CN106244831B - 一种从含钪溶液中去除铁离子和锆离子的方法 - Google Patents

一种从含钪溶液中去除铁离子和锆离子的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种从含钪溶液中去除铁离子和锆离子的方法，包括如下步骤：1)将含钪溶液的酸度调节至0.5～8mol/L后，向其中添加氯离子，至浓度为0.5～10mol/L，氯离子与所述含钪溶液中的铁离子形成络合阴离子；2)利用阴离子交换树脂吸附去除所述络合阴离子，得去除铁离子的含钪溶液；3)调节所述去除铁离子的含钪溶液的酸度至0.5～4mol/L，利用螯合树脂吸附去除其中的锆离子，得到去除杂质铁和锆的含钪溶液。本发明方法操作简单，成本较低，可有效地从含钪溶液中除去铁、锆等杂质，而且钪回收率高，整个过程几乎无钪损失。

Description

一种从含钪溶液中去除铁离子和锆离子的方法
技术领域
本发明属于化学冶金领域，具体涉及一种从含钪溶液中去除杂质的方法。
背景技术
作为一种具有许多优异性能的稀有金属元素，钪在国防、航天、电子、激光等领域具有重要的应用前景。自然界中含钪的矿物多达800余种，在花岗伟晶岩类型矿的副产物中几乎都可以找到钪的踪迹，但氧化钪品位大于0.05％的矿却为数甚少。我国矿产资源丰富，许多矿物中均含有钪，如铝土矿、黑钨矿、钒钛磁铁矿、铀矿等，所以钪的提取基本上都是以氧化铝工业中的赤泥、钨冶金中的浸出渣、硫酸法生产钛白过程中的酸性水解废水和高钛渣氯化过程中的烟尘为原料。
由于这些原料中Fe、Zr等物质含量很高，在制备氧化钪过程中他们以杂质形式存在于氧化钪中或含含钪溶液中，从而影响产品钪化合物的纯度，致使高纯氧化钪价格昂贵，限制了钪在工业上的应用。
目前从钪化合物或含含钪溶液中分离这些杂质的方法主要为萃取法，如专利号201310237363.2的发明用P2O4萃取钪，虽然P2O4对钪的萃取能力极强，但选择性很差，大部分杂质元素也被萃上，使除杂工序变得更加复杂，萃取分离级数巨大，最终氧化钪纯度仅为90％-95％，且伴随着COD含量高的工业废水产出，加工成本较高。专利号201410013986.6的发明通过通过沉锆—N235除铁—P507富集钪—HCl反萃—P350萃钪—HCl反萃—草酸沉淀—酸溶—草酸沉淀—煅烧可以获得纯度在99.9％以上的氧化钪。但该工艺流程复杂，多次沉淀工艺使钪的损失率高，回收率低。专利申请号为201110186520.2的发明通过多次溶解-过滤-沉淀-漂洗-过滤后将滤饼煅烧，能够得到99.99％的高纯钪，有效分离杂质，但多次沉淀-溶解-过滤使钪损失大、收率低，且产生大量废水。
发明内容
针对本领域提取方法复杂的缺陷，本发明旨在于提供一种简单、有效的从含钪溶液中去除杂质铁和锆的方法，包括如下步骤：
1)调节含钪溶液的酸度，至H+浓度为0.5～8mol/L，向其中添加氯离子至其浓度为0.5～10mol/L，使所述氯离子与铁离子形成络合阴离子；
2)利用阴离子交换树脂吸附去除所述络合阴离子，得去除铁离子的含钪溶液；
3)调节所述去除铁离子的含钪溶液的酸度，至H+浓度为0.5～4mol/L，利用螯合树脂吸附去除其中的锆离子，得到去除铁离子和锆离子的含钪溶液。
优选的，所述含钪溶液为含钪矿物制备成的盐溶液，其中钪离子、铁离子和锆离子的浓度均为0.3～0.5g/L。
优选的，所述含钪溶液为含钪的盐酸盐溶液。
优选的，所述阴离子交换树脂选自强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂或弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，其中711或D370效果更好。
优选的，所述螯合树脂为苯乙烯系螯合型离子交换树脂，其中D751或D851的效果更好。
优选的，将所述含钪溶液的酸度调节至2～5mol/L。
优选的，添加至所述氯离子的浓度为2～4mol/L。
优选的，调节所述去除铁离子的含钪溶液的酸度为0.5～1.5mol/L。
本发明所述的方法，优选包括如下步骤:
1)将钪的盐酸盐溶液的酸度调节至2～5mol/L后，向其中添加氯离子，至浓度为2～4mol/L，氯离子与所述含钪溶液中的铁离子形成络合阴离子；
2)利用弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂D370，通过玻璃交换柱法吸附去除所述络合阴离子，得去除铁离子的含钪溶液；
