从氯化收尘渣中提取钪的新工艺研究

摘要

钪作为一种典型的稀散金属，很少形成单独的矿物而多伴生在钛、钨、铝等金属矿物中。钛工业的生产过程中所用的富钛料中一般都含有钪，在沸腾氯化制备粗四氯化钛的过程中，钪逐渐被富集而进入氯化收尘渣中。近年来，随着钪及其化合物在航空航天、军工装备、家电行业等领域使用范围的不断扩大，对其提取和回收的研究正逐渐成为颇有经济和实用价值的研究热门之一。
　　本文在充分考虑现行提钪方法所存在问题的基础上，设计出一种切实有效的工艺流程，先除去氯化收尘渣浸出液中的Fe3+，然后采用溶剂萃取的方法提取Sc3+并制备出固体Sc2O3;在流程中确保水、酸和其它有价金属均能得以充分利用的同时，用Sc的综合利用率为主要依据，择优选择各阶段的工艺参数。
　　本文的研究内容主要包括三个方面:一、氯化收尘渣的性质及浸出条件;二、浸出液除Fe3+后溶剂萃取提钪和氧化钪的制备;三、溶剂萃取过程各物料的综合利用。共得出以下结论:
　　实验所用氯化收尘渣含水率约为7.5％;各粒径范围区间所占的百分含量为:65～80μ m，占9.6％;80～104μm，占17.3％;104～150μ m，占27.7％;150～250μm，占45.4％;原料渣中氯化物含量较多，氧化钪含量为590g/t。在70℃下用1mol/LHCl溶液直接浸出氯化收尘渣，浸出40min，液固比1∶1，总浸出时间1h。此条件下Sc的一次浸出率最高，为82.7％，浸出渣率为43.8％;浸出渣在液固比为1∶2条件下水洗三次可使浸出的氯和钪全部进入洗液中;洗液循环使用配制盐酸溶液并浸出新的氯化收尘渣，最终可使Sc的总浸出率可达85.26％，所得浸出液中钪浓度约为328.07mg/L。
　　在室温条件下，先用20％N235+10％A醇+70％磺化煤油的有机相对浸出液萃取除Fe3+，相比O/A为1∶1，单级萃取，可使其中的Fe3+浓度由2.50g/L降低到2.46mg/L，除Fe3+率达99％。
　　萃取提钪的研究结果表明，TBP组成的萃取剂体系对本实验浸出液中Sc的萃取率相对较低较低(小于74％); P204和P507组成的萃取剂体系的Sc萃取率较为理想(分别为99.66％和99.25％)，但P204组成的萃取剂体系反萃较为困难。实验最终选用5％P507+10％混合醇+85％磺化煤油的有机相进行萃取提钪，工艺条件为:室温萃取，相比O/A为1∶5，三级萃取，震荡和静置分相时间分别为2min、10min。在此条件下Sc的萃取率最高，为99.25％。
　　在60℃，O/A为1∶1的条件下，用4.5mol/L的盐酸溶液对萃合物进行三级反萃，所得反萃液中钪离子的浓度为1.475g/L，反萃率最高为90.6％;萃余液经净化除Mn2+、Fe2+之后，可重新用于浸出新的氯化收尘渣。
　　在pH=3.5的条件下，用草酸作为沉淀剂，其用量为钪含量的1.35倍时，可使反萃液中99％的Sc3+转化为草酸钪，经600℃煅烧2小时，即可制得白色氧化钪粉末。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 钪的性质、应用和资源

1．1．1 钪的物理化学性质

1．1．2 钪的应用情况

1．3．2 钪的资源状况

1．2 钪的生产现状

1．2．1 从钨、铝等金属冶炼过程副产品提钪

1．2．2 从氯化收尘渣中提钪

1．3 氯化收尘渣的来源及其危害

1．3．1 氯化收尘渣的成因

1．3．2 氯化收尘渣的危害和处理

1．4 本文的意义及内容

第2章 实验

2．1 实验原料

2．2 实验流程

2．3 所用试剂及仪器

2．3．1 实验所用试剂

2．3．2 实验所用主要仪器

2．4 实验步骤

2．3．1 氯化收尘渣浸出实验

2．3．2 浸出液除铁离子

2．3．3 溶剂萃取提钪

2．3．4 反萃及化学沉降

2．3．5 浸出渣及萃余液综合处理的研究

2．4 测量及分析方法

2．4．1 氯化收尘渣性质的研究

2．4．2 物相分析

2．4．3 ICP-AES测定溶液中的钪离子及其它微量元素的测定

2．4．4 氯离子的测定

2．4．5 Fe元素的测定

2．4．6 酸度的测量

第3章 氯化收尘渣浸出工艺研究

3．1 原料的含水率和粒度分布

3．2 浸出工艺研究

3．2．1 浸出剂和液固比

3．2．2 粒度因素

3．2．3 浸出过程温度的变化

3．2．4 浸出温度

3．2．5 浸出时间

3．3 浸出渣的处理

3．3．1 浸出渣的水洗

3．3．2 水洗渣的固化处理

3．4 本章小结

第4章 浸出液除Fe3+的研究

4．1 实验原理

4．2 单级萃取时N235浓度对Fe3+的影响

4．3 N235负载有机相的反萃

4．4 N235有机相循环萃取Fe3+

4．5 本章小结

第5章 萃取提钪的研究

5．1 逆流萃取级数

5．2 萃取剂的选择

5．3 萃取提钪原理

5．4 萃取工艺研究

5．4．1 震荡时间对萃取率的影响

5．4．2 相比(O／A)因素对萃取率的影响

5．4．3 调质剂因素

5．4．4 有机相中萃取剂的比例

5．4．5 萃取级数

5．5 反萃过程

5．5．1 反萃剂浓度对反萃率的影响

5．5．2 反萃温度

5．5．3 反萃级数

5．6 萃取等温线

5．7 萃余液的循环利用

5．8 本章小结

第6章 氧化钪的制备及工艺流程的确定

6．1 钪离子的沉降

6．1．1 pH值对草酸钪生成的影响

6．1．2 沉淀剂用量

6．2 氧化钪的制备

6．3 工艺流程的确定

6．5 本章小结

第7章 结论

参考文献

致谢