含钪浓缩物的生产和从中进一步提取高纯度氧化钪制造技术

本发明专利技术涉及有色金属冶炼，特别是涉及一种从氧化铝生产废料中生产含钪浓缩物并从中提取高纯度氧化钪的方法。提供了一种从赤泥产生含钪浓缩物的方法，其中，使用碳酸钠和碳酸氢钠的混合物溶液至少在单个阶段进行赤泥的碳酸化浸出，使钪从所得含钪溶液中吸附至含磷离子交换剂上，使用碳酸钠溶液将钪从离子交换剂有机相解吸以获得商业再生钪，从其中沉淀出钪浓缩物，其中，Sc2O3含量为至少15重量％(以干物质计)，TiO2含量不超过3重量％(以干物质计)，ZrO2含量不超过15重量％(以干物质计)，并且其中，浓缩物中的钪为Sc(OH)3氢氧化物与ScOHCO3×4H2O碱式盐的混合物形式。还提供了一种用于生产高纯度氧化钪的方法，所述方法包括将含钪浓缩物溶解在硫酸中，除去不溶于酸的沉淀物，沉淀钪，过滤、冲洗、干燥和煅烧以获得氧化钪沉淀，其中，一旦除去不溶于酸的沉淀物，滤液中的钪就会与硫酸钠以硫酸钠和硫酸钪的复盐形式沉淀，将其滤出，所得沉淀物用硫酸钠溶液冲洗，将复盐溶于水中，用烧碱沉淀氢氧化钪，过滤饼，冲洗并加入到草酸溶液中以便利用草酸获得草酸钪，滤出草酸钪，用水冲洗，煅烧产生纯度约为99重量％的氧化钪。以这种方式，以最低成本获得最大纯度的氧化钪。

Production of concentrate containing scandium and further extraction of high purity scandium oxide from it

The invention relates to non-ferrous metal smelting, in particular to a method for producing scandium concentrate from alumina waste and extracting high purity scandium oxide from it. A method for producing scandium containing concentrates from red mud is provided, in which a mixture of sodium carbonate and sodium bicarbonate is used to carbonate the red mud at least in a single stage, so that scandium is adsorbed from the obtained scandium containing solution to the phosphorus ion exchange agent and uses sodium carbonate solution to desorb scandium from the organic phase of the ion exchange agent. The commercial regenerated scandium is obtained from which the scandium concentrate is precipitated, in which the content of Sc2O3 is at least 15 weight% (by dry matter), the content of TiO2 is not more than 3 weight% (by dry matter), and the content of ZrO2 is not more than 15 weight% (by dry matter), and the scandium in the concentrate is Sc (OH) 3 hydroxide and ScOHCO3 x 4H2O alkaline salt. The form of a mixture. A method for the production of high purity scandium oxide is also provided. The method includes dissolving scandium concentration in sulphuric acid, removing insoluble