2.3.8.2. Разделение тантала и ниобия экстракцией

Экстракционное разделение тантала и ниобия с одновременной их очисткой от примесей других элементов (Si, Ti, Fe, Mn, Sn и др.) ведут из растворов фтористых соединений тантала и ниобия, содержащих плавиковую и серную кислоты.

Для разделения используют два типа экстрагентов: трибутилфосфат (ТБФ) и кетоны [метилизобутилкетон (МИБК) и циклогеканон].

ТБФ отличается от МИБК более высокими температурами кипения и воспламенения и меньшей растворимостью в воде. Его недостаток – высокие плотность и вязкость, однако при использовании ТБФ для экстракционного разделения тантала и ниобия органическая и водная фазы хорошо разделяются.

Тантал хорошо экстрагируется ТБФ и кетонами из слабо- и сильнокислых растворов, тогда как ниобий экстрагируется только при концентрации HF более 4 н.м.

TaF₇^2- + 2H⁺ + 3 ТБФ + 4 Н₂О = [H₉O₄⁺∙3 TБФ] HTaF₇ (2.76)

NbОF₅^2- + 4 H⁺ + 2 F^-+ 3 ТБФ + 3 H₂O = [H₉O₄⁺ ∙ 3 ТБФ] HNbF₇ (2.77)

Экстракционное разделение тантала и ниобия обычно состоит из трех стадий:

1. Совместная экстракция тантала и ниобия с целью их отделения от сопутствующих элементов из растворов с концентрацией 5 – 8 н. HF и 4 – 5 н. H₂S0₄.

2. Избирательная реэкстракция ниобия из экстракта водой.

3. Реэкстракция тантала водными растворами солей, например фтористого аммония.

Для экстракции применяют аппараты двух типов – каскад смесителей-отстойников и пульсационные колонны. Из реэкстрактов осаждают добавлением растворов аммиака чистые гидратированные пятиокиси ниобия и тантала. Содержание в них примесей не превышает сотых долей процента. Содержание тантала в Nb₂О₅ и соответственно ниобия в Та₂О₅ менее 0,03 %.

2.3.8.3. Разделение тантала и ниобия ректификацией хлоридов

Смесь пятихлористых тантала и ниобия можно успешно разделить ректификацией, поскольку точки кипения хлоридов отличаются на 14,3 °С (точки кипения ТаС1₅ и NbCl₅ равны 234,0 и 248,3 °С соответственно). При нормальном давлении относительная летучесть этой системы (или коэффициент разделения) равна 1,38.

2 NbOCl₃ + CC1₄ = 2 NbCl₅ + CО₂ (2.78)

При хлорировании NbCl₅ и TaCl₅ отгоняются и получают конденсат смеси хлоридов.

Для очистки от хлорного железа, которое затрудняет ректификационное разделение, пятихлористые тантал и ниобий перегоняют в атмосфере водорода при 350 ^оС. При этом FeCl₃ восстанавливается до малолетучего FeCl₂.

При разделении смеси хлоридов с преобладающим содержанием ниобия технологическая схема разделения cостоит из следующих стадий:

1) предварительной ректификации для отделения хлоридов тантала и ниобия от сопутствующих примесей (Ti, Si, A1 и др.);

2) основной ректификации — получение чистого NbCl₅ и концентрата ТаС1₅;

3) ректификации танталовой фракции (получение чистого TaCl₅).

Метод ректификации отличается высокой производительностью и эффективностью разделения. Полученные чистые хлориды тантала и ниобия могут служить исходными соединениями для получения тантала и ниобия.