樹(shù)脂除油法在制取低碳氟鉭酸鉀中的實(shí)驗(yàn)研究

洪根德

（廣東廣晟稀有金屬光電新材料有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 513058）

氟鉭酸鉀是生產(chǎn)鉭粉的主要原料，通過(guò)鈉熱還原的方法制取鉭粉[1]。氟鉭酸鉀晶體的質(zhì)量對(duì)電容器用鉭粉的質(zhì)量有很直接的影響。近年來(lái)，隨著高比容鉭電容器行業(yè)的發(fā)展,對(duì)原料氟鉭酸鉀的質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)苛，氟鉭酸鉀的質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目由原來(lái)的的6項(xiàng)增加至了26項(xiàng)[2]，其中碳雜質(zhì)的含量要求穩(wěn)定控制在0.0015%以內(nèi)。鉭粉中碳雜質(zhì)的增加，會(huì)導(dǎo)致鉭電容出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，降低鉭電容的擊穿電壓降低，從而影響鉭電容器的品質(zhì)[3]。追溯氟鉭酸鉀的生產(chǎn)過(guò)程，碳雜質(zhì)主要來(lái)源于鉭鈮濕法萃取分離過(guò)程中，反萃液H2TaF7（以下簡(jiǎn)稱鉭液）中會(huì)溶解和夾帶的有機(jī)萃取劑仲辛醇，仲辛醇有機(jī)在氟鉭酸鉀合成時(shí)會(huì)以吸附、包晶的形式殘留在氟鉭酸鉀晶體中[4]。本實(shí)驗(yàn)主要利用CN-01樹(shù)脂的物理性能，對(duì)鉭液進(jìn)行樹(shù)脂吸附除油的方法，降低鉭液中的有機(jī)（仲辛醇）含量，從而制得碳含量小于0.0015%的氟鉭酸鉀。通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)，樹(shù)脂除油后的鉭液，均能制成含碳量小于0.0015%的氟鉭酸鉀，質(zhì)量穩(wěn)定。

1 低碳氟鉭酸鉀制取技術(shù)概述

由前文分析，氟鉭酸鉀中的雜質(zhì)，主要來(lái)源于鉭鈮濕法萃取分離過(guò)程中，反萃液H2TaF7（以下簡(jiǎn)稱鉭液）中會(huì)溶解和夾帶的有機(jī)萃取劑仲辛醇，仲辛醇有機(jī)在氟鉭酸鉀合成時(shí)會(huì)以吸附、包晶的形式殘留在氟鉭酸鉀晶體中。所以制取低碳氟鉭酸鉀的關(guān)鍵在于除去鉭液中的夾帶有機(jī)（鉭液除油）。目前全國(guó)各廠家采用的技術(shù)路徑大相徑同：有的采用氣浮的方法對(duì)鉭液進(jìn)行除油；有的采用超聲波破乳的方法，凈化鉭液；也有用活性炭吸附的方法進(jìn)行除油。綜合上述方法，經(jīng)過(guò)處理的鉭液，都能制成碳量小于0.0015%的氟鉭酸鉀，但各有各的缺點(diǎn)。比如氣浮法除油的鉭液制得的氟鉭酸鉀中碳雜質(zhì)的含量不是很穩(wěn)定，時(shí)高時(shí)低，穩(wěn)定性差；超聲波破乳法的處理單位成本偏高；活性炭除油法能穩(wěn)定得到合格的鉭液，但是活性炭運(yùn)行一段時(shí)間需要再生，而且吸附的有機(jī)不能回用于前段萃取工序[5]。本實(shí)驗(yàn)采用的CN-01樹(shù)脂，學(xué)名乙烯基-丙烯氰共聚物凝膠型樹(shù)脂，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和滲透穩(wěn)定性，近年來(lái)在反萃液、萃余液的的除油方面嶄露頭角，成為一種新的除油運(yùn)用方式。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

樹(shù)脂除油主要是利用萃取有機(jī)和樹(shù)脂的親水性和疏水性的物理性能來(lái)完成的。本實(shí)驗(yàn)采用的CN-01樹(shù)脂的親油基團(tuán)能吸附油脂，在鉭液通過(guò)樹(shù)脂除油塔時(shí)，夾帶在鉭液中的有機(jī)能吸附在樹(shù)脂上；當(dāng)樹(shù)脂上的有機(jī)聚集到一定濃積時(shí)，樹(shù)脂發(fā)揮其疏水性能，有機(jī)物會(huì)脫離樹(shù)脂上浮，形成油相，從而使水相和油相分離，上浮的有機(jī)能重新回到萃取工序再利用，樹(shù)脂也能長(zhǎng)期使用而不必再生[6]。

