Ректификация

Смесь пентахлоридов тантала и ниобия можно успешно разделить ректификацией, поскольку точка кипения хлоридов отличается.

Разделение тантала и ниобия ректификацией выгодно использовать в том случае, когда рудные концентраты перерабатывают хлорным методом, получая конденсат хлоридов тантала и ниобия, например при переработке лопаритовых концентратов. В результате хлорирования концентрата обычно получают конденсат, в котором значительная часть ниобия находится в составе оксихлорида NbOСl₃. Поэтому необходимо дополнительное хлорирование для перевода оксихлорида в хлорид. Это легко осуществить, хлорируя материал четыреххлористым углеродом при 350° С:

2NbOСl₃ + СС1₄ → 2NbС1₅ + СО_2. (9)

В отечественной литературе описаны лабораторные опыты ректификации хлоридов тантала и ниобия в стеклянных тарельчатых колоннах и укрупненные опыты в колоннах из нержавеющей стали. Последние имели 40 реальных тарелок, диаметром колонны 100 мм, объем куба 0,2 м³ (рисунок 3).

Рисунок 3 – Схема ректификационной колонны из нержавеющей стали для разделения хлоридов тантала и ниобия:

1 - основной электронагреватель куба; 2 – пусковой электронагреватель; 3 - куб колонны; 4 - датчик манометра; 5 -ректификационная колонна; 6 - переливной патрубок; 7 - дырчатая тарелка; 8 - конденсатор; 9 – смотровое стекло; 10 - трубы конденсатора; 11 - штуцер подачи воды; 12 - холодильник паров теплоносителя; 13 - система регулирования давления; 14 - датчик манометра; 15 - линия сброса давления в колонне; 16 - кран отбора дистиллята

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

1) предварительной ректификации для отделения от хлоридов тантала и ниобия сопутствующих примесей;

2) основной ректификации (получение чистого NbСl₅ и концентрата ТаСl₅);

3) ректификации танталовой фракции (получение чистого ТаСl₅).

Основные примеси, содержащиеся в технических хлоридах (Тi, Si, А1), легко отделяются от тантала и ниобия в процессе ректификации. Некоторые затруднения вызывает хлорное железо, которое при ректификации частично распадается. Образующееся мало летучее хлористое железо накапливается на тарелках, нарушая процесс. Кроме того, выделяющийся хлор увеличивает коррозию аппаратуры. Поэтому рекомендуется предварительное отделение железа. Железо можно отделить простой перегонкой хлоридов тантала и ниобия в атмосфере водорода при 350° С. При этом FеС1₃ восстанавливается до FеС1₂. Другой путь очистки состоит в пропускании паров хлоридов через колонку, заполненную кусками (или гранулами) хлористого натрия при 300–500° С. Хлористый натрий связывает FеС1₃ и А1С1₃ в легкоплавкие комплексы NaFеСl₄ и NаА1С1₄, обладающие незначительным давлением паров при 300–500° С.

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

Для получения оксида тантала хлорид тантала подвергают гидролитическому разложению:

2ТаС1₅ +(x+5)Н₂О→ Та₂О₅ • xН₂О + 10НС1. (9)

Затем Та₂О₅ • xН₂О поступает на сушку и прокалку.