CN108504860B - 一种赤泥酸浸出液中铁钪分离的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种赤泥酸浸出液中铁钪分离的方法，该方法是将氯离子配位剂加入至含铁和钪的赤泥酸浸出液中进行配位反应，配位反应液采用阴离子交换树脂吸附脱除氯化铁配合物离子，得到脱铁含钪溶液；负载氯化铁配合物离子的阴离子交换树脂通过解吸，得到含铁溶液。该方法充分利用氯离子对铁离子、钪离子稳定常数的差异，使铁离子与氯离子选择性形成配合物阴离子，而钪离子参与配合反应能力弱，从而通过阴离子交换树脂对铁配合物离子进行吸附，使钪离子留在浸出液中，实现了铁与钪的高效分离。

Description

一种赤泥酸浸出液中铁钪分离的方法
技术领域
本发明涉及一种铁和钪分离的方法，特别涉及一种赤泥酸性浸出液中分离回收三价铁和三价钪的方法，主要属于湿法冶金及冶金环境工程技术领域。
背景技术
赤泥是铝土矿生产氧化铝过程中产生的固体废弃物，每生产1t氧化铝会产生1～2t赤泥，目前全球赤泥累积堆存量超过40亿t，并以每年1.2亿t速度持续增长。赤泥具有强碱性、高盐分的特点，长期堆存易导致环境污染，且其中富含钪、钛、镧、铈等有价金属元素，特别是金属钪，其含量可达40～200g/t，极具回收价值。
现有的从赤泥中回收钪的技术主要是将赤泥赋存的钪经酸浸出过程进入浸出液，再通过P204、TBP等进行萃取分离。由于酸浸出钪的过程中，大量铁、铝、钙等组分也随之转移到浸出液中，尤其是铁含量达10g/L。基于Fe(III)和Sc(III)性质相近之缘故，且Fe(III)与萃取剂结合紧密，即使高酸反萃除铁，也反萃不彻底，导致Fe(III)在有机相中富集，降低萃取剂的萃取能力；再有，Fe(III)极易水解生成Fe(OH)3，造成萃取剂产生乳化现象，影响萃取体系的分离效果，所以Fe(III)和Sc(III)共存物料中，需要优先分离物料中的Fe(III)。
中国专利(公开号CN106086436A)公开了一种从赤泥中选择性浸出钪和钠的方法，采用先对赤泥进行硫酸化焙烧再水浸的方式分离Fe(III)；中国专利(公开号CN105483383A)公开了一种拜耳法赤泥粉末回收铝、铁、钪的工艺，采用先将赤泥与碳粉混合经高温还原焙烧后再磁选的方式回收铁；中国专利(公开号CN106222347A和CN105331837A)也采用了还原焙烧-磁选的方式分离铁。上述这些专利技术虽能取得较好的铁钪分离效果，但都需经过高温焙烧，加大了设备的投资和运营成本。目前，有研究表明通过先向赤泥浸出液投加还原剂将Fe(III)还原成Fe(II)，利用Fe(II)和Sc(III)的性质差异先分离钪再对分离后液进行氧化回收铁，但这个过程需要投加大量还原-氧化药剂，增加了钪的回收成本。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是在于提供一种采用“选择性配位-离子交换”实现赤泥盐酸浸出液中的铁和钪高效分离的方法，该方法充分利用氯离子对铁离子、钪离子稳定常数的差异，使铁离子与氯离子选择性形成配合物阴离子，而钪离子参与配合反应能力弱，从而通过阴离子交换树脂对铁配合物离子进行吸附，使钪离子留在浸出液中，实现了铁与钪的分离。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种赤泥酸浸出液中铁钪分离的方法，该方法是将氯离子配位剂加入至含铁和钪的赤泥酸浸出液中进行配位反应，配位反应液采用阴离子交换树脂吸附脱除氯化铁配合物离子，得到脱铁含钪溶液；负载氯化铁配合物离子的阴离子交换树脂通过解吸，得到含铁溶液。
