1、从赤泥硫酸熟化浸出液中预富集钪徐璐 1,2，罗宇智 1,2，史光大 1,2(1.中国地质科学院矿产综合利用研究所，成都 610041；2.中国地质调查局金属矿产资源综合利用技术研究中心，成都 610041)摘要：采用正交试验研究硫酸赤泥熟化浸出液中钪的萃取性能，并通过二次反萃制备出钪富集物。结果表明，当 P204 浓度 10%、相比 O/A=1/15、萃取时间 5 min 时，钪萃取率高达 99.27%。当反萃剂为 2.5 mol/L NaOH溶液、反萃相比 O/A=1/1.5、反萃时间 10 min、反应温度 95 至水相微微沸腾、反萃次数 2 次时，钪反萃率为 98.34%，获得的初步富集
2、物中钪含量为 0.86%，可用于进一步制作高纯氧化钪产品。关键词：赤泥；萃取；正交试验；钪；预富集中图分类号：TF845 +.1 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2018）11-0000-00Scandium Pre-enrichment from Red Mud Sulfuric Acid Curing Leaching SolutionXU Lu1,2, LUO Yu-zhi1,2, SHI Guang-da1,2（1. Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources, Chinese Academy of
3、 Geological Sciences, Chengdu 610041, China;2. Chinese Geological Survey Metal Mineral Resource Utilization Technology Center, Chengdu 610041, China）Abstract：Orthogonal test was applied to investigate extraction performance of scandium in red mud curing leaching solution. Scandium enrichment was pre
4、pared by secondary stripping. The results show that scandium extraction rate is 99.27% under the optimum conditions including P204 concentration of 10%, O/A=1/15 and extraction time of 5 min. Stripping rate of Sc with 2.5 mol/L NaOH as stripping agent is 98.34% under the conditions including O/A=1/1
5、.5, stripping time of 10 min, reaction temperature from 95 to slight boiling of water phase, and stripping frequency of twice. The obtained initial enrichment with Sc content of 0.86% can be used to produce high-purity scandium oxide products.Key words：red mud; extraction; orthogonal test; scandium;
6、 pre-enrichment70%80%的钪伴生在铝土矿中，是钪资源的最大潜在来源。铝土矿中 98%以上的钪在生产氧化铝时富集于赤泥中 1。钪具有众多的优异性能，应用领域广泛 2。因此从赤泥中回收钪具有极其重要的工业价值。目前认为技术上较可行的方法是直接用各种酸处理赤泥，使钪进入溶液中，再采用离子交换法或萃取法从中提取钪1,3-8。在前期试验研究中 9，采用选矿拜耳法生产氧化铝，原料中的钪在赤泥中得到较大富集，再经过赤泥酸浸试验，赤泥中钪的浸出率可达 91%以上，本试验拟采用铁粉还原萃取二级反萃工艺从赤泥酸浸液中制备钪富集物。1 试验1.1 试验原料、主要药剂与仪器氧化铝原矿取自重庆某地，铝
7、硅比 3.06，经选矿拜耳法、赤泥酸浸等工艺后，获得含钪浸出液，经检测，浸出液含 Sc 7.11 mg/L、ZrO 2 68.3 mg/L，其他成分（g/L ）：TFe 2.86、Fe 3+ 1.32、Fe 2+ 1.54、TiO 2 4.91、Al 2O3 18.95、SiO 2 0.05、CaO 1.28 、H + 2.88。主要药剂与仪器：P204、磺化煤油、铁粉、氢氧化钠均为分析纯；萃取振荡器为自制。1.2 试验方法P204 按被萃取元素的原子大小进行协同萃取，萃取机理属共同萃取，在萃取提钪中较为常用。由于 P204对溶液中三价铁的萃取能力大于钪，极大地影响其对钪的萃取效果，因此在萃取
8、前必须将浸出液中的三价铁离子进行还原。根据钪浸出液中 Fe3+和 H+浓度，可以考虑用还原铁粉将浸出液大样中的 Fe3+还原后进行钪的萃取，达到钪与铁分离的目的。收稿日期：2018-07-06基金项目：中国地质调查局地质大调查项目（12120113086800）作者简介：徐璐（1987-） ，男，陕西宝鸡人，工程师 .doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2018 .11.0092 结果与讨论2.1 铁粉还原试验在钪的浸出液萃取试验前，向浸出液中加入理论量 1.2 倍的还原铁粉，充分反应 1 h，将浸出液中绝大多数 Fe3+还原为难以被萃取的 Fe2+，实现钪与铁的分离。将
