硫酸法鈦白廢液萃取富集鈧

盧階主， 張亮玖

（中鋁廣西國(guó)盛稀土開(kāi)發(fā)有限公司， 廣西 崇左 532200）

稀土元素鈧（Sc）及其化合物主要用于國(guó)防、冶金、化工、航天等領(lǐng)域，是重要的稀土戰(zhàn)略物質(zhì)。近年來(lái)，美日等突破了鈧鋯氧化物電解質(zhì)在固體氧化物燃料電池（SOFC）中應(yīng)用技術(shù)，推動(dòng)了對(duì)鈧及鈧鋯粉體的需求。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外也有企業(yè)從硫酸法鈦白廢液[1-2]中采用直接或二次萃取法富集提鈧[3-6]，但鈧的收率不足50%。國(guó)內(nèi)對(duì)從鈦白廢液中提鈧開(kāi)展過(guò)一些研究，杭州硫酸廠曾經(jīng)建成年產(chǎn)30 kg氧化鈧的工業(yè)裝置，形成了連續(xù)萃取-逆流洗鈦-化學(xué)精制提鈧工藝路線。本文在前期研究的基礎(chǔ)上，采用P204-TBP-磺化煤油體系，開(kāi)展了硫酸法鈦白廢液一次萃取提鈧-水解除鈦-二次萃取富集鈧元素的工業(yè)試驗(yàn)研究。

1 工藝原則流程

本工藝原則流程如圖1所示：

圖1 鈦白廢液萃取富集鈧工藝流程圖

2 試驗(yàn)

2.1 原料

試驗(yàn)所用廢酸來(lái)自廣西某公司鈦白水解工段，本次試驗(yàn)所用的兩批鈦白廢酸體積質(zhì)量如表1。

表1 鈦白水解廢酸成分

2.2 一次萃取

一次萃取所用有機(jī)相（體積比）組成V（P204）∶V（TBP）∶V（磺化煤油）=15∶5∶80，3 級(jí)逆流萃取，見(jiàn)表2。

表2 一次萃取試驗(yàn)結(jié)果

從表2中數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)3級(jí)萃取后，鈧萃取率可達(dá)92.17%，鈦萃取率＜20%，鐵萃取率＜10%，釩萃取率在2%左右。

2.3 一次反萃

用一次萃取負(fù)載有機(jī)相進(jìn)行一次反萃試驗(yàn)，1565L負(fù)載有機(jī)相共分8批進(jìn)行，操作條件V（A）∶V（O）=1∶1，氫氧化鈉含量 10%，堿液溫度 60～70 ℃，時(shí)間20 min，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)表3。

從表3中數(shù)據(jù)可知一次鈧反萃率可達(dá)95.60%，反萃后堿餅主要含鈧、鈦、鐵等。因反萃后有機(jī)相、過(guò)濾堿液均返回使用，故鈧其實(shí)并未損失。

2.4 酸溶除雜

利用10%H2SO4溶解反萃濾餅，加入一定量的晶種（膠體狀氫氧化鈦溶液），利用10%Na2CO3調(diào)節(jié)pH值。當(dāng)溶液酸度降低時(shí)，溶液中硫酸氧鈦在晶種的誘導(dǎo)作用下發(fā)生水解，所生產(chǎn)的水合二氧化鈦就沉析在這些晶種的表面，只要鈦液中有足夠數(shù)量的晶種，溶液中的鈦就會(huì)水解得更為完全。在除鈦的同時(shí)，也會(huì)除去大部分的鐵。為了減少吸附作用，需將溶液加熱至沸騰約1 h。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 一次反萃試驗(yàn)結(jié)果

表4 酸溶除雜試驗(yàn)結(jié)果

從表4的數(shù)據(jù)可知，除鈦率達(dá)90.18%，除鐵率達(dá) 83.31%，濾液中含 ρ（TiO2）≤1.50 g/L、ρ（Fe）≤0.2 g/L以下，達(dá)到了較理想的除鈦、鐵效果，減輕了后續(xù)洗鈦、鐵工序負(fù)荷和產(chǎn)品精制提純難度。與傳統(tǒng)萃取法在一次萃取后連續(xù)十幾級(jí)洗鈦、鐵相比，較大幅度縮短流程，且降低了成本。鈧的表觀損失僅約4%，這部分鈦渣夾帶的鈧損失（鈦渣含鈧約1 910 g/t），可在以后的工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)一步研究回收，以確保水解除鈦、鐵工序中的鈧損失率盡可能地低。

2.5 二次萃取

經(jīng)過(guò)一次萃取和酸溶除雜后，溶液中仍存在鈦、雜質(zhì)，尤其鈦含量仍然偏高，因此需要進(jìn)行二次萃取是有必要的。與一次萃取的條件相同，僅改變萃取相比 V（O）：V（A）為 3∶5，對(duì)酸溶除鈦濾液進(jìn)行二次萃取試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，由表可見(jiàn)萃余液中含鈧（質(zhì)量濃度）低至0.68 mg/L，Sc萃取率高達(dá)99.87%。

2.6 洗滌除鈦

用雙氧水及硫酸配制的洗液，控制pH值對(duì)二次萃取負(fù)載有機(jī)相進(jìn)行兩級(jí)洗滌除雜試驗(yàn)，每次洗滌時(shí)間均為30 min，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6，由表可知經(jīng)兩級(jí)洗鈦后，洗鈦率可達(dá)96%。本工序洗鈦條件下鈧的損失≤0.1%，可忽略不計(jì)。

表5 二次萃取試驗(yàn)結(jié)果

表6 洗滌除鈦試驗(yàn)結(jié)果

2.7 二次反萃

將8%NaOH溶液加熱至70℃，按相比V（A）∶V（O）=1∶1加入洗鈦后有機(jī)相進(jìn)行反萃取，時(shí)間30min，結(jié)果如表7。從反萃有機(jī)相化驗(yàn)結(jié)果看，反萃率達(dá)到99.07%，鈧基本全被反萃下來(lái)。

表7 二次反萃試驗(yàn)結(jié)果

2.8 收率指標(biāo)

收率指標(biāo)詳見(jiàn)表8。

表8 提鈧各工序收率指標(biāo)

3 結(jié)論

硫酸法鈦白廢液一次萃取提鈧-水解除鈦-二次萃取富集鈧工藝可簡(jiǎn)單有效富集鈧，富集過(guò)程中鈧的回收率達(dá)到83.48%，粗鈧的鈧含量可以達(dá)到36.2%。該粗鈧經(jīng)萃取法或復(fù)鹽沉淀、重結(jié)晶、草酸沉淀等提純可進(jìn)一步提純至99.9%。