deposits, precipitating scandium, filtering, rinsing, drying, and calcining to obtain scandium oxide precipitation, in which the scandium in the filtrate will be sulphur once removed from acid insoluble deposits. Sodium sulfate is precipitated in the compound salt of sodium sulphate and scandium sulphate, and the precipitate is filtered out with sodium sulfate solution. The compound salt is dissolved in water, and the compound salt is dissolved in water. It is used to precipitate scandium hydrogen oxide with caustic soda, filter cake, and be flushed and added to the oxalic acid solution in order to obtain scandium oxalate with oxalic acid, filter out scandium oxalate, rinse with water, calcined purity and produce purity. About 99 weight% of scandium oxide. In this way, the maximum purity of scandium oxide can be obtained at the lowest cost.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含钪浓缩物的生产和从中进一步提取高纯度氧化钪
本专利技术涉及有色金属冶炼，特别是涉及一种从氧化铝生产废料中生产含钪浓缩物并从中提取超高纯度氧化钪的方法。该方法包括从根据现有分类属于危险等级5的称为赤泥的大吨位铝生产废料中提取钪。由于这种废料的高碱性，其储存场地附近的地区不适合建筑和农业。同时，对微量和稀土金属的需求也在增长。首先，钪作为火箭和飞机制造业以及航天工业的建筑材料受到关注，因为其熔化温度明显高于铝，而与铝的密度相同。添加铝及其合金的数十分之一的量的金属钪可以改善强度并在某些情况下改善塑性，提高对腐蚀裂纹、扭曲的抗性，赋予拉紧的半成品焊接特性。已知钪是一种并非以游离状态天然存在的经典微量元素，它不形成矿物质，仅在工业上以白色粉末形式的Sc2O3存在。钪属于地球上最昂贵的积极用于创新和高新技术以及高强度和高耐蚀轻合金的成分的金属。氧化钪由作为铝土矿加工的废料的赤泥产生，从所述铝土矿加工中生产出氧化铝或冶金氧化铝形式的中间产物作为生产铝并最终生产原铝的原材料。生态有害废料的回收是铝生产的重大问题。然而，赤泥中贵金属氧化物含量较高。提取这些化合物的过程使得可以改善泥浆的性能，其包括但不限于降低碱含量和湿度，从而不需要昂贵的赤泥掩埋，并为其在建筑行业中的使用创造额外的利润来源。
技术介绍
已知在将铝土矿加工成氧化铝的同时提取钪的方法，所述方法包括浸出粗产物，然后从沉淀物中分离溶液，通过向滤液中加入含有两性捕收剂金属氢氧化物的溶液使钪沉淀，然后过滤并冲洗沉淀物(俄罗斯专利2201988号，2003年4月10日)。这种方法的缺点是钪从粗产物(即赤泥)中的提取率低，在每个阶段粗赤泥中Sc2O3含量小于10％，并获得贫钪浓缩物(以Sc2O3计，2％～5％)，其富含一些有害杂质(钛、锆、铝、铁的氧化物等)。还已知一种生产氧化钪的方法，所述方法包括用碳酸钠和碳酸氢钠溶液的混合物重复连续浸出赤泥，冲洗并分离沉淀物，向所得溶液添加溶解于氢氧化钠中的氧化锌，在高温保持溶液同时搅拌，在沸点对其用氢氧化钠溶液处理，分离、冲洗并干燥所得产物，然后通过已知方法提取氧化钪(俄罗斯专利2247788号，2005年3月10日)。这种方法允许58克含有平均30.0重量％的Sc2O3的更富集的钪浓缩物，每吨赤泥将获得的氧化钪的提取率为13.9％。