2.2 實(shí)驗(yàn)的原料和設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)的原料為萃取車間不同批次的鉭液6批，鉭液的濃度從32.3g/l～50.6g/l不等，鉭液的含油率見(jiàn)表1。

表1 6批次原始鉭液的情況

本實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)備為樹(shù)脂除油塔，裝入的CN-01型樹(shù)脂的體積8L，MP-30R型磁力驅(qū)動(dòng)泵，最大流量30L/min。

2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

本實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)對(duì)6批次的鉭液，用磁力驅(qū)動(dòng)泵在樹(shù)脂除油塔中連續(xù)循環(huán)除油，然后把除油后的鉭液制成氟鉭酸鉀晶體。通過(guò)除油前后鉭液中有機(jī)物的分析對(duì)比和氟鉭酸鉀中碳含量的測(cè)定，來(lái)衡量樹(shù)脂除油在制取低碳氟鉭酸鉀中的適用性。具體的實(shí)驗(yàn)流程如圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 樹(shù)脂除油塔的除油效果

實(shí)驗(yàn)條件：用MP-30R型磁力驅(qū)動(dòng)泵，把鉭液泵入除油塔進(jìn)行循環(huán)除油，循環(huán)時(shí)間為8小時(shí)，流量20L/h，并對(duì)除油前和除油后的鉭液進(jìn)行含油量分析，然后把除油前和除油后的鉭液分別制成氟鉭酸鉀晶體，分析晶體中的碳含量，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

圖2 不同批次鉭液樹(shù)脂除油前后含油量對(duì)比圖

從表1中看出，濃度越低的鉭液中含有的有機(jī)量越低，但是考慮氟鉭酸鉀結(jié)晶的收率，一般實(shí)際生產(chǎn)中，鉭液的濃度控制在45g.l-1左右為宜，太低的鉭液濃度，雖然達(dá)到碳含量更低的氟鉭酸鉀，但是收率偏低。所以不宜采用降低鉭液濃度的手段來(lái)得到低碳氟鉭酸鉀。

從表2可以看出，鉭液中的含有量在除油前后發(fā)生了顯著的變化，含油量從最高的23.1mg.l-1降到了4.8mg.l-1除油效率為79.2%，除油效果良好；除油后的鉭液，通過(guò)加熱、合成、冷卻、洗滌、烘干等一系列流程，制成氟鉭酸鉀晶體，氟鉭酸鉀晶體中碳的含量在0.0011%到0.0014%之間，達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。

從表2和圖2中也可以看出，除油率與原液的原始含油量有密切的關(guān)系，不同含油量的原液通過(guò)在樹(shù)脂除油塔中循環(huán)，含油量會(huì)將至中位值4.1mg.l-1，當(dāng)鉭液的含油量降到為4.1mg.l-1左右時(shí)，鉭液的含油量很難再繼續(xù)下降。說(shuō)明CN-01型樹(shù)脂對(duì)鉭液中的有機(jī)吸附能力有一定的限制，不能無(wú)限吸附。

3.2 不同流速對(duì)除油效果的影響

實(shí)驗(yàn)條件：通過(guò)對(duì)含油量為20.3mg.l-1的原液，分別以10L/h，15L/h，20L/h，125L/h，30L/h的流速，在除油塔中進(jìn)行循環(huán)除油，循環(huán)時(shí)間為8小時(shí)。除油塔對(duì)鉭液的出油率分別為：82.8%，81.3%，78.8%，66.0%，44.8%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可以看出，隨著的流速的增大，鉭液的除油效率會(huì)出現(xiàn)降低，分析其原因，過(guò)快的流速會(huì)降低樹(shù)脂和有機(jī)的接觸時(shí)間，并影響有機(jī)在樹(shù)脂上的聚集上浮效果，從而影響樹(shù)脂的出油率。

圖3 鉭液流量對(duì)除油率的影響

4 結(jié)論

（1）CN-01型樹(shù)脂是一種理想的除油樹(shù)脂，用裝填CN-01型樹(shù)脂的除油塔對(duì)鉭液中有機(jī)的去除有明顯的效果。通過(guò)樹(shù)脂除油后的鉭液，制成氟鉭酸鉀產(chǎn)品，其碳雜質(zhì)含量穩(wěn)定的0.0015%以下，符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的預(yù)期。

（2）延長(zhǎng)樹(shù)脂與鉭液的接觸時(shí)間，可強(qiáng)化除油的效果，在實(shí)際生產(chǎn)中，可以通過(guò)加大樹(shù)脂柱的體積、降低鉭液的流速和增加循環(huán)時(shí)間等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。