Brevet FR2636939A1 — publié le 19900330

La presente invention concerne un procédé d'obtention de composés de Nb et (ou) Ta exempts d'impuretés minérales à partir de matériaux contenant l'un ou l'autre de ces métaux ou les deux. Ces matériaux peuvent ëtre des minerais appartenant à la famille des tantalite, columbite, microlite, pyrochlore ou autres ou des scories des fours â étain. Jusqu'aux années 60. le procédé connu sous le nom de "procédé Marignac" était l'unique moyen industriel de séparation du niobium et du tantale utilisant des cristallisations fractionnées des sels doubles de potassium, le complexe de niobium formé dans ces conditions étant le moins soluble. Cette procédure a été supplantée à l'échelle industrielle par des techniques d'extraction par solvant aprés une lixiviation acide du minerai. L'acide utilisé principalement pour la lixiviation est l'acide fluorhydrique employé soit seul, soit en mélange avec l'acide sulfurique , outre son efficacité dans le processus de lixiviation. ce dernier a des propriétés spécifiques qui permettent le traitement de minerais riches en calcium (formation de sulfate de calcium insoluble ; brevet EP 0.041.459 > La phase de sépar-ation de Nb et (ou) Ta par extraction par solvant est ensuite réalisée à partir de solutions acides fluosulfuriques concentrées. Parmi les extractants connus du niobium et du tantale on citera la méthylisobutylcétone (MIBK), la cyclohexanone, le tributylphosphate (TBP), les amides du type dialkylacétamide ou les sels d'ammonium quaternaire. Malgré les performances intéressantes obtenues, une lixiviation réalisée avec HF concentré et chaud présente un certain nombre d'inconvénients sur le plan de l'équipement, des coüts, et de la sécurité. La tendance a donc été de diminuer la consommation de HF ; ainsi un prétraitement de scories de fours à étain en milieu acide fluorhydrique ou fluosilicique (H2SiF6) permet de rendre insolubles certaines impuretés (Brevet des Etats Unis d'Amérique 3.972.710). Ce procédé couvre une méthode de prétraitement dont la fonction est la transformation des impuretés en fluorures insolubles lors de la deuxième étape de lixiviation par HF, et conduit donc à une diminution de la consommation de cet acide. Il est à noter que le niobium et le tantale sont donnés comme insolubles à l'attaque fluosilicique dans le prétraitement. Dans le brevet (DE 3.441.582) H2SiF6 combiné à HF est conseillé pour l'attaque de concentrés de Nb et Ta contenant des métaux alcalins comme impuretés, l'acide fluosilicique permettant de séparer ces derniers sous forme de fluosilicates alcalins insolubles, ce qui a pour effet d'améliorer la solubilisation de Nb et Ta. Mais, dans ce cas également c'est HF qui est l'agent de solubilisation des espèces Nb et Ta. Pour pallier les inconvénients liés à la présence de HF il a aussi été préconisé d'utiliser une source controlée d'ions fluorures ou fluorures complexes par addition dans un milieu acide (de préférence HCl) d'un sel normalement insoluble dans le milieu considéré (de préférence CaF2 > (brevet FR 2.316.343 > . Par ailleurs, il est connu que, dans certains cas, et pour certains minerais, on peut utiliser l'acide fluosilicique pour en permettre l'attaque (wO 84/04759 > . Toutefois, il n'est nullement suggéré de faire appel à cet acide pour les matériaux renfermant une proportion non négligeable de Nb et Ta et en vue de la récupération de ces métaux réputés insolubles dans H2SiF6. De toute façon, il n'a jamais été envisagé dans la pratique d'utiliser seul ce dernier acide pour la lixiviation de minerais ou concentrés du niobium et du tantale, certains procédés n envisageant l'utilisa- tion de H 2SiF6 que pour diminuer la consommation de HF qui reste l'agent principal de lixiviation du niobium et du tantale. Or la présente invention se propose non seulement d'améliorer la lixiviation mais également la récu Dération et la purification de Nb et Ta en partant de matériaux contenant une proportion non négligeable de ces éléments. Plus spécialement l'invention vise un procédé se dispensant d'avoir recours à HF. En n'utilisant pas HF, ce procédé évite les effets néfastes liés à