树脂除油法在制取低碳氟钽酸钾中的实验研究

洪根德

（广东广晟稀有金属光电新材料有限公司，广东 清远 513058）

氟钽酸钾是生产钽粉的主要原料，通过钠热还原的方法制取钽粉[1]。氟钽酸钾晶体的质量对电容器用钽粉的质量有很直接的影响。近年来，随着高比容钽电容器行业的发展,对原料氟钽酸钾的质量要求越来越严苛，氟钽酸钾的质量检测项目由原来的的6项增加至了26项[2]，其中碳杂质的含量要求稳定控制在0.0015%以内。钽粉中碳杂质的增加，会导致钽电容出现漏电现象，降低钽电容的击穿电压降低，从而影响钽电容器的品质[3]。追溯氟钽酸钾的生产过程，碳杂质主要来源于钽铌湿法萃取分离过程中，反萃液H2TaF7（以下简称钽液）中会溶解和夹带的有机萃取剂仲辛醇，仲辛醇有机在氟钽酸钾合成时会以吸附、包晶的形式残留在氟钽酸钾晶体中[4]。本实验主要利用CN-01树脂的物理性能，对钽液进行树脂吸附除油的方法，降低钽液中的有机（仲辛醇）含量，从而制得碳含量小于0.0015%的氟钽酸钾。通过一系列的实验，树脂除油后的钽液，均能制成含碳量小于0.0015%的氟钽酸钾，质量稳定。

1 低碳氟钽酸钾制取技术概述

由前文分析，氟钽酸钾中的杂质，主要来源于钽铌湿法萃取分离过程中，反萃液H2TaF7（以下简称钽液）中会溶解和夹带的有机萃取剂仲辛醇，仲辛醇有机在氟钽酸钾合成时会以吸附、包晶的形式残留在氟钽酸钾晶体中。所以制取低碳氟钽酸钾的关键在于除去钽液中的夹带有机（钽液除油）。目前全国各厂家采用的技术路径大相径同：有的采用气浮的方法对钽液进行除油；有的采用超声波破乳的方法，净化钽液；也有用活性炭吸附的方法进行除油。综合上述方法，经过处理的钽液，都能制成碳量小于0.0015%的氟钽酸钾，但各有各的缺点。比如气浮法除油的钽液制得的氟钽酸钾中碳杂质的含量不是很稳定，时高时低，稳定性差；超声波破乳法的处理单位成本偏高；活性炭除油法能稳定得到合格的钽液，但是活性炭运行一段时间需要再生，而且吸附的有机不能回用于前段萃取工序[5]。本实验采用的CN-01树脂，学名乙烯基-丙烯氰共聚物凝胶型树脂，具有优异的化学稳定性和渗透稳定性，近年来在反萃液、萃余液的的除油方面崭露头角，成为一种新的除油运用方式。

2 实验

2.1 实验原理

树脂除油主要是利用萃取有机和树脂的亲水性和疏水性的物理性能来完成的。本实验采用的CN-01树脂的亲油基团能吸附油脂，在钽液通过树脂除油塔时，夹带在钽液中的有机能吸附在树脂上；当树脂上的有机聚集到一定浓积时，树脂发挥其疏水性能，有机物会脱离树脂上浮，形成油相，从而使水相和油相分离，上浮的有机能重新回到萃取工序再利用，树脂也能长期使用而不必再生[6]。

2.2 实验的原料和设备

本实验的原料为萃取车间不同批次的钽液6批，钽液的浓度从32.3g/l～50.6g/l不等，钽液的含油率见表1。

表1 6批次原始钽液的情况

本实验的主要设备为树脂除油塔，装入的CN-01型树脂的体积8L，MP-30R型磁力驱动泵，最大流量30L/min。

2.3 实验过程

本实验主要通过对6批次的钽液，用磁力驱动泵在树脂除油塔中连续循环除油，然后把除油后的钽液制成氟钽酸钾晶体。通过除油前后钽液中有机物的分析对比和氟钽酸钾中碳含量的测定，来衡量树脂除油在制取低碳氟钽酸钾中的适用性。具体的实验流程如图1。

图1 实验流程图

3 实验结果与讨论

3.1 树脂除油塔的除油效果

实验条件：用MP-30R型磁力驱动泵，把钽液泵入除油塔进行循环除油，循环时间为8小时，流量20L/h，并对除油前和除油后的钽液进行含油量分析，然后把除油前和除油后的钽液分别制成氟钽酸钾晶体，分析晶体中的碳含量，实验数据见表2。

图2 不同批次钽液树脂除油前后含油量对比图

从表1中看出，浓度越低的钽液中含有的有机量越低，但是考虑氟钽酸钾结晶的收率，一般实际生产中，钽液的浓度控制在45g.l-1左右为宜，太低的钽液浓度，虽然达到碳含量更低的氟钽酸钾，但是收率偏低。所以不宜采用降低钽液浓度的手段来得到低碳氟钽酸钾。

从表2可以看出，钽液中的含有量在除油前后发生了显著的变化，含油量从最高的23.1mg.l-1降到了4.8mg.l-1除油效率为79.2%，除油效果良好；除油后的钽液，通过加热、合成、冷却、洗涤、烘干等一系列流程，制成氟钽酸钾晶体，氟钽酸钾晶体中碳的含量在0.0011%到0.0014%之间，达到实验设计要求。

从表2和图2中也可以看出，除油率与原液的原始含油量有密切的关系，不同含油量的原液通过在树脂除油塔中循环，含油量会将至中位值4.1mg.l-1，当钽液的含油量降到为4.1mg.l-1左右时，钽液的含油量很难再继续下降。说明CN-01型树脂对钽液中的有机吸附能力有一定的限制，不能无限吸附。

3.2 不同流速对除油效果的影响

实验条件：通过对含油量为20.3mg.l-1的原液，分别以10L/h，15L/h，20L/h，125L/h，30L/h的流速，在除油塔中进行循环除油，循环时间为8小时。除油塔对钽液的出油率分别为：82.8%，81.3%，78.8%，66.0%，44.8%。实验结果见图3。

由图3可以看出，随着的流速的增大，钽液的除油效率会出现降低，分析其原因，过快的流速会降低树脂和有机的接触时间，并影响有机在树脂上的聚集上浮效果，从而影响树脂的出油率。

图3 钽液流量对除油率的影响

4 结论

（1）CN-01型树脂是一种理想的除油树脂，用装填CN-01型树脂的除油塔对钽液中有机的去除有明显的效果。通过树脂除油后的钽液，制成氟钽酸钾产品，其碳杂质含量稳定的0.0015%以下，符合实验设计的预期。

（2）延长树脂与钽液的接触时间，可强化除油的效果，在实际生产中，可以通过加大树脂柱的体积、降低钽液的流速和增加循环时间等方法来实现。