盐酸浸出拜耳法赤泥预富集钪的研究.pdf

5 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第1 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i 鹞n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 1 ．0 1 4 盐酸浸出拜耳法赤泥预富集钪的研究 徐璐，史光大，李元坤，钟庆文，罗宇智，余平 中国地质科学院矿产综合利用研究所，中国地质调查局 金属矿产资源综合利用技术研究中心，成都6 1 0 0 4 1 摘要考察盐酸浓度、浸出时间和液固比对拜耳法赤泥中钪浸出率的影响。结果表明，在下述最佳条件 下钪浸出率达到9 6 ．6 3 ％盐酸浓度7m o l ／L 、8 0 ℃浸出9 0m i n 、液固比8 l 。用P 2 0 4 进行一次萃取， 钪萃取率达到9 7 ．9 9 ％。富钪有机相通过酸洗除杂、烧碱反萃、过滤、烘干后，固体中钪的质量百分数为 2 ．0 9 ％，富集了3 2 8 倍，总回收率9 7 ％以上。 关键词拜耳法；赤泥；钪；浸出；预富集 中图分类号T F 8 4 5 ．1文献标志码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 { 2 0 1 5 o 卜0 0 5 4 0 3 S t u d yo fS c a n d i u mP r e - e n r i c h m e n tf r 哪R e d M u dL e a c h e db yH y d r O c h l O r i cA c i d X UI 。u ，S H IG u a n g d a ，L IY u a n k u n ，Z H O N GQ i n g w e n ，L U OY u z h i ，Y UP i n g I n s t i t u t eo fM u l t i p u r p o s eU t i l i z a t i o no fM i n e r a lR e s o u r c e s ，C h i n e s eA c a d e m yo f G e o l o g i c a lS c i e n c e s ，C h i n e s eG e o l o g i c a lS u r v e yM e t a lM i n e r a lR e s o u r c eU t i l i z a t i o n T e c h n o l o g yC e n t e r ，C h e n g d u6 1 0 0 4 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c t so fc o n c e n t r a t i o no fh y d r o c h l o r i ca c i d ，l e a c h i n gt i m ea n dr a t i oo fl i q u i dt os o l i d L ／S o n1 e a c h i n gr a t eo fs c a n d i u mf r o mr e dm u do fB a y e rp r o c e s sw e r ei n v e s t i g a t e d ． T h er e s u l t ss h o wt h a t l e a c h i n g r a t eo fs c a n d i u mi s9 6 ．6 3 ％u n d e rt h e o p t i m u mc o n d i t i o n si n c l u d i n gh y d r o c h I o r i c a c i d c o n c e n t r a t i o no f7m o l ／L ，t e m p e r a t u r eo f8 0 ℃，l e a c h i n gt i m eo f9 0m i n ，a n dL ／S 一8 ．0 ．T h ee x t r a c t i o n r a t eo fs c a n d i u mr e a c h e s9 7 ．9 9 ％w i t hP 2 0 4a se x t r a c t i n ga g e n t ．S c a n d i u m r i c ho r g a n i cp h a s ei sc l e a n e db y a c i ds o l u t i o n ，n e u t r a l i z e dw i t hN a 0 Hs o l u t i o na n dt h e nf i l t r a t e da n dd r i e d ．T h em a s sf r a c t i o no fs c a n d i u m i ns o l i di s2 ．0 9 ％w i t ht o t a ls c a n d i u mr e c o v e r ye f f i c i e n c yo f9 7 ％a b o v ea n de n r i c h e dt i m eo f3 2 8c o m p a r e d w i t ht h a ti nr e dm u d ． K e yw o r d s B a y e rp r o c e s s ；r e dm u d ；s c a n d i u m ；l e a c h i n g ；p r e e n r i c h m e n t 钪是典型的稀散金属，在自然界中常与钛、铝、 铀、锆、钨、锡等矿物共生[ 1 ‘2 ] 。