一种从拜耳法赤泥中选择性富集钪的方法技术

本发明专利技术公开了一种从拜耳法赤泥中选择性富集钪的方法，以拜耳法赤泥为原料，加入适量水使赤泥充分湿润，用浓硫酸使赤泥硫酸盐化，然后在高温下进行焙烧，将固体焙烧产物经研磨进行机械活化，再进行四级水浸和水洗，得到富钪浸出液、富钪洗液和低碱富铁渣。该方法使钪大部分浸出，而杂质铁和铝浸出率低，硅和钛基本不浸出，避免了浸出液中硅酸胶体的形成，有利于后续浸出液中钪的选择性吸附及萃取；产生的二氧化硫和三氧化硫可回用于制备硫酸循环使用，避免了大量废酸的产生；低碱富铁渣的pH接近中性，可用于炼铁、吸附剂、陶瓷、建筑等行业，为钪的提取及赤泥的综合利用提供一种新的途径。

A method of selective enrichment of Scandium from red mud of Bayer process

The invention discloses a method for selective enrichment of Scandium from red mud of Bayer process, which takes red mud of Bayer process as raw material, adds appropriate amount of water to make red mud fully wet, sulfates red mud with concentrated sulphuric acid, calcines red mud at high temperature, mechanical activation of solid roasted product after grinding, and four-stage water leaching and water washing to obtain scandium-rich leaching solution, scandium-rich washing solution and low-alkali-rich iron. Slag. This method can leach most scandium, but the leaching rate of impurity iron and aluminium is low. Silicon and titanium are not leached basically. It avoids the formation of silicate colloid in leaching solution and is conducive to the selective adsorption and extraction of scandium in subsequent leaching solution. The sulfur dioxide and sulfur trioxide produced can be reused for the preparation of sulfuric acid, avoiding the production of a large number of waste acid. The pH of low-alkali iron-rich slag is close to neutral and can be used. It provides a new way for the extraction of scandium and the comprehensive utilization of red mud in ironmaking, adsorbent, ceramics, construction and other industries.

