CN117344161A - 一种从含钪氟化钙物料中回收钪的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于稀土元素回收技术领域,公开了一种从含钪氟化钙物料中回收钪的方法,本方法先将含钪氟化钙物料破碎磨细至200目以下,得到粉体;再将粉体加入六水氯化铝溶液中,其中,粉体与六水氯化铝溶液的质量比为1:8~12,随后将温度升至80~90℃,搅拌反应2~4h,过滤得到滤饼和含钪滤液;采用硫酸将含钪滤液的pH调节至1~2;再使用P204和磺化煤油的混合物对含钪滤液进行萃取,得到有机相一;再使用硫酸溶液对有机相一洗涤,得到有机相二;再使用氢氧化钠溶液对有机相二进行反萃,得到氢氧化钪;最后对氢氧化钪依次进行酸溶、沉淀、煅烧,得到氧化钪。
Description
技术领域
本发明涉及稀土元素回收技术领域,尤其涉及一种从含钪氟化钙物料中回收钪的方法。
背景技术
钪(Sc)在自然界中广泛存在,平均丰度不低,在地壳中的丰度约为36×10-4%,但其分布极为分散,常给人以极其稀少的印象,同时独立的钪矿物资源极其稀少,绝大多数钪都是以矿物伴生形式分散于钨、铝、钒、钛、锆矿床及部分稀土矿中,提取及深加工方面的研究比较困难。钪及其化合物主要应用在Al-Sc合金材料、钪钠卤灯、固体氧化物燃料电池等方面,由于独立的钪矿物资源极其稀少导致其价格较为昂贵,限制了其在航空、激光、电子等领域的广泛应用。虽然国内外生产钪及相关产品的公司多但总产量不高,根据国际阿达玛斯情报研究中心数据可知,未来国际上对钪需求量巨大,长期处于供不应求的局面。因此,为缓解钪的供需不平衡关系,从多种渠道的不同物料中回收钪具有重要意义。
从工业废料中回收钪时,常见的原料主要有赤泥、钨冶炼渣、沉积型铁矿的冶炼渣、钛铁矿氯化焙烧时产生的氯化烟尘及粉煤灰等,处理方法以湿法为主导,技术路线主要是先采用物理或化学浮选等方法使钪富集,然后用酸浸出钪精矿,再从浸出液中萃取、提纯、煅烧得到氧化钪产品。但以上方法存在处理物料复杂、杂质元素繁多、废水量大、生产能耗高等问题。
目前制备金属钪的工艺主要为金属热还原法,在热还原之前,需要将氧化钪氟化,在一定条件下将氧化钪和氟化物混合反应得到氟化钪,此过程会产生大量的氟化钙物料,该物料夹杂着少部分氟化钪,虽然氟化钙中的钪含量仅有0.8~5%,但随着氟化钙物料量增大,钪资源的浪费也不断加大,因此从氟化钙中回收钪具有重要经济价值。
同时,由于含钪氟化钙物料中氟含量高,处理相对困难,目前尚无成熟且简单的工艺从中回收钪,而仅简单地堆存含钪氟化钙物料既占用土地,又造成钪资源的浪费。若采用酸浸方法处理该物料,存在酸浸效果差甚至无效果等问题,并且酸浸过程易生成氢氟酸,从而产生环境污染严重、设备要求较高、工作环境恶劣等问题。
中国专利申请200910090880.5公开了一种萃取分离稀土元素的工艺,该工艺是将P507、P204、C272、环烷酸等酸性有机萃取剂与镁和/或钙的有机酸盐水溶液、稀土溶液进行混合预萃取,稀土离子被萃入有机相中,经过澄清,得到含稀土离子的负载有机相用于混合稀土料液的萃取分离。经过多级萃取-洗涤-反萃,得到单一稀土化合物或几种稀土元素的富集物。所用镁和/或钙的有机酸盐水溶液由菱镁矿、石灰石、方解石、白云石等矿物经过焙烧-有机酸溶解制备,硅、铁、铝等杂质含量低,预萃取及萃取分离过程不产生三相物,不影响稀土产品纯度,而且有机相不用氨皂化,不产生氨氮废水,并大幅度降低稀土产品生产成本,节省大量三废处理费用;