目前，全世界的钪储量 约2 0 0 万t ，其中9 0 ％～9 5 ％赋存于铝土矿、磷块岩及 钛铁矿中，在硫酸法生产钛白粉的废液中也有数量不 菲的钪[ 3 ] 。另据相关资料报道，7 0 ％～8 0 ％的钪是伴 生在铝土矿中，在生产氧化铝时，铝土矿中9 8 ％以上 收稿日期2 0 1 4 一0 8 1 1 基金项目国土资源部地质大调查项目 1 2 1 2 0 1 1 1 2 0 3 2 0 作者简介徐璐 1 9 8 7 一 ，男，陕西宝鸡人，助理工程师． 的钪富集于赤泥中，其S c 0 3 含量可达o ．0 2 ％。因此 从赤泥中回收钪具有极其重要的工业价值陆6 | 。 1试验 1 ．1 试验原料 氧化铝原矿取自贵州某地，经焙烧、预脱硅、高 万方数据 2 0 1 5 年第1 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 5 压浸出等工艺处理后，所得拜耳法赤泥样品含钪 6 3 ．9 0g ／t ，其他主要成分 ％ A l o 。1 9 ．6 6 、S i 0 。 7 ．9 6 、T i 0 27 ．2 3 、C a 1 7 ．7 3 、T F e1 5 ．4 5 、N a 2 0 1 ．0 5 。 1 ．2 试验方法 将烘干后的赤泥2 5g 放入烧杯中，加入盐酸进 行磁力搅拌浸出，浸出后抽滤。分别考察浸出酸度、 时间和液固比对钪浸出率的影响，同时对盐酸浸出 液中的钪进行初步萃取富集试验。 1 ．3 浸出剂的选择 研究表明，赤泥中没有发现钪的富集体或者呈 包裹体存在的独立钪矿物，钪主要以类质同象形式 分散在金红石、锐钛矿中，通过物理分选的方法对含 钪矿物进行分离难度较大。因此，一般采用硫酸或 盐酸浸出的方法从赤泥中提取钪[ 7 曲] 。本试验所用 赤泥中氧化钙含量高达1 7 ．7 3 ％，若采用硫酸浸出， 则反应产生的硫酸钙对钪有一定的吸附作用，导致 钪的浸出率偏低，且钛在盐酸中的浸出率远低于硫 酸，可以减轻为后续萃取试验中杂质钛的影响。因 此，本试验采用盐酸为浸出剂。 1 ．4 萃取剂的选择 P 3 5 0 为中性含磷萃取剂，选择性优于P 2 0 4 ，在 一定酸度条件下，能够实现钪、钙、钛等与其他稀土 杂质的分离。但P 3 5 0 在钪的萃取过程中，更适合 于酸度较高的萃取体系，通常酸度在6m o l ／L 以上 时的萃取分离效果较好，而P 2 0 4 可以在较低的酸 度条件下获得较好的萃取效果，在萃取提钪中较为 常用。P 2 0 4 萃取过程属于离子共同萃取，萃取次序 按被萃取元素的原子大小进行协同萃取。盐酸浓度 为5m o l ／L 时，P 2 0 4 萃取分离钪与钛和钪与铁的分 离因数可以达到10 0 0 左右，与其他共存元素的分 离因数也都在10 0 0 左右。另外，P 2 0 4 萃取速度 快，负载容量大，在水中溶解度小，价格相对低 廉H “1 2 I 。因此，本试验选择萃取剂为P 2 0 4 。 2结果与讨论 2 ．1 浸出 2 ．1 ．1 盐酸浓度条件试验 固定条件赤泥2 5g 、浸出温度8 0 ℃、浸出时间 9 0m i n 、液固比8 1 ，不同盐酸浓度时钪的浸出率 如图1 所示。 由图l 可看出，钪的浸出率随盐酸浓度的升高 而提高，在盐酸浓度达到4m o l ／L 及以上时趋于稳 定，均达到8 5 ％以上。试验还发现，当盐酸浓度为 盐酸浓度／ m o J L - 图l 盐酸浓度对钪浸出率的影响 F i g ．1 E f f e c to fc o n c e n t r a t i o no fh y d r ∞h l o r i c a c i do nI e a c h i n gr a t eO fs c a n d i u m 2 ～4m o l ／L 时，矿浆极难过滤，而当盐酸浓度在 7m o l ／I 。以上时，矿浆的过滤性能明显好转。其原 因主要是，在高酸度条件下，反应生成的硅酸聚合度 增大，提高了矿浆的过滤性能。因此，选择盐酸浓度 为7m o l ／L ，此时钪的浸出率为9 7 ．0 7 ％，且矿浆容 易过滤。 2 ．1 ．2 浸出时间条件试验 固定条件赤泥2 5g 、浸出温度8 0 ℃、液固比 8 1 、盐酸浓度7m o l ／L ，浸出时间对钪浸出率的影 响见图2 。 图2 浸出时间对钪浸出率的影响 F i g ．2 E f f e c to fl e a c h i n gt i m eo nI e a c h i n g r a t eO fs c a n d i u m 从图2 可见，浸出6 0m i n 后钪的浸出率都在 9 5 ％以上，并且随时间的延长波动幅度很小，为节省 成本，选择浸出时间为9 0m i n 。 2 ．1 ．3 液固比条件试验 固定条件赤泥2 5g 、浸出温度8 0 ℃、盐酸浓度 7m o l ／L 、浸出时间9 0m i n ，不同液固比的试验结果 见图3 。 万方数据 5 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第1 期 液同比 图3 浸出液固比对钪浸出率的影响 F i g ．