CN104120268A - 一种常压低温下从钛白废酸和拜尔法赤泥中提取钪的方法 - Google Patents

一种常压低温下从钛白废酸和拜尔法赤泥中提取钪的方法 Download PDF

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兰红春
杨明
莫绍贞
卢劲草
农亨
李勇
黄家富
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Abstract

一种常压低温下从钛白废酸和拜尔法赤泥中提取钪的方法。包括如下步骤：常压低温下，在水溶液中对拜尔法赤泥进行转化，转化渣浆化后与钛白废酸进行反应，过滤后残渣送渣场堆存；酸性滤液经添加活化剂液活化并过滤后，滤出液经有机相萃取、碱液反萃、酸溶水解、二次萃取、除杂、二次反萃、盐酸溶解、草酸沉淀、草酸钪煅烧等工序得到氧化钪产品；过程中反萃渣经盐酸溶解，在一定条件下水解得到富钛渣，富钛渣作为回收二氧化钛原料。本发明能够把钛白废酸与拜尔法赤泥结合治理，以废治废，变废为宝，实现钛白废酸及拜尔法赤泥两大污染源的综合回收利用，对其中的钪元素和二氧化钛进行重点回收。

Description

一种常压低温下从钛白废酸和拜尔法赤泥中提取钪的方法
技术领域
本发明涉及化工冶金技术领域，具体是一种常压低温下从钛白废酸和拜尔法赤泥中提取钪的方法。
背景技术
钪被誉为新世纪战略元素。广泛用于国防、航天、核技术、激光、电子、冶金、化工、玻璃、计算机电源、超导及医学等领域，而地球上的钪资源有限。
我国目前拥有年产约1000万吨钛白粉产能，而钛白粉生产厂家绝大部分采用硫酸法这一传统生产工艺，每生产1吨钛白粉要产生浓度为15～20％的钛白废酸6～8吨，钛白废酸钪含量约在5～25mg/L，具有回收利用价值。到目前为止，大多数厂家现有处理钛白废酸都是采用石灰、电石渣等碱性物质中和排放等方式，治理成本较高，并二次污染严重，未能从根本上解决钛白废酸的出路问题。
我国是氧化铝生产大国，而广西更是氧化铝生产大省(区)，已建有年产900万吨氧化铝生产装置，每年产生几百万吨拜耳法赤泥，历年在露天堆场堆存，目前堆积存储量巨大，极易对周边水资源和土壤造成污染及破坏，并潜伏着赤泥外泄的安全隐患。拜耳法赤泥中除含铁、铝等金属元素外，还含有多种有价组分如钛、钪、稀土等稀有金属，是一种丰富的二次资源。因此，加快拜耳法赤泥的资源化再利用，是实现氧化铝工业可持续发展的重要途径，对建设资源节约型社会具有重要意义。
针对从钛白废酸回收钪、钛、硫酸等综合利用的研究，以及针对从拜尔法赤泥回收钪、铝等综合利用的研究，前人设计了多种不同的工艺线路并做了大量的研究工作，也取得了一定的有用成果。但是，无论从拜尔法赤泥回收钪，还是从钛白废酸回收钪，其工艺均要求成本合理且需解决废酸或赤泥的最终环保问题，不然在工业应用中都是无法进行或者无法长期运行的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种常压低温下从钛白废酸和拜尔法赤泥中提取钪的方法。通过在常压低温下对赤泥进行废酸浸出，在钛白废酸与拜尔法赤泥进行酸碱中和并将钪有效浸出过程中，能较好地控制赤泥中有害杂质的溶出率，实现钛白废酸与拜尔法赤泥两大工业污染源的综合治理和钪、钛的回收利用。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种常压低温下从钛白废酸和拜尔法赤泥中提取钪的方法，包括如下步骤：
(1)赤泥转化
在装置有机械搅拌器的耐酸反应槽中加入调浆后拜尔法赤泥，搅拌下缓慢加入水与钛白废酸，加入比例为赤泥:水:废酸＝1:2～6:0.8～1.2；反应温度为20～45℃，反应时间40～50分钟后过滤，转化滤液一部分返回下周期赤泥调浆使用，转化渣进入步骤(2)；
(2)酸浸反应
在装置有机械搅拌器的耐酸反应槽中加入转化渣并加水化浆后，搅拌下按10ml/min缓慢注入钛白废酸，加入比例为赤泥:水:废酸＝1:1:2.8；反应温度为20～45℃，反应60～80分钟后过滤，得含钪为10～15mg/L的浸出液；酸浸残渣送渣场堆存；
(3)活化处理
按浸出液:活化剂液＝10:1比例，往浸出滤液中加入配制好的含聚醚0.5～5％的活化剂液，常温下搅拌30分钟后过滤，过滤后残渣送渣场堆存，活化后滤出液送去萃取；
(4)有机相萃取
有机相萃取是用二(2-乙基己基)磷酸(P204)、苯乙酮、260#磺化煤油＝16：4：80作有机萃取剂，按O/A＝1:5～10的比例对活化滤出液进行萃取，萃取时间10～30分钟，得到富含钪、钛有机相；
(5)碱液反萃
以浓度为2～3.5mol/L的NaOH溶液作为反萃液，与上述步骤(4)所得的含钪、钛有机相一起加入反萃箱中混合，反萃时间20～30分钟，使钪、钛从有机相中分离出来，得到反萃渣即钪、钛富集物；
(6)酸溶水解