3)调节所述去除铁离子的含钪溶液的酸度至0.5～4mol/L，利用苯乙烯系螯合型离子交换树脂D851，通过玻璃交换柱法吸附去除其中的锆离子，得到去除杂质铁和锆的含钪溶液；
所述含钪溶液中钪离子、铁离子和锆离子的浓度均为0.3～0.5g/L。
进一步优选，在吸附铁离子和锆离子的过程中，将所述弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂D370和苯乙烯系螯合型离子交换树脂D751或D851置于有机玻璃交换柱中进行吸附。
本发明所述的方法，具有如下有益效果：
1)本发明方法采用离子交换的方法有效地从含钪溶液中深度除去了铁、锆等杂质；
2)本发明方法钪回收率高，整个过程几乎无钪损失；
3)本发明方法操作简单，成本较低。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中所涉及的含钪溶液均由钪离子、锆离子和铁离子直接配制而成，用于模拟
含钪矿物的盐溶液。
实施例1
本实施例涉及一种去除含钪溶液中铁和锆杂质的方法，包括如下步骤：
含钪溶液中以盐酸盐形式存在的成分为Sc：0.447g/L、Fe：0.461g/L、Zr：0.502g/L。
1)用8mol/L盐酸将料液酸度调节至3mol/L，向料液中添加NaCl，至其浓度为3mol/L；
2)将300ml上述料液通过装有30ml D370树脂的有机玻璃离子交换柱，控制料液流速为30ml/h；
3)用NaOH调节流出料液酸度至1mol/L，并将其通过装有30ml D851树脂的有机玻璃离子交换柱，料液流速为30ml/h，收集流出液；
吸附完毕后，用纯水以10ml/h的流速对上述两个交换柱内树脂洗涤3小时，再用2mol/L盐酸溶液解析，控制解吸液流速10ml/h，解析3小时。结果如表1：
表1
实施例2
本实施例涉及一种去除含钪溶液中铁和锆杂质的方法，同实施例1相比，其区别在于，不采用玻璃柱交换法，直接将含钪溶液置于装有树脂的锥形瓶中，具体包括如下步骤：
配制氯化含钪溶液，溶液中以盐酸盐形式存在的成分为：Sc 0.412g/L、Fe0.451g/L、Zr 0.477g/L。
1)用8mol/L盐酸将料液酸度调节至3mol/L，向料液中添加NaCl，至其浓度为3mol/L；
2)用量筒量取100ml料液置于250ml锥形瓶中，并加入10mlD370树脂，室温下振荡吸附3h，吸附情况如表4；
3)取出交后液，添加NaOH调节料液酸度均至1mol/L，并将其加入250ml锥形瓶中，加入10mlD851树脂，室温下振荡吸附3h，吸附情况如表2：
表2
实施例3
本实施例涉及一种去除含钪溶液中铁和锆杂质的方法，同实施例2相比，其区别在于，使用D751吸附树脂，其结果如表3：
表3
树脂类型 D370 D751
Sc吸附率 4.77％ 3.04％
Fe吸附率 95.21％ 1.42％
Zr吸附率 4.12％ 89.43％
实施例4
本实施例涉及一种去除含钪溶液中铁和锆杂质的方法，同实施例2相比，其区别在于，在添加氯离子前，分别将氯化含钪溶液的酸度调节至2mol/L、4mol/L或5mol/L，结果如表4：
表4
实施例5
本实施例涉及一种去除含钪溶液中铁和锆杂质的方法，同实施例2相比，其区别在于，在去除铁离子后，调节氯化含钪溶液的酸度为0.5或1.5mol/L，其结果如表5：
表5
对比例1
本实施例涉及一种去除含钪溶液中铁和锆杂质的方法，同实施例2相比，其区别在于，配制钪的硫酸盐或硝酸盐溶液溶液，其中，Sc 0.389g/L、Fe 0.411g/L、Zr 0.4453g/L。其吸附结果如表6：
表6
由表6可知，若采用钪的硫酸盐或硝酸盐溶液，其中在经过D370柱后，铁离子的吸附率仅为5.54％或9.07％，同实施例2中的94.33％相比，大大降低，而且钪的损失也会有所提高。
对比例2
本实施例涉及一种去除含钪溶液中铁和锆杂质的方法，同实施例2相比，其区别在于，弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂选择D202或D306，其结果如表7：
表7
树脂类型 D202 D306
Sc吸附率 0.47％ 1.02％
Fe吸附率 57.28％ 51.22％
Zr吸附率 0.17％ 1.41％
由表7可知，若在络合铁离子吸附的过程中采用D202或D306树脂，其吸附率仅为57.28％和51.22％，同实施例2中采用D370树脂的吸附率为94.11％相比，吸附率明显下降。