3 E f f e c to fL ／So nl e a c h i n g r a t eo fs c a n d i u m 图3 表明，随着液固比的增加，钪的浸出率呈不 断上升趋势。在浸出开始阶段，由于会生成难溶于 水的膏状物，给试验操作带来困难并且难以过滤，需 要加大搅拌力度，而当液固比在6 1 以上后，由于 液固比增大，生成的膏状物能较轻易地被搅散。综 合考虑钪浸出率和矿浆过滤性能，选择液固比为 8 1 ，此时钪的浸出率为9 5 ．3 4 ％。 2 ．2 综合条件试验 根据单因素条件试验结果，赤泥酸浸提钪的优 化工艺条件为盐酸浓度7m o l ／L 、浸出时间9 0 m i n 、液固比8 1 。在上述条件下进行3 组平行综 合条件试验，结果表明，赤泥中钪的液计浸出率分别 为 ％ 9 9 ．6 0 、9 9 ．5 1 、9 8 ．4 0 、平均9 9 ．1 7 ；渣计浸出 率分别为 ％ 9 6 ．1 7 、9 5 ．9 1 、9 6 ．1 3 、平均9 6 ．6 3 。 可以看出，试验的重现性和稳定性均较好。 2 ．3 初步富集钪试验 对含钪浸出液进行萃取试验，探索条件为 P 2 0 4 浓度8 ％、相比O ／A 一1 1 0 、振荡时间2 ．5 m i n 、醇类添加剂浓度4 ％，萃取结果如表l 所示。 表l 萃取试验结果 T a b l elR e s u l t so fe x t r a c t i o ne x p e r i m e n t／％ 由表l 可见，试验重现性良好，技术指标稳定， 钪的萃取率平均值为9 7 ．9 9 ％，在进一步的研究中， 可以通过优化萃取条件、强化过滤洗涤操作和废酸 的循环利用，钪萃取率有可能达到9 9 ％以上。富集 钪的有机相再经过酸洗除杂、烧碱反萃、过滤烘干 后，得到的固体中钪含量为2 ．0 9 ％。与赤泥相比， 钪的富集倍数达到3 2 8 倍，总回收率达9 7 ％以上。 3结论 1 在盐酸酸度7m o l ／L 、浸出时间9 0m i n 、液固 比8 1 的优化条件下，钪的液计浸出率为 9 9 ．1 7 ％，渣计浸出率为9 6 ．6 3 。 2 在P 2 0 4 浓度8 ％、相比O ／A 1 1 0 、萃取时 间2 ．5m i n 、醇类添加剂浓度4 ％的条件下，钪的萃 取率为9 7 ．9 9 ％，富钪有机相经除杂、反萃处理后， 固体中钪的含量为2 ．0 9 ％，富集倍数达3 2 8 倍，总 回收率9 7 ％以上。 参考文献 [ 1 ] 林河成．金属钪的资源及其发展现状[ J ] ．四川有色金 属，2 0 1 0 2 1 5 ． [ 2 ] 杨海琼，董海刚，赵家春，等．钪的回收技术研究进展 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 3 2 9 3 3 ． [ 3 ] 詹海鸿，梁焕龙，樊艳金，等．硫酸法钛白废酸二段中和 处理并沉淀钪[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 8 4 5 4 7 ． [ 4 ] 王普蓉，戴惠新，高利坤，等．钪的回收及提取现状[ J ] ． 稀有金属，2 0 1 2 ，3 6 3 5 0 1 5 0 6 ． [ 5 ] 林河成．我国氧化钪的生产、应用及市场[ J ] ．稀土， 2 0 0 9 ，3 0 1 9 6 1 0 1 ． [ 6 ] 李旺兴．氧化铝生产理论与工艺[ M ] ．长沙中南大学 出版社，2 0 1 0 4 0 8 4 0 9 ． [ 7 ] 薛泽春，李广超，李连之，等．用盐酸、硝酸提取赤泥中钪 的试验研究[ J ] ．城大学学报自然科学版，2 0 1 1 ，2 4 1 7 8 8 1 ，9 5 ． [ 8 ] 薛安，陈肖虎，唐晓宁．赤泥中浸出钪的工艺条件及动力 学研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 0 2 5 卜5 4 ． [ 9 ] 王克勤，于永波，王皓，等．赤泥盐酸浸出提取钪的试验 研究[ J ] ．稀土，2 0 1 0 ，3 1 1 9 5 9 8 ． [ 1 0 ] 王晓娟，李小康．乳状液膜法从赤泥浸出液中提取钪 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 8 2 2 5 2 7 ． [ 1 1 ] w a n gww ，P r a n 0 1 0Y ，c h e n gcY ．R e c o v e r yo fs c a n d i u mf r o ms y n t h e t i cr e dm u d1 e a c hs o l u t i o n sb ys 0 1 v e n t e x t r a c t i o nw i t hD 2 E H P A [ J ] ．s e p a r a t i o na n dP u r i f i c a t i o nT e c h n o l o g y ，2 0 1 3 ，1 0 8 9 6 1 0 2 ． [ 1 2 ] 马荣骏．萃取冶金[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 9 8 5 1 - 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