反萃渣的酸溶水解是在搅拌下用浓度为1.5～3mol/L的盐酸溶液溶解反萃渣，保持溶液100～105℃沸腾2.0～3.0小时，对溶液中的钛进行热水解实现钪钛分离后得到富钛渣，富钛渣作为回收二氧化钛的原料，沉钛后的含钪溶液用作二次萃取液；
(7)二次萃取
二次萃取是用二(2-乙基己基)磷酸(P204)、260#磺化煤油＝20:80作有机萃取剂，按O/A＝1:8～10的比例对沉钛后的含钪溶液进行萃取，萃取时间10～30分钟，得到富含钪有机相；
(8)除杂
除杂是配制浓度为5～10mol/L的盐酸溶液，按O/A＝1～1.5:1的比例洗涤富含钪有机相，洗涤时间10～20分钟，洗除去有机相中的杂质，得到含杂质少的富钪有机相；
(9)二次反萃
除杂后的富钪有机相用浓度为2～3.5mol/L的NaOH溶液作反萃剂，进行二次反萃取，反萃时间20～30分钟，得到二次反萃渣。
(10)盐酸溶解-草酸沉淀-煅烧
配制浓度为6mol/L的盐酸溶液溶解二次反萃渣，溶解后调pH至1.5～2.5，加热至60～90℃，加入固体草酸进行沉淀反应，反应时间30～60分钟，得到草酸钪沉淀物经过滤、洗涤、烘干后置于800～900℃马弗炉中煅烧2～3小时，得到纯度＞93％的氧化钪。
本发明突出的有益效果在于：
常压低温下，充分利用钛白废酸中的硫酸来除去拜尔法赤泥中的碱，并在酸碱反应同时，实现钛白粉废酸中的钪和拜尔法赤泥中的钪的联合提取。这样做一方面解决了拜尔法赤泥单独提钪生产成本过高的问题；另一方面利用拜尔法赤泥的碱性与钛白废酸液的酸性进行中和解决两者的环保排放问题，以废治废，节能环保；使钛白废酸及拜尔法赤泥的综合回收利用在工业化生产中变得简单可行。
附图说明
图1是本发明所述的常压低温下从钛白废酸和拜尔法赤泥中提取钪的方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1
在1m3反应罐中加入300L调浆水，开动机械搅拌并逐渐将100kg粉粒状赤泥加入，接着加入水300升，加入废酸120升，在常压、25℃条件下转化40分钟，然后过滤。滤渣加入1m3反应罐后加入100升水，开动搅拌浆化后，按10升/分钟速度加入废酸280升，反应65分钟，过滤后，滤液加入活化剂液38升，搅拌反应30分钟，过滤，滤液进行萃取，反萃，溶解并在100℃水解除钛2小时，过滤后滤液进行二次萃取，洗涤除杂后再反萃，反萃渣用6mol/L盐酸再溶解，滤液在65℃加草酸沉淀，沉淀物加水洗涤后在850℃煅烧，得到纯度93.9％的三氧化二钪。
实施例2
在1m3反应罐中加入300L调浆水，开动机械搅拌并逐渐将100kg粉粒状赤泥加入，接着加入水300升，加入废酸120升，在常压、30℃条件下转化40分钟，然后过滤。滤渣加入1m3反应罐后加入100升水，开动搅拌浆化后，按10升/分钟速度加入废酸280升，反应65分钟，过滤后，滤液加入活化剂液38升，搅拌反应30分钟，过滤，滤液进行萃取，反萃，溶解并在100℃水解除钛2小时，过滤后滤液进行二次萃取，洗涤除杂后再反萃，反萃渣用6mol/L盐酸再溶解，滤液在65℃加草酸沉淀，沉淀物加水洗涤后在860℃煅烧，得到纯度95.2％的三氧化二钪。
实施例3
在1m3反应罐中加入300L调浆水，开动机械搅拌并逐渐将100kg粉粒状赤泥加入，接着加入水300升，加入废酸120升，在常压、38℃条件下转化40分钟，然后过滤。滤渣加入1m3反应罐后加入100升水，开动搅拌浆化后，按10升/分钟速度加入废酸280升，反应65分钟，过滤后，滤液加入活化剂液38升，搅拌反应30分钟，过滤，滤液进行萃取，反萃，溶解并在102℃水解除钛2小时，过滤后滤液进行二次萃取，洗涤除杂后再反萃，反萃渣用6mol/L盐酸再溶解，滤液在70℃加草酸沉淀，沉淀物加水洗涤后在880℃煅烧，得到纯度95.6％的三氧化二钪。
实施例4
在1m3反应罐中加入300L调浆水，开动机械搅拌并逐渐将100kg粉粒状赤泥加入，接着加入水300升，加入废酸120升，在常压、42℃条件下转化40分钟，然后过滤。滤渣加入1m3反应罐后加入100升水，开动搅拌浆化后，按10升/分钟速度加入废酸280升，反应70分钟，过滤后，滤液加入活化剂液38升，搅拌反应30分钟，过滤，滤液进行萃取，反萃，溶解并在102℃水解除钛2小时，过滤后滤液进行二次萃取，洗涤除杂后再反萃，反萃渣用6mol/L盐酸再溶解，滤液在75℃加草酸沉淀，沉淀物加水洗涤后在880℃煅烧，得到纯度95.3％的三氧化二钪。
实施例5
在1m3反应罐中加入300L调浆水，开动机械搅拌并逐渐将100kg粉粒状赤泥加入，接着加入水300升，加入废酸120升，在常压、42℃条件下转化40分钟，然后过滤。滤渣加入1m3反应罐后加入100升水，开动搅拌浆化后，按10升/分钟速度加入废酸280升，反应80分钟，过滤后，滤液加入活化剂液38升，搅拌反应30分钟，过滤，滤液进行萃取，反萃，溶解并在103℃水解除钛2小时，过滤后滤液进行二次萃取，洗涤除杂后再反萃，反萃渣用6mol/L盐酸再溶解，滤液在75℃加草酸沉淀，沉淀物加水洗涤后在900℃煅烧，得到纯度96.2％的三氧化二钪。

