以氟鈮酸為原料制備氫氧化鈮沉淀的方法
【專利說明】
[0001]
技術領域： 本發明涉及一種制備氫氧化鈮沉淀的方法，特別是采用密閉體系中以氟鈮酸為原料制 備氫氧化鈮沉淀的方法。
[0002] 技術背景： 鈮是重要的稀有金屬，被廣泛用于航天航空、原子能、冶金、電子通訊、石油化工、玻璃 陶瓷等工業領域，世界各國政府高度重視鈮工業戰略材料的發展。
[0003] 氧化鈮是一種重要的鈮產品，位于鈮產業鏈中的源頭，幾乎所有鈮的其它產品，都 是以氧化鈮為原料而制得。氧化鈮還是功能陶瓷材料、超導材料、鈮酸鋰單晶、光學玻璃、硬 質合金、催化劑等常用的重要原料。近年來，氧化鈮的消費非常活躍，世界鈮需求量年平均 增幅穩定在10%以上，我國是鈮消費大國，年均增幅接近30%。隨著鈮的應用不斷深化，預計 未來氧化鈮的需求將繼續保持比較高的增長速度。
[0004] 目前氧化鈮的制備方法普遍采用HF-H2SO4-MIBK濕法冶金工藝，其工藝流程為 鉭鈮精礦磨碎后，用HF-H2SO4-酸分解，分解液用有機溶劑萃取，含鉭鈮有機相凈化除 雜后，用反鈮液反萃取得到氟鈮酸水溶液，氟鈮酸水溶液用堿中和沉淀，再經過過濾、烘 干、煅燒即可制取Nb2O5。其中氟鈮酸的中和沉淀一步，工業生產通常使用液氨轉化為氨氣 后進行沉淀。氨氣的優點是成本相對低廉，雜質易去除，利于大規模生產，所以在氧化鈮的 制備中，氨氣是工業生產最常用的沉淀劑。現有的常采用的工藝為在開放體系中將氨氣通 入酸性的氟鈮酸體系將其轉化為氫氧化鈮進行中和沉淀，該方法會不可避免地存在氨氣的 大量外逸，造成生產成本的增加，同時給環保治理帶來較大的壓力。
[0005] 另一方面，在以氟鈮酸體系制備氫氧化鈮沉淀物的過程中，由于是在尚開的生產 裝置中進行，因此，通常是在常溫常壓下進行生產，這樣就存在反應過程中，反應速度較慢， 同時采用現有的生產方式，對操作人員的安全生產存在一定的隱患，且氨氣的使用量相應 的增加，造成一定的浪費，對環境也造成污染，并相應的增加了氧化鈮的生產成本。
[0006]
【發明內容】
： 本發明就是要提供一種以氟鈮酸為原料制備氫氧化鈮沉淀的方法，其針對現有工藝的 不足，采用在密閉體系中一定的壓力條件下通入氨氣，制得氫氧化鈮沉淀物，既加快了反應 速度，同時又能夠實現對通入氨氣量的控制，最大限度地節約了生產成本，由于沒有氨氣的 逸出，突破了目前在敞開體系下通氨中和的做法，實現了氨氣的零排放，不會對環境的污染 問題。
[0007] 本發明提供一種以氟鈮酸為原料制備氫氧化鈮沉淀的方法，包括氟鈮酸原料，其 是在密閉的反應裝置中，于一定的反應溫度和壓力及溶劑存在條件下，將含有氟鈮酸的溶 液在密閉的反應體系中使氨氣和氟鈮酸進行反應，制得氫氧化鈮沉淀物；控制所述氨氣和 氟鈮酸的質量摩爾比為20 :1-1 :20。
[0008] 本發明所述溶劑為在反應條件下為液態的化學物質，所述液態的化學物質為水和 /或化學結構中含有至少一個氧原子的氧化溶劑。
[0009] 本發明優選控制所述反應溫度為-10°C -150°c。
[0010] 本發明優選控制所述反應壓力為Iatm-IOatm下進行。
[0011] 本發明優選是控制氨氣和氟鈮酸反應時間為1-2900分鐘。
[0012] 本發明所述氧化溶劑為含氧烴類化合物，所述含氧烴類化合物優選為醇類、醚類、 酮類及其類似化合物中任意一種。
[0013] 本發明所述氧化溶劑進一步優選為C1-Cltl中的任意一醇類化合物或幾種醇類的化 合物的混合。
