钽铌冶炼厂设计(engineering design of tantalum and niobium plant)

以钽铌精矿为原料，经分解、萃取、结晶、还原和精炼等过程，生产钽铌金属及其化合物产品的稀有金属冶炼厂设计。主要设计范围包括：钽铌化合物车间设计和钽铌金属车间设计。生产钽铌产品的主要原料是钽铁矿、铌铁矿、含钽铌锡渣等。生产铌产品主要原料还有烧绿石(黄绿石)。

简史   20世纪20年代，美国最早开始生产钽铌。钽铌分离工艺复杂、成本高，早期发展缓慢。到了40年代，钽电容器和钽铌高温合金的应用得到发展。50年代，萃取法分离钽铌技术和钠还原法生产电容器级钽粉技术的开发，奠定了钽铌工业的发展基础。70年代末，世界用量钽为1400～1500t，铌为1000～1200t。到80年代末，钽粉质量，特别是比电容性能提高，用量下降到1000～1200t，同期铌用量达到1600～1800t。60年代初，中国开始试生产钽铌氧化物、钽铌金属粉和条。1965年采用NiBK(甲基异丁基酮)萃取法、钠还原法和碳还原法技术设计建成宁夏有色金属冶炼厂。1966年包头钢铁公司为利用含铌平炉渣，建成氧化铌和铌铁生产试验厂。1968年，栗木锡矿以含钽铌锡渣为原料，建成钽铌氧化物生产厂。70年代中期，中国已有5个钽铌冶炼厂。80年代末，钽铌金属生产能力达到100t。

产品方案   钽主要用于电子工业、硬质合金、化工和高温材料等领域。铌主要用于高温合金、铌铁、低合金铌钢、反应堆和超导材料。钽(铌)氧化物用于生产光学玻璃、独石电容器、滤波器、压电陶瓷等。一般钽产品有钽粉、条、锭、碳化钽、氟钽酸钾、氧化钽、五氯化钽和钽酸锂等；铌产品有铌粉、条、锭、碳化铌、氟铌酸钾、氧化铌和铌酸锂等。

工艺流程   选择主要取决于原料和产品质量要求。以钽铌精矿为原料，生产钽铌工艺主要流程见图1、图2和图3。钽铌化合物生产包括氢氟酸和硫酸分解精矿、甲基异丁基酮(MiBK)萃取、氟化结晶、氨沉淀等工序。主要产品是氟钽酸钾、氧化钽和氧化铌。早期的工艺如碱熔法、氯化分离法和分步结晶法等，由于流程长、生产效率低、成本高、难于得到纯化合物而逐渐被淘汰。钽铌金属生产工艺有钠热还原法、碳热还原法和熔盐电解法。电容器级钽粉主要采用钠还原氟钽酸钾和高真空熔炼提纯氢化工艺。碳还原法主要生产碳化钽和铌条。熔盐电解法主要生产冶金级钽粉。五氯化钽氢还原技术德国用于生产超细超高比电容钽粉。烧绿石生产氧化铌然后用铝热法生产粗铌，再经高温处理脱铝和用电子轰击精炼生产纯铌锭，工艺流程短，但设备昂贵，适用于大型铌厂。钽铌金属提纯主要有重熔法、电子轰击熔炼法和区熔法等。钽铌吸气性强，采用电弧熔炼法较少。含钽铌锡渣富集技术有电炉碳热还原法、酸处理富集法和氯化分离法等。

车间组成   一般有钽铌化合物车间(包括萃取、结晶、沉淀、烘干、煅烧)和钽铌金属车间(包括碳化、还原、制粉、精炼)，有时还设富集车间，处理低品位钽铌锡渣，富集钽铌。

技术特点   钽铌矿多含有放射性元素，生产过程中产生放射性排放物，选择厂址时须充分考虑环境污染的影响和“三废”处理后的排放条件；工厂布置须充分考虑钽铌化合物车间对厂区的环境影响。钽铌金属精炼设备昂贵，利用一套设备生产多品种金属(如钨、钼、锆、铪等)的产品设计方案，可充分利用设备生产能力，提高经济效益。

主要技术经济指标   使用钽铌铁精矿生产10000～15000μfv/g钽粉和≥99％铌条的主要单耗指标见表。

生产钽粉的直收率为81.5％～83.5％，总回收率为86％～88％；生产铌条的直收率为84％～86％，总回收率为87％～89％。