氧化鈮的硫酸溶解機理研究

1、氧化鈮的硫酸溶解機理研究氧化鈮的硫酸溶解機理研究劉松巖，何起，李秋菊，孫映(上海大學材料科學與工程學院，省部共建高品質(zhì)特殊鋼冶金與制備國家重點實驗室，上海市鋼鐵冶金新技術(shù)開發(fā)應用重點實驗室，上海200444)摘要：摘要：研究Nb2O5在硫酸中的溶解過程，利用溶解熱力學相圖，結(jié)合前期試驗結(jié)果確定了氧化鈮的溶解產(chǎn)物；通過測定H2SO4Nb2O4SO4H2O溶液體系電導率研究了Nb2O5在硫酸中的強化溶解機理。結(jié)果表明，溶解產(chǎn)物Nb2O4SO

2、4在溶液中是以穩(wěn)定的配合形式存在的，穩(wěn)定常數(shù)為572，根據(jù)配位溶解理論說明配位促進了Nb2O5在酸中的溶解。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：氧化鈮；硫酸；強化溶解；配位溶解；機理中圖分類號：中圖分類號：TF841.6文獻標志碼：文獻標志碼：A文章編號：文章編號：10077545（2018）07000000ResearchonSulfateDissolutionMechanismofNiobiumOxideLIUSongyanHEQiLIQiujuSUN

3、Ying(MaterialScienceEngineeringSchoolShanghaiUniversityProvincialDepartmenttoBuildHighqualitySpecialSteelMetallurgyPreparationoftheStateKeyLabatyShanghaiSteelMetallurgicalNewTechnologyDevelopmentApplicationKeyLabatyShang

4、hai200444China)Abstract：DissolutionprocessofNb2O5insulfuricacidwasstudied.Dissolutionproductsofniobiumoxideweredeterminedbasedonthermodynamicphasediagrampreviousexperimentalresults.DissolutionmechanismofNb2O5insulfuricac

5、idwasinvestigatedbymeasuringconductivityofH2SO4Nb2O4SO4H2Osystem.TheresultsshowthatdissolvedproductNb2O4SO4existsasastablecomplexinsolutionwithstabilityconstantof572.Thecodinationtheyofcodinationdissolutionsuggeststhatdi

6、ssolutionofNb2O5inacidispromoted.Keywds：niobiumoxidesulfuricacidenhanceddissolutioncodinationdissolutionmechanism目前工業(yè)普遍采用高濃度氫氟酸或高濃度氫氟酸—濃硫酸的極端化學條件來提取分解鈮礦[1]，由于氫氟酸介質(zhì)的高毒性和易揮發(fā)性[2]，嚴重影響了生態(tài)環(huán)境[3]。研發(fā)一種以低品位鈮鉭稀土貧礦為原料，提高鈮礦浸出效率，并生產(chǎn)鈮

7、及其合金化合物的低能耗、綠色（無氟）提取新技術(shù)路線，具有重要意義?，F(xiàn)有的含鈮自然礦主要是氧化型礦，鈮在礦中的存在主要以Nb2O5氧化物形式。本課題組前期試驗結(jié)果表明，氧化條件下利用硫酸溶解礦石，有價金屬離子（Mn、Nb、Ta）從礦中溶出進入溶液；采用硫酸雙氧水，以及濃硫酸氧化促進鈮礦的溶解浸出方法[4]，浸出效果好，可解決鈮礦石濕法處理過程中氫氟酸污染環(huán)境的難題，具有較好的應用前景，但是硫酸及雙氧水用量較大[5]，成本過高。本文以Nb2

8、O5在硫酸中的溶解為對象，研究硫酸強化溶解氧化鈮的溶解機理；分析H2SO4Nb2O4SO4H2O溶液體系電導率；探索酸溶含鈮礦相過程中配位強化溶解機理，以期達到提高鈮浸出率的目的。1試驗試驗本試驗采用電導率儀通過測定硫酸溶解Nb2O5過程中溶液的電導率變化，推斷出生成物在溶液中的存在形式，發(fā)現(xiàn)生成物是否為穩(wěn)定性較好的配合物，運用配位溶解理論和配合物穩(wěn)定常數(shù)說明配合產(chǎn)物是否對Nb2O5的溶解起到了強化作用。1.1試驗原試驗原料及過程料及過