对比例3
本实施例涉及一种去除含钪溶液中铁和锆杂质的方法，同实施例2相比，其区别在于，将所述去除铁离子后的溶液的酸度调节至2mol/L，其结果如表8：
表8
由表8可知，若将去除铁离子后的溶液的酸度调节为2mol/L，锆离子的吸附率仅为42.70％，远远低于实施例2中的92.65％。
对比例4
本实施例涉及一种去除含钪溶液中铁和锆杂质的方法，同实施例2相比，其区别在于，将所述氯离子的浓度调节至0或1mol/L，其结果如下表：
NaCl添加量 0 1mol/L
D370吸附率 2.04％ 1.71％
D851吸附率 1.33％ 0.67％
总吸附率 3.34％ 2.37％
D370吸附率 29.96％ 54.43％
D851吸附率 3.27％ 4.30％
总吸附率 32.25％ 56.39％
D370吸附率 1.54％ 1.90％
D851吸附率 85.33％ 89.29％
总吸附率 85.56％ 89.49％
由以上数据可知，若不添加氯离子或氯离子的添加量不足，铁离子无法与氯离子很好的络合，其去除率大大下降。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种从含钪溶液中去除铁离子和锆离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)调节含钪溶液的酸度，至H+浓度为0.5～8mol/L，向其中添加氯离子至其浓度为2～4mol/L，使所述氯离子与铁离子形成络合阴离子；
2)利用阴离子交换树脂717或D370吸附去除所述络合阴离子，得去除铁离子的含钪溶液；
3)调节所述去除铁离子的含钪溶液的酸度，至H+浓度为0.5～1.5mol/L，利用螯合树脂D751或D851吸附去除其中的锆离子，得到去除铁离子和锆离子的含钪溶液；所述含钪溶液为含钪矿物制备成的盐溶液，其中钪离子、铁离子和锆离子的浓度均为0.3～0.5g/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含钪溶液为含钪的盐酸盐溶液。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1中，用盐酸将所述含钪溶液的酸度调节至2～5mol/L。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括如下步骤:
1)将含钪的盐酸盐溶液的酸度调节至2～5mol/L后，向其中添加氯离子，至浓度为2～4mol/L，氯离子与所述含钪溶液中的铁离子形成络合阴离子；
2)利用弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂D370，吸附去除所述络合阴离子，得去除铁离子的含钪溶液；
3)调节所述去除铁离子的含钪溶液的酸度至0.5～1.5mol/L，利用苯乙烯系螯合型离子交换树脂D751或D851，吸附去除其中的锆离子，得到去除杂质铁和锆的含钪溶液；
所述含钪溶液中钪离子、铁离子和锆离子的浓度均为0.3～0.5g/L。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，包括如下步骤:
1)将含钪的盐酸盐溶液的酸度调节至2～5mol/L后，向其中添加氯离子，至浓度为2～4mol/L，氯离子与所述含钪溶液中的铁离子形成络合阴离子；
2)利用弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂D370，吸附去除所述络合阴离子，得去除铁离子的含钪溶液；
3)调节所述去除铁离子的含钪溶液的酸度至0.5～1.5mol/L，利用苯乙烯系螯合型离子交换树脂D751或D851，吸附去除其中的锆离子，得到去除杂质铁和锆的含钪溶液；
所述含钪溶液中钪离子、铁离子和锆离子的浓度均为0.3～0.5g/L。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在吸附铁离子和锆离子的过程中，将所述弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂D370和苯乙烯系螯合型离子交换树脂D751或D851置于有机玻璃交换柱中。
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