从氧化钪中萃取分离锆的方法技术

本发明专利技术涉及从氧化钪中萃取分离锆的工艺方法，以１００％的ＴＢＰ为萃取剂，以含有９．０－５０．０克／升钪的３－７摩尔／升的高氯酸溶液为料液，进行萃取。萃取相比（０／Ａ）为１／２－３／１。本发明专利技术的优点在于钪与锆的分离效果好，其分离系数高达１０＋［３］。钪的回收率高，其直收率为９０－９６％，总回收率大于９７％。产能高，经济效益显著，化工材料消耗低，化工材料单耗小于１１００元／公斤氧化钪，生产周期短，操作方便，不需要任何特殊设备，便于推广应用。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及从氧化钪(SC2O3)中萃取分离除去锆的工艺方法。钪是典型的稀散元素，在自然界大多伴生存在于钛铁矿、钨矿、铀矿、铝土矿、锆精矿等矿物中。其含量一般为0.00X%，回收困难，提纯氧化钪的工艺复杂，因此其价格昂贵。目前，国内外氧化钪的生产主要是从钛白粉生产中的水解母液，氯化高钛渣生产四氯化钛的氯化烟尘和氯化残渣及钨渣中提取。但是这些原料中都不同程度地含有锆。回收提取氧化钪的方法主要有离子交换法、溶剂萃取法和萃取色层法等，生产出来的氧化钪的纯度视提纯工艺的不同而不同，一般为98.0-99.99%。但就目前现有的流程而言，钪与锆的分离效果均不理想，产品中总含有杂质锆，多则达0.X-1%，少则含有0.0X%，就是99.99%以上的高纯氧化钪，也有数十PPm的锆。众所周知，高纯氧化钪主要用于核技术、激光技术、电子技术等高科技领域，在光学领域中的应用也引起人们的关注。但是在这些应用领域里，对氧化钪中一些杂质的要求特别高，锆是其中的一种杂质元素。例如激光技术中用于制备GSGG和GSAG激光棒的氧化钪中锆杂质要小于5PPm，对于99.999%氧化钪产品中锆的含量也需小于10PPm。这样高的要求，目前氧化钪的分离提纯工艺很难达到。所以许多研究工作者不断地在探索新的分离除去氧化钪中锆的方法。郭公毅等人(Guo Gong Yi et al Rare Earths，Extraction，preparation and applications，163，Edited by R.G.Bautista and M.M.Wong，The Minerals，Metals and materials Society，1988)提出了用TBP萃取色层法提纯氧化钪的方法，该法是使含有2-4克/升氧化钪的柠檬酸溶液，在室温下通过含有TBP固定相(tributyl phosphate)的萃取色层柱，其流出液以高氯酸调整到其酸度为3-4摩尔/升高氯酸，再一次通过含有TBP固定相的萃取色层柱，而使钪与其杂质分离。用该法可将含有70%的氧化钪提纯到99.99%，提纯后的含锆量也可从0.025%降至＜0.001%。该法分离杂质的效果好，然而却存在着以下不足之处〔1〕需要在两种介质中进行两次萃取色层分离，才能有效地分离其中的杂质，操作繁琐，生产周期长。〔2〕料液中钪的浓度太低<2-4克/升氧化钪>，处理量小，产能低，成本高，回收率仅为90%，较低。本专利技术为一种从氧化钪中萃取分离锆的工艺方法，以100%的TBP为萃取剂<作为有机相>，以含有9.0-50克/升钪的3-7摩尔/升高氯酸的溶液为料液<作为水相>，进行萃取，将钪萃入有机相中，而与锆分离。在萃取钪的过程中，经过用100%的TBP作为萃取剂进行液-液单级萃取就达到与锆很好分离的目的。萃取平衡时间一般为5-30分钟。钪的萃取率为92-99%。萃取钪时其有机相与水相的相比<O/A>以1/2-3/1为佳。相比O/A的值小于1/2，钪萃取率低，分离效果差。随着相比O/A值的增大，钪的萃取率变高，分离系数β值变大;但是相比O/A的值大于3/1，有机相体积大。TBP萃取剂消耗增多，使产品成本增高，而且给以后的反萃取钪的操作带来不便。料液的配制方法是，将氧化钪用高氯酸溶解，溶解氧化钪时，用1∶1-1∶3的高氯酸溶液为宜。溶解时所加入的高氯酸的量按1克氧化钪加入1∶1的高氯酸12-24毫升为好，小于12毫升，氧化钪溶解不完全，使钪的回收率减低，若大于24毫升，则增加氧化钪的成本，1克氧化钪用12-24毫升1∶1的高酸酸溶解，其溶解率均大于99.9%。