【技术实现步骤摘要】
一种从拜耳法赤泥中选择性富集钪的方法
本专利技术属于固体废弃物综合利用和矿产资源加工
，具体涉及一种从拜耳法赤泥中选择性富集钪的方法。
技术介绍
钪是一种重要的战略资源，广泛应用于光学、电子、航空、汽车、超导等高科技领域。钪属于伴生稀散元素，在自然界中没有独立的矿床，主要从生产其他金属如稀土、铝、钛、钨、镁等的低碱富铁渣、尾矿和废液中作为副产品回收。赤泥是铝土矿生产氧化铝过程中产生碱性固体废渣。据估计，每生产1吨氧化铝产生1-1.5吨赤泥。世界上每年大概产生1.5亿吨赤泥，目前我国的赤泥累计堆存量已超过5亿吨。赤泥作为一种工业废渣，脱水后囤积在土地上，不仅会占用大量的土地面积，其高碱度和高粉尘含量给周围环境造成严重危害，因此，有效大量合理的利用赤泥已成为全球氧化铝行业的急需解决的难题。赤泥富含钪、铁、钛、稀土等元素，是一种可利用的二次资源，近年来从赤泥中提钪已成赤泥综合利用研究热点之一。中国专利CN1844421A公开了一种赤泥提钪的方法，以铝土矿生产氧化铝产生的赤泥为原料，采用盐酸浸出、P2O4萃取、酸洗除杂、氢氧化钠反萃、盐酸溶解后加氨水改性剂水解除钛锆、草酸沉钪和中温煅烧等工艺，得到纯度为99.9％的氧化钪。中国专利CN105331837A公开了一种从赤泥中富集钪的方法，以铝土矿生产氧化铝产生的赤泥为原料，通过加入添加剂造块-还原焙烧-磁选除铁、磷酸浸出除硅、氢氧化钠溶液浸出除铝后得到含钪滤渣，钪的总回收率达90％以上。中国专利CN106086436A公开了一种从拜耳法赤泥中选择性浸出钪和钠的方法，采用浓硫酸混匀，低温硫酸盐化后，再进行中温焙烧，水浸得到富钪钠低铁洗液。但赤泥中钪的回收仍存在一些问题：(1)目前绝大多数的提取方法都是采用直接酸浸来处理赤泥，直接酸浸过程中赤泥中硅大量的溶出，形成硅胶，造成固液分离困难，且溶液中硅含量过高，萃取钪时易产生大量的乳化物，使有机相分离困难，增加后续工艺的难度。(2)赤泥中铁含量较高，铁的共同浸出影响钪的回收，如对赤泥中铁进行分离预处理，现有工艺路线较为复杂，能耗较高，酸碱的消耗量较大，增加了处理的成本。(3)现有的处理方式从赤泥中提取有价的金属后，由于赤泥中其他成分都保留在渣中，仍有大量废渣排出，由原来的碱性废渣变成酸性废渣，没有从根本上解决废渣大量储存的问题，且酸不可回收再利用，产生大量的废酸，造成了对地下水的污染和环境的破坏。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种从拜耳法赤泥中选择性富集钪的方法。该方法可以实现钪与硅、铁、铝、钛的选择性分离，能够高效富集拜耳法赤泥中的钪，提高钪的浸出率和浸出液中钪的浓度，有利于后续浸出液中钪的选择性吸附及萃取，富钪洗液的回收进一步提高了钪的总回收率，产生的二氧化硫和三氧化硫回用于制备浓硫酸循环使用，避免大量废酸的产生，低碱富铁渣接近中性，可应用于炼铁、吸附剂、陶瓷、建筑等行业，实现赤泥的零排放，符合环保与可持续发展的要求。本专利技术解决上述技术问题，采用的技术方案如下：一种从拜耳法赤泥中选择性富集钪的方法，以拜耳法赤泥为原料，加入适量水使赤泥充分湿润，用浓硫酸使赤泥硫酸盐化，然后在高温下进行焙烧，将固体焙烧产物经研磨进行机械活化，再进行四级水浸和水洗，得到富钪浸出液、富钪洗液和低碱富铁渣。上述方法，包括以下步骤：S1.向拜耳法赤泥中加入适量水使赤泥充分湿润；S2.将质量分数为95％～98％的浓硫酸加入步骤S1得到的浆料中进行加热熟化，使赤泥硫酸盐化，熟化温度为80～150℃，熟化时间为20～60min；S3.将步骤S2得到的赤泥硫酸盐化产物进行高温焙烧，得到固体焙烧产物并产生二氧化硫和三氧化硫；焙烧条件为：焙烧温度为800～850℃，焙烧时间为20～75min；S4.将步骤S3得到的固体焙烧产物充分研磨进行机械活化，研磨时间为10～40min；S5.将步骤S4机械活化后的固体焙烧产物进行选择性水浸，浸出条件为：反应温度为25～95℃，反应时间为15～90min，搅拌速度为200～600r/min，水与赤泥的比例为4～12:1mL/g；将所得浸出浆料进行固液分离，得到浸出渣和一级富钪浸出液；向浸出渣中加入水进行水洗，经搅拌、过滤，得到一级富钪洗液和低碱富铁渣；S6.采用步骤S5得到的一级富钪浸出液对步骤S4机械活化后的固体焙烧产物进行浸出，浸出条件与步骤S5的浸出条件相同，浸出过程中水的损失由等量水补充，然后采用步骤S5得到的一级富钪洗液对浸出渣进行水洗，水洗过程中水的损失由等量水补充；得到的二级富钪浸出液和二级富钪洗液重复操作；得到的三级富钪浸出液和三级富钪洗液重复操作；得到四级富钪浸出液、四级富钪洗液和低碱富铁渣。优选地，所述步骤S1中拜耳法赤泥的粒径小于74μm。优选地，所述步骤S1中水与赤泥的比例为0.4～0.8mL/g。优选地，所述步骤S2中浓硫酸的加入量按浓硫酸与赤泥的比例为0.75～1.50mL/g。优选地，所述步骤S5中的水洗，按水与赤泥的比例为4～8mL/g。优选地，所述步骤S3产生的二氧化硫和三氧化硫回用于制备步骤S2所用的浓硫酸。优选地，所述步骤S6得到的四级富钪浸出液和四级富钪洗液用作钪选择性吸附及萃取的原料，步骤S5和步骤S6得到的低碱富铁渣用作炼铁的原料。本专利技术的技术原理如下：当采用硫酸直接浸出赤泥时，赤泥矿物中的钪、铁、铝、钛与硫酸发生反应，得到的浸出液成分复杂，增大了后续浸出液中钪吸附或萃取的难度，且产生大量的废酸，对设备造成严重腐蚀，废酸不可回收再利用。更最重要的是，直接酸浸过程赤泥中硅元素在钙霞石相中大量溶出生成硅酸H4SiO4，在酸性条件下H4SiO4与溶液中的H+离子结合生成H5SiO4+，H4SiO4与H5SiO4+在水的参与下发生如下聚合反应：H3Am++H2An→H3A+m+n+2H2O其中Am表示为[Sim(OH)4m+2]2-，An表示为[Sin(OH)4n+2]2-上述反应形成的硅胶悬浮于溶液中，使浸出后固液分离困难，硅胶包裹矿石颗粒影响钪的浸出。此外，硅的存在对浸出液中钪的吸附和萃取也产生很大的影响，所以在钪的回收过程中尽量避免硅的浸出。在加入95％～98％浓硫酸前加入适量的水使赤泥充分湿润，使浓硫酸和赤泥混合得更加均匀，硫酸熟化反应更加的完全，可以提高水浸过程中钪的浸出率，减少硫酸的使用。赤泥中各主要元素在熟化过程中都转化成对应硫酸盐，其反应方程式如下：Na8Al6Si6O24(OH)2(H2O)2+13H2SO4→4Na2SO4+3Al2(SO4)3+6H4SiO4+4H2OFe2O3+3H2SO4→Fe2(SO4)3+3H2OAlO(OH)+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2OCaTiO3+2H2SO4→CaSO4+TiOSO4+2H2OCaCO3+H2SO4→CaSO4+CO2↑+H2OTiO2+H2SO4→TiOSO4+H2OSc2O3+3H2SO4→Sc2(SO4)3+3H2O在高温焙烧过程中，随着焙烧温度增加，不稳定硫酸盐分解为相应的氧化物，在800～850℃以下依次发生如下反应：H4SiO4→SiO2+2H2O↑TiOSO4→TiO2+SO3↑Al2(SO4)3→Al2O3+3SO3↑Fe2(SO4)3→Fe2O3+3S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从拜耳法赤泥中选择性富集钪的方法，其特征在于，以拜耳法赤泥为原料，加入适量水使赤泥充分湿润，用浓硫酸使赤泥硫酸盐化，然后在高温下进行焙烧，将固体焙烧产物经研磨进行机械活化，再进行四级水浸和水洗，得到富钪浸出液、富钪洗液和低碱富铁渣。

