CN105568009B - 一种酸溶液中钪的回收方法 - Google Patents

一种酸溶液中钪的回收方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种酸溶液中钪的回收方法。该方法是将含钪酸溶液添加氢氧化钠进行搅拌除杂作业，除杂后酸溶液经过滤得到高纯度含钪溶液，高纯度含钪溶液与生物炭混合，在液固质量比为100:0.2~1、震荡频率为10~30次/min、震荡温度为30~60℃条件下震荡吸附10~30min，吸附饱和的含钪生物炭于高温条件下进行煅烧得到初级三氧化二钪，然后将初级三氧化二钪经盐酸溶液淋洗去除部分杂质得到高纯产品三氧化二钪，产品纯度大于99.5%，钪回收率大于97%，工艺过程产生的酸性废水返回作为提钪的浸出溶剂。本发明具有工艺操作简单，工艺参数容易控制，钪回收率高，药剂用量小，产品纯度高，工艺废水可循环利用的特点。

Description

一种酸溶液中钪的回收方法
技术领域
本发明属于钪的湿法冶金技术领域，具体涉及一种酸溶液中钪的回收方法。
背景技术
钪是一种重要的过渡稀土元素，由于其良好的物理化学性能而广泛应用于照明行业、合金工业、陶瓷材料、催化化学、核能工业和燃料电池等。钪在地壳中含量很低，一般认为矿石中钪的含量在0.002%～0.005%即为重要钪资源，赤泥是在铝土矿冶炼氧化铝过程中产生的尾渣，其中钪含量可富集至0.01%以上，可采用盐酸、硫酸等作为浸出剂将钪溶解到酸溶液(樊艳金, 何航军, 张健飞, 等. 钛白废酸与赤泥联合提取氧化钪的工艺研究[J].有色金属(冶炼部分), 2015 (5): 55-57；孙道兴. 赤泥脱碱处理和有价金属钛钪提取的研究[J]. 无机盐工业, 2008, 40(10): 49-52；薛安, 陈肖虎, 唐晓宁. 赤泥中浸出钪的工艺条件及动力学研究. 有色金属(冶炼部分), 2010 (2): 51-53)。
目前，含钪酸溶液中富集分离制备氧化钪的方法大多是溶剂萃取(刘卫, 杨泱,崔小震. 钛白废酸提钪工艺中锆钪分离的研究[J]. 稀土, 2014, 35(6): 79-83；张泽强.从含钪锰矿硫酸浸出液中萃取钪[J]. 武汉化工学院学报,1999, 21(3): 38-40；田彦文,翟玉春, 翟秀静等. P204盐酸体系萃取钪的基础研究[J]. 东北大学学报(自然科学版),1998, 19(2): 162-165；薄其兵, 陆军, 李德谦等. 仲辛基苯氧基乙酸从稀土中萃取分离钪及其机理[J]. 分析化学, 2001, 29(1): 45-48)。含钪酸溶液中一般钪浓度低，杂质离子种类多且含量高，萃取过程需要多级萃取和反萃作业，杂质离子亦会被萃取，萃取尾液中含有部分有机相处理困难，同时，在萃取过程容易出现乳化现象导致两相不能分离和有机药剂损失严重，最终产品三氧化二钪的纯度低。
因此，该方法存在萃取过程操作繁琐，工艺参数较难控制，钪回收率低，药剂用量大，产品三氧化二钪纯度低和工艺过程产生的废水处理困难等缺陷。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种能够从含钪酸溶液中提取制备高纯度三氧化二钪的方法，该方法满足钪富集提纯过程操作简单，工艺参数容易控制，钪回收率高，药剂用量小，产品三氧化二钪纯度高和工艺废水可循环利用的要求。
本发明的目的可通过下属技术措施来实现：
本发明采用的方法是将赤泥经盐酸浸出的含钪酸溶液进行搅拌除杂，除杂后酸溶液进行过滤去除铝、铁等杂质得到高纯度含钪溶液。高纯度含钪溶液经生物炭吸附后，酸溶液中钪存在于生物炭上而与液相分离，然后将生物炭于高温条件下煅烧得到初级三氧化二钪，初级三氧化二钪再经盐酸淋洗得到高纯三氧化二钪。
具体说，本发明的提钪方法包括下述步骤：
a、将含钪酸溶液与氢氧化钠按质量比100:5~15混合于搅拌器中，在温度为30~60℃、搅拌强度为50~100r/min的条件下搅拌除杂30~60min，搅拌除杂结束后经过滤得到尾渣和高纯度含钪溶液；
b、将高纯度含钪溶液与生物炭按质量比100:0.2~1混合于容器中，然后将容器放置于震荡器上；在震荡频率为10~30次/min、震荡温度为30~60℃的条件下震荡10~30min，固液分离得到尾水和含钪生物炭，尾水返回作为钪提取的浸出溶剂；
c、将含钪生物炭烘干放置于坩埚中，于焙烧炉中在600~750℃条件下煅烧30~60min得到初级三氧化二钪；
d、将初级三氧化二钪与浓度为0.1~0.5mol/L的盐酸溶液混合于交换柱中，在固液质量比1:50~100、温度为20~40℃、流速为0.5~2mL/min的条件下淋洗60~120min，淋洗结束后得到淋洗液和高纯产品三氧化二钪，淋洗液返回作为钪提取的浸出溶剂。
本发明中所述含钪酸溶液是赤泥经盐酸浸出所得，钪浓度为5~20mg/L，溶液pH值为0.1~1.2。
本发明中所述生物炭是桔皮、椰子壳、荔枝壳或橙子皮中的任意一种原料经浓硫酸低温碳化所得，其比表面积为2500~3500m2/g，灰分为0.5%~2%。
本发明中所得高纯产品三氧化二钪纯度大于99.5%，钪回收率大于97%。
本发明的有益效果如下：