同时,观察该方案的实施例可见,该方案更加适合将稀土溶液中的稀土元素进行萃取,而非从矿物或其他废料中对稀土元素进行萃取。
中国专利申请201911378530.9公开了一种粉煤灰盐酸法生产氧化铝并回收稀土元素的方法,包括如下步骤:
1)粉煤灰预除杂;
2)溶出,得到主要组成为氯化铝的氯化铝酸浸液和残渣;
3)蒸发浓缩,得到氯化铝质量浓度22%-27%的浓缩液;
4)盐析结晶I:得到六水氯化铝晶体I和盐析母液I;
5)洗涤和溶解;
6)盐析结晶II和洗涤:将步骤5)得到的所述氯化铝溶液进行盐析结晶II,经固液分离得到六水氯化铝晶体II和盐析母液II;将所述六水氯化铝晶体II用盐酸溶液洗涤,得到洗后液II;
7)焙烧,得到氧化铝产品;
8)溶剂萃取,回收其中的稀土元素;
该方案首先对粉煤灰预除杂,用浓度为1-3%的稀盐酸能够将粉煤灰中69%以上的钙和硫脱除,降低后续物料中钙和硫的含量,提升产品氧化铝品质;降低后续物料中钙离子和硫酸根浓度,避免后续蒸发浓缩步骤换热器结垢(成分为硫酸钙),提高换热器传热效率;盐酸浓度仅为1~3%,粉煤灰中的铝浸出率(损失率)小于3%,预除杂步骤铝损失小,但与此同时观察该方案可见,由于该方案是对粉煤灰中的钪进行萃取,因此使用稀盐酸进行酸浸有着上述各项优势,但如果将该方案中的原料由粉煤灰替换为氟化钙,再使用稀盐酸进行酸浸出则会产生有害环境的氢氟酸,导致处理难度增大,因此,尽管该方案在对粉煤灰中的钪进行萃取过程中有着诸多优势,但使用此方法对氟化钙中的钪进行回收则弊大于利。
本方案需要解决的问题:如何提供一种从含钪氟化钙物料中回收钪的方法,同时该方法不使用酸对氟化钙中的钪进行浸出,以防止氢氟酸的生成。
发明内容
本发明的目的是提供一种从含钪氟化钙物料中回收钪的方法,同时该方法不使用酸对氟化钙中的钪进行浸出,以防止氢氟酸的生成。
为实现上述目的,本申请公开了一种从含钪氟化钙物料中回收钪的方法,包括如下步骤:
步骤1:将含钪氟化钙物料破碎磨细至200目以下,得到粉体;
步骤2:将步骤1制得的粉体加入1~3mol/L的六水氯化铝溶液中,其中,粉体与六水氯化铝溶液的质量比为1:8~12,随后将温度升至80~90℃,搅拌反应2~4h,过滤得到滤饼和含钪滤液;采用硫酸将含钪滤液的pH调节至1~2;
步骤3:使用P204和磺化煤油的混合物对步骤2制得的含钪滤液进行萃取,得到有机相一;
步骤4:使用1~3mol/L的硫酸溶液对步骤3制得的有机相一洗涤,得到有机相二;
步骤5:使用2~3mol/L的氢氧化钠溶液对步骤4制得的有机相二进行反萃,得到氢氧化钪;
步骤6:对步骤5制得的氢氧化钪依次进行酸溶、沉淀、煅烧,得到氧化钪。
优选地,步骤3具体为:将P204和磺化煤油的混合物加入含钪滤液内,其中,P204和磺化煤油的质量比为10~15:85~90,有机相与水相的体积比为1:10~22,一级萃取钪过程中,先搅拌4~6min,再澄清25~35min,得到有机相一。
优选地,步骤4具体为:将步骤3制得的有机相一用1~3mol/L的硫酸溶液洗涤,得到有机相二,洗涤过程中有机相一与水相的体积比为14~16:1。