用1∶1的高氯酸溶解氧化钪时，应在电炉上边搅拌边缓慢加热，使其反应2-4小时，使氧化钪完全溶解，溶液呈清亮状态，停止加热，冷却，用高氯酸调至溶液的酸度含3-7摩尔/升高氯酸，含钪9.0-50.0克/升的溶液作为料液。料液的酸度小于3摩尔/升高氯酸，其分离系数β值小，分离效果差，而且钪的萃取率低。随着料液中酸度的增大，钪的萃取率增大，分离系数β值也变高，但是料液中的酸度大于7摩尔/升高氯酸，有机相粘度大，操作不便，甚至影响分相，而且酸度大消耗高氯酸多，产品成本增高。料液中的钪的浓度小于9克/升，由于钪浓度小，设备利用率大大降低，产能小。但钪的浓度大于50克/升，分离系数β值变小，有机相粘度变大，萃取率低，所以料液中钪的浓度以9.0-50克/升为宜，9.0-40克/升钪更佳。对用100%的TBP萃取后所得到的含钪有机相溶液进行反萃，使钪转入水相中。具体方法是用0.5-1.5摩尔/升的盐酸溶液作为反萃剂进行反萃取，反萃取的平衡时间为10-30分钟。反萃取时有机相和水相的相比0/A为1/2-3/1，相比0/A的值太小，水相体积大，钪的浓度低，给以后的草酸沉淀带来不便，相比0/A太大，有机相体积大，反萃取的次数要增多，所以相比0/A以1/2-3/1为佳。所得到的反萃液用氨水调节其PH值为2-3，加热至50°-95℃，用热草酸溶液沉淀精制，可得到锆含量低于10PPm的氧化钪。用氨水调节其反萃液的PH值，反萃液的PH值以2-3为好，因为PH小于2，酸度大，用草酸沉淀钪不完全。其PH大于3，会出现氢氧化钪沉淀。本专利技术的优点在于〔1〕用100%TBP作萃取剂，在高氯酸介质中经单级液-液萃取就可以得到含锆小于10PPm的氧化钪，最低可达到含锆小于5PPm的氧化钪，钪和锆的分离效果好，其分离系数β值可高达103，例如用含有0.1%锆的氧化钪，用本专利技术的工艺方法萃取分离一次可降至10PPm以下。本专利技术的工艺方法回收率高，其直收率为90-96%，总回收率大于97%。〔2〕料液中的钪的浓度高，可高达50克/升，投料量大，单位时间内生产处理量大，产能高。〔3〕钪的萃取率高，可高达92-99%，化工材料消耗低，经济效益显著，化工材料单耗小于1100元/公斤氧化钪。〔4〕只采用单级液-液萃取方法就可分离除去氧化钪中锆，周期短，操作简单，易于掌握，不需任何特殊设备，易于推广应用。以下非限定性实施例只是为了进一步说明本专利技术，而不是作为对本专利技术范围的限定，本专利技术的保护范围由权利要求来决定。实施例1将200克氧化钪(含锆0.043%)置于3升的瓷蒸发皿中，加入1∶1的高氯酸2400毫升，于电炉上缓慢加热，搅拌，反应3小时，使固体氧化钪完全溶解至溶液清亮，停止加热，冷却，氧化钪的溶解率大于99.9%。经1∶1高氯酸溶解后的含有0.043%锆的钪溶液，用高氯酸调整料液的酸度，调至料液的酸度为6.1摩尔/升高氯酸。料液含钪的浓度为32.0克/升，水相总体积为12.5升，用12.5升100%TBP于35升的单级萃取槽内，搅拌15分钟，进行萃取，静置分相。所得平衡水相中钪的浓度为0.31克/升，平衡有机相中钪的浓度为31.69克/升。钪的萃取率为99.03%。用1摩尔/升的盐酸溶液，对有机相进行反萃，相比O/A为1/1，反萃三次，每次反萃进行10分钟。反萃液为37.5升，反萃液中钪的浓度为10.52克/升，反萃取率为99.6%。将反萃液用氨水调至P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从氧化钪中萃取分离锆的工艺方法，本专利技术的特征是，以１００％的ＴＢＰ为萃取剂（作为有机相），以含有９．０－５．００克／升钪的３－７摩尔／升高氯酸溶液为料液（作为水相），进行萃取，将钪萃入有机相中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：张平伟，尤曙彤，张力，冯松，侯嵩寿，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]