钛白废酸与赤泥联合提取氧化钪的工艺研究.pdf

2 0 1 5 年第5 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／妇s y Lb g r i m m 。c n 5 5 d o t 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 S ．2 0 1 5 ．0 5 ．0 1 4 钛白废酸与赤泥联合提取氧化钪的工艺研究 樊艳金，何航军，张建飞，黄泰元 广西冶金研究院，南宁5 3 0 0 2 3 擒要以钛自废酸、赤泥为原料，经过浸出、一次萃取反萃、酸溶水解、二次萃取、酸洗、二次反萃、草酸沉 淀、精制等提纯工序，可得到纯度9 9 。9 9 ％的S c 。0 3 。赤泥和钛白废酸中钪的回收率分别达到5 7 。8 ％和 9 3 ．3 ％。 关t 词钛白废酸；赤泥；氧化钪；提纯 中圈分类号T F 8 4 5 。1文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 5 0 0 5 5 一0 3 S t u d yo nT e c h n o l o g yo fS c a n d i u mO x i d eE x t r a c t i o nf r o m R e dM u da n dT i t a n i u mW h i t eW a s t eA c i d F A NY a n - j i n ，H EH a n g ．j u n ，Z H A N GJ i a n f e i ，H U A N GT a i y u a n G u a n g x iR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM e t a l l u r g y ，N a n n i n g5 3 0 0 2 3 ，C h i n a A b s t 髓c t S c 20 3w i t hp u r i t yo f9 9 ．9 9 ％w a sp r e p a r e dw i t ht i t a n i u mw h i t ew a s t ea c i da n dr e dm u da sr a w m a t e r i a l sb yp r o c e s s e so fl e a c h i n g ， f i r s t s t a g e e x t r a c t i o na n ds t r i p p i n g ，d i s s 0 1 u t i o na n dh y d r o l y s i s ， s e c o n d a r ye x t r a c t i o n ， a c i dw a s h i n g ， s e c o n d a r ys t r i p p i n g ， o x a l i ca c i dp r e c i p i t a t i o na n dr e f i n i n g ． T h e r e c o v e r yo fs c a n d i u mf r o mr e dm u da n dt i t a n i u mw h i t ew a s t ea c i di s57 ．8 ％a n d9 3 ．3 ％r e s p e c t i v e l y ． K e yw o 柑s t i t a n i u mw h i t ew a s t ea c i d ；r e dm u d ；s c a n d i u mo x i d e ；p u r i f i c a t i o n 钪的氧化物和合金在电光源、激光、电子、催化 剂、激活剂、航天材料、陶瓷工业和清洁能源等方面 有着较好的应用[ 1 ] 。在自然界中几乎没有独立的钪 矿床，常与铝土矿、钛铁矿、钨矿、锡矿伴生，品位很 低，无法通过选矿等手段富集[ 2 ] ，工业上主要通过回 收有价金属和稀有金属时伴生回收[ 3 ] ，从而限制了 其应用范围H ] 。 