从含钪溶液中分离去除铁、铝、钙、钛杂质的方法
【专利摘要】本发明提出一种从含钪溶液中分离去除铁、铝、钙、钛杂质的方法，包括步骤：(1)还原：向含钪溶液中加入还原剂，将Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ)；(2)向步骤(1)还原后的含钪溶液中加入络合剂络合Sc(Ⅲ)；(3)向络合后的含钪溶液中加入碱，调节溶液的PH值至1-7；(4)含钪溶液与强酸性离子交换树脂混合，或使其流经装有强酸性阳离子交换树脂的交换柱，杂质离子被吸附，得到纯的钪溶液。本发明采用离子交换的方法有效地从含钪溶液中深度除去了杂质铁、铝、钙等杂质；还能同时除去部分钛、锆、镁、锰等杂质，为高纯钪的制备提供了有效的除杂方法。
【专利说明】从含钪溶液中分离去除铁、铝、钙、钛杂质的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化学冶金领域，具体涉及一种从含钪溶液中去除杂质的方法。
【背景技术】
[0002] 90年代起，许多国家，包括中国，掀起了钪的生产和研宄热潮。俄罗斯已开发出许 多种实用工业含钪铝合金，在许多高新技术部门得到了应用。在西方国家，钪在电源中的应 用取得了巨大进步，钪钠灯得到了日益广泛的应用。目前，钪发展得最新动向是大力降低成 本和包括军转民的全面应用的研宄和开发。
[0003] 自然界中含钪的矿物多达800余种，在花岗伟晶岩类型矿的副产物中几乎都可以 找到钪的踪迹。但氧化钪品位大于0.05%的矿却为数甚少。我国钪资源丰富，特别是我国 的丰产矿物，如铝土矿和磷块岩矿床、华南斑岩型和石英脉型钨矿床、华南稀土矿、内蒙古 白云鄂博稀土铁矿床和四川攀枝花钒钛磁铁矿床等均含有钪。所以钪的提取基本上都是以 氧化铝工业中的赤泥、鹤冶金中的浸出澄、硫酸法生产钛白过程中的酸性水解废水和高钛 渣氯化过程中的烟尘为原料。
[0004] 由于这些原料中Fe，Al，Ti等物质含量很高，在制备氧化钪过程中他们以杂质形 式存在于氧化钪中或含钪溶液中，从而影响产品钪化合物的纯度。
[0005] 目前从钪化合物或含钪溶液中分离这些杂质的方法主要为萃取法，如专利号 201310237363. 2的发明用P204萃取钪，虽然P204对钪的萃取能力极强，但选择性很差，大 部分杂质元素也被萃上，使除杂工序变得更加复杂，萃取分离级数巨大，最终氧化钪纯度仅 为90% -95%，且伴随着COD含量高的工业废水产出，加工成本较高。
[0006] 也有采用沉淀法去除杂质的技术，如专利申请号为201110186520. 2的发明通过 多次溶解-过滤-沉淀-漂洗-过滤后将滤饼煅烧，能够得到99. 99 %的高纯钪，有效分离 杂质，但多次沉淀-溶解-过滤使钪损失较大，钪的收率低，且产生大量废水。
【发明内容】
[0007] 针对本领域不足之处，本发明旨在于提供一种有效的从粗氧化钪中出去杂质铁的 方法，通过离子交换方法，铁的去除率可以达到98%，铝的去除率达99. 9%，钙的去除率接 近99%。该方法操作简单，成本低，效果好。
[0008] 实现本发明目的的技术方案为：
[0009] 一种从含钪溶液中分离去除铁、铝、钙、钛杂质的方法，包括步骤：
[0010] (1)还原：确定含钪溶液中Fe (III)含量，向含钪溶液中加入还原剂，将Fe (III)还 原为Fe( II );所述还原剂为抗坏血酸、铁粉、硫代硫酸钠、水合肼、硫化铵中的一种或多种， 还原剂添加量为将Fe (III)还原为Fe ( II )所需理论量的1?4倍。
[0011] (2)络合：向步骤⑴还原后的含钪溶液中加入络合剂络合Sc (III);
[0012] (3)调节PH :向络合后的含钪溶液中加入碱，调节溶液的PH值至1-7 ;
[0013] (4)树脂吸附铁、铝、钙、钛等杂质：经过还原、络合和调节pH值的含钪溶液与强酸 性离子交换树脂混合，或使其流经装有强酸性阳离子交换树脂的交换柱，铁、钛、钙、钛等杂 质被树脂吸附，从而得到纯的钪溶液。
