【正文】 。 （ 2） 光學(xué)和電子學(xué)方面的應(yīng)用 含 Nb2O510%— 30%的光學(xué)玻璃具有很高的折射率，而且保持著和普通光學(xué)玻璃相同的密度。下面簡(jiǎn)要介紹一下鈮在不同工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。鈮的氧化態(tài)為－ ＋ ＋ ＋ 4 和＋ 5，其中以＋ 5 價(jià)化合物最穩(wěn)定。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 3 第 二 章 文獻(xiàn)綜述 應(yīng)用 鈮 是 一種金屬元素 ， 化學(xué)符號(hào) Nb，原子序數(shù) 41， 原子量 ，屬周期系 Ⅴ B族。但是， 由于 經(jīng)濟(jì)成本的原因，該成果未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。 因此 ，國(guó)家 將從包鋼選礦廠一、三系列弱磁 — 強(qiáng)磁 — 浮選稀土尾礦中選鈮作為“八 目前，生產(chǎn)上利用的鈮只有經(jīng)冶煉工藝冶煉的低級(jí)鈮鐵，且只占鈮資源綜合利用的 %。 鈮是一種具有廣泛用途和戰(zhàn)略價(jià)值的稀有金屬，它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)諸多重要部門(mén)發(fā)揮著重要作用。 但是該工藝并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，白云鄂博鈮資源沒(méi)有得到工業(yè)應(yīng)用，因此找到一種合理的選礦工藝使得白云鄂博鈮資源工業(yè)化，緩解我國(guó)鈮資源利用的短缺勢(shì)在必行。 60年代后期 , 對(duì)都拉哈拉東部接觸帶磁鐵礦化 白云巖和都拉哈拉白云巖型稀土、鈮礦石進(jìn)行小型試驗(yàn)研究工作 , 主要工藝為“重選 — 浮選”和“浮選 — 磁選”等。世界鈮氧化物資源儲(chǔ)量為 2500萬(wàn)噸，這些鈮資源主要分布在巴西、中國(guó)、加拿大等國(guó)家。經(jīng)磁選， %的鈮留在尾礦中 ,Nb2O5品位達(dá)到 %。本 文 在前人 工作 的基礎(chǔ)上， 進(jìn)行了“還原焙燒 — 磁選 — 酸浸”工藝從粗鈮精礦中 富集鈮 的試驗(yàn)研究 。我國(guó)鈮資源總量十分豐富，白云鄂博礦中鈮儲(chǔ)量占我國(guó)鈮儲(chǔ)量的 95%，但是鈮的嵌布粒度細(xì)、品位低、含鈮礦物種類多等原因造成了白云鄂博礦中鈮資源綜合 利用 至今 尚未 實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。還原礦在 激磁電流下進(jìn)行磁選，得到最佳精礦指標(biāo)：鐵品位為 %，收率為 %。 隨著工業(yè)的不斷發(fā)展和完善，鈮必將越 來(lái)越受到人們的普遍關(guān)注和重視。 自從 20世紀(jì) 60年代以來(lái) ， 國(guó)內(nèi)許多高等院校和科研院所都對(duì)白云鄂博礦床鈮資源的開(kāi)發(fā)利用做了大量的研究工作 ， 取得 了一定的進(jìn)展。 1994年 ， 包鋼與 長(zhǎng)沙礦冶研究院共同合作在包鋼礦山研究所試驗(yàn)廠做了以浮選稀土尾礦為原料 的選鈮工業(yè)分流試驗(yàn)。 然而 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)所需的鈮資源越來(lái)越多， 鈮資源的進(jìn)口價(jià)格越來(lái)越高 ， 再加上鈮資源已被各國(guó)作為戰(zhàn)略資源而開(kāi)采，所以積極開(kāi)發(fā)我國(guó)白云鄂博的鈮資源，使其盡快工業(yè) 化 對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)、國(guó)防等方面有很多的益處 ?