9、程選用外購化學純Nb2O5。配置不同濃度的稀硫酸，摩爾濃度分別為1、2、3、4molL，體積均為200mL，待溶液冷卻到室溫（20℃以下）之后，測量其電導率。然后分別在硫酸中加入一定量的氧化鈮，測量與氧化鈮反應平衡時的電導率。1.2氧化鈮在硫酸中的強化溶解研究過程氧化鈮在硫酸中的強化溶解研究過程電導率儀是通過對溶液電導率的測量來分析溶液的導電特性[6]，是研究溶液中分子或者離子之間蒂合效應及溶劑空間結(jié)構(gòu)的有效手段[7]。強電解質(zhì)溶液的電

10、導率隨著濃度的增加，首先是增加，達到某一極大值，然后隨濃度的增加反而下降。弱電解質(zhì)溶液導電率隨濃度變化不明顯，因濃度增加使其電離度減小，濃度中真正起導電作用的粒子數(shù)目變化不大[8]。收稿日期收稿日期：20180128基金項目基金項目：國家自然科學基金資助項目（U1760109）作者簡介作者簡介：劉松巖(1995)，男，遼寧營口人，在讀碩士；通信作者通信作者：李秋菊(1973)，女，山西永濟人，博士，副研究員.doi：10.3969j.i

11、ssn.10077545.2018.07.0092.2氧化鈮在硫酸中的溶解機理氧化鈮在硫酸中的溶解機理在不同濃度的硫酸中，Nb2O5溶解過程的電導率隨時間變化趨勢如圖3所示。雖然溶液的硫酸濃度不同，但是隨著反應的進行溶液電導率的變化趨勢基本一致。剛開始反應時溶液電導率呈增大趨勢，持續(xù)增大到最大值后，隨著反應的繼續(xù)進行，溶液的電導率開始下降，最后趨于穩(wěn)定，而且溶液最終的電導率比初始時稀硫酸電導率低，說明溶液中起導電作用的粒子個數(shù)和電荷數(shù)減

12、少了。02468100.10.20.30.40.50.60.70.80.9電導率(Sm1)時間h4.0molL3.0molL2.0molL1.0molL圖3不同濃度硫酸不同濃度硫酸溶解溶解Nb2O5過程過程中溶液電導率曲線中溶液電導率曲線Fig.3ConductivitycurveofsolutionofdissolvedNb2O5indifferentconcentrationofsulfuricacid產(chǎn)生電導率這一變化的原因有：1

13、）電導率下降是由于生成物Nb2O4SO4不能完全電離造成的。故假設(shè)Nb2O4SO4在溶液中能完全電離，其電離方程式為：Nb2O4SO4=Nb2O42SO42（2）同時，溶液中過量的H2SO4也能完全電離：H2SO4=2HSO42（3）綜合反應離子方程式為：Nb2O52H=Nb2O42H2O（4）溶液中起導電部分的粒子，可以看作是兩個H變成了一個Nb2O42，雖然數(shù)量上有所下降，但是粒子的帶電量是同等增加的，而SO42的帶電量和數(shù)量可看作

14、不發(fā)生變化，溶液整體電導率基本不發(fā)生變化，但是本試驗結(jié)果是電導率下降了，所以產(chǎn)物Nb2O4SO4不能完全電離。2）假設(shè)電導率下降是由于生成物Nb2O4SO4水解造成的，則水解反應如下：Nb2O4SO46H2O=2Nb(OH)5H2SO4（5）由于Nb2O4SO4水解時又會生成H2SO4，H2SO4在溶液中繼續(xù)完全電離。反應式（1）和（5）的綜合反應離子方程式為：Nb2O55H2O=2Nb(OH)5↓（6）實際上可以看作是Nb2O5與水反

15、應生成Nb(OH)5，溶液中起主要導電作用的H和SO42數(shù)量和帶電量均不發(fā)生變化，所以溶液的電導率也基本不發(fā)生變化，因此可以判斷試驗結(jié)果中電導率的變化不是由于Nb2O4SO4的水解反應產(chǎn)生的。綜合以上分析可以得出：反應時電導率的變化是由于生成物Nb2O4SO4的不完全電離產(chǎn)生的，即Nb2O4SO4在溶液中以配合物形式存在。剛開始反應時，溶液中生成的Nb2O4SO4很少，溶液中離子的溶度相對是最高的，所以電導率值變大，隨著反應的進行，反應