[发明专利]一种制备氟钽酸钾的方法

说明书

 

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种由含钽原料（包括钽回收料）制备氟钽酸钾的方法。

背景技术

目前氟钽酸钾生产工艺主要采用钽铌矿分解，加入硫酸调酸后萃取、酸洗、反萃，得到钽溶液，加入氢氟酸、氯化钾进行转化，然后冷却结晶得到氟钽酸钾。该工艺氢氟酸耗量大，并有约10%的氢氟酸以废气的形式排放，成为主要气体污染源；该工艺产生的中间产物结晶后的母液，现阶段主要采用液氮中和的工艺进行回收处理，其回收工艺产生大量含有氨氮的废水，成为主要的水质污染源，对环境污染十分严重。

另外，随着钽电容器的高速发展，全球每年约产生300吨的钽电容器废料（如成型块、烧结块、被膜块、废电容器等），以及钽粉等钽产品生产过程中产生的含钽回收料约120吨/年。其钽回收料处理时产生的废水、废酸等污染物一直该行业头疼的瓶颈问题。迫于环保的压力，德国H.C.Starc公司曾通过改进湿法工艺内部循环途径，并回收各种废料液中的HF（DE402107，US5209910，1993），但该工艺对处理低品位回收料和氨氮处理不能单独使用。国内专利“一种钽铌矿清洁转化方法”（200310100023.1）提出了采用KOH亚熔盐分解钽铌矿，减少HF酸的用量，但只能制备钽铌产品中间体，这些方法总体上均属代价高的前端，回收处理收效小的末端治理。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术氢氟酸耗量大，环境污染严重，氟钽酸钾结晶后的母液回收工艺代价高，收效小，废水排放氨氮含量高等缺陷，提供一种制备氟钽酸钾的方法，减少高毒性的氢氟酸废气和废水的排放，且提高氟钽酸钾回收率。

本发明提供的制备氟钽酸钾的方法，采用钽铌矿或含钽回收料为原料，包括以下步骤：

其中所述母液来自：将钽铌矿进行提取钽，含钽溶液加入氯化钾进行转化，冷却结晶、洗涤得到氟钽酸钾后, 将结晶后的残余液和洗涤后的洗涤液混合形成母液；

（1）分解：原料为钽铌矿时，将钽铌矿与氢氟酸、硫酸按重量比1.0：（1.2～1.8）:（0.4～0.8）配料；原料为含钽回收料时，将含钽回收料与氢氟酸、硫酸、所述母液按重量比1.0：（0.8～1.5）:（0.3～0.8）:（1～2）配料；将上述物料进行搅拌分解反应8～24小时后过滤，得到分解液；

（2）调酸：在上述分解液中加入所述母液、氟硅酸和硫酸进行酸调配，其中分解液：母液：硫酸：氟硅酸的体积比为1：（1～5）：（0.1～0.3）：（0.2～0.8），过滤去除氟硅酸钾沉淀，得到调酸液；

（3）萃取和反萃取：将上述调酸液进行氟钽酸的萃取、酸洗和反萃取，得到钽溶液；

（4）转化：将上述钽溶液加热至80～100℃，加入氢氟酸，其中钽溶液与氢氟酸的体积比为10:（0.5～1），再加入氯化钾进行转化，其中氯化钾与钽溶液中氧化钽的重量比为0.8～0.85，冷却结晶分离得到氟钽酸钾晶体和转化液；

（5）洗涤、烘干：将步骤（4）得到的氟钽酸钾晶体用水洗涤，烘干得到成品，将水洗涤后的洗涤液与步骤（4）结晶后的转化液合并形成新母液，返回步骤（1）和（2）代替所述母液进行分解与调酸，循环进行上述步骤。

步骤（2）中，酸调配使总酸度达到3.5～4.5 mol/L，硫酸酸度达到1～1.5mol/L。

所述氢氟酸、硫酸和氟硅酸质量百分比浓度分别为（40~55）%，（95~99）%，（10~20）%。

作为优选，步骤（3）中萃取剂为仲辛醇，酸洗采用硫酸，反萃取剂为水。

作为优选，步骤（3）调酸液进行10级萃取，8级酸洗，12级反萃取。

本发明所述“含钽回收料”指钽的质量百分含量大于2 %的含钽物料，例如钽电容器废料或钠还原制备钽粉的副产物。

步骤（2）调酸的原理是：母液与氟硅酸反应，直接生成氟硅酸钾沉淀，该沉淀过滤去除，大大降低了调酸液中的K⁺含量，有效提高了氟钽酸萃取率，其化学反应方式是：K₂TaF₇（母液）+H₂SiF₆= H₂TaF₇+ K₂SiF₆↓。

与现有技术相比，本发明的优点有：