，F(xiàn)在每年隨鐵礦石開(kāi)采出的五氧化二 鈮達(dá) 萬(wàn)噸未進(jìn)行回收，白白地流入尾礦，造成鈮資源的浪費(fèi)。鈮在其中的強(qiáng)磁中礦選稀土尾礦中得到 一定 富集。因此，對(duì)粗鈮精礦進(jìn)行了工業(yè)分流試驗(yàn)，生產(chǎn)了不同品級(jí)的鈮精礦 17t，首次在工業(yè)生產(chǎn)條件下得到具有實(shí)用價(jià)值的鈮精礦。 因 此，如果本課題能夠?qū)嶒?yàn)成功，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。不與無(wú)機(jī)酸作用，也不溶于王水，但可溶于氫氟酸。 因此， 鈮 產(chǎn)品的應(yīng)用已涉及到諸多工業(yè)領(lǐng)域。此種鋼廣泛用于汽車工業(yè)、石油和天然氣工業(yè)等。“晶體”級(jí) Nb2O5是制作鈮酸鋰單晶的原料。在高能物理和聚變研究中和磁共振成像中 NbTi 作為超導(dǎo)的一個(gè)組份得到廣泛的應(yīng)用。摻鈮能強(qiáng)化合金，因它在合金中形成穩(wěn)定的碳化物，但它幾乎不 能形成在很高溫度下強(qiáng)化合金所需的固溶體，所以它只適合于做中溫合金。五氧化二鈮 的遠(yuǎn)景儲(chǔ)量 660 萬(wàn) t， 工 業(yè)儲(chǔ)量 157 萬(wàn) t， 其中主礦鐵礦體內(nèi) 萬(wàn) t， 東礦鐵礦體 萬(wàn) t。主、東礦鐵礦體礦石中含 %— %,東部接觸帶 2礦體礦石中含 %— %。 約有 15%的鈮呈 類質(zhì)同象或極小的包裹體賦存于鐵礦物、稀土礦物和含鈮硅酸鹽礦物中。西礦礦 體以及西礦圍巖、板巖中鈮礦物主要是鈮鐵礦。經(jīng)過(guò)多年的工藝礦物學(xué)研究表明 ： 不同種類的鈮礦物產(chǎn)于不同的礦體內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 5 和部位，其嵌布粒度相差很大，易解石嵌布粒度較粗，但它屬低鈮礦物，在鈮礦物中占的比例較??；鈮鐵礦、黃綠石、鈦鐵金紅石等嵌布粒度較細(xì)，其中鈦鐵金紅石屬低含鈮礦物，但在鈮礦物中所占比例較大；鈮鐵 礦和黃綠石雖屬高含鈮礦物，但在鈮礦物中所占比例較小，且這四種含鈮礦物的物理化學(xué)性質(zhì)差異較大 [8]。 通過(guò)對(duì)稀選尾礦進(jìn)行粒度分級(jí)及 Nb2O5分析， Nb2O5在不同粒級(jí)中的分布狀況見(jiàn)表 [19]。表 為稀選尾礦中四種主要鈮礦物的各種工藝礦物學(xué)參數(shù)。所有這些內(nèi)外因給鈮的回收利用帶來(lái)了很大困難。 （ 1） 重選 — 反浮選 — 磁選 — 化學(xué)選礦 [10] 白云鄂博礦東部接觸帶 2礦體鈮礦石中鈮鈣礦占鈮礦物總量的 75%， 黃綠石和鈮鐵礦分別占 15%和 10%， 根據(jù)鈮礦物、鐵礦物和脈石礦物的密度、可浮性的不同 ， 最終確定的選別工藝為重選 — 反浮選 — 磁選 — 化學(xué)選礦 。 其中 200 目占 82%， 全鐵含量 27%， 鈮含量 %， 稀土 %， 鉀、鈉含量分別為 %、 %，二氧化硅占 %， 氟占 %試樣中有用礦物赤、褐鐵礦占 %， 稀土礦物占 %；鈮礦物占 1%； 脈石礦物以鈉輝石、鈉閃石、云母為主 , 占礦物總量的 %， 螢石占%， 白云石 、 方解石占 %?？蓮脑V含鈮 %、全鐵 % 的稀選尾礦中 , 獲得含鈮 %、鐵含量 %、鈮回收率 %的鈮精礦和鐵品位 %、回收率 %的鐵精礦。再采用浮 — 磁 — 重聯(lián) 合流程，從浮稀土的尾礦中選出鈮。 根據(jù)上述磁性差異 ， 在原礦磨至選別鐵 、 稀土所需粒度（ 200目占 90— 95%）時(shí)采用弱磁選回收磁鐵礦；弱磁選尾礦進(jìn)行強(qiáng)磁粗選，將赤鐵礦、稀土礦物及鈮礦物選人磁性產(chǎn)品， 遺棄部分脈石礦物，完成有用礦物與脈石礦物的初步分離，并使原生 和次生礦泥得到基 本脫除 。 強(qiáng)磁中礦礦物組成較原礦相對(duì)簡(jiǎn)單，細(xì)泥得到基本脫除，表面未受到任何藥劑污染，是浮選回收鈮、稀土的好原料。