优选的方案，所述含铁和钪的赤泥酸浸出液中三价铁离子的浓度为1～10g/L，钪离子的浓度为1～40mg/L。
本发明的含铁和钪的赤泥酸浸出液是采用盐酸、硫酸等浸出赤泥得到的浸出液，该浸出液的获得方法是本领域公知的技术。
优选的方案，氯离子配位剂在含铁和钪的赤泥酸浸出液中的加入量以赤泥酸浸出液中氯离子浓度为1～10mol/L计量；较优选的氯离子浓度为4～6mol/L。在优选的浓度范围内可以获得稳定的FeCl4 -，而进一步提高氯离子浓度会增加氯离子与钪离子的配位能力，且对设备耐腐蚀性能要求较高，而氯离子浓度降低则生成的FeCl4 -相对稳定性差。
较优选的方案，所述氯离子配位剂包括氯化氢、氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、氯化铝、氯化铵中至少一种。理论上在水溶液中容易电离出氯离子的化合物都能作为本发明技术方案的氯离子配位剂使用。
优选的方案，所述配位反应的温度为5～90℃，时间为0.5～6h。较优选的方案，配位反应的温度为20～60℃，时间为0.5～2h。在配位反应过程中最好是对溶液进行搅拌，提高反应效率。
优选的方案，所述阴离子交换树脂包括强碱性阴离子交换树脂和/或弱碱性阴离子交换树脂。优选的强碱性阴离子交换树脂为带有季铵基交换基团的阴离子交换树脂，如市面上常见的201×7、201×4、D201、D202或A-32Fine mesh。优选的弱碱性阴离子交换树脂为带有伯胺基、仲胺基、叔铵基中至少一种交换基团的阴离子交换树脂，如市面上常见的D301、D314、D708或D315。本发明采用的阴离子交换树脂对FeCl4 -离子的交换吸附能力较强。
优选的方案，所述解吸过程采用水或者酸溶液作为解吸剂。解吸液可以为水，为避免Fe(III)水解，可在水中加入少量酸调节pH在2以下，因此，优选的解吸剂为酸溶液。
较优选的方案，酸溶液为浓度在0.1～1mol/L范围内的稀酸溶液。最优为浓度在0.1～0.3mol/L范围内的酸性溶液。所述酸性溶液可以为现有技术中常见的无机酸，如氯化氢水溶液或硫酸水溶液。
优选的方案，配位反应液采用阴离子交换树脂吸附脱除氯化铁配合物离子的过程中，吸附温度为室温～90℃，最佳的吸附温度为室温～60℃。
优选的方案，所述解吸步骤中，解吸温度为室温～80℃，最优选为室温～50℃。
本发明的技术方案采用阴离子交换树脂填充柱用于配位反应液脱除氯化铁配合物离子。配位反应液通过阴离子交换树脂填充柱的流速为1～4BV/h。阴离子交换树脂填充柱可以采用单柱或多柱串联。吸附氯化铁配合物离子至饱和的阴离子交换树脂填充柱采用解吸剂进行解吸。使解吸液通过负载氯化铁配合物离子的阴离子交换树脂柱，对氯化铁配合物离子进行洗脱，得到解吸后的阴离子交换树脂填充柱。解吸剂的用量为1～4BV，所述解吸剂的流速为1～4BV/h。交换吸附后液中包含氯离子配位剂，可以返回至赤泥酸浸工序，有利于钪的富集，可以有效的节约配位剂的使用。