cet acide, et augmente les rendements de séparation et de récupération de ces métaux. Le procédé de l'invention prévoit pour la lixiviation d'utiliser l'acide fluosilicique ; de façon avantageuse l'acide fluosilicique est utilisé en solution aqueuse tel que commercialisé et de concentration pouvant aller jusqu à 407. ou plus de H2SiF6. Néanmoins, l'addition d'un acide fort comme HCl, H2S04, tout en augmentant l'acidité du milieu permet, dans certains cas, d'augmenter sensiblement la solubilité du niobium et du tantale dans la solution de lixiviation. Suivant une caractéristique, la température de lixiviation est comprise entre la température ambiante et le point d'ébullition du milieu de lixiviation, à la pression où s'opère la lixiviation, de préférence entre 60 et 80-C, lorsque la lixiviation est réalisée sous la pression atmosphérique. En procédant de la sorte pour la lixiviation, les demandeurs ont constaté de façon inattendue que non seulement on évitait l'emploi de l'acide fluorhydrique et ses inconvénients, mais que l'on pouvait opérer à des acidités beaucoup plus faibles. Aprés l'étape de lixiviation, le procédé de l'invention prévoit la séparation et la récupération des composés de niobium et/ou de tantale dissous. Pour ce qui est de la séparation, celle-ci s'effectuera sur la solution d'attaque fluosilicique et tout particulièrement par extraction liquide-liquide. Le choix de l'extractant parmi ceux connus pour le niobium et le tantale s'orientera vers celui convenant le mieux au métal recherché et au degré de pureté visé : avantageusement on choisira la MIBK ou le TBP pour la séparation sélective du tantale : le TBP sera plutôt choisi pour la coextraction des deux métaux et leur séparation ultérieure. L'extractant sera utilisé suivant le cas pur ou dilué ; on utilisera alors dans ce dernier cas comme diluant des hydrocarbures aliphatiques ou aromatiques tels que ceux d'usage habituel en extraction par solvant. On aJoutera le cas échéant, selon un procédé classique en extraction liquide-liquide, un additif dans le mélange extractant-diluant pour supprimer une troisième phase éventuelle. A titre d'exemple de tels additifs on citera les alcools lourds comme le décanol. La récupération du niobium et du tantale des phases organiques par désextraction en phase aqueuse suivie d'une précipitation par une base, elle-mëme suivie d'une opération de calcination. se fait suivant des procédés classiques en extraction liquide-liquide. Les composés de Ta et Nb obtenus généralement sous forme d'oxydes peuvent contenir un peu de silice préjudiciable à leur pureté ; la troisième étape du procédé de l'invention se propose donc de séparer le tantale et (ou) le niobium de la silice. Cette troisième étape s'associe aux avantages hydrométallurgiques des précédentes étapes en utilisant la pyrométallurgie (cinétiques élevées, production importante). Conformément à l'invention, on fait appel à une carbochloration des composes de tantale ou de niobium issus de l'étape d'extraction comme stade ultime de purification de ces composés. La carbochloration n'a souvent été retenue qu'en termes de préconcentration de matériaux à basses teneurs en vue d'un traitement hydrométallurgique ultérieur. La séparation de Ta et Nb se fait parfois par distillation de leurs mélanges sous forme de chlorures obtenus soit par carbochloration des espèces oxydées correspondantes, soit par chloration des métaux impurs. Les techniques de chloration ou de carbochloration ne sont pas employées pour la purification de composés de Nb ou Ta déjà séparés. Ainsi, la carbochloration appliquée selon l'invention consiste en un apport simultané de carbone et de chlore à un bain de sels fondus contenant les espèces à chlorer. Cet apport peut être réalisé soit en injectant simultanément du chlore et du carbone pulvérulent, soit en utilisant des composés organiques chlorés tels que CCl4, il est également possible d'injecter simultanément un hydrocarbure et du chlore. Le sel fondu constitue un excellent milieu réactionnel aux propriétés physicochimiques extrêmement intéressantes à savoir bonne conductivité thermique, capacité calorifique importante, faible