为了在浓缩物中获得这样的Sc2O3含量(约30.0％)，需要重复至少10次对原生含Sc溶液的回收以便浸取新一批赤泥，这降低了整个过程的生产率。俄罗斯专利2536714号(2014年12月27日)公开了一种由赤泥生产钪浓缩物的改进方法，所述方法能够通过碳酸化(carbonization)浸出提高钪从赤泥到原生含Sc溶液的提取率，获得不含伴随杂质且在沉淀钪浓缩物之前就钪而言更浓缩的生产性溶液。这种用作原型的生产钪浓缩物的已知方法包括：用碳酸盐溶液连续碳酸化浸出赤泥，同时用含CO2的空气-气体混合物对泥浆进行充气，过滤碳酸化泥浆以得到含钪溶液，在适当浓缩的同时，将钪从伴随杂质组分中分离，从纯化的溶液中沉淀出微溶的钪化合物，过滤、冲洗并干燥所述沉淀物以获得钪浓缩物。同时，通过对泥浆进行初始振动空化处理对赤泥进行碳酸化浸出，通过用磷酸盐离子交换剂进行吸附从所得到的含钪溶液中适当浓缩钪而将钪与杂质组分分离，将钪从离子交换剂的有机相中解吸，其中使用混合的碳酸盐氯化物溶液进行脉冲解吸而获得含钪洗脱液，由其逐步沉淀出微溶性钪化合物，杂质组分的微溶性化合物首先经沉淀以分离作为钛-锆浓缩物的沉淀物，然后沉淀钪浓缩物。该方法的各方面使得将氧化钪到最终产物(浓缩物)的提取率提高平均至多23.5％。已知生产氧化钪的原料是从俄罗斯北部的古老的一水合铝土矿加工产生的赤泥，所述铝土矿包括：乌拉尔北部铝土矿(NUBM)–Sc2O3含量约80ppm～120ppm；蒂曼中部铝土矿(MTBM)–Sc2O3含量约80ppm；奥涅加北部铝土矿(NOBM)–Sc2O3含量约150ppm～250ppm。当从这些铝土矿生产氧化铝时，需要严格的加工方式，即破坏铝土矿物并将钪转化为可溶于苏打溶液形式的方式。赤泥中的钪含量是原始铝土矿的两倍，而对于使用苏打-碳酸氢钠溶液的浸出，可利用的钪含量多50％～80％。来自世界其他主要铝土矿蕴藏地区(包括澳大利亚、巴西、牙买加、几内亚等)的铝土矿的钪含量少2倍至3倍，通常为约30ppm的Sc留在矿物结构中，因此不能通过苏打-碳酸氢盐浸出提取。本专利技术的第一个目的在于提供一种生产含钪浓缩物的方法，所述方法包括以下多个工艺步骤以在通过苏打-碳酸氢盐浸出处理赤泥的同时生产含钪浓缩物(按照附图所示的流程图)：-从液相中过滤赤泥；-用苏打-碳酸氢盐再循环溶液对赤泥饼进行再浆化(repulping)；-用二氧化碳对溶液充气直至达到pH≤9；-在80℃～85℃用Na2O总含量为至少65g/dm3的苏打-碳酸氢盐溶液以至少3.5:1(重量)的液-固比浸出赤泥至少3小时；-过滤并用水冲洗过滤器上的赤泥饼；-将来自滤液的钪吸附在磷酸盐离子交换剂上，随后再循环溶液被回收用于赤泥饼的再浆化；-在高温用浓苏打溶液从磷酸盐离子交换剂中解吸钪以获得富含钪的解吸剂；-在第二阶段进行一步或两步解吸剂水解以获得含钪(钪)浓缩物。本专利技术的第二个目的在于提供一种从含钪浓缩物中提取氧化钪的方法。已知一种用于生产氧化钪的方法(俄罗斯专利2069181号，1996年11月20日)，该方法包括通过使溶液中的酸浓度达到260g/dm3～400g/dm3将含钪浓缩物溶解在无机酸(通常为硫酸)中，从溶液中分离出硫酸钪沉淀物，将其冲洗并溶解于水中，通过例如用草酸处理从溶液中沉淀出微溶的钪化合物，冲洗、干燥和煅烧以获得氧化钪(Sc2O3≥99％)。该已知方法的一个缺点是相当大百分比的整体钪损失(高达11％)，特别是因为当用处在用于沉淀含钪浓缩物的浓度的硫酸冲洗硫酸钪沉淀物时，钪在硫酸中的溶解度相当高，导致其被洗出。还已知一种用于生产氧化钪的方法(俄罗斯专利2257348号，2005年7月27日)，其包括将含钪浓缩物溶解在无机酸(通常为盐酸、硫酸、硝酸)中；通过用含硫酸盐的无机化合物然后用氯化钡处理来纯化有杂质的钪溶液；用碱性试剂(特别是NH4OH)处理纯化的钪溶液以获得微溶的钪化合物：氢氧化钪或羟基碳酸盐；过滤浆以从溶液中分离钪沉淀物；用甲酸处理沉淀物；从母液中分离甲酸钪沉淀物；用甲酸冲洗沉淀物，干燥并煅烧沉淀物以获得纯度为99.99％的商业氧化钪。该已知方法的缺点是存在多个阶段，例如在第一阶段将含有硫酸盐的无机化合物和氯化钡添加到钪溶液中以除去杂质，然后用甲酸进一步处理氢氧化钪沉淀物。俄罗斯专利2478725号(2013年4月10日)公开了一种从含钪浓缩物提取氧化钪的方法，其用作原型。