由于本发明采用生物炭富集提取回收酸溶液中的钪，简化了传统的萃取-反萃-沉淀-煅烧工艺制备三氧化二钪的流程，替代了多级萃取-多级反萃的重复作业，避免了含钪酸溶液在萃取过程出现的乳化现象，此过程仅消耗生物炭作为吸附剂，相比于萃取-反萃过程的P204、磺化煤油等有机萃取剂和硫酸、盐酸、氢氟酸等反萃药剂而言，降低了药剂消耗，生物炭吸附-煅烧工艺参数简单且容易控制。此外，含钪酸溶液经过生物炭的吸附直至生物炭饱和，最大利用了药剂载体，相比于萃取过程中钪经过多级萃取和反萃，钪的回收率得到了提高。含钪酸溶液在进行生物炭吸附之前进行了搅拌除杂作业，去除了酸溶液中大部分杂质，最终产品三氧化二钪纯度得到提高。该工艺中产生的废水包括生物炭吸附尾水和淋洗液，均为无机酸性溶液，可以直接返回作为提取钪的浸出溶剂，最终得到产品三氧化二钪纯度大于99.5%，钪回收率大于97%。
因此，本发明具有钪富集提纯过程操作简单，工艺参数容易控制，钪回收率高，药剂用量小，产品三氧化二钪纯度高和工艺废水可循环利用的特点。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：
为避免重复叙述，现将本发明具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下：所述含钪酸溶液是赤泥经盐酸浸出所得，钪浓度为5~20mg/L，溶液pH值为0.1~1.2，所述生物炭是桔皮、椰子壳、荔枝壳或橙子皮中的任意一种原料经浓硫酸低温碳化所得，其比表面积为2500~3500m2/g，灰分为0.5%~2%。具体实施例中不再赘述。
实施例1
将含钪酸溶液与氢氧化钠按质量比100:12~15混合于搅拌器中，在温度为30~60℃和搅拌强度为50~100r/min条件下搅拌除杂50~60min，搅拌除杂结束后经过滤得到尾渣和高纯度含钪溶液；将高纯度含钪溶液与生物炭按质量比100:0.2~0.5混合于容器中，然后将容器放置于震荡器上；在震荡频率为10~30次/min、震荡温度为30~60℃条件下震荡10~15min，固液分离得到尾水和含钪生物炭，尾水返回作为钪提取的浸出溶剂；将含钪生物炭烘干放置于坩埚中，于焙烧炉中在600~750℃条件下煅烧30~60min得到初级三氧化二钪；将初级三氧化二钪与浓度为0.4~0.5mol/L的盐酸溶液混合于交换柱中，在固液质量比1:80~100、温度为20~40℃、流速为0.5~2mL/min条件下淋洗100~120min，淋洗结束后得到淋洗液和高纯产品三氧化二钪，淋洗液返回作为钪提取的浸出溶剂。所得高纯产品三氧化二钪纯度大于99.7%，钪回收率大于97%。
实施例2
将含钪酸溶液与氢氧化钠按质量比100:8~12混合于搅拌器中，在温度为30~60℃和搅拌强度为50~100r/min条件下搅拌除杂40~50min，搅拌除杂结束后经过滤得到尾渣和高纯度含钪溶液；将高纯度含钪溶液与生物炭按质量比100:0.5~0.8混合于容器中，然后将容器放置于震荡器上；在震荡频率为10~30次/min、震荡温度为30~60℃条件下震荡15~20min，固液分离得到尾水和含钪生物炭，尾水返回作为钪提取的浸出溶剂；将含钪生物炭烘干放置于坩埚中，于焙烧炉中在600~750℃条件下煅烧30~60min得到初级三氧化二钪；将初级三氧化二钪与浓度为0.2~0.4mol/L的盐酸溶液混合于交换柱中，在固液质量比1:60~80、温度为20~40℃、流速为0.5~2mL/min条件下淋洗80~100min，淋洗结束后得到淋洗液和高纯产品三氧化二钪，淋洗液返回作为钪提取的浸出溶剂。所得高纯产品三氧化二钪纯度大于99.6%，钪回收率大于98%。
实施例3
将含钪酸溶液与氢氧化钠按质量比100:5~8混合于搅拌器中，在温度为30~60℃和搅拌强度为50~100r/min条件下搅拌除杂30~40min，搅拌除杂结束后经过滤得到尾渣和高纯度含钪溶液；将高纯度含钪溶液与生物炭按质量比100:0.8~1混合于容器中，然后将容器放置于震荡器上；在震荡频率为10~30次/min、震荡温度为30~60℃条件下震荡20~30min，固液分离得到尾水和含钪生物炭，尾水返回作为钪提取的浸出溶剂；将含钪生物炭烘干放置于坩埚中，于焙烧炉中在600~750℃条件下煅烧30~60min得到初级三氧化二钪；将初级三氧化二钪与浓度为0.1~0.2mol/L的盐酸溶液混合于交换柱中，在固液质量比1:50~60、温度为20~40℃、流速为0.5~2mL/min条件下淋洗60~80min，淋洗结束后得到淋洗液和高纯产品三氧化二钪，淋洗液返回作为钪提取的浸出溶剂。所得高纯产品三氧化二钪纯度大于99.5%，钪回收率大于99%。
本具体实施方式采用生物炭富集提取回收酸溶液中的钪，简化了传统的萃取-反萃-沉淀-煅烧工艺制备三氧化二钪的流程，替代了多级萃取-多级反萃的重复作业，避免了含钪酸溶液在萃取过程出现的乳化现象，此过程仅消耗生物炭作为吸附剂，相比于萃取-反萃过程的P204、磺化煤油等有机萃取剂和硫酸、盐酸、氢氟酸等反萃药剂而言，降低了药剂消耗，生物炭吸附-煅烧工艺参数简单且容易控制。此外，含钪酸溶液经过生物炭的吸附直至生物炭饱和，最大利用了药剂载体，相比于萃取过程中钪经过多级萃取和反萃，钪的回收率得到了提高。含钪酸溶液在进行生物炭吸附之前进行了搅拌除杂作业，去除了酸溶液中大部分杂质，最终产品三氧化二钪纯度得到提高。该工艺中产生的废水包括生物炭吸附尾水和淋洗液，均为无机酸性溶液，可以直接返回作为提取钪的浸出溶剂，最终得到产品三氧化二钪纯度大于99.5%，钪回收率大于97%。
因此，本具体实施方式具有钪富集提纯过程操作简单，工艺参数容易控制，钪回收率高，药剂用量小，产品三氧化二钪纯度高和工艺废水可循环利用的特点。