优选地,步骤5具体为:将步骤4制得的有机相二加入2~3mol/L的氢氧化钠溶液中并在70~80℃的温度下反应0.5~2h,得到氢氧化钪,且反应过程中有机相二与水相的体积比为0.8~1.2:1。
优选地,步骤6的酸溶过程使用的酸为浓度为100~200g/L的硫酸溶液,按固溶比为1:4~6将氢氧化钪与硫酸溶液混合,待氢氧化钪溶解后,酸溶过程结束,得到混合液一。
优选地,沉淀过程具体为:使用浓度为75~80g/L的草酸溶液对酸溶后的混合液一进行沉淀,得到草酸钪沉淀物。
优选地,煅烧过程中的煅烧温度为650~850℃,煅烧时间为2~4h。
优选地,步骤6中氧化钪的纯度大于或等于99%。
本申请的有益效果是:本申请所提供的从含钪氟化钙物料中回收钪的方法,通过铝盐配位使钪浸出,再使用P204萃取、氢氧化钠反萃得到氢氧化钪,对氢氧化钪酸溶、沉淀、煅烧使钪以氧化钪形式得到高效回收,氧化钪纯度可达99%以上,与此同时,本申请还解决了低含量含钪氟化物物料回收钪时回收率低的技术问题;并且,由于在配位浸出阶段不使用酸,使钪能够高效浸出的同时又不会产生氢氟酸,避免了传统萃取方法中氟化氢气体的产生和逸出,进而降低了对生产设备的要求并减少了对生产人员的身体危害。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例,对本发明进行清楚、完整地描述,在本发明的描述中,需要说明的是,实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
步骤1:将含钪氟化钙物料破碎磨细至200目以下,得到粉体;
步骤2:将步骤1制得的粉体加入3mol/L的六水氯化铝溶液中,其中,粉体与六水氯化铝溶液的质量比为1:8,随后将温度升至80℃,搅拌反应2h,过滤得到滤饼和含钪滤液;采用硫酸将含钪滤液pH调节至1;
步骤3:将P204和磺化煤油的混合物加入步骤2制得的含钪滤液内,其中,P204和磺化煤油的质量比为15:85,有机相与水相的体积比为1:10,一级萃取钪过程中,先搅拌4min,再澄清25min,得到有机相一;
步骤4:将步骤3制得的有机相一用3mol/L的硫酸溶液洗涤,得到有机相二,洗涤过程中有机相一与水相的体积比为14:1;
步骤5:将步骤4制得的有机相二加入3mol/L的氢氧化钠溶液中并在80℃的温度下反应2h,得到氢氧化钪,且反应过程中有机相二与水相的体积比为0.8:1;
步骤6:对步骤5制得的氢氧化钪依次进行酸溶、沉淀、煅烧,其中,酸溶过程使用的酸为浓度为200g/L的硫酸溶液,按固溶比为1:6将氢氧化钪与硫酸溶液混合,反应温度为80℃,待氢氧化钪溶解后,酸溶过程结束,得到混合液一;
使用浓度为80g/L的草酸溶液对酸溶后的混合液一进行沉淀,得到草酸钪沉淀物,沉淀过程中的反应温度为70℃,沉淀时间为4h;
将草酸钪在650℃的高温下煅烧2h,得到纯度为99.1%的氧化钪,经计算,氧化钪的回收率为96.8%。
实施例2
步骤1:将含钪氟化钙物料破碎磨细至200目以下,得到粉体;
步骤2:将步骤1制得的粉体加入1mol/L的六水氯化铝溶液中,其中,粉体与六水氯化铝溶液的质量比为1:12,随后将温度升至90℃,搅拌反应4h,过滤得到滤饼和含钪滤液;采用硫酸将含钪滤液pH调节至2;
步骤3:将P204和磺化煤油的混合物加入步骤2制得的含钪滤液内,其中,P204和磺化煤油的质量比为10:90,有机相与水相的体积比为1:22,一级萃取钪过程中,先搅拌5min,再澄清30min,得到有机相一;