[0014] 本發明以氟鈮酸為原料制備氫氧化鈮沉淀的方法，采用在密閉體系中一定的溫度 和壓力條件下通入氨氣，制得氫氧化鈮沉淀物，既加快了反應速度，同時又能夠實現對通入 氨氣量的有效控制，最大限度地節約了生產成本，由于沒有氨氣的逸出，突破了目前在敞開 體系下通氨中和的做法，實現了氨氣的零排放，不會對環境的污染問題，同時保障了操作工 人的安全生產。
[0015]
【具體實施方式】： 通過下述實施例對本發明作進一步的詳細說明，其將有助于進一步理解本發明技術方 案，但不限制本發明的內容。
[0016] 本發明是通過以下技術方案實現的，在一個盛有氟鈮酸溶液的密閉容器內的反應 裝置中，在一定溫度和壓力下通入氨氣，反應結束后停止通氨，物料進入下一道處理工序； 本發明所述的方法可以用任何適當形式的密閉反應容器或裝置如固定床、傳送床、流 化床、攪拌漿料或CSTR反應器以及間歇、連續、或者半連續的方式進行，因此反應物可以整 批地或者順序地進行反應； 本發明的方法還要求采用一種溶劑；合適的溶劑包括在本發明進行反應的過程中的反 應條件下為液態的任何化學物質，包括但不限于含氧烴類如醇類，以及水；優選的溶劑是化 學結構中含有至少一個氧原子的氧化溶劑。所述的氧化溶劑包括水和含氧烴類如醇類、醚 類、酮類及其類似物； 優選的氧化溶劑包括低碳脂肪族Cl-Cio的醇類如甲醇、乙醇、異丙醇和叔丁醇，或者 它們的混合物，以及水；也可采用上述醇與水的混合物；一個特別優選的溶劑是水； 根據本發明的反應是在足以獲得所需氟鈮酸中和的溫度下進行的，優選在0 - 150 °C 下進行，更優選在20 - 120 °C下進行。約1分鐘-48小時，更優選為1分鐘-8小時 的反應或停留時間是典型優選的。盡管反應也能在大氣壓力下進行，但其有利地在1 - 100 個大氣壓即Iatm-IOatm的壓力下工作； 本發明所用氨氣的量可以在氟鈮酸體系所含的酸度與通入氨氣的摩爾比基礎上確定； 一般控制氨氣與氟鈮酸的質量摩爾比為20:1-1:20。
[0017] 實施例1: 在密閉的反應裝置體系中，通入氨氣中和氟鈮酸制備氫氧化鈮沉淀，本實施例使用溶 劑為水，于裝有磁力攪拌器的容器中250 mL容器中加入100 mL氟鈮酸水溶液，鈮含量為 167g/L，反應器關閉，再將壓力為I atm氨氣通入至上述反應器中，在溫度為10 °C下攪拌 反應3 h，控制氨氣和氟鈮酸的質量摩爾比為10 :1，反應結束后，出現大量白色固體即為氫 氧化鈮沉淀；抽濾得到的白色固體經過洗滌、煅燒制備得到99%的氧化鈮16. 50 g。
[0018] 實施例2: 在密閉反應裝置的體系中，通入氨氣中和氟鈮酸制備氫氧化鈮沉淀，在裝有磁力攪拌 器的容器中250 mL容器中加入100 mL氟鈮酸水溶液，反應器關閉，再將壓力為5 atm氨氣 通入至上述反應器中，在30 °C下攪拌30 min。控制氨氣和氟鈮酸的質量摩爾比為1:10,反 應結束后，出現大量氫氧化鈮沉淀白色固體。抽濾得到的白色固體經過洗滌、煅燒得到99% 的氧化銀16. 53 g。
[0019] 實施例3: 本實施例中的反應條件，除下述說明外其余未說明之處與實施例1或2相同，在密閉反 應裝置的體系中，通入氨氣中和氟鈮酸制備氫氧化鈮沉淀，本實施例中使用的溶劑為醇類， 優選使用乙醇和水溶液，控制氨氣和氟銀酸的質量摩爾比為5 :1，得到99%的氧化銀16. 54 g°