【技术特征摘要】
1.一种从拜耳法赤泥中选择性富集钪的方法，其特征在于，以拜耳法赤泥为原料，加入适量水使赤泥充分湿润，用浓硫酸使赤泥硫酸盐化，然后在高温下进行焙烧，将固体焙烧产物经研磨进行机械活化，再进行四级水浸和水洗，得到富钪浸出液、富钪洗液和低碱富铁渣。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.向拜耳法赤泥中加入适量水使赤泥充分湿润；S2.将质量分数为95％～98％的浓硫酸加入步骤S1得到的浆料中进行加热熟化，使赤泥硫酸盐化，熟化温度为80～150℃，熟化时间为20～60min；S3.将步骤S2得到的赤泥硫酸盐化产物进行高温焙烧，得到固体焙烧产物并产生二氧化硫和三氧化硫；焙烧条件为：焙烧温度为800～850℃，焙烧时间为20～75min；S4.将步骤S3得到的固体焙烧产物充分研磨进行机械活化，研磨时间为10～40min；S5.将步骤S4机械活化后的固体焙烧产物进行选择性水浸，浸出条件为：反应温度为25～95℃，反应时间为15～90min，搅拌速度为200～600r/min，水与赤泥的比例为4～12:1mL/g；将所得浸出浆料进行固液分离，得到浸出渣和一级富钪浸出液；向浸出渣中加入水进行水洗，经搅拌、过滤，得到一级富钪洗液和低碱富...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟凡悦，李新生，韦悦周，覃伟鸥，庞全广，古聪，胡思亮，梁钊，王盼盼，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45