[0014] 本发明技术方案中，
[0015] 还原过程将溶液中的Fe (III)还原为Fe ( II );向还原后的含钪溶液中加入适量 络合剂以络合Sc (III )，将阳离子钪转变为络阴离子，从而避免树脂对钪的吸附。如果调节 PH过程中有沉淀产生，需要过滤，滤液进行下一步的操作。离子交换树脂吸附铁、铝、钙、钛 等杂质过程中，绝大部分的铁、铝、钙以及部分镁、锰、锆等以阳离子形态存在的杂质被强酸 性阳离子交换树脂吸附，而钪因为以络阴离子存在于溶液中，从而得到纯的钪溶液。
[0016] 其中，所述含钪溶液为含有 Sc(III)、Fe(III)、Fe( II )、0&2+、1%2+313+、11 4+中的 一种或多种离子的盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液或其混合物。
[0017] 具体地，所述含钪溶液为含钪矿物冶金的中间产物、或与其成分类似的溶液，例 如氧化铝工业中的赤泥、钨冶金中的浸出渣、硫酸法生产钛白过程中的酸性水解废水和高 钛渣氯化过程中的烟尘为原料；或与所述冶金过程所得浸出液成分近似的溶液，其中含有 Sc( 111)0. 1-10. 86g/L、Fe( 111)0. 1-6. 0g/L、Al 0.1-2. 0g/L、Ca 0.1-1. Og/L，Ti 5-20g/L。
[0018] 优选地，所述步骤（I)中所述还原剂为抗坏血酸、硫代硫酸钠、水合肼、硫化铵中 的一种或多种，添加量为络合钪理论量的1?1. 5倍。
[0019] 其中，所述步骤⑵中所用络合剂为EDTA(乙二胺四乙酸）、NTA(氨三乙酸）、 HEDTA(羟乙基乙二氨四乙酸）、DTPA、DCTA、乳酸中的一种或多种，添加量为理论络合 Sc(III)量的1?2倍。
[0020] 优选地，所述步骤（3)中调节pH的碱为氢氧化钠、碳酸钠、氨水中的一种或多种， pH调节至2?4。
[0021] 其中，所述步骤（4)中所的树脂为强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，选自大孔径 的 D001、D003、凝胶型的 001 X 7 (732)、001 X 3、001 X 4 树脂。
[0022] 用树脂填充离子交换柱进行离子交换时，可根据柱体积、吸附容量和接触时间确 定含钪溶液处理量和流速。例如，步骤（4)中含钪溶液与强酸性阳离子交换树脂混合吸附 时的体积比为10-50:1 ;含钪溶液流经装有20ml强酸性阳离子交换树脂的交换柱时溶液流 速为 10-30mL/h。
[0023] 进一步地，所述步骤（4)中吸附了杂质后的树脂用浓度为1?3mol/L的硫酸、盐 酸、硝酸或其混合溶液作为解吸剂，解吸后的树脂可返回吸附使用。
[0024] 本发明的有益效果在于：
[0025] 1.采用离子交换的方法有效地从氧化钪中深度除去了杂质铁、铝、钙等杂质；
[0026] 2.本发明方法还能同时除去部分钛、错、镁、锰等杂质，为高纯钪的制备提供了有 效的除杂方法。
[0027] 3.本发明方法钪回收率高，整个过程中钪损失很少。
[0028] 4.本发明方法操作简单，成本较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1为本发明方法的工艺流程图；
【具体实施方式】
[0030] 现以以下最佳实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0031] 实施例1-6的料液用粗氧化钪配制。
[0032] 实施例1 :不同含钪溶液体系中分离效果