9、还原后的浸出液固液分离后，再进行萃取条件试验。由于赤泥浸出液中的 H+离子浓度已达到 2.88 mol/L，且萃取前 Fe3+被还原成了 Fe2+，在此酸度下，P204 的分离因数 Sc/Ti 1 000，与其它共存元素的分离因数也都在 1 000 左右，钪通常被优先萃取进入有机相。2.2 正交试验条件及结果L16(34)正交试验安排及结果如表 1 所示。由表 1 极差 R 值可以看出，相比 A/O 对钪萃取率的影响最大，其次是 P204 浓度，最后是萃取时间。钪萃取的最佳条件为 A4B1C2，即 P204 浓度 12%、相比 A/O=10、萃取时间 5 min。考虑到 P204 浓度从 10
10、%增加到 12%时，钪萃取率升高不到 1 个百分点，相比 A/O 从 10 提高到 15时，钪萃取率增加量为 1.5 个百分点，从节省萃取剂消耗量、最大程度萃取钪的角度出发，钪萃取的最佳条件以 A3B2C2 为宜。表 1 正交试验与极差分析结果Table 1 Results and range analysis of orthogonal test溶出条件试验编号A-P204 浓度/% B-相比 A/O C-时间 /min 萃余液含钪/(mgL-1) 钪萃取率/%1 6 10 2.5 0.13 98.172 6 15 5.0 0.17 97.613 6 20 7.5 0.45 93.674 6
11、 25 10 1.15 83.835 8 10 5.0 0.05 99.306 8 15 2.5 0.27 96.207 8 20 10 0.42 94.098 8 25 7.5 0.50 92.979 10 10 7.5 0.05 99.3010 10 15 10 0.15 97.8911 10 20 2.5 0.35 95.0812 10 25 5.0 0.29 95.9213 12 10 10 0.05 99.3014 12 15 7.5 0.06 99.1715 12 20 5.0 0.12 98.3116 12 25 2.5 0.42 94.09K1 93.32 99.02 95.8
12、9K2 95.64 97.72 97.78K3 97.05 95.29 96.28K4 97.72 91.70 93.78R 4.40 7.32 4.00最佳条件 A4B1C2因此，确定硫酸熟化赤泥浸出液中钪元素萃取的工艺综合条件：浸出液 200 mL、P204 浓度 10%、相比A/O=15/1、萃取时间 5 min。据此进行综合条件试验，结果见表 2。综合条件试验结果表明，钪萃取试验结果重现性良好，技术指标稳定，钪萃取率平均为 99.27，在工业生产过程中，通过强化过滤洗涤操作，钪萃取率可确保在 99%以上。表 2 综合条件试验结果Table 2 Results of comprehens
13、ive test萃余液 萃取率/%试验编号Sc/(mgL-1) TiO2/(gL-1) ZrO2/(mgL-1) Sc TiO2 ZrO21 0.05 3.31 39.7 99.30 32.59 41.872 0.06 3.41 38.6 99.16 30.55 43.843 0.05 3.26 37.6 99.30 33.60 44.954 0.05 3.38 40.4 99.30 31.16 40.85平均 0.05 3.34 39.08 99.27 31.98 42.792.3 富含钪有机相的反萃试验富含钪有机相的反萃试验条件如下：反萃剂为 2.5 mol/L NaOH 溶液，反萃相比
14、O/A=1/1.5，反萃时间 10 min，反应温度 95 至水相微微沸腾，反萃次数 2 次。通过实验室放大试验共得到钪的初级富集物 8.07 g，其化学分析结果为（%）：Sc 0.86、TFe 0.17、TiO 2 56.19、ZrO 2 1.56。由此可计算出得钪反萃率为 98.34%，可见反萃试验的效率很高。反萃物中的铁含量仅有 0.17%，验证了还原除铁试验的效果。由于赤泥熟化酸浸液中钪浓度较低，而钛离子浓度较高，若直接采用 H2O2-H2SO4 洗涤有机相分离钛的成本较高，后续试验可在钪反萃富集物深度净化步骤中将钪富集物进行酸复溶以后，向富集液中加入 H2O2-H2SO4，将钛络合后
15、进行第二次萃取，达到钪与钛分离的目的，之后再处理萃余相，获得含钛较高的沉淀。3 结论1）重庆某中低品位铝土矿采用拜耳法溶出工艺产出的赤泥，经硫酸化焙烧水浸出获得含钪浸出液。浸出液钪的优化萃取工艺条件为：P204 浓度 10%、相比 O/A=1/15、萃取时间 5 min。钪萃取率大于 99%。2）以 2.5 mol/L 的 NaOH 溶液为萃取剂，于 95 以上反萃 2 次，可获得钪的固体富集物，钪反萃率为98.34%，固体富集物中钪含量为 0.86%。参考文献1 徐璐，史光大，李元坤，等. 盐酸浸出拜耳法赤泥预富集钪的研究 J. 有色金属（冶炼部分），2015(1)：54-56.2 尹志民，
16、潘青林，姜锋，等. 钪和含钪合金M. 长沙：中南大学出版社， 2007：49-187.3 樊艳金，黄进文，何航军，等. 从粗钪中提取高纯氧化钪的研究 J. 有色金属（冶炼部分） ，2015（11）：30-32.4 樊艳金，何航军，张建飞，等. 钛白废酸与赤泥联合提取氧化钪的工艺研究J. 有色金属(冶炼部分)，2015(5)：55-57.5 池丕华，赵孟珊，刘丹丹，等. 赤泥硫酸浸出液中钪的萃取试验研究 J. 黄金，2015，37(2)：56-58.6 余荣旻. 赤泥钛白废酸综合回收中钪的萃取工艺J. 有色金属科学与工程，2017，8(4)：31-35.7 姜平国，廖春发. 从赤泥盐酸浸出液中提取钪的工艺研究 J. 中国有色冶金，2012，41(1)：66-68.8 ZHANG N，LI H X，LIU X M. Recovery of scandium from bauxite residue-red mud：a reviewJ. Rare Metals，2016，35(12)：887-900.9 罗宇智，徐璐，史光大，等. 硫酸熟化浸出赤泥中钪的研究J . 有色金属（冶炼部分） ，2017（4）：45-47.