目前，我国钛白粉行业产出的废酸含钪量为1 0 ～3 0m g ／L ，具有回收利用价值，而国内传统的方法 是直接采用萃取等手段从废酸中回收钪[ 5 。6 ] ，提钪成 本较高。铝土矿中9 8 ％以上的钪在生产氧化铝时 都会富集到赤泥中，S c 。0 。含量最高可达o ．0 2 ％，综 合回收利用其钪资源有很大的潜力[ 4 ] 。目前，国内 外还没有有效的措施对赤泥中的钪进行回收应用， 含钪赤泥几乎作为固体废物堆存，导致污染问题严 重。因此，加速开发钪资源，促进钛自废酸及赤泥的 环保治理及综合回收利用具有十分重要的意义。 1工艺流程 钛白废酸与赤泥联合提取氧化钪的工艺流程见 图1 。 2 原料与试剂 2 ．1 原料 赤泥取自广西某铝厂，主要成分 ％ F e z0 。 2 3 ．1 3 、R E 2 0 30 ．1 5 、S c 2 0 30 ．0 1 3 、T i 0 25 ．9 3 、A 1 2 0 3 1 9 ．0 5 、C a o1 2 ．6 4 ％、N a z 04 ．8 7 、S i 0 29 ．8 1 。 钛白废酸取自广西某钛自粉厂，主要成分 收稿日期2 0 1 4 1 1 2 1 基金项目广西科学研究与技术开发计划 重大专项 项目 桂科重1 3 4 8 0 0 1 4 作者简介樊艳金 1 9 8 卜 ，女，广西来宾人，工程师，硕士． 万方数据 5 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第5 期 浸出渣浸出液 图l钛白废酸与赤泥联合提取氧化钪的 工艺流程 H 舀l P m O 嘟n 删o f 湖n d i 啪0 嫡d e 嘲嗽岫I f r o mI ，e dm u da n dt i t a n i u mw h i t ew a s t ea c i d g ／L S c 20 3O ．0 1 5 、T i 0 21 ．5 3 、F e 2 3 1 ．6 0 、H 6 ．0 6 、S 0 42 3 7 9 ．8 4 、V 2 0 50 ．1 5 。 提纯用水水质达到实验室用水规格G B 6 6 8 2 2 0 0 8 一级标准。 2 ．2 试剂 硫酸、盐酸、氢氧化钠，均为分析纯；P 2 0 4 和 2 6 0 8 磺化煤油为工业一级；T B P 和草酸为工业级。 3 工艺操作 3 ．1 浸出 按液固体积质量比4 ．5 1 的比例加入钛白废 酸，边搅拌边缓慢地加入赤泥，加料完毕后继续搅拌 反应1h ，过滤、洗涤[ 8 ] 。本工艺选取的钛白废酸浓 度为1 ．8m o l ／L ，钛白废酸浓度过高会造成过滤困 难，浓度过低会导致钪的浸出效果不理想。同时，液 固体积质量比4 1 以上才能保证溶液有较好的过 滤性能。加料方式应先加酸后加碱，这样可避免反 应液局部过碱，保证钪的浸出。 3 ．2 一次萃取 P 2 0 4 容易萃取钪，但反萃困难，而T B P 萃取钪 的能力远不及P 2 0 4 ，但反萃容易，因此本文利用 P 2 0 4 与T B P 协同效应来保证钪的萃取性能和反萃 性能。 有机相组成1 6 ％P 2 0 4 4 ％T B P 8 0 ％磺化 煤油，有机相与浸出液相比 0 ／A 为1 2 5 ，搅拌 器转速4 5 0r ／m i n ，萃取时间8m i n 。 3 ．3 一次反萃 控制有机相与碱液的相比 O ／A 为1 1 ，碱 液浓度1 0 0g ／L ，搅拌并进行加热反应，温度7 0 ～8 0 ℃，时间3 0m i n 。得到的混合液先静置分层，下层 含悬浮物的碱液经过滤、洗涤后得到含钪富集渣，滤 液补加新的碱液后返回反萃工序。 3 ．4 酸溶水解 由于钪、钛的化学性质十分相似，使用萃取工艺 除杂的同时也会把大部分钛萃取上来，因此，水解工 艺的目的是除掉大部分钛，使钪进一步富集。 水解条件用9m o l ／L 硫酸溶解，沸腾搅拌，时 间2h 。 3 ．5 二次萃取 经过一次萃取反萃、酸溶水解后的溶液含钪量 达到1 ．2g ／L 以上，溶液依然含有铁、钛、锆、钙、镁 等杂质。