Claims (4)

1.一种酸溶液中钪的回收方法，其特征在于：所述方法包括下述步骤：
a、将含钪酸溶液与氢氧化钠按质量比100:5~15混合于搅拌器中，在温度为30~60℃、搅拌强度为50~100r/min的条件下搅拌除杂30~60min，搅拌除杂结束后经过滤得到尾渣和高纯度含钪溶液；
b、将高纯度含钪溶液与生物炭按质量比100:0.2~1混合于容器中，然后将容器放置于震荡器上；在震荡频率为10~30次/min、震荡温度为30~60℃的条件下震荡10~30min，固液分离得到尾水和含钪生物炭，尾水返回作为钪提取的浸出溶剂；
c、将含钪生物炭烘干放置于坩埚中，于焙烧炉中在600~750℃条件下煅烧30~60min得到初级三氧化二钪；
d、将初级三氧化二钪与浓度为0.1~0.5mol/L的盐酸溶液混合于交换柱中，在固液质量比1:50~100、温度为20~40℃、流速为0.5~2mL/min的条件下淋洗60~120min，淋洗结束后得到淋洗液和高纯产品三氧化二钪，淋洗液返回作为钪提取的浸出溶剂。
2.根据权利要求1所述的酸溶液中钪的回收方法，其特征在于：所述含钪酸溶液是赤泥经盐酸浸出所得，钪浓度为5~20mg/L，溶液pH值为0.1~1.2。
3.根据权利要求1所述的酸溶液中钪的回收方法，其特征在于：所述生物炭是桔皮、椰子壳、荔枝壳或橙子皮中的任意一种原料经浓硫酸低温碳化所得，其比表面积为2500~3500m2/g，灰分为0.5%~2%。
4.根据权利要求1所述的酸溶液中钪的回收方法，其特征在于：所得高纯产品三氧化二钪纯度大于99.5%，钪回收率大于97%。
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