步骤4:将步骤3制得的有机相一用1mol/L的硫酸溶液洗涤,得到有机相二,洗涤过程中有机相一与水相的体积比为15:1;
步骤5:将步骤4制得的有机相二加入2mol/L的氢氧化钠溶液中并在70℃的温度下反应0.5h,得到氢氧化钪,且反应过程中有机相二与水相的体积比为1:1;
步骤6:对步骤5制得的氢氧化钪依次进行酸溶、沉淀、煅烧,其中,酸溶过程使用的酸为浓度为100g/L的硫酸溶液,按固溶比为1:4将氢氧化钪与硫酸溶液混合,反应温度为80℃,待氢氧化钪溶解后,酸溶过程结束,得到混合液一;
使用浓度为75g/L的草酸溶液对酸溶后的混合液一进行沉淀,得到草酸钪沉淀物,沉淀过程中的反应温度为70℃,沉淀时间为4h;
将草酸钪在850℃的高温下煅烧4h,得到纯度为99.1%的氧化钪,经计算,氧化钪的回收率为95.5%。
实施例3
步骤1:将含钪氟化钙物料破碎磨细至200目以下,得到粉体;
步骤2:将步骤1制得的粉体加入2mol/L的六水氯化铝溶液中,其中,粉体与六水氯化铝溶液的质量比为1:10,随后将温度升至85℃,搅拌反应3h,过滤得到滤饼和含钪滤液;采用硫酸将含钪滤液pH调节至1.5;
步骤3:将P204和磺化煤油的混合物加入步骤2制得的含钪滤液内,其中,P204和磺化煤油的质量比为12:88,有机相与水相的体积比为1:15,一级萃取钪过程中,先搅拌6min,再澄清35min,得到有机相一;
步骤4:将步骤3制得的有机相一用2mol/L的硫酸溶液洗涤,得到有机相二,洗涤过程中有机相一与水相的体积比为16:1;
步骤5:将步骤4制得的有机相二加入2.5mol/L的氢氧化钠溶液中并在75℃的温度下反应1h,得到氢氧化钪,且反应过程中有机相二与水相的体积比为1.2:1;
步骤6:对步骤5制得的氢氧化钪依次进行酸溶、沉淀、煅烧,其中,酸溶过程使用的酸为浓度为150g/L的硫酸溶液,按固溶比为1:5将氢氧化钪与硫酸溶液混合,反应温度为80℃,待氢氧化钪溶解后,酸溶过程结束,得到混合液一;
使用浓度为78g/L的草酸溶液对酸溶后的混合液一进行沉淀,得到草酸钪沉淀物,沉淀过程中的反应温度为70℃,沉淀时间为4h;
将草酸钪在750℃的高温下煅烧3h,得到纯度为99.8%的氧化钪,经计算,氧化钪的回收率为97.5%。
对比例1
与实施例1基本相同,区别在于,步骤2中,使用2mol/L的稀盐酸溶液代替2mol/L的六水氯化铝溶液,最终得到纯度为96.5%的氧化钪,经计算,氧化钪的回收率为4.55%。
对比例2
与实施例1基本相同,区别在于,步骤2中,使用1mol/L的硫酸铝溶液代替2mol/L的六水氯化铝溶液,最终得到纯度为95.9%的氧化钪,经计算,氧化钪的回收率为5.10%。
对比例3
与实施例1基本相同,区别在于,步骤2中,使用2mol/L的氯化钠溶液和1mol/L的硫酸铝溶液的混合溶液代替2mol/L的六水氯化铝溶液,最终得到纯度为96.8%的氧化钪,经计算,氧化钪的回收率为56.8%。
对比例4
与实施例1基本相同,区别在于,步骤2中,使用2mol/L的氯化氯溶液和2mol/L的稀盐酸溶液的混合溶液代替2mol/L的六水氯化铝溶液,最终得到纯度为96.8%的氧化钪,经计算,氧化钪的回收率为91.6%。
结果分析:
