CN102653823A - 一种从氟碳铈矿硫酸浸出液分离稀土并制备冰晶石的方法 - Google Patents

一种从氟碳铈矿硫酸浸出液分离稀土并制备冰晶石的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于稀土湿法冶金技术领域，具体涉及一种从氟碳铈矿硫酸浸出液分离稀土并制备冰晶石的方法。向氟碳铈矿硫酸浸出液中加入作为氟络合剂的铝盐，将萃取剂和稀释剂混合制得有机相，将有机相与上述氟碳铈矿硫酸浸出液按体积比（1~10）:1混合，振荡5~60min，静置10~60min后分相，获得负载铈的有机相和含有氟与三价稀土的萃余相，向萃余相中加入钠化合物，并调节pH至2~5，得到Na3AlF6沉淀，即冰晶石，进行固液分离，得到脱氟后的三价稀土溶液。与现有技术相比，本发明对氟的回收减少了含氟三废物的产生，大大减轻了流程对环境的污染，并且对水相中的氟进行资源化利用，减少了氟资源的浪费。

Description

一种从氟碳铈矿硫酸浸出液分离稀土并制备冰晶石的方法
 技术领域
  本发明属于稀土湿法冶金技术领域，具体涉及一种从氟碳铈矿硫酸浸出液分离稀土并制备冰晶石的方法。
背景技术
氟碳铈矿是世界储量最大，并且是目前开采和使用量最大的稀土矿产资源，其成分以轻稀土元素为主，还伴生有价值资源0.1~0.2wt.%的钍和7~9wt.％的氟。
目前应用于氟碳铈矿的分解与稀土提取的工艺多达10余种，归纳起来主要有酸法和碱法，其中酸法主要采用盐酸或硫酸，如浓硫酸焙烧法，由于氟元素的存在，使该工艺过程中易产生HF气体和硫酸酸雾，不仅污染环境而且对设备腐蚀性大，工艺流程长，原料消耗量大，而盐酸法可获得较高浓度的混合稀土料液，并且设备投资少，工艺简单，应用较为广泛，该工艺需要首先将氟碳铈矿高温焙烧分解为稀土氧化物，但是同时放出HF、HCl等气体，造成环境污染，一部分F-随RE3+和Ce4+进入溶液，影响稀土的提取，并且该工艺稀土形态反复转化，液固分离操作多，稀土提取率低，化工材料消耗大，废物排放多；碱法是采用浓NaOH 分解精矿, 相对而言可减轻氟对环境的污染, 但碱法要求精矿的品位高, 同时对设备的耐腐要求同样高, 并且碱法的加热问题至今没有得到很好的解决, 因此目前工业上很少采用。
无论酸法还是碱法分解工艺，都会产生大量废酸和含氟三废物而污染环境。因此，氟碳铈矿中“氟”元素的存在，是稀土湿法冶炼工业产生高消耗、高污染、高成本问题的最主要根源，是制约氟碳铈矿清洁生产的瓶颈，因此，开发新型绿色稀土冶炼技术，解决“氟”对环境的污染问题，实现稀土资源的高效利用是我国稀土工业未来发展面临的重大课题。氧化焙烧-硫酸浸出法是60年代发展起来的氟碳铈矿提取稀土方法。中国稀土学报2000年第一期（二（2-乙基己基）膦酸从含氟稀土硫酸溶液中萃取铈的机制）公开了一种氧化焙烧-硫酸浸出-萃取法，是首先将四价铈与氟一起从氟碳铈矿硫酸浸出液中萃取出来，在反萃过程中实现铈与钍和氟的分离，少铈三价稀土经萃取分离得到单一稀土产品，该方法是一种经济清洁的方法，但由于氟具有极强的配位能力，在冶炼过程中形成[CeF2]2+和[ThF2]2+配离子，使氟与铈不易分离，并且在操作过程中由于萃取剂及稀释剂中的某些还原性杂质易使萃取体系产生第三相，萃取过程难以进行，所以该方法距离工业化应用还有一定的距离，因此，解决流程中氟的问题是该工艺能否实现工业化的关键。如中国专利CN1133346A公开了一种从含氟硫酸稀土溶液中萃取分离铈的工艺，该方法以氟碳铈矿焙烧-硫酸浸出得到的含氟硫酸稀土溶液为料液，以P507 为萃取剂，以硼化物（硼酸、硼砂）为氟络合剂，在萃取和反萃过程中，含硼化合物与氟具有极强配位能力而抑制了氟与稀土的结合，达到了Ce4+与Th4+、F-的分离，具有较好的分离效果，但该方法未对氟的分离与利用进一步研究，没有实现工业化。中国专利CN1648264A公开了一种氟碳铈矿氧化焙烧-硫酸浸出-萃取后有机相除氟的方法，该方法对浸出液进行溶剂萃取，使铈和氟萃入有机相，三价稀土留在水相，使铈和氟与三价稀土分离，然后用含除氟剂的酸性水溶液将氟从有机相中除去，使其与铈分离，该方法减轻了氟碳铈矿湿法冶炼中产生的氟污染问题，也可消除氟对反萃铈的干扰，具有一定的应用价值。