viscosité, faible tension de vapeur. La réaction conduit principalement à des chlorures de Ta (ou Nb) et Si volatils ainsi qu'à de l'oxyde de carbone. Les chlorures de tantale ou niobium et de silicium ainsi obtenus sont séparés finalement grâce à l'écart de leur température d'ébullition, par condensations successives (TaCl5 = 239'C, NbCl5 = 249-C, SiCl4 = 57,6'c). La mise en oeuvre des trois étapes de lixiviation, d'extraction, de carbochloration relève de procédés classiques de l'hydrométallurgie et de la pyrométallurgie, On notera tout particulièrement l'amélioration des rendements de séparation et/ou de récupération résultant entre autres de l'utilisation de l'agent de lixiviation selon l'invention. La portée et l'intéret de l'invention ressortiront des exemples donnés ci-après avec référence aux figures 1 à 3 annexées. EXEMPLES. Exemple 1. Un mélange de scories d'étain de Thaïlande (Ta2O5 13,6%, Nb2O5 9.8%) préalablement broyées (granu lométrie 25 à 50 ) et d'acide fluosilicique à 31% (20g de scories/litre) est agité à une température de 60 70 C. Après 30 minutes, 50% de niobium et du tantale sont passés en solution : après 4 heures, le taux de solubilisation est supérieur à 807. pour Nb et Ta. Exemole 2. En utilisant les memes matières premières, des attaques sont réalisées à 60-70'C sous agitation magnétique (environ 700 tours/mn) pendant 4-5 heures, avec 50g/l de scories. - Z Nb et Ta solubilisés : environ 60 Z et environ 30Z Exemple 3. En utilisant les mêmes conditions que dans l'exemple 2 avec 50 g/l de scories et un mélange acide H2SiF6 28Z + H2S04 4N, on obtient - % Nb et Ta solubilisés : 80 et 75% Exemple 4. La lixiviation de Ta et Nb est réalisée à partir d'un minerai de tantalite (Ta2O5 65%, Nb2O5 29,5% - granulométrie 50 à 100 ; 100 g de solide/l acide) soit avec H2SiF6 seul (acide industriel à 34X) soit avec un mélange H2SiF6 297 - H2S04 5N. Dans les conditions de température, agitation, temps de l'exemple 2, les taux de Nb et Ta solubilisés sont alors H2SiF6 : env 40 (Nb) et env 26 (Ta) % H2SiF6 + H2SO4:env 65 (Nb) et env 50 (Ta) % Exemple 5. L'extraction de Nb et Ta est réalisée à température ambiante, agitation 15 minutes. Les phases aqueuses de Nb et Ta dans H2SiF6 sont directement issues de l'attaque des scories ou dopées par addition de NbCl5 et TaC15 : les concentrations sont respectivement de 1 à 10g/l et de 2 à 20 g/l en Nb et Ta. La phase solvant est du TBP à 50Z dans le "Solvesso 150" {pré-équilibré avec une phase acide fluosilicique). La concentration en H2SiF6 varie de 5 à 31% et le rapport Va/Vo = 1 (Va = volume phase aqueuse et Vo = volume phase organique). Les courbes d extraction sont reportées sur la figure 1. A l'examen de ces courbes, on constate que Ta est extrait quantitativement dans toute la gamme d' aci- dité et que l'extraction de Nb augmente avec l'acidité H2SiF6 5X Z Ta extrait 98,5 : Z Nb extrait: environ 5. H2SiF6 31Z :^/, Ta extrait 98 : Z Nb extrait : environ 80. Exemple 6. L'extraction de Ta et Nb est réalisée dans les conditions opératoires de l'exemple 5 à partir de solutions aqueuses fluosiliciques (H2 SiF6 ou H2SiF6 28X + H2S04 4N) issues de la lixiviation de scories (Nb+Ta=3 à 6 g/l) ou de tantalite (Ta+Nb= 20 à 30 g/l). Les courbes d'extraction sont reportées sur la figure 2 ; elles montrent qu'à faible concentration en TBP des conditions d extraction sélective de Ta peuvent être définies alors qu'à forte concentration il y a coextraction des deux métaux (taux d'extraction supérieur à 80X en un contact dans les conditions retenues). Exemple 7. Les conditions de température, temps, volume de phases sont les mêmes que dans l'exemple 5. Les concentrations en Nb et Ta dans le mélange H2SiF6 32Z + H2S04 2N sont 7,6 g/l et 9,5 g/l (solution issue de la lixiviation de tantalite). L'utilisation de concentrations différentes en TBP permet la récupération successive du tantale puis du niobium. Ainsi, une premiére étape avec un solvant constitué de TBP à 10% (p/v) avec 4% de décanol dans le diluant permet d'extraire 97,5% du tantale , l emploi l'emploi de TPB à 50% (même diluant) pour traiter la phase aqueuse issue de l'étape 1 permet