MIBK萃取分离铪钛的影响因素研究[J]. 有色金属(冶炼部分) 2015(04)
    • [19].火焰原子吸收测定汽油中铁、锰含量[J]. 黑龙江科技信息 2011(31)
    • [20].富集渣中钽的回收提纯研究[J]. 有色金属(冶炼部分) 2019(09)
    • [21].泡塑富集、MIBK萃取/硫脲浸取FAAS法测定地质样品中低含量金[J]. 甘肃冶金 2008(03)
    • [22].MIBK加氢制MIBC热力学研究[J]. 天然气化工(C1化学与化工) 2019(02)
    • [23].浅谈碎煤加压气化酚回收工艺[J]. 化工管理 2018(06)
    • [24].双硫腙—MIBK萃取火焰原子吸收法测定水中镉[J]. 安徽化工 2008(03)

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