上述方法均是在萃取后实现Ce4+、RE3+、F-的分离，由于氟的极强配位能力，增加了后续稀土分离处理的难度，实现工业化应用还需要进行大量的研究工作，并且将氟当作无用元素进行处理，未真正把氟作为一种资源进行资源化利用，也造成了氟资源的极大浪费，如能在萃取之前或萃取过程中通过加入氟络合剂使氟/稀土分离，可消除氟对后续处理工艺的影响，再进行稀土浸出与分离，并可对氟进行资源化利用，最终实现稀土冶炼的清洁化生产和资源的全面利用。
发明内容    
针对现有的氟碳铈矿冶炼分离技术中存在的问题，本发明提供一种从氟碳铈矿硫酸浸出液分离稀土并制备冰晶石的方法，目的是通过向氟碳铈矿焙烧后浸出得到的氟碳铈矿硫酸浸出液中加入氟络合剂，在溶剂萃取过程中使氟/稀土分离并制备冰晶石，能够消除氟对后续处理工艺的影响，大大减轻了流程对环境的污染，并可实现氟的回收利用。
实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行： 
（1）将氟碳铈矿于400~800℃在氧化焙烧1-4h，向氧化焙烧后将氟碳铈矿加入浓度为0.5~6.0mol·L-1的硫酸，于30~100℃浸出0.5-4h，硫酸与氟碳铈矿的液固重量比为（10~1）:1，得到氟碳铈矿硫酸浸出液；
（2）向氟碳铈矿硫酸浸出液中加入作为氟络合剂的铝盐，氟与铝的摩尔比为（6~1）:1，硫酸浸出液中的氟与铝盐络合，与铈和三价稀土元素分离； 
此时发生的反应是：Al3++6F- ? [AlF6]3- ；
（3）将萃取剂和稀释剂混合制得有机相，萃取剂在有机相中的浓度为0.1-3.0mol/L，将有机相与上述氟碳铈矿硫酸浸出液按体积比（1~10）:1混合，振荡5~60min，硫酸浸出液中的铈萃入有机相，氟与三价稀土留在水相，静置10~60min后分相，获得负载铈的有机相和含有氟与三价稀土的萃余相；
（4）向萃余相中加入钠化合物，钠与氟的物质的量比为1:2，并调节pH至2~5，得到Na3AlF6沉淀，即冰晶石，进行固液分离，得到脱氟后的三价稀土溶液。
此时发生的反应是：[AlF6]3-+3Na+? Na3AlF6↓。
其中，步骤（2）中所述的作为氟络合剂的铝盐是NaAlO2、Al2(SO4)3、Al(NO3)3或AlCl3。
步骤（3）中所述萃取剂是P204、P507或P204-P507以任意比例混合的混合萃取剂，稀释剂为磺化煤油。
步骤（4）中所述的钠化合物是NaOH、Na2SO4或NaCl，浓度为0.1~5.0mol·L-1。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是： 
（1）本发明以含有Ce4+、F-和RE3+的氟碳铈矿氧化焙烧-硫酸浸出后得到的氟碳铈矿硫酸浸出液为对象，首先向浸出液中加入作为氟络合剂的铝盐，由于Al3+和F-具有较好的配位结合能力，能够形成稳定的[AlF6]3-配位离子，F-发生竞争配位反应而优先与“氟络合剂”结合，使Ce4+以自由离子形式，与RE3+共同存在于水相中，然后加入有机相萃取剂， Ce4+被萃入有机相，而 [AlF6]3-与RE3+留在了水相，此时加入钠化合物，制备得到冰晶石沉淀，并达到使氟/稀土分离的目的；
（2）与现有技术相比，本发明对氟的回收减少了含氟三废物的产生，大大减轻了流程对环境的污染，并且对水相中的氟进行资源化利用，减少了氟资源的浪费。
附图说明    