本工艺选用有机相与水解液相比 0 ／A 为 1 2 的比例作进一步萃取除杂，搅拌器转速4 5 0 r ／m i n ，萃取时间8m i n 。 3 ．6 酸洗 选用3m o l ／L 的硫酸溶液洗涤负钪有机相，加 入适量表面活性剂及还原剂，搅拌洗涤3 0m i n ，使 杂质与钪分离。 3 ．7 二次反萃 二次反萃条件有机相与碱液的相比 0 ／A 为 1 l ，碱液浓度1 0 0g ／L ，搅拌并进行加热反应，温 度7 0 ～8 0 ℃，时间3 0m i n 。经二次反萃后，钪可以 富集到2 0 ％左右。 3 ．8 草酸沉钪、煅烧 先用盐酸溶解富钪渣，严格控制溶液p H 在 2 ～3 ，在8 0 ～9 0 ℃条件下加入草酸，搅拌反应1h ， 使S c 3 十转换成草酸钪沉淀，过滤、洗涤，烘干，再于 8 5 0 ℃煅烧得到9 0 ％以上的粗S c z 0 。。 3 ．9 精制 粗S c 。0 。中还含有钛、铁、钙、锆等杂质，需做进 一步精制除杂以获得高纯S c O 。产品。本工艺选用 万方数据 2 0 1 5 年第5 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 7 复盐、碱转化、离子交换、草酸沉淀等工艺的组合，精 制除杂，最后得到纯度9 9 ．9 9 ％以上的S c 。O 。产品。 S c O 。提纯试验结果见表1 。 表1S c 0 3 提纯试验结果 T a b l e1R e s u I t so fp u r i f i c a t i o no fS c 20 3／％ 从表1 可看出，在浸出工段赤泥中钪的浸出率 只有6 2 ％，原因主要是钪在赤泥中的物相、形态复 杂，以S c 。O 。形态存在的钪容易被硫酸溶解浸出，而 以硫酸钪钠形态存在的钪不能被硫酸溶解。同时， 由于赤泥、钛白废酸都是废物，两者联合使工艺更具 复杂性和不可预见性。本文得到的S c 0 。产品质量 已达到国标G B ／T1 3 2 1 9 2 0 1 0 标准1 6 1 0 4 0 牌号的 要求。 4 经济估算 以1k g 产品S c O 。为准进行计算，主要原辅材 料消耗为 k g P 2 0 44 ．4 、T B P0 ．9 、磺化煤油2 4 、硫 酸2 ．2 、盐酸4 ．5 、氢氧化钠7 6 、草酸6 。根据目前的 市场价格，4 N 级S c O 。售价为1 ．6 万元／k g ，按年处 理5 万t 赤泥及1 5 万m 3 钛白废酸的规模估算，其 总成本费用约59 0 0 万元，利润总额达38 0 0 万元， 项目总投资收益率达4 7 ％。 5结论 利用钛白废酸浸出赤泥，经一次萃取反萃、酸溶 水解、二次萃取、酸洗、二次反萃、草酸沉淀、精制提 纯等工序可得到纯度9 9 ．9 9 ％的高纯S c z 0 。，赤泥中 钪的回收率达5 7 ．8 ％，钛白废酸中钪的回收率达 9 3 ．3 ％。本工艺以废治废，变废为宝，具有良好的社 会效益和环保效益。 参考文献 [ 1 ] 宋金如，郑全伟，刘英，等．从高纯氧化钪中分离微量 铁、锆的研究[ j ] ．湿法冶金，2 0 0 4 ，2 3 3 1 5 1 1 5 6 ． [ 2 ] 彭超．氧化钪提取新工艺探讨[ J ] ．化工设计通讯， 2 0 0 5 ，3 1 2 3 9 4 3 ． [ 3 ] 王红．氧化钪分离富集方法的研究[ J ] ．分析化学， 2 0 0 0 ，2 8 6 7 8 7 ． [ 4 ] 王克勤，于永波，王皓，等．从赤泥中提取钪的工艺现状 [ J ] ．轻金属，2 0 0 8 1 0 1 6 1 9 ． [ 5 ] 李正安。利用钛白粉生产的废酸提取高纯氧化钪[ J ] ． 河南化工，1 9 9 6 2 3 2 3 3 ． [ 6 ] 韦世强，侬健桃，谭海翔．粗氧化钪的提纯研究[ J ] ．有 色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 1 1 4 4 4 6 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