富集钪的方法与流程

本发明涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种富集钪的方法。

背景技术

钪是一种商业价值很高的金属，例如，氟化钪可以做光学材料，也是熔盐电解、金属热还原法制备钪金属及其合金的重要原料；氧化钪具有稀土倍半氧化物的立方结构，不溶于水，溶于热酸中，可用作半导体镀层的蒸镀材料，制做可变波长的固体激光器和高清晰度的电视电子枪、金属卤化物灯等。

一种传统富集钪的方法，如图1所示，首先利用有机相对含钪料液进行萃取，将钪萃取到有机相；对得到的含钪负载有机相进行洗涤后，通过加入无机酸溶液等反萃剂溶液进行反萃，将负载有机相中的钪从有机相中剥离，将其反萃到反萃液中；再通过加入草酸溶液、碱液等沉淀剂将钪从反萃液中沉淀出来，完成钪的富集。但是该方法操作流程长，反萃剂、水等原料消耗较大，操作费用较高。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种富集钪的方法，以解决现有技术中富集钪操作流程长的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种富集钪的方法。该方法包括以下步骤：s1，利用有机萃取剂或含有机萃取剂的有机溶剂溶液对含钪无机酸溶液进行钪萃取，获得含有钪的有机相；s2，利用沉淀剂溶液对含有钪的有机相进行沉淀反萃取处理，固液分离及液液分离后获得含有钪的沉淀，以及沉淀母液和空载的有机相。

进一步地，有机萃取剂为选自由酸性有机萃取剂、中性有机萃取剂、碱性有机萃取剂和有机螯合萃取剂组成的组中的一种或多种；

优选的，酸性有机萃取剂包括酸性有机磷萃取剂和/或有机羧酸萃取剂；更优选的，酸性有机磷萃取剂为二(2-乙基己基)磷酸和/或2-乙基己基磷酸单-2-乙基己基酯；更优选的，有机羧酸萃取剂为烷烃基羧酸、芳香烃基羧酸和环烷酸中的任一种或多种；进一步优选的，烷烃基羧酸为正己酸，芳香烃基羧酸为仲辛基苯氧基乙酸；

优选的，中性有机萃取剂包括中性有机磷(氧)萃取剂和/或长链烷基酯；更优选的，中性有机磷(氧)萃取剂为磷酸三丁酯、甲基膦酸二甲庚酯和三烷基膦氧化物中的任一种或多种；

优选的，碱性萃取剂包括有机胺萃取剂；更优选的，有机胺萃取剂为烷基季胺、叔胺、仲胺、伯胺中的任一种或多种；进一步优选的，烷基季胺为氯化甲基三烷基铵，叔胺为三辛胺n235，仲胺为n-十二烯基三烷基甲胺，伯胺为1，1′，1″-三烷基甲胺。

优选的，有机螯合萃取剂包括β-二酮萃取剂；更优选的，β-二酮萃取剂为噻吩甲酰三氟丙酮和/或4-苯甲酰-3-甲基-1-苯基-5-吡唑啉酮。

进一步地，含有机萃取剂的有机溶剂溶液中的有机溶剂为密度小于水的烷烃类或其混和物、芳香烃类、有机醇、有机醚或有机酯中的至少一种；

优选的，烷烃类或其混和物包括正庚烷、正己烷和煤油；

优选的，芳香烃类包括苯和甲苯；

优选的，有机醇包括正己醇和异辛醇；

优选的，有机醚包括乙醚；

优选的，有机酯包括乙酸乙酯。

进一步地，含有机萃取剂的有机溶剂溶液中有机萃取剂的浓度为0.01mol/l～10mol/l。

进一步地，含钪无机酸溶液为含钪的硫酸溶液、盐酸溶液或硝酸溶液；任选的，含钪无机酸溶液中含有其它金属离子。

进一步地，沉淀剂溶液为氢氧化钠、氨水、草酸、氢氟酸、磷酸、草酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠、氟化钠、草酸铵、磷酸铵中一种或多种的水溶液。