    图1为本发明的从氟碳铈矿硫酸浸出液制备冰晶石和分离稀土的流程图。
具体实施方式
在本发明的工艺过程中酸度以EDTA-Ca络合稀土，用标准氢氧化钠溶液滴定，铈的浓度用硫酸亚铁铵氧化还原滴定，稀土元素的浓度用EDTA络合滴定法测定，氟用柠檬酸钠络合铝，用离子选择性电极法测定；
本发明采用的仪器型号为PXSJ-216离子计，PF-1氟离子电极。
所用的P204和P507为市购萃取剂。
实施例1
（1）将氟碳铈矿于400℃在空气中氧化焙烧4h，向氧化焙烧后将氟碳铈矿加入浓度为1.0mol·L-1的硫酸，于30℃浸出4h，硫酸与氟碳铈矿的液固重量比为5:1，得到氟碳铈矿硫酸浸出液，其中Ce4+浓度为0.02 mol·L-1，F-浓度为0.03mol·L-1，RE 3+浓度为0.35 mol·L-1，溶液酸度为0.2mol·L-1；
（2）向氟碳铈矿硫酸浸出液中加入NaAlO2，氟铝物质的量比为2:1，硫酸浸出液中的F-与NaAlO2络合，与铈和三价稀土元素分离； 
（3）将P204和磺化煤油混合制得有机相，萃取剂浓度为0.1 mol/L，将有机相与上述氟碳铈矿硫酸浸出液按体积比1:1混合，振荡15min，硫酸浸出液中的铈萃入有机相，氟与三价稀土留在水相，静置10min后分相，获得负载铈的有机相和含有氟与三价稀土的萃余相，测得萃余液中：F-浓度为0.02778 mol·L-1，Ce4+浓度为0.4×10-3mol·L-1，RE 3+浓度为0.32 mol·L-1Ce4+分配比为49，F-分配比为0.08，Ce4+/ F-分离系数为612.5；
（4）向萃余相中加入1mol·L-1的NaOH，并调节pH至5，得到Na3AlF6沉淀，即冰晶石，进行固液分离，得到脱氟后的三价稀土溶液。
实施例2
（1）将氟碳铈矿于600℃在空气中氧化焙烧2h，向氧化焙烧后将氟碳铈矿加入浓度为0.5mol·L-1的硫酸，于50℃浸出时间2h，硫酸与氟碳铈矿的液固重量比为10:1，得到氟碳铈矿硫酸浸出液，其中Ce4+浓度为0.015 mol·L-1，F-浓度为0.03mol·L-1，RE3+浓度为0.02mol·L-1，溶液酸度为1mol·L-1；
（2）向氟碳铈矿硫酸浸出液中加入AlCl3，氟铝物质的量比为1:1，硫酸浸出液中的F-与AlCl3络合，与铈和三价稀土元素分离； 
（3）将P507-P204和磺化煤油混合制得有机相，P204质量分数为60%，萃取剂浓度为1mol/L，将有机相与上述氟碳铈矿硫酸浸出液按体积比2:1混合，振荡60min，硫酸浸出液中的铈萃入有机相，氟与三价稀土留在水相，静置30min后分相，获得负载铈的有机相和含有氟与三价稀土的萃余相，测得萃余液中：F-浓度为0.0266 mol·L-1，Ce4+浓度为0.15 ×10-3mol·L-1，Ce4+分配比为99，F-分配比为0.13，Ce4+/ F-分离系数为761.5，RE3+浓度为0.018 mol/L；
（4）向萃余相中加入0.1mol·L-1的Na2SO4，并调节pH至3，得到Na3AlF6沉淀，即冰晶石，进行固液分离，得到脱氟后的三价稀土溶液。
实施例3
（1）将氟碳铈矿于800℃在空气中氧化焙烧1h，向氧化焙烧后将氟碳铈矿加入浓度为2.0mol·L-1的硫酸，于100℃浸出时间0.5h，硫酸与氟碳铈矿的液固重量比为1:1，得到氟碳铈矿硫酸浸出液，其中Ce4+浓度为0.23mol·L-1，F-浓度为0.35mol·L-1，RE 3+浓度为0.28 mol·L-1，,溶液酸度为0.2mol·L-1；
（2）向氟碳铈矿硫酸浸出液中加入Al2(SO4)3，氟铝物质的量比为6:1，硫酸浸出液中的F-与Al2(SO4)3络合，与铈和三价稀土元素分离； 
