以汞為介質(zhì)分離鉭、鈮金屬廢料的研究

頡維平，喻文斌，魯 東，李 輝，張偉寧，郭洪范

（1.寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司，寧夏 石嘴山 753000；2.中色（寧夏）東方集團有限公司，寧夏 石嘴山 753000；3.沈陽化工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110142）

在鉭鈮冶煉、鉭鈮材料制品加工生產(chǎn)過程中會持續(xù)產(chǎn)生鉭鈮廢渣、難分解污染鉭鈮中間產(chǎn)品、爐灰爐渣、鉭鈮的金屬混合邊角料、鉭鈮材質(zhì)制品廢品等鉭鈮混合金屬廢料[1]。這些廢料的傳統(tǒng)處理方法是首先經(jīng)過氫化還原和磨篩制粉的火法工藝，然后進行酸分解、萃取、反萃取、合成、結(jié)晶、沉淀、過濾、洗滌、烘干、焙燒等濕法工藝[2-4]，最終獲取氟鉭酸鉀、氧化鉭及氧化鈮的鉭鈮中間產(chǎn)品。該鉭鈮混合金屬廢料處理方法存在工藝流程長、原輔材料損耗大、在氫化還原和酸分解的過程中會有氫氣參與反應(yīng)或者反應(yīng)放出氫氣而發(fā)生爆炸的安全隱患等問題。

本文的廢料處理方法是通過分析鉭鈮混合金屬廢料產(chǎn)生的原因和來源，對廢料初步進行簡單分類。首先在特殊的設(shè)備中加入一定量的汞，然后把鉭鈮混合金屬廢料加入裝有介質(zhì)汞的特殊設(shè)備中，經(jīng)過充分的攪拌和靜止后，利用鉭和鈮在汞液中分布位置不同的性質(zhì)把鈮廢料和鉭廢料分離開。最后把分離開的鈮金屬廢料或鉭金屬廢料經(jīng)過洗滌去污、擠壓成型后直接入熔煉爐熔煉成符合標準的鈮條或者鉭條。

1 鉭鈮金屬廢料的類型及來源

鉭鈮金屬廢料主要來源有：爐灰爐渣料、切削絲料、鉭鈮材質(zhì)制品加工剩余邊角料及鉭鈮不合格制品廢料。其中爐灰爐渣料是在熔煉爐熔煉鉭鈮錠的過程中積累到爐膛底部和出料口的廢料；切削絲料是鉭鈮錠在表面扒皮拋光、鋸切加工及鉭鈮靶材生產(chǎn)過程中由車床刀頭從鉭鈮錠上面切削下來的絲狀廢料；鉭鈮材質(zhì)制品加工剩余邊角料是在用合格的規(guī)則形狀的鉭鈮金屬加工生產(chǎn)鉭鈮制品后切割剩余的邊角廢料；鉭鈮不合格制品廢料是在鉭鈮制品加工生產(chǎn)過程中生產(chǎn)的不合格殘次品。

2 試驗

2.1 原料

鉭絲（直徑1.5mm，純度99.99%，寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司），鈮絲（直徑1.5mm，純度99.99%，寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司），汞（純度99.999%，上海長祁國際貿(mào)易有限公司），鉭鈮金屬廢料（純度99.99%，寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司）。

表1 鉭鈮金屬廢料主要雜質(zhì)含量（單位：ppm）

2.2 實驗過程

用剪刀把準備好的鈮絲和鉭絲分別剪成長約1-2mm的小顆粒，在其中分別挑選體積、外形相近的鈮顆粒和鉭顆粒各4個，做好標記后備用。打開風(fēng)柜風(fēng)機，戴好防毒面罩，在風(fēng)柜操作倉中把20ml 汞緩慢加入到100ml的玻璃量筒中[5]，然后把備好的4個鈮顆粒和4個鉭顆粒放進盛有汞的玻璃量筒中，用玻璃棒充分攪拌汞液體后靜置一分鐘觀察鉭顆粒和鈮顆粒的分布情況，樣本1如圖 1（a）。

進行重復(fù)驗證實驗，重新分別挑選體積、外形相近的鈮顆粒和鉭顆粒各3個，做好標記后放進盛有汞的玻璃量筒中，用玻璃棒充分攪拌汞液體后靜置一分鐘觀察鉭顆粒和鈮顆粒的分布情況，樣本2如圖1（b）。

圖1 以汞為介質(zhì)分離鉭鈮金屬混合廢料效果

在特殊加工帶攪拌的有機玻璃箱子中加入適量的汞液，再向其中加入20kg鉭鈮金屬混合廢料，經(jīng)過攪拌靜置，撈出上層鈮廢料，然后排出汞液收集下部鉭廢料。重復(fù)進行5次分離操作，共分離100kg鉭鈮金屬混合廢料，經(jīng)稱重，獲得35.9kg鈮金屬和63.6kg鉭金屬。分別洗滌去污分離后的鈮金屬和鉭金屬，然后經(jīng)過擠壓成型，最后在水平爐中直接熔煉成小型鈮條和小型鉭條，其外觀如圖2和圖3。熔煉后所得的鈮條和鉭條經(jīng)過分析，結(jié)果如表2表3。

圖2 鈮條

圖3 鉭條

表2 鈮條分析結(jié)果（單位：ppm）

表3 鉭條分析結(jié)果（單位ppm）

3 結(jié)果與討論

通過進行以汞為介質(zhì)分離鉭鈮金屬混合廢料的實驗，從圖1（a）、圖1（b）實驗效果圖中可以明顯看出金屬鈮和金屬鉭在介質(zhì)汞中的分布部位不同，金屬鈮分布在汞液的表面而金屬鉭則分布在汞液的中下部位。以汞為介質(zhì)可以將鉭鈮混合金屬廢料中的鈮和鉭有效分離開。

以汞為介質(zhì)分離鉭鈮金屬混合廢料后的鈮金屬和鉭金屬可以直接用熔煉爐熔煉成相應(yīng)規(guī)格的鈮條和鉭條。對熔煉所得的鈮條和鉭條進行分析檢測，從表2和表3兩組分析數(shù)據(jù)可以看出熔煉后的鈮條和鉭條均為合格品，鈮條符合標準：Q/DFT011--2008（ND-2）；鉭條符合標準 ：Q/DFT010--2008（TD-2）[6]。

4 結(jié)論

以汞作為介質(zhì)可以有效地把鉭鈮混合金屬廢料中的鈮和鉭分離開，分離后的鈮金屬和鉭金屬可以直接熔煉成合格的鈮條和鉭條。該方法很好的解決了鉭鈮混合金屬廢料傳統(tǒng)處理工藝中存在的工藝流程長、耗時耗力、原輔材料消耗大、生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染嚴重、存在一定安全隱患等問題，所以該方法可以作為一種新型的鉭鈮混合金屬廢料的提取工藝。