[0020] 對比實施例1: 敞開體系通入氨氣中和氟鈮酸制備氫氧化鈮沉淀，在裝有磁力攪拌器的容器中250 mL 容器中加入100 mL氟鈮酸水溶液，反應器敞開的條件下將氨氣通入至上述反應器中，在10 °C下攪拌8 h。反應結束后，出現大量白色固體。抽濾得到的白色固體經過洗滌、煅燒得到 99%的氧化鈮16. 39 g。
[0021] 對比實施例2: 敞開體系通入氨氣中和氟鈮酸制備氫氧化鈮沉淀，在裝有磁力攪拌器的容器中250 mL 容器中加入100 mL氟鈮酸水溶液，反應器敞開的條件下將氨氣通入至上述反應器中，在30 °C下攪拌4 h。反應結束后，出現大量白色固體。抽濾得到的白色固體經過洗滌、煅燒得到 99%的氧化鈮16. 45g。
[0022] 以上所述僅為本發明之較佳實施例而己，并非以此限制本發明的實施范圍，皆應 涵蓋于本權利要求書所界定的保護范疇之內。
[0023] 下表1為使用本發明方法和使用現有技術方法制備氫氧化鈮沉淀后，再生產氧化 鈮的結果。
[0024] 表1通氨中和氟鈮酸制備氫氧化鈮沉淀結果
說明：表1中的1*、2*表示與的本發明方案實施例1、2對照實施例，從上表可以看出對 照實施方案中的氨氣的用量是本發明方法的3-5倍，且反應的時間更長；反應得率略低。
【主權項】
1. 一種以氟鈮酸為原料制備氫氧化鈮沉淀的方法，包括氟鈮酸原料，其特征是在密閉 的反應裝置中，于一定的反應溫度和壓力及溶劑存在條件下，將含有氟鈮酸的溶液在密閉 的反應體系中使氨氣和氟鈮酸進行反應，制得氫氧化鈮沉淀物；控制所述氨氣和氟鈮酸的 摩爾比為20 :1-1 :20。2. 如權利要求1所述的以氟鈮酸為原料制備氫氧化鈮沉淀的方法，其特征是所述溶劑 為在反應條件下為液態的化學物質，所述液態的化學物質為水和/或化學結構中含有至少 一個氧原子的氧化溶劑。3. 如權利要求1所述的以氟鈮酸為原料制備氫氧化鈮沉淀的方法，其特征控制所述反 應溫度為-l〇°C -150°C。4. 如權利要求1所述的以氟鈮酸為原料制備氫氧化鈮沉淀的方法，其特征是控制所述 反應壓力為Iatm-IOatm下進行。5. 如權利要求1所述的以氟鈮酸為原料制備氫氧化鈮沉淀的方法，其特征是控制氨氣 和氟鈮酸反應時間為1-2900分鐘。6. 如權利要求2所述的以氟鈮酸為原料制備氫氧化鈮沉淀的方法，其特征所述氧化 溶劑為含氧烴類化合物，所述含氧烴類化合物為醇類、醚類、酮類及其類似化合物中任意一 種。7. 如權利要求2或6所述的以氟鈮酸為原料制備氫氧化鈮沉淀的方法，其特征所述氧 化溶劑為C1-Cltl中的任意一醇類化合物或幾種醇類的化合物的混合。
【專利摘要】本發明提供一種以氟鈮酸為原料制備氫氧化鈮沉淀的方法，其針對現有工藝的不足，采用在密閉體系中一定的壓力條件下通入氨氣，制得氫氧化鈮沉淀物，包括氟鈮酸原料，其是在密閉的反應裝置中，于一定的反應溫度和壓力及溶劑存在條件下，將含有氟鈮酸的溶液在密閉的反應體系中使氨氣和氟鈮酸進行反應，制得氫氧化鈮沉淀物；既加快了反應速度，同時又能夠實現對通入氨氣量的控制，最大限度地節約了生產成本，由于沒有氨氣的逸出，突破了目前在敞開體系下通氨中和的做法，實現了氨氣的零排放，不會對環境的污染問題。
【IPC分類】C01G33/00
【公開號】CN104986800
【申請號】CN201510410570
【發明人】王常清, 易艷萍
【申請人】宜春金洋新材料股份有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月14日