关键词：
碱性水热法
提铌
铌的溶解行为
未反应核模型
摘要：
我国的铌资源储量丰富,但矿石品位低。碱性水热法处理低品位铌精矿不仅可提高金属铌的回收率,而且可避免工业氢氟酸法对设备的腐蚀和环境的危害,具有广阔的应用前景。目前,关于KOH碱性水热法提铌工艺中铌的物理化学行为的研究还比较少。因此,开展碱性水热法提铌工艺,进行基础性研究,为实际生产提供理论依据具有重要意义。本文以纯NbO及人造铌精矿为出发原料,在水分蒸发率及高温填充率计算、热力学计算、电位-pH图绘制等理论分析基础上,通过常压溶解试验及浸出试验,并结合X射线衍射、扫描电镜和电感耦合等离子等现代化分析检测手段,探究了铌元素在不同pH值的KOH溶液中的溶解行为。同时,本研究对铌元素的浸出动力学模型进行了构建,探讨了动力学反应机理和反应的限制性环节。相关研究成果如下:(1)水分蒸发率与高温填充率的计算结果表明:温度一定时,常温填充率越小,水分的蒸发率越大,对KOH溶液的浓度影响较大;温度越高,高温填充率越大;常温填充率越大,高温填充率随温度的变化幅度越大。为了操作安全与试验准确性,本试验选择常温填充率为25%。(2)相图分析结合X射线衍射分析、扫描电镜等检测分析表明:人造铌精矿的矿化产物为FeNbO(FeO·NbO)、FeTiO(FeO·3TiO)、FeNbO、SiO、FeO、NbO等。(3)电位-pH图分析表明:在pH>9的碱性条件下,铌元素可浸出NbO,而铁元素、钛元素却以固体状态稳定存在,即选择适当的碱浸工艺可实现铌浸出,而阻止铁、钛元素进入浸出液,有利于浸出液中铌元素的回收。因此,KOH碱性水热法浸出铌精矿的方法在理论上是可行的。(4)常压溶解试验中:当溶液pH>14时,常压下KOH溶液溶解纯NbO粉末所得溶液中铌酸钾的存在形式为KNbO。当溶液pH<14时,由于检测手段的精度限制,浸出原液中K、Nb元素的含量误差较大,仍需要进一步探究。KOH溶液溶解纯NbO的化学反应方程式为:8OH(aq)+3NbO(s)=NbO(aq)+4HO(5)铌精矿浸出试验的动力学分析表明铌精矿在KOH溶液中的浸出过程符合固体产物层扩散控制的未反应核模型;XRD及SEM-EDS分析表明有固体产物层生成;[Nb6O19]8-离子通过固相产物层的内扩散步骤为该浸出过程的限制性环节;在反应温度为120～180℃,KOH溶液初始浓度为6mol·L,碱矿比为4:1的条件下,铌精矿在KOH溶液中的动力学方程为:1+2(1-X)-3(1-X)=12.83·exp(-27649/RT)·t且计算得到该浸出反应的表观活化能为27.649kJ·mol。
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