机械活化低品位、难分解钽铌矿碱性水热浸出新过程基础研究

稀有金属钽铌冶金现行工艺氟污染严重，且难于处理我国特色的低品位、难处理钽铌矿。本项目针对钽铌冶金现状，依据清洁冶金原理，提出机械活化低品位、难分解钽铌矿碱性水热浸出新方法，通过机械活化-碱性水热浸出的新过程，同步解决现行工艺氟污染严重、资源利用率低的问题。本项目拟从能量学的角度出发，研究钽铌矿机械活化储能和耗散规律及其对钽铌矿碱性水热浸出过程的强化规律，并结合活化矿物的结构变化研究，揭示机械活化储能及耗散的机理，以实现对机械活化过程的调控，获得最佳活化效果。在此基础上，进一步研究机械活化钽铌矿碱性水热浸出新过程的动力学规律、相平衡规律及反应-分离耦合规律，获取过程调控的规律，为取代现行重污染的氢氟酸工艺，建立钽铌湿法清洁冶金新工艺提供理论依据。新过程使用无氟原料，从源头消除了氟污染，可实现钽铌资源的高效-清洁利用，其研究成果对我国特色钽铌资源的可持续利用具有重要的科学意义。

针对我国特色的低品位、难处理钽铌矿，依据清洁冶金原理，提出了机械活化碱性水热浸出新方法。研究了机械活化钽铌矿在碱性水热体系中的宏观反应动力学，查明了浸出过程活化能及浸出机理随机械活化过程的变化规律，从动力学角度阐明了机械活化强化分解机理；运用X-射线衍射、红外、粒度、比表面及扫描电镜等分析手段研究了机械活化钽铌矿的结构变化规律，在结构变化规律的基础上，对机械活化机理进行了初步探讨，从结构变化的角度阐明了机械活化强化分解机理；首次采用微量热法对钽铌矿的机械活化储能前期释放进行了直接量热研究，证明了机械活化钽铌矿在直接量热过程中存在机械活化储能前期释放，查明了机械活化储能前期释放规律；设计了热化学循环，对钽铌矿的机械活化储能进行溶解量热研究，测定了机械活化钽铌矿的机械活化储能，并查明机械活化储能主要由于晶格畸变，导致位能增加、体系能量增高，而不以表面化学活性点储能为主；应用过渡态理论初步探讨了钽铌矿机械活化储能对其溶解反应动力学的影响。在上述研究的基础上进一步优化了机械活化钽铌矿碱性水热浸出工艺条件，绘制了Nb2O5-K2O-H2O体系相图，确定了钽铌酸钾与碱介质结晶分离制度并制得了纯度>99%的钽铌混合氧化物；针对钽铌混合氧化物，开发了钽铌低酸度萃取分离工艺，制得了纯度为99.99%的五氧化二钽产品。新过程使用无氟原料，从源头消除了氟污染，可实现钽铌资源的高效-清洁利用，其研究成果对我国特色钽铌资源的可持续利用具有重要的科学意义。