硫酸法钛白废液萃取富集钪

2019-05-31卢阶主张亮玖

山西冶金 2019年2期

卢阶主，张亮玖

（中铝广西国盛稀土开发有限公司，广西崇左 532200）

稀土元素钪（Sc）及其化合物主要用于国防、冶金、化工、航天等领域，是重要的稀土战略物质。近年来，美日等突破了钪锆氧化物电解质在固体氧化物燃料电池（SOFC）中应用技术，推动了对钪及钪锆粉体的需求。近年来，国内外也有企业从硫酸法钛白废液[1-2]中采用直接或二次萃取法富集提钪[3-6]，但钪的收率不足50%。国内对从钛白废液中提钪开展过一些研究，杭州硫酸厂曾经建成年产30 kg氧化钪的工业装置，形成了连续萃取-逆流洗钛-化学精制提钪工艺路线。本文在前期研究的基础上，采用P204-TBP-磺化煤油体系，开展了硫酸法钛白废液一次萃取提钪-水解除钛-二次萃取富集钪元素的工业试验研究。

1 工艺原则流程

本工艺原则流程如图1所示：

图1 钛白废液萃取富集钪工艺流程图

2 试验

2.1 原料

试验所用废酸来自广西某公司钛白水解工段，本次试验所用的两批钛白废酸体积质量如表1。

表1 钛白水解废酸成分

2.2 一次萃取

一次萃取所用有机相（体积比）组成V（P204）∶V（TBP）∶V（磺化煤油）=15∶5∶80，3 级逆流萃取，见表2。

表2 一次萃取试验结果

从表2中数据可以看出，经3级萃取后，钪萃取率可达92.17%，钛萃取率＜20%，铁萃取率＜10%，钒萃取率在2%左右。

2.3 一次反萃

用一次萃取负载有机相进行一次反萃试验，1565L负载有机相共分8批进行，操作条件V（A）∶V（O）=1∶1，氢氧化钠含量 10%，碱液温度 60～70 ℃，时间20 min，其试验结果见下页表3。

从表3中数据可知一次钪反萃率可达95.60%，反萃后碱饼主要含钪、钛、铁等。因反萃后有机相、过滤碱液均返回使用，故钪其实并未损失。

2.4 酸溶除杂

利用10%H2SO4溶解反萃滤饼，加入一定量的晶种（胶体状氢氧化钛溶液），利用10%Na2CO3调节pH值。当溶液酸度降低时，溶液中硫酸氧钛在晶种的诱导作用下发生水解，所生产的水合二氧化钛就沉析在这些晶种的表面，只要钛液中有足够数量的晶种，溶液中的钛就会水解得更为完全。在除钛的同时，也会除去大部分的铁。为了减少吸附作用，需将溶液加热至沸腾约1 h。试验结果见表4。

表3 一次反萃试验结果

表4 酸溶除杂试验结果

从表4的数据可知，除钛率达90.18%，除铁率达 83.31%，滤液中含 ρ（TiO2）≤1.50 g/L、ρ（Fe）≤0.2 g/L以下，达到了较理想的除钛、铁效果，减轻了后续洗钛、铁工序负荷和产品精制提纯难度。与传统萃取法在一次萃取后连续十几级洗钛、铁相比，较大幅度缩短流程，且降低了成本。钪的表观损失仅约4%，这部分钛渣夹带的钪损失（钛渣含钪约1 910 g/t），可在以后的工业生产中进一步研究回收，以确保水解除钛、铁工序中的钪损失率尽可能地低。

2.5 二次萃取

经过一次萃取和酸溶除杂后，溶液中仍存在钛、杂质，尤其钛含量仍然偏高，因此需要进行二次萃取是有必要的。与一次萃取的条件相同，仅改变萃取相比 V（O）：V（A）为 3∶5，对酸溶除钛滤液进行二次萃取试验。试验结果见表5，由表可见萃余液中含钪（质量浓度）低至0.68 mg/L，Sc萃取率高达99.87%。