選擇性還原的目標(biāo)是將鐵從氧化物中還原出來(lái)，鈮則仍保持氧化狀態(tài)，使鐵和鈮在熔分過(guò)程中分別進(jìn)入金屬相和渣相，達(dá)到鐵鈮分離的目的。 （ 6） 二步電爐熔煉工藝 [22] 采用含碳冷固結(jié)球團(tuán) — 二步電爐熔煉工藝對(duì)包頭中貧氧化礦浮選鈮精礦進(jìn)行了熔內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 9 煉試驗(yàn)研究。 采用“二步法”工藝處理包頭中貧氧化礦低品位鈮精礦是可行的。 在配碳量為 13%— 14%，還原溫度為 1420— 1450℃，堿度為 — ，一段還原可獲得鈮收率 ＞ 90%、脫磷率 60%— 80%、脫硫率為 70%— 90%的指標(biāo)。然后用鹽酸浸洗上述含鈮氧化物 , 90%以上的鐵礦物、磷礦物以及 CaO 和 MgO進(jìn)入浸液 , 鈮幾 乎全部留在浸渣中 , 得到的浸渣含 Nb2O5近30% ,Nb/Fe=6,Nb/P =12, 此浸渣可 用于冶煉符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的鈮鐵 (含 60%— 65%Nb)。因此，對(duì)粗鈮精礦進(jìn)行了工業(yè)分流試驗(yàn)，生產(chǎn)了不同品級(jí)的鈮精礦 17t，首次在工業(yè)生產(chǎn)條件下得到具有實(shí)用價(jià)值的鈮精礦。根據(jù)質(zhì)量守恒， 計(jì)算出模擬粗鈮精礦的化學(xué)成分 ，結(jié)果見(jiàn)表 ?；钚蕴?由 山東淄博華光化工廠 提供，固定碳含量為 98%、灰分 ＜ 1%。 赤鐵礦 理論最高 還原度為 %，此時(shí)還原焙燒效果最好。因此，對(duì)較強(qiáng)磁性和較弱磁性顆粒在磁選機(jī)中成功分選的必要條件是：作用在較強(qiáng)磁性顆粒的磁力必須大于作用在其上的所有與磁力方向相反的機(jī)械力的合力，同時(shí)，作用在較弱磁性顆粒上的磁力必須小于相應(yīng)的機(jī)械力之和。 對(duì)酸浸而言 ，原料在酸性溶液中的穩(wěn)定性可以用標(biāo)準(zhǔn) PHo 來(lái)衡量 ， PHo 小的難于浸出， PHo 大的容易浸出。首先 按配比，精確稱量分析純級(jí)的 Fe2O3（或 CaO）和 Nb2O5，放進(jìn)研缽研磨均勻，用水作粘結(jié)劑，用壓片機(jī)壓制成片，在烘干箱中進(jìn)行干燥處理；最后，把干燥后的試樣放入剛玉坩堝，裝入真空碳管爐中，進(jìn)行高溫固相合成。） 圖 溫度為 1250— 1300℃、不同保溫時(shí)間條件下合成鈮鐵礦的 XRD 圖 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85150min180min120min▲ ▲▲▲▲?▲?????▲?N b O 2▲C a ( N b O 3 ) 2Intensity/(.)2 θ / （ 176。用油泵抽真空至爐內(nèi)壓力 ＜ 10Pa， 關(guān)泵，往爐中通入氬氣至 約 ， 作為保護(hù)氣。鐵精礦和浸渣分別進(jìn)行 TFe 和 Nb2O5含量的測(cè)定，以評(píng) 價(jià) 工藝指標(biāo)。從圖中還可看出，在同樣的時(shí)間下，溫度高的體系還原度高。由于碳?xì)饣磻?yīng)是吸熱反應(yīng)，提高溫度對(duì)正反應(yīng)有利。 750℃ 、 45min 的還原度為 %，非常接近理論還原度。其中 2θ=，指標(biāo)化的衍射指數(shù)為 {104}；除了赤鐵礦的衍射峰以外尚有 CaF2和 SiO2的衍射峰。圖 （ b）、 （ c）和 （ d）中，在 2θ=處無(wú)強(qiáng)峰，而 2θ=。這正好解釋了圖 中 850℃ 、 45min 的還原度高于赤鐵20 30 40 50 60 70 80020040060080010001200★■■■■■■■■■I（counts）2 θ （deg）■2 θ ={hkl}={104}■ Fe 2 O 3★ CaF 2? SiO 2★ ★★??? 