[0033] (1)分别配制氯化钪溶液，溶液中以盐酸盐形式存在的成分为：Sc (III) 0.82g/L、 Fe (III) 0. 65g/L、Al 0. 68g/L、Ca 0. 51g/L ;硫酸钪溶液，溶液中以硫酸盐形式存在的成分 为：Sc (III) 0· 86g/L、Fe (III) 0· 75g/L、Al 0· 65g/L、Ca 0· 55g/L ;硝酸钪溶液，溶液中以硝 酸盐形式存在的成分为：Sc (III) 0· 88g/L、Fe (III) 0· 68g/L、Al (λ 60g/L、Ca (λ 50g/L ;
[0034] (2)添加 I. 05倍理论用量抗坏血酸还原Fe (III)为Fe ( II );
[0035] (3)添加2. 0倍理论用量EDTA络合Sc (III);
[0036] (4)用4mol/L的氢氧化钠溶液调节三种料液PH均为3. 0 ;
[0037] (5)量筒量取IOOml料液与IOml处理后（处理是将树脂转型为氢型树脂）的DOOl 大孔树脂置于250ml锥形瓶中，室温下震荡吸附。吸附结果见表1。
[0038] 表1不同pH值下钪与铁、铝、钙的吸附率
[0039]
【权利要求】
1. 一种从含钪溶液中分离去除铁、铝、钙、钛杂质的方法，其特征在于，包括步骤： (1)还原：确定含钪溶液中Fe (III)含量，向含钪溶液中加入还原剂，将Fe (III)还原 为Fe( II );所述还原剂为抗坏血酸、铁粉、硫代硫酸钠、水合肼、硫酸铵中的一种或多种，还 原剂添加量为将Fe (III)还原为Fe ( II )所需理论量的1?4倍； ⑵络合：向步骤⑴还原后的含钪溶液中加入络合剂络合Sc (III); (3)调节PH :向络合后的含钪溶液中加入碱，调节溶液的PH值至1-7 ; ⑷树脂吸附铁、错、钙、钛等杂质：经过还原、络合和调节pH值的含钪溶液与强酸性离 子交换树脂混合，或使其流经装有强酸性阳离子交换树脂的交换柱，得到纯的钪溶液。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含钪溶液为含有Sc (III )、Fe (III)、 Fe ( II )、Ca2+、Mg2+、Al3+、Ti4+中的一种或多种离子的盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液或其混 合物。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1)中所述还原剂为抗坏血酸、 硫代硫酸钠、水合肼、硫化铵中的一种或多种，添加量为络合钪所需理论量的1?1. 5倍。
4. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤（2)中所用络合剂为EDTA(乙二胺 四乙酸）、NTA (氨三乙酸）、HEDTA(羟乙基乙二氨四乙酸）、DTPA、DCTA、乳酸中的一种或多 种，添加量为理论络合Sc (III)量的1?2倍。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3)中调节pH的碱为氢氧化钠、 碳酸钠、氨水中的一种或多种，pH调节至2?4。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（4)中所的树脂为强酸性苯乙 烯系阳离子交换树脂，选自大孔径的D001、D003、凝胶型的001 X 7 (732)、001 X 3、001 X 4树 脂。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（4)中吸附了杂质后的树脂用浓 度为1?3mol/L的硫酸、盐酸、硝酸或其混合溶液作为解吸剂，解吸后的树脂可返回吸附使 用。
【文档编号】C22B59/00GK104498714SQ201410809499
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】李青刚, 李兆洋, 孙盼, 张贵清, 肖连生, 曹佐英 申请人:中南大学