进一步地，沉淀剂溶液中的沉淀剂的浓度为0.01mol/l～15mol/l。

进一步地，含有机萃取剂的有机溶剂溶液与含钪无机酸溶液的体积比为(1：20)～(1：1)。

进一步地，含有钪的有机相与沉淀剂溶液的体积比为(1：20)～(20：1)。

进一步地，空载有机相返回s1中钪萃取处理步骤使用；

优选的，s1与s2之间还包括对含有钪的有机相进行洗涤的步骤。

进一步地，钪萃取和沉淀反萃取处理中均采用机械搅拌的混合方式加快反应进度。

进一步地，富集钪的方法所使用的设备为带搅拌混合作用的反应釜、混合澄清萃取槽或管式萃取器，以及离心机、真空过滤器或压滤机，或离心萃取混合分离一体设备，上述设备单独使用或联合使用。

根据本发明的另一方面，提供了一种富集金属的方法。该方法包括以下步骤：s1，利用有机萃取剂或含有机萃取剂的有机溶剂溶液对含金属无机酸溶液进行金属萃取，获得含有金属的有机相；s2，利用沉淀剂溶液对含有金属的有机相进行沉淀反萃取处理，固液分离及液液分离后获得含有金属的沉淀，以及沉淀母液和空载的有机相。

应用本发明的技术方案，将负载有机相中的钪，通过加入沉淀剂溶液，同时起到反萃和沉淀的作用，从有机相中直接得到钪的沉淀，这样缩短了操作流程，使用沉淀剂，不使用反萃剂，减少了反萃剂、水等原料消耗，减少了操作费用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了一种传统富集钪的流程示意图；以及

图2示出了根据本发明一实施方式的富集钪的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

针对现有技术中富集钪存在的技术问题，本发明提出了下述技术方案：

根据本发明一种典型的试试方式，提供一种富集钪的方法。该方法包括以下步骤：s1，利用有机萃取剂或含有机萃取剂的有机溶剂溶液对含钪无机酸溶液进行钪萃取，获得含有钪的有机相；s2，利用沉淀剂溶液对含有钪的有机相进行沉淀反萃取处理，固液分离及液液分离后获得含有钪的沉淀，以及沉淀母液和空载的有机相。

应用本发明的技术方案，将负载有机相中的钪，通过加入沉淀剂溶液，同时起到反萃和沉淀的作用，从有机相中直接得到钪的沉淀，这样缩短了操作流程，使用沉淀剂，不使用反萃剂，减少了反萃剂、水等原料消耗，减少了操作费用。

根据本发明一种典型的实施方式，有机萃取剂为选自由酸性有机萃取剂、中性有机萃取剂、碱性有机萃取剂和有机螯合萃取剂组成的组中的一种或多种；优选的，酸性有机萃取剂包括酸性有机磷萃取剂和/或有机羧酸萃取剂；更优选的，酸性有机磷萃取剂为二(2-乙基己基)磷酸(p204萃取剂)和/或2-乙基己基磷酸单-2-乙基己基酯(p507萃取剂)；更优选的，有机羧酸萃取剂为烷烃基羧酸、芳香烃基羧酸和环烷酸中的任一种或多种；进一步优选的，烷烃基羧酸为正己酸，芳香烃基羧酸为仲辛基苯氧基乙酸；优选的，中性有机萃取剂包括中性有机磷(氧)萃取剂和/或长链烷基酯等；更优选的，中性有机磷(氧)萃取剂为磷酸三丁酯(tbp萃取剂)、甲基膦酸二甲庚酯(p350萃取剂)和三烷基膦氧化物(cyanex923)中的任一种或多种；优选的，碱性萃取剂包括有机胺萃取剂；更优选的，有机胺萃取剂为烷基季胺、叔胺、仲胺、伯胺中的任一种或多种；进一步优选的，烷基季胺为氯化甲基三烷基铵，叔胺为三辛胺n235，仲胺为n-十二烯基三烷基甲胺，伯胺为1，1′，1″-三烷基甲胺。优选的，有机螯合萃取剂包括β-二酮萃取剂；更优选的，β-二酮萃取剂为噻吩甲酰三氟丙酮thenoyl-trifluoroacetone(htta)和/或4-苯甲酰-3-甲基-1-苯基-5-吡唑啉酮(1-phenyl-3-methyl-4-benzoyl-pyrazolone-5)。