Claims (3)

1.一种常压低温下从钛白废酸和拜尔法赤泥中提取钪的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)赤泥转化
在装置有机械搅拌器的耐酸反应槽中加入调浆后的拜尔法赤泥，搅拌下缓慢加入水与钛白废酸，加入比例为赤泥:水:废酸＝1:2～6:0.8～1.2；反应温度为20～45℃，反应时间40～50分钟后过滤，转化滤液一部分返回下周期赤泥调浆使用，转化渣进入步骤(2)；
(2)酸浸反应
在装置有机械搅拌器的耐酸反应槽中加入转化渣并加水化浆后，搅拌下按10ml/min缓慢注入钛白废酸，加入比例为赤泥:水:废酸＝1:1:2.8；反应温度为20～45℃，反应60～80分钟后过滤，得含钪为10～15mg/L的浸出液；酸浸残渣送渣场堆存；
(3)活化处理
按浸出液:活化剂液＝10:1比例，往浸出液中加入含聚醚0.5～5％的活化剂液，常温下搅拌30分钟后过滤，过滤后残渣送渣场堆存，活化滤出液送去萃取；
(4)有机相萃取
有机相萃取是用二(2-乙基己基)磷酸(P204)、苯乙酮、260#磺化煤油＝16：4：80作有机萃取剂，按O/A＝1:5～10的比例对活化滤出液进行萃取，萃取时间10～30分钟，得到富含钪、钛有机相；
(5)碱液反萃
以浓度为2～3.5mol/L的NaOH溶液作为反萃液，与上述步骤(4)所得的含钪、钛有机相一起加入反萃箱中混合，反萃时间20～30分钟，使钪、钛从有机相中分离出来，得到反萃渣即钪、钛富集物；
(6)酸溶水解
反萃渣的酸溶水解是在搅拌下用浓度为1.5～3mol/L的盐酸溶液溶解反萃渣，保持溶液100～105℃沸腾2.0～3.0小时，对溶液中的钛进行热水解实现钪钛分离后得到富钛渣，富钛渣作为回收二氧化钛的原料，沉钛后的含钪溶液用作二次萃取液；
(7)二次萃取
二次萃取是用二(2-乙基己基)磷酸(P204)、260#磺化煤油＝20:80作有机萃取剂，按O/A＝1:8～10的比例对沉钛后的含钪溶液进行萃取，萃取时间10～30分钟，得到富含钪有机相；
(8)除杂
除杂是配制浓度为5～10mol/L的盐酸溶液，按O/A＝1～1.5:1的比例洗涤富含钪有机相，洗涤时间10～20分钟，洗除去有机相中的杂质，得到含杂质少的富钪有机相；
(9)二次反萃
除杂后的富钪有机相用浓度为2～3.5mol/L的NaOH溶液作反萃剂，进行二次反萃取，反萃时间20～30分钟，得到二次反萃渣；
(10)盐酸溶解-草酸沉淀-煅烧
配制浓度为6mol/L的盐酸溶液溶解二次反萃渣，溶解后调pH至1.5～2.5，加热至60～90℃，加入固体草酸进行沉淀反应，反应时间30～60分钟，得到草酸钪沉淀物经过滤、洗涤、烘干后置于800～900℃马弗炉中煅烧2～3小时，得到纯度＞93％的氧化钪。
2.根据权利要求1所述的常压低温下从钛白废酸和拜尔法赤泥中提取钪的方法，其特征在于：步骤(1)、(2)的反应温度是在25～33℃进行。
3.根据权利要求1所述的常压低温下从钛白废酸和拜尔法赤泥中提取钪的方法，其特征在于：步骤(3)的酸浸液需先加入活化剂液即0.5～5％聚醚溶液活化处理，然后进行钪萃取。
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