本发明的技术方案关键在于，充分利用Fe(III)和Sc(III)与氯离子的配位能力差异，通过配位反应及阴离子交换吸附相结合的方法实现赤泥酸浸出液中铁和钪的高效分离。Fe(III)能与溶液中的氯离子发生配位反应生成FeCl4 -离子，特别是赤泥酸浸出液一般呈强酸性，在这种条件下Fe(III)的水解行为较弱，更有利于稳定的FeCl4 -离子的生成，而在这种条件下Sc(III)与氯离子的配位能力相对较弱，因此，相对钪离子，铁离子与氯离子形成FeCl4 -占绝对优势，并且在后续的分离过程中阴离子交换树脂对FeCl4 -吸附效果好，能将FeCl4 -从浸出液中选择性分离出来，达到了铁和钪分离的目的。该法具有选择性强，除铁率高，成本低且无二次污染等优点。
以下表1为氯离子对铁离子、钪离子的配合物稳定常数，通过控制氯离子浓度及温度等条件，可以控制赤泥酸浸出液中铁离子与氯离子配位生成FeCl4 -，而在同样的条件下，钪离子则主要以正价的钪阳离子存在，从而通过阴离子交换树脂可以选择性将FeCl4 -交换吸附，实现铁钪分离。
表1Fe-Cl和Sc-Cl体系各反应累积稳定常数
Figure BDA0001596499420000041
相对于现有技术，本发明的技术方案具有以下优势：
1.通过氯离子配位-离子交换技术，能有效分离赤泥盐酸浸出液中的铁，其铁去除率可达96％以上，同时钪基本不损失，实现铁和钪的高效分离；
2.吸附后的树脂柱上的铁可以通过稀酸甚至清水解吸，避免了大量酸性废水的产生；
3.交换吸附后液可返回至赤泥酸浸工序，既有利于钪的富集，又可有效利用溶液中的酸和配位剂，节约钪的回收成本；
4.本发明工艺过程简单，设备投资低，环境友好。
具体实施方式
以下结合实施例旨在进一步说明本发明内容，而非限制本发明权利要求保护的范围。
实施例1
取铁含量为1.6g/L，钪含量为8.5mg/L的赤泥盐酸浸出液，加入氯化氨使氯离子浓度为6mol/L，在25℃条件下搅拌反应2h，反应后温度保持在25℃，将溶液通过蠕动泵以1BV/h的流速通过单根含有201×7阴离子交换树脂的树脂柱，此处的“1BV/h”表示的是每小时过柱的溶液体积为树脂体积的1倍量。且该溶液的过柱方式为下进上出。送ICP分析流出液中铁、钪浓度，得铁去除率为95.68％，钪损失率为4.71％。
实施例2
取铁含量为2.7g/L，钪含量为5.9mg/L的赤泥盐酸浸出液，加入氯化钙使氯离子浓度为6mol/L，在25℃条件下搅拌反应1h，反应后温度保持在25℃，将溶液通过蠕动泵以1BV/h的流速通过单根含有D201阴离子交换树脂的树脂柱。且该溶液的过柱方式为下进上出。送ICP分析流出液中铁、钪浓度，得铁去除率为99.96％，钪损失率为5.74％。
实施例3
取铁含量为2.9g/L，钪含量为4.8mg/L的赤泥盐酸浸出液，加入氯化钠使氯离子浓度为4mol/L，在35℃条件下搅拌反应4h，反应后温度保持在35℃，将溶液通过蠕动泵以1BV/h的流速通过单根含有D301阴离子交换树脂的树脂柱。且该溶液的过柱方式为下进上出。送ICP分析流出液中铁、钪浓度，得铁去除率为89.11％，钪损失率为13.85％。
实施例4
取铁含量为3.3g/L，钪含量为8.3mg/L的赤泥盐酸浸出液，加入氯化氨使氯离子浓度为6mol/L，在25℃条件下搅拌反应2h，反应后将温度升至55℃，将溶液通过蠕动泵以1BV/h的流速通过单根含有201×7阴离子交换树脂的树脂柱。且该溶液的过柱方式为下进上出。送ICP分析流出液中铁、钪浓度，得铁去除率为99.12％，钪损失率为23.27％。
实施例5