根据本发明一种典型的实施方式，含有机萃取剂的有机溶剂溶液中的有机溶剂为密度小于水的烷烃类或其混和物、芳香烃类、有机醇、有机醚或有机酯中的至少一种；优选的，烷烃类或其混和物包括正庚烷、正己烷和煤油；优选的，芳香烃类包括苯和甲苯；优选的，有机醇包括正己醇和异辛醇；优选的，有机醚包括乙醚；优选的，有机酯包括乙酸乙酯。采用上述试剂，能够高效的萃取钪

为了进一步优化萃取剂的性能，含有机萃取剂的有机溶剂溶液中有机萃取剂的浓度为0.01mol/l～10mol/l。

根据本发明一种典型的实施方式，含钪无机酸溶液为含钪的硫酸溶液、盐酸溶液或硝酸溶液；任选的，含钪无机酸溶液中含有其它金属离子。

根据本发明一种典型的实施方式，沉淀剂溶液为氢氧化钠、氨水、草酸、氢氟酸、磷酸、草酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠、氟化钠、草酸铵、磷酸铵中一种或多种的水溶液，具体可以采用哪几种沉淀剂本领域技术人员可以根据本发明的技术教导进行选择。优选的，为了进一步优化沉淀反萃取的性能，沉淀剂溶液中的沉淀剂的浓度为0.01mol/l～15mol/l。

优选的，含有机萃取剂的有机溶剂溶液与含钪无机酸溶液的体积比为(1：20)～(1：1)，在此比例范围内有利于钪被充分并高效的萃取出来；进一步优选的，含有钪的有机相与沉淀剂溶液的体积比为(1：20)～(20：1)。

根据本发明一种典型的实施方式，空载有机相返回s1中钪萃取处理步骤使用，有利于原料的充分回收利用，降低生产成本；优选的，s1与s2之间还包括对含有钪的有机相进行洗涤的步骤，以除去同时萃取到的杂质。

根据本发明一种典型的实施方式，钪萃取和沉淀反萃取处理中均采用机械搅拌的混合方式加快反应进度。

根据本发明一种典型的实施方式，富集钪的方法所使用的设备可以是带搅拌混合作用的反应釜、混合澄清萃取槽、管式萃取器等混合设备，以及离心机、真空过滤器、压滤机等分离设备，或者是离心萃取器等混合分离一体设备，这些设备可以单独使用，也可以联合使用。

根据本发明一种典型的试试方式，如图2所示，该方法包括以下步骤：利用有机萃取剂或含有机萃取剂的有机溶剂溶液对含钪无机酸溶液进行钪萃取，获得含有钪的有机相(含钪负载有机相)；对含有钪的有机相进行洗涤的步骤，以除去同时萃取到的杂质，利用沉淀剂溶液对含有钪的有机相进行沉淀反萃取处理，固液分离及液液分离后获得含有钪的沉淀。根据本发明一种典型的实施方式，提供一种富集金属的方法。该方法包括以下步骤：s1，利用有机萃取剂或含有机萃取剂的有机溶剂溶液对含金属无机酸溶液进行金属萃取，获得含有金属的有机相；s2，利用沉淀剂溶液对所述含有金属的有机相进行沉淀反萃取处理，固液分离及液液分离后获得含有金属的沉淀，以及沉淀母液和空载的有机相。