d'extraire la quasi-totalité du Nb et le Ta restant. Exemple 8. Cet exemple est donné à titre comparatif en se référant aux courbes de la figure 3. Il a été effectué pour comparer les taux d'extraction de Nb et Ta par le TBP (50 L'examen des courbes, obtenues dans les conditions opératoires de l'exemple 5, montre que - l'extraction du tantale est quantitative avec les deux types de solutions aqueuses dans la gamme d'acidité considérée .H2SiF6: 5 à 31% soit 0,75 à 5,5N (courbe 3a), .HF+H2SO4: de HF 0,5 N + H2SO4 2 N à HF 5 N + H2 SO4 9 N: (courbe 3b) - l'extraction du niobium est négligeable à faible acidité et elle augmente avec celle-ci. Si avec les mélanges fluo/sulfuriques (courbe 3c), il faut des acidités fortes, telles que HF 5 N + H2S04 9 N, pour atteindre un taux d'extraction de 80Z , avec l'acide fluosilicique, une acidité de 5,5 N est suffisante (courbe 3d) pour obtenir le même résultat. Exemple S. On agite volume à volume pendant 15 minutes à température ambiante une solution fluosilicique issue de l'attaque de scories Exemple 10. Les composes de Ta ou Nb issus de la desextraction ont été repris. Ils apparaissent sous forme d'oxydes ou d'oxydes complexes. La carbochloration est réalisée dans un bain de sels fondus, en l'occurence un mélange de chlorure de calcium et de sodium dans les proportions cutectiques. Le carbone utilisé est du charbon de bois broyé fin. Le composé impur de Ta ou Nb est en poudre. Le sel est fondu et porté à 100onc dans un creuset en graphite à faible porosité. Le carbone et le composé impur de Ta ou Nb sont ajoutés dans le bain et agites à petite vitesse par un agitateur en graphite. Le chlore est ensuite injecté en fond de creuset par une canne d'injection en graphite, La carbochloration conduit à du chlorure de Ta (ou de Nb), du chlorure de Si, du CO, tous volatils. Les gaz sont captés au-dessus du réacteur et les chlorures de Ta ou Nb sont récupérés dans un ballon en pyrex thermostaté sur bain d'huile à 1DO'C. Le chlorure de silicium encore volatil est ensuite détruit par un barbotage dans 1 eau, Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à tire purement explicatif et nullement limita tif. REVENDICATIONS I. Procédé perfectionné d'obtention de composés de niobium et/ou de tantale exempts d'impuretés minérales à partir de divers matériaux contenant l'un ou l'autre de ces métaux ou les deux, procédé caractérise en ce qu'il comporte les stades opératoires suivants (a) lixiviation à l'acide fluosilicique de concentration minimum de H2SiF6 de 10Z pouvant aller jusqu'à 40Z ou plus, acide additionné ou non d'un acide minéral fort choisi parmi HCl ou H2SO;; (b) séparation du milieu aqueux acide de Nb et/ou Ta par extraction liquide-liquide, en faisant appel à un extractant organique approprié (c) récupération du niobium et/ou du tantale des phases organiques par désextraction en phase aqueuse suivie d'une précipitation par une base, elle-même suivie d'une opération de calcination (d) purification des composés de tantale et/ou de niobium pour les débarrasser d'autres éléments indésirables, en particulier de silice, par carbochloration. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de lixiviation du stade (a) est comprise entre la température ambiante et le point d'ébullition du milieu de lixiviation à la pression où celle-ci s'opère, de préférence entre 60 et 80'C lorsque cette lixiviation est réalisée sous la pression atmosphérique. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'extractant organique est choisi parmi les suivants : méthylisobutylcétone (MIBK), cyclohexanone, tributylphosphate (TBP), amides du type dialkylacétamide ou sels d'ammonium quaternaire. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications t à 3, caractérisé en ce que la carbochloration du stade (d) est effectuée par un apport de chlore ou de composés organiques chlorés dans un bain de sels fondus contenant les espèces à chlorer ~ le carbone est apporté, si nécessaire, par injection de graphite ou de charbon actif pulvérulent ou d'un hydrocarbure, la réaction conduisant å des chlorures de Ta ou Nb volatils, aux impuretés chlorées ainsi qu'à de l'oxyde de carbone.