通过实施例1和对比例1-2可见,当溶液使用含有铝离子的铝盐溶液或含有氯离子的溶液分别对六水氯化铝进行替换后,对比例1、对比例2尽管能提取到高纯度的氧化钪,但氧化钪的回收率并不高,与此同时,当对比例3使用同时含有氯离子、铝离子的氯化钠和硫酸铝的混合溶液替代六水氯化铝后,仍无法保证其有良好的提取效果,因此,我们认为,溶液中同时存在铝离子、氯离子仅能保证氧化钪能够被提取,但无法使氧化钪的提取效果更加优秀,同时观察对比例4可见,尽管对比例4使用氯化铝和盐酸的混合溶液代替六水氯化铝后,氧化钪的回收率得到了一定程度上的提升,但一方面提升后的回收率与实施例1之间仍有一定的差距,并且使用盐酸还会导致氢氟酸的生成。
Claims (8)
1.一种从含钪氟化钙物料中回收钪的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:将含钪氟化钙物料破碎磨细至200目以下,得到粉体;
步骤2:将步骤1制得的粉体加入1~3mol/L的六水氯化铝溶液中,其中,粉体与六水氯化铝溶液的质量比为1:8~12,随后将温度升至80~90℃,搅拌反应2~4h,过滤得到滤饼和含钪滤液;采用硫酸将含钪滤液的pH调节至1~2;
步骤3:使用P204和磺化煤油的混合物对步骤2制得的含钪滤液进行萃取,得到有机相一;
步骤4:使用1~3mol/L的硫酸溶液对步骤3制得的有机相一洗涤,得到有机相二;
步骤5:使用2~3mol/L的氢氧化钠溶液对步骤4制得的有机相二进行反萃,得到氢氧化钪;
步骤6:对步骤5制得的氢氧化钪依次进行酸溶、沉淀、煅烧,得到氧化钪。
2.根据权利要求1所述的从含钪氟化钙物料中回收钪的方法,其特征在于,所述步骤3具体为:将P204和磺化煤油的混合物加入含钪滤液内,其中,P204和磺化煤油的质量比为10~15:85~90,有机相与水相的体积比为1:10~22,一级萃取钪过程中,先搅拌4~6min,再澄清25~35min,得到有机相一。
3.根据权利要求1所述的从含钪氟化钙物料中回收钪的方法,其特征在于,所述步骤4具体为:将步骤3制得的有机相一用1~3mol/L的硫酸溶液洗涤,得到有机相二,洗涤过程中有机相一与水相的体积比为14~16:1。
4.根据权利要求1所述的从含钪氟化钙物料中回收钪的方法,其特征在于,所述步骤5具体为:将步骤4制得的有机相二加入2~3mol/L的氢氧化钠溶液中并在70~80℃的温度下反应0.5~2h,得到氢氧化钪,且反应过程中有机相二与水相的体积比为0.8~1.2:1。
5.根据权利要求1所述的从含钪氟化钙物料中回收钪的方法,其特征在于,所述步骤6的酸溶过程使用的酸为浓度为100~200g/L的硫酸溶液,按固溶比为1:4~6将氢氧化钪与硫酸溶液混合,待氢氧化钪溶解后,酸溶过程结束,得到混合液一。
6.根据权利要求5所述的从含钪氟化钙物料中回收钪的方法,其特征在于,所述沉淀过程具体为:使用浓度为75~80g/L的草酸溶液对酸溶后的混合液一进行沉淀,得到草酸钪沉淀物。
7.根据权利要求1所述的从含钪氟化钙物料中回收钪的方法,其特征在于,所述煅烧过程中的煅烧温度为650~850℃,煅烧时间为2~4h。
8.根据权利要求1所述的从含钪氟化钙物料中回收钪的方法,其特征在于,步骤6中氧化钪的纯度大于或等于99%。
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