取铁含量为2.9g/L，钪含量为4.8mg/L的赤泥盐酸浸出液，加入氯化钙使氯离子浓度为6mol/L，在25℃条件下搅拌反应1h，反应后温度保持在25℃，将溶液通过蠕动泵以2BV/h的流速通过单根含有D201阴离子交换树脂的树脂柱。且该溶液的过柱方式为下进上出。送ICP分析流出液中铁、钪浓度，得铁去除率为98.68％，钪损失率为11.32％。
实施例6
取铁含量为2.9g/L，钪含量为4.8mg/L的赤泥盐酸浸出液，加入氯化钙使氯离子浓度为6mol/L，在25℃条件下搅拌反应1h，反应后将温度升至35℃，将溶液通过蠕动泵以4BV/h的流速通过单根含有D301阴离子交换树脂的树脂柱。且该溶液的过柱方式为下进上出。送ICP分析流出液中铁、钪浓度，得铁去除率为96.32％，钪损失率为8.45％。
实施例7
取铁含量为2.7g/L，钪含量为5.6mg/L的赤泥盐酸浸出液，加入氯化钙使氯离子浓度为2mol/L，在25℃条件下搅拌反应1h，反应后温度保持在25℃，将溶液通过蠕动泵以1BV/h的流速通过单根含有D201阴离子交换树脂的树脂柱。且该溶液的过柱方式为下进上出。送ICP分析流出液中铁、钪浓度，得铁去除率为45.80％，钪损失率为6.30％。
实施例8
取铁含量为2.7g/L，钪含量为5.6mg/L的赤泥盐酸浸出液，加入氯化钙使氯离子浓度为10mol/L，在25℃条件下搅拌反应1h，反应后温度保持在25℃，将溶液通过蠕动泵以2BV/h的流速通过单根含有D201阴离子交换树脂的树脂柱。且该溶液的过柱方式为下进上出。送ICP分析流出液中铁、钪浓度，得铁去除率为99.24％，钪损失率为38.54％。
对比实施例1
取铁含量为2.5g/L，钪含量为4.8mg/L的赤泥盐酸浸出液，将温度控制在25℃条件下，将溶液通过蠕动泵以1BV/h的流速通过单根含有D201阴离子交换树脂的树脂柱。且该溶液的过柱方式为下进上出。送ICP分析流出液中铁、钪浓度，得铁去除率为0.48％，钪损失率为0.18％。

Claims (4)

1.一种赤泥酸浸出液中铁钪分离的方法，其特征在于：将氯离子配位剂加入至含铁和钪的赤泥酸浸出液中进行配位反应，配位反应液采用阴离子交换树脂吸附脱除氯化铁配合物离子，得到脱铁含钪溶液；负载氯化铁配合物离子的阴离子交换树脂通过解吸，得到含铁溶液；
所述含铁和钪的赤泥酸浸出液中三价铁离子的浓度为1～10g/L，钪离子的浓度为1～40mg/L；
所述氯离子配位剂在含铁和钪的赤泥酸浸出液中的加入量以赤泥酸浸出液中氯离子浓度为6mol/L计量；
所述配位反应的温度为20～60℃，时间为0.5～2h；
所述阴离子交换树脂为强碱性阴离子交换树脂或弱碱性阴离子交换树脂；所述强碱性阴离子交换树脂为201×7、201×4、D201、D202或A-32Fine mesh中的一种；所述弱碱性阴离子交换树脂为D301、D314、D708或D315中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种赤泥酸浸出液中铁钪分离的方法，其特征在于：所述氯离子配位剂包括氯化钙、氯化镁、氯化铝、氯化铵中至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种赤泥酸浸出液中铁钪分离的方法，其特征在于：所述解吸过程采用水或者酸溶液作为解吸剂。
4.根据权利要求3所述的一种赤泥酸浸出液中铁钪分离的方法，其特征在于：所述酸溶液为浓度在0.1～1mol/L范围内的稀酸溶液。
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