（3）将P507和磺化煤油混合制得有机相，萃取剂浓度为3 mol/L，将有机相与上述氟碳铈矿硫酸浸出液按体积比10:1混合，振荡30min，硫酸浸出液中的铈萃入有机相，氟与三价稀土留在水相，静置60min后分相，获得负载铈的有机相和含有氟与三价稀土的萃余相，测得萃余液中：F-浓度为0.2926 mol·L-1，Ce4+浓度为4.5×10-3mol·L-1，Ce4+分配比为50.1，F-分配比为0.20，Ce4+/ F-分离系数为250.5，RE3+浓度为0.25mol/L；
（4）向萃余相中加入2mol·L-1的NaCl，并调节pH至4，得到Na3AlF6沉淀，即冰晶石，进行固液分离，得到脱氟后的三价稀土溶液。
实施例4
（1）将氟碳铈矿于650℃在空气中氧化焙烧3h，向氧化焙烧后将氟碳铈矿加入浓度为6.0mol·L-1的硫酸，于70℃浸出时间1.5h，硫酸与氟碳铈矿的液固重量比为3:1，得到氟碳铈矿硫酸浸出液，其中Ce4+浓度为0.33mol·L-1，F-浓度为0.41mol·L-1，RE 3+浓度为0.37 mol·L-1，溶液酸度为5mol·L-1；
（2）向氟碳铈矿硫酸浸出液中加入Al(NO)3，氟铝物质的量比为2:1，硫酸浸出液中的F-与Al(NO)3络合，与铈和三价稀土元素分离； 
（3）将P507和磺化煤油混合制得有机相，萃取剂浓度为0.1 mol/L，将有机相与上述氟碳铈矿硫酸浸出液按体积比10:1混合，振荡5min，硫酸浸出液中的铈萃入有机相，氟与三价稀土留在水相，静置60min后分相，获得负载铈的有机相和含有氟与三价稀土的萃余相，测得萃余液中：F-浓度为0.35mol·L-1，Ce4+浓度为5.3×10-3mol·L-1，Ce4+分配比为61.3，F-分配比为0.17，Ce4+/ F-分离系数为360.6，RE3+浓度为0.32mol/L；
（4）向萃余相中加5mol·L-1的Na2SO4，并调节pH至2，得到Na3AlF6沉淀，即冰晶石，进行固液分离，得到脱氟后的三价稀土溶液。

Claims (4)

1.一种从氟碳铈矿硫酸浸出液分离稀土并制备冰晶石的方法，其特征在于按照以下步骤进行：
（1）将氟碳铈矿于400~800℃在氧化焙烧1-4h，向氧化焙烧后将氟碳铈矿加入浓度为0.5~6.0mol·L-1的硫酸，于30~100℃浸出0.5-4h，硫酸与氟碳铈矿的液固重量比为（10~1）:1，得到氟碳铈矿硫酸浸出液；
（2）向氟碳铈矿硫酸浸出液中加入作为氟络合剂的铝盐，氟与铝的摩尔比为（6~1）:1，硫酸浸出液中的氟与铝盐络合，与铈和三价稀土元素分离； 
（3）将萃取剂和稀释剂混合制得有机相，萃取剂在有机相中的浓度为0.1-3.0mol/L，将有机相与上述氟碳铈矿硫酸浸出液按体积比（1~10）:1混合，振荡5~60min，硫酸浸出液中的铈萃入有机相，氟与三价稀土留在水相，静置10~60min后分相，获得负载铈的有机相和含有氟与三价稀土的萃余相；
（4）向萃余相中加入钠化合物，钠与氟的物质的量比为1:2，并调节pH至2~5，得到Na3AlF6沉淀，即冰晶石，进行固液分离，得到脱氟后的三价稀土溶液。
2.根据权利要求1所述的一种从氟碳铈矿硫酸浸出液分离稀土并制备冰晶石的方法，其特征在于步骤（2）中所述的作为氟络合剂的铝盐是NaAlO2、Al2(SO4)3、Al(NO3)3或AlCl3。
3.根据权利要求1所述的一种从氟碳铈矿硫酸浸出液分离稀土并制备冰晶石的方法，其特征在于步骤（3）中所述萃取剂是P204、P507或P204-P507以任意比例混合的混合萃取剂，稀释剂为磺化煤油。
4.根据权利要求1所述的一种从氟碳铈矿硫酸浸出液分离稀土并制备冰晶石的方法，其特征在于步骤（4）中所述的钠化合物是NaOH、Na2SO4或NaCl，浓度为0.1~5.0mol·L-1。
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