圖 （ a）原礦 XRD 圖 （ b） 750℃、 45min 還原礦 XRD 20 30 40 50 60 70 80040080012001600??★★★● Fe 3 O 4★ CaF 2? SiO 2● ●●●●●●●●●●I（counts）2 θ （deg）●2 θ ={hkl}={311}★? 20 30 40 50 60 70 800150300450600750★★★★● Fe 3 O 4★ CaF 2 ●●●●●●●●●I（counts）2 θ （deg）2 θ ={hkl}={311}★ 圖 （ c） 800℃、 45min 還原礦 XRD 圖 圖 （ d） 850℃、 45min 還原礦 XRD 20 30 40 50 60 70 800100200300400500600▲▲▲ ???★★★● Fe 3 O 4★ CaF 2? SiO 2▲ FeO●●●●●●●I（counts）2 θ （deg）2 θ ={hkl}={311}★?▲ 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 16 礦理論還原度的事實(shí)。精礦鐵品位則隨電流增大呈下降趨勢(shì)。綜合考慮品位和收率兩個(gè)指標(biāo)，激磁電流以 為宜。從圖 （ b）也可看出，此時(shí)還原礦中主要 物相 為磁鐵礦。這兩種規(guī)律在圖 （ a） — （ d）中均有體現(xiàn)。 結(jié)合 圖 ， 750℃ ， 25min 的 還原度僅為 %， 故 收率較低 。當(dāng)超過(guò) 45min 時(shí)，品位和收率同時(shí)下降，說(shuō)明磁鐵礦發(fā)生進(jìn)一步還原，致使還原礦磁性降低，導(dǎo)致精礦指標(biāo)惡化。 激磁電流磁選，所得尾礦 Nb2O5品位為 %，收率為 %，尾礦鈮較原礦的富集比為 。從 PHo 值 可知，在酸液中各礦物的穩(wěn)定順序?yàn)?FeO＜ CaCO3＜ CaMg(CO3)2＜ Ca3(PO4)2＜ Fe2O3＜ Ca(NbO3)2 粗鈮精礦中諸如云石、云母、鈉輝 石等脈石礦物，不可避免地 會(huì)進(jìn)入磁選尾礦中。 其中 磁選尾礦經(jīng)酸洗， Nb2O5收率為 %， Nb2O5品位達(dá)到 %，較原礦的富集比為 。 (4)本文設(shè)計(jì)的 “還原焙燒 — 磁選 — 酸浸” 工藝從粗鈮精礦中回收鐵并富集鈮的方法具有工藝流程簡(jiǎn)單、對(duì)有價(jià)元素回收率高的優(yōu)點(diǎn)， 其 研究結(jié)果 為包頭白云鄂博礦鈮 資源 的綜合回收利用提供了 一條 新 途徑 。L1) Recovery/% 69,8 3 Results and discussion Extraction experiments Cyclohexone was previously used for extracting 70% niobium from sulfate leach liquor in presence of ammonium nitrate. In the present study, 1,3 cyclohexane dione was examined 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 26 for extracting niobium. Its extraction efficiency did not exceed 5% by shaking equal volumes of the anic phase and sulfate leach liquor ( mol/L H2SO4) containing g/L Nb for 15 min. Thisβ diketone was used as start for synthesizing TQ. The latter was prepared as % in methylene chloride and was used to study the influence of different extraction conditions in im