Конденсация хлоридов

Парогазовая смесь содержит хлориды ниобия и тантала, титана, железа, алюминия, кремния, а также СО₂, СО, небольшие концентрации фосгена (СОС1₂), хлора, соляной кислоты.

На выходе из хлоратора ПГС имеет температуру 750–800 °С. Получила распространение раздельная система, в которой последовательно осуществляется конденсация твердых хлоридов (NbOCl₃, TaCl₅ и др.) в пылевых камерах при 200–140 °С, а затем жидких хлоридов (TiCl₄, SiCl₄) в оросительных конденсаторах с орошением охлажденным TiCl₄. Действие солевого фильтра основано на образовании FeС1₃ и А1С1₃ с хлоридами натрия или калия легкоплавких комплексных солей типа МеА1Сl₄ или МeFeCl₄ (где Me – Na, К), термически устойчивых и обладающих низким давлением паров при 300–500 °С.

При 300–500 °С над солевыми расплавами систем NaCl–FeCl₃–А1С1₃ и КС1–FеС1₃–А1С1₃ давление паров других составляющих ПГС (NbOCl₃, NbCl₅, ТаС1_5, ТiС1₄) высокое, поэтому они не поглощаются расплавом солевого фильтра. Среди различных аппаратов для солевой очистки наиболее перспективен колонный аппарат с циркуляцией расплава хлоридов щелочных металлов, осуществляемой с помощью аэролифтного устройства (рисунок 2).

В солевом фильтре, помимо FeCl₃ и А1С1₃, улавливаются твердые частицы, содержащиеся в ПГС. Недостаток раздельной системы конденсации – неполное улавливание твердых хлоридов (NbOCl₃, NbCl₅, ТаС1₅) в пылевых камерах.

Рисунок 2 – Солевой фильтр с аэролифтной циркуляцией расплава:

1 – корпус фильтра, футерованный шамотным кирпичом; 2 – каплеуловительная камера; 3 – инертная насадка; 4 – газоход; 5 – колосниковая решётка; 6 – аэролифтная труба; 7 - патрубок для вывода ПГС; 8 – загрузочный бункер кусков NaCl

После отстаивания из уплотненного осадка в специальном аппарате испаряют четыреххлористый титан и присоединяют твердый остаток к хлоридам, уловленным в пылевых камерах. Некоторая доля NbCl₅ и ТаС1₅ остается в растворенном состоянии в ТiС1₄. При 18 °С растворимость NbCl₅ и ТаС1₅ в TiCl₄ составляет 0,47 и 0,75% соответственно. NbOCl₃ практически нерастворим в ТiС1₄. При ректификационной очистке последнего NbCl₅ и ТаС1₅ остаются в кубовом остатке.

Поскольку раздельная конденсация в рассматриваемой системе не реализуется, целесообразно осуществлять после солевого фильтра совместную конденсацию твердых и жидких хлоридов в оросительном конденсаторе с последующим отделением твердых хлоридов путем сгущения, а затем отгонки тетрахлорида титана.

Лопаритовые концентраты содержат торий и продукты его распада, поэтому изучали распределение радиоактивности между продуктами хлорирования. Примерно 40 % радиоактивности остается в расплаве хлоратора, ~ 60% - в расплавах солевого фильтра. После солевого фильтра ПГС содержит очень малую долю радиоактивных элементов. Отработанный расплав солевых фильтров «размывают» водой, нейтрализуют и направляют на захоронение в бетонированные хранилища. Значительная часть тантала (~30%) и ниобия (~7%) попадает в конденсат жидкого ТiС1₄, где они находятся в растворе и частично в виде взвеси.

При ректификационной очистке ТiСl₄ растворенные хлориды тантала и ниобия остаются в кубовом остатке, из которого дополнительно извлекаются.

Таким образом, в результате хлорирования лопарита получаются три продукта: «плав», содержащий хлориды РЗМ, конденсат хлоридов тантала и ниобия с примесью железа и технический четыреххлористый титан.

Для получения смеси оксидов тантала и ниобия конденсат хлоридов подвергают гидролитическому разложению:

2NbOС1₃ + (x+3)Н₂О → Nb₂O₅ • xH₂О + 6НС1, (7)

2ТаС1₅ +(x+5)Н₂О→ Та₂О₅ • xН₂0 + 10НС1. (8)

При определенных условиях, которые следует уточнять в каждом случае, гидролиз может быть проведен так, чтобы содержание примеси железа в гидроксидах тантала и ниобия было небольшим. При гидролизе частично отделяется и примесь титана.