也就是说本发明的方法与设备可通用于任何包含液液固三相反应、气液固三相反应的过程；金属不限于稀土(镧(la)、钐(sm)、铕(eu)、钆(gd)、铽(tb)、镝(dy)、钬(ho)、铒(er)、铥(tm)、镱(yb)、镥(lu)，以及钪(sc)和钇(y)共17种元素，称为稀土元素)，也可以是镁(mg)、(al)、钙(ca)、钒(v)、铬(cr)、锰(mn)、铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、铜(cu)、锌(zn)、钛(ti)、锆(zr)、铪(hf)、钡(ba)、铅(pb)、锡(sn)、银(ag)、钍(th)等金属；可广泛用于湿法冶金与材料制备，如包含三相的液液反应的溶剂萃取与液固分离的结合、气液反应生成固相产物。

下面将结合实施例进一步说明本发明的有益效果。

实施例1

在混合澄清萃取槽中，按照有机溶液、含钪溶液体积比为1：1，用含3mol/l磷酸三丁酯萃取剂(tbp萃取剂)的煤油溶液从含0.1mol/l钪盐酸溶液中萃取钪；将负载钪的有机相用1mol/l盐酸水溶液进行洗涤，按照萃取剂有机溶液、沉淀反萃剂溶液的体积比(有机溶液、水溶液体积比)为1：1，将洗涤后的负载钪的有机相与含1mol/lnaoh的沉淀反萃剂水溶液(水相)进行混合，空载钪的有机相与沉淀反萃剂水溶液母液在混合澄清萃取槽中分离，生成氢氧化钪沉淀处于水相中、并与沉淀母液一起从水相出口流出；将生成的氢氧化钪沉淀与沉淀母液通过真空过滤分离，得到富集的氢氧化钪沉淀，钪提取率为80％以上。

实施例2

在带搅拌混合作用的反应釜中，按照有机溶液、含钪溶液体积比为1：10，用含1mol/l(二(2-乙基己基)磷酸酯)萃取剂(p204萃取剂)的正庚烷溶液从含0.05mol/l钪硫酸溶液中萃取钪；将负载钪的有机相用0.01mol/l硫酸水溶液进行洗涤，按照萃取剂有机溶液、沉淀反萃剂溶液的体积比(有机溶液：水溶液体积比)为10：1，将洗涤后的负载钪的有机相与含5mol/lnaoh的沉淀反萃剂水溶液(水相)进行混合，空载钪的有机相与沉淀反萃剂水溶液母液在混合澄清萃取槽中分离，生成氢氧化钪沉淀处于水相中、并与沉淀母液一起从水相出口流出；将生成的氢氧化钪沉淀与沉淀母液通过离心机分离，得到富集的氢氧化钪沉淀，钪提取率为70％以上。

实施例3

在混合澄清萃取槽中，按照有机溶液、含钪溶液体积比为1：5，用含1mol/l萃取剂环烷酸的甲苯溶液从含0.1mol/l钪盐酸溶液中萃取钪；将负载钪的有机相按照萃取剂有机溶液、沉淀反萃剂溶液的体积比(有机溶液、水溶液体积比)为5：1，将洗涤后的负载钪的有机相与含0.3mol/l草酸的沉淀反萃剂水溶液(水相)进行混合，空载钪的有机相与沉淀反萃剂水溶液母液在混合澄清萃取槽中分离，生成草酸钪沉淀处于水相中、并与沉淀母液一起从水相出口流出；将生成的草酸钪沉淀与沉淀母液通过真空过滤分离，得到富集的草酸钪沉淀，钪提取率为90％以上。

实施例4

在混合澄清萃取槽中，按照有机溶液、含钪溶液体积比为1：5，用含1mol/l三辛胺(n235萃取剂)的煤油与正己醇溶液从含0.1mol/l钪硝酸溶液中萃取钪；将负载钪的有机相用0.5mol/l硝酸水溶液进行洗涤，按照萃取剂有机溶液、沉淀反萃剂溶液的体积比(有机溶液、水溶液体积比)为20：1，将洗涤后的负载钪的有机相与含10mol/l氟化钠的沉淀反萃剂水溶液(水相)进行混合，空载钪的有机相与沉淀反萃剂水溶液母液在混合澄清萃取槽中分离，生成氟化钪沉淀处于水相中、并与沉淀母液一起从水相出口流出；将生成的氟化钪沉淀与沉淀母液通过真空过滤分离