金属钪资源及我国回收利用技术
时间:2017年03月10日   信息来源:本站原创    【 字体:

我国是金属钪资源较为丰富的国家,其储量居世界第一,已探知的含钪矿物种类达800多种,这为今后我国大力开发利用金属钪资源奠定了物质基础。因此,深人研究钪的回收及提取工艺意义重大。我国钪资源的提取主要为通过从生产钛白粉的硫酸废液与钛生产过程中的氯化烟尘中回收利用。另外,国内有些厂家也在积极研究从氧化铝赤泥、钨渣、稀土、选矿尾矿等中提取和回收钪。

1、钪资源概况

    金属钪作为一种性能优越的稀有金属最先是由瑞典化学家尼尔森(L. F. Nikon)于1879年从斯堪的纳维亚(Scandinavia )半岛的硅铍钇矿和钛硅酸稀金矿中发现的,因而被命名为Scandium,化学符号为Sc。

在地壳中,Sc的平均丰度达36x10-6 ,与金属Be, Sr, As, Se, W等的丰度大致相当。Sc的平均丰度数据表明,其在地壳中的含量并不低。但是,金属Sc的分布极为分散,绝大部分Sc结合其他稀土金属,以化合物的形式分布在800多种含抗矿物中;也有少数混杂稀土金属,形成自然界极稀少的独立矿物。

 目前,富集于钨锡矿、铀钍矿、稀土矿、钽铌矿、铝土矿、白云母和钛铁矿等副产品中的Sc,是自然界中具有工业意义的Sc资源,这些资源中Sc品位(按

Sc计)一般小于0.02%。全世界金属钪的工业总储量为200万t左右(以Sc计),其中,中国、美国和俄罗斯等国家的储量较为丰富。我国金属钪的工业储量约为65.7万t,大致为世界总储量的1 /3 。主要集中在铝土矿、钨矿床、钛铁矿和稀土矿床中。其中,在铝土矿和磷块岩中的储量为29万t左右,而在钨矿床、钛铁矿和稀土矿中为26万t左右。

2、我国钪生产的典型工艺和技术

由于金属钪主要掺杂在各种矿物中,而且含量较低,考虑到资源利用的合理性和生产成本,独立开采钪矿是不适宜的,故一般是在提炼其它矿物的过程中综合回收钪,如从冶炼的废渣、废液和烟尘中分离、提纯金属钪。其典型的回收工艺包括对原料进行预处理,采用HCl或H2SO4、浸出、萃取或离子交换、沉淀剂沉淀、灼烧,最终获得纯度较高的Sc203产品。

1)从钛白粉生产的废液中回收和提取钪

我国生产的Sc203绝大部分来自钛白粉厂。由于原矿中Sc含量较低,其质量分数一般只有80一120 g·t-1,因此在钛白废液中的含量也很低,其质量浓度一般不超过20 mg·L-1。而其它杂质元素的含量远高于Sc的,如Fe的含量为Sc的3000倍,Ti, Mn的含量为Sc的100倍。目前,国内主要采用溶剂萃取分离、草酸沉淀的工艺路线从钛白废液中回收Sc。

2)从氧化铝赤泥中回收钪

    铝土矿中伴生着地壳中3/4一4/5的钪。生产氧化铝时,超过98%的抗富集在赤泥中,其质量分数最高可达0.02%(按Sc203)。我国作为世界上产能最大的氧化铝生产大国,每年赤泥的产出量高达数百万吨,因此,如何综合回收赤泥中的Sc成为国内科研工作者广泛研究的课题。

    目前,我国主要采用酸浸出工艺从氧化铝赤泥中提取钪,包括用盐酸浸出、硫酸浸出、硝酸浸出等,典型的工艺路线是先用硫酸和盐酸等处理赤泥,再进行萃取,然后用草酸或酒石酸铰进行沉淀、锻烧,最后获得Sc203

    长远来看,钒钛磁铁矿和炼铝的赤泥的矿量大、钪总量较多,适于长期开发利用,将会是我国用于提取金属钪的主要原料。国内学者对从氧化铝生产的废渣赤泥中回收钪进行了有益的探索性试验研究,取得了一定的进展。但是由于铝土矿的成分较为复杂,提取方法也有所不同,因而目前的工作还需进一步深人。如能开发出回收钪的经济、合理的工艺流程来,必将为我国赤泥的综合利用及钪的提取提供一条新途径。

    3)从钨渣中回收钪

    钨渣是钨冶炼过程中产生的,钨渣中含有丰富的钪,其质量分数为0.2%一0.4%,是提取和生产Sc203的重要原料之一。目前,我国每年约有7万t的钨渣

产出量,其中含WO32800t(按残余WO3的质量分数为4%计),这拥有着很高的回收和利用价值,为此,国内相关研究者围绕从钨渣中提取高纯氧化钪进行了试验研究。

    钟学明以钨渣为原料,选用硫酸为浸出液,用铁屑将Fe3十还原为F e2十,然后用质量分数为0.1%的伯胺N1923萃取分离钍,质量分数为4.0%的伯胺N1933萃取富集钪,硫酸洗涤负载有机相分离稀土和铁,过氧化氢洗涤分离钛,盐酸反萃取钪,叔胺N235从氯化钪溶液中再次萃取分离铁,氨水和草酸前后两次沉淀钪,最后灼烧草酸钪获取氧化钪,产物中氧化钪的质量分数为90%,收率为82%。

    一般来说,该工艺可以选择H2SO4、或HCl作为浸出试剂。如果采用盐酸分解钨渣,可能存在成本高、污染大、腐蚀性强、劳动环境差等缺点,故一般选

择硫酸作为浸出剂。采用成本较低的矿物加工物理分选技术,分离富集钨渣中的钪,应当是钪资源综合回收利用中较有前景的途径。

     在国防军工、航天航空、超导体、电光源材料、冶金化工等部门,钪产品的应用越来越广泛,其市场前景也必将越来越光明。我国拥有丰富的钪资源,尽管在钪的提取和回收技术的研究方面较之美国、俄罗斯、日本等发达国家起步晚,但在近年来取得了很大的成效,产能也已位居世界前列。

    目前,我国在钪提取和回收上存在的问题主要是成本较高、回收率和产品纯度不高。因此,从我国湿法冶金的工艺发展来看,萃取和离子交换技术是提取钪的高效处理方法,但处理过程的工艺较为复杂,为此,将沉淀、萃取和离子交换等新、老处理技术优化组合,不失为可行的方案和路线。此外,寻找高效的萃取剂,完善和改进生产工艺设备,借此提高金属钪产品生产过程中的回收率和纯度也值得探讨。