根据生产氧化钪的该已知方法，将含钪浓缩物溶解在硫酸中，除去不溶于酸的沉淀物，并在铵化合物存在下使钪沉淀。然后过滤、冲洗、干燥并煅烧沉淀物以产生氧化钪沉淀。一旦除去不溶于酸的沉淀物，滤液中的硫酸浓度达到540g/dm3～600g/dm3，在50℃～70℃使用26.7g/dm3～53.5g/dm3量的氯化铵作为铵化合物添加到溶液中，然后在搅拌下保持1小时～2小时。所得沉淀物用乙醇本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从赤泥产生含钪浓缩物的方法，所述方法包括从液相中过滤赤泥，用碳酸氢钠再循环溶液对赤泥饼再浆化，用二氧化碳对所述溶液充气直至达到pH≤9，用苏打‑碳酸氢钠溶液浸出赤泥，在过滤器上过滤并用水冲洗赤泥饼，使钪从滤液中吸附至磷酸盐离子交换剂上，随后再循环的溶液返回用于赤泥饼的再浆化，在高温用浓苏打溶液使钪从磷酸盐离子交换剂中解吸以获得富含钪的解吸剂，以及在第二阶段至少进行一个解吸剂水解阶段以获得含钪浓缩物，其特征在于，使用碳酸钠和碳酸氢钠的混合物溶液至少在单个阶段进行赤泥的碳酸化浸出，使钪从所得含钪溶液中吸附至含磷离子交换剂上，使用碳酸钠溶液将钪从离子交换剂有机相解吸以获得商业再生钪，从其中沉淀出钪浓缩物，其中，Sc2O3含量为至少15重量％(以干物质计)，TiO2含量不超过3重量％(以干物质计)，ZrO2含量不超过15重量％(以干物质计)，并且其中所述浓缩物中的钪为Sc(OH)3氢氧化物与ScOHCO3×4H2O碱式盐的混合物形式。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.04 RU 20161323591.一种从赤泥产生含钪浓缩物的方法，所述方法包括从液相中过滤赤泥，用碳酸氢钠再循环溶液对赤泥饼再浆化，用二氧化碳对所述溶液充气直至达到pH≤9，用苏打-碳酸氢钠溶液浸出赤泥，在过滤器上过滤并用水冲洗赤泥饼，使钪从滤液中吸附至磷酸盐离子交换剂上，随后再循环的溶液返回用于赤泥饼的再浆化，在高温用浓苏打溶液使钪从磷酸盐离子交换剂中解吸以获得富含钪的解吸剂，以及在第二阶段至少进行一个解吸剂水解阶段以获得含钪浓缩物，其特征在于，使用碳酸钠和碳酸氢钠的混合物溶液至少在单个阶段进行赤泥的碳酸化浸出，使钪从所得含钪溶液中吸附至含磷离子交换剂上，使用碳酸钠溶液将钪从离子交换剂有机相解吸以获得商业再生钪，从其中沉淀出钪浓缩物，其中，Sc2O3含量为至少15重量％(以干物质计)，TiO2含量不超过3重量％(以干物质计)，ZrO2含量不超过15重量％(以干物质计)，并且其中所述浓缩物中的钪为Sc(OH)3氢氧化物与ScOHCO3×4H2O碱式盐的混合物形式。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在60℃～100℃、优选80℃～85℃碳酸化浸出赤泥。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，碳酸钠和碳酸氢钠的混合物溶液中的Na2O总浓度≥60g/dm3，优选为65g/dm3～75g/dm3，其中，Na2O碳酸氢盐占Na2O总的50％～100％。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在40℃～100℃使钪从所得含钪溶液中吸附至含磷离子交换剂上。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在20℃～80℃使用Na2CO3浓度为160g/dm3～450g/dm3的碳酸钠溶液将钪从离子交换剂有机相中解吸。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，含钪浓缩物分两个阶段进行沉淀，其中，在第一阶段，从商业再生钪中使杂质组分在pH10.5～12.0和60℃～80℃沉淀并以沉淀物形式分离出来；并且在第二阶段，使钪浓缩物自身在pH12.5～13.5和70℃～80℃沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·G·苏斯，A·B·科济列夫，A·V·帕诺夫，
申请(专利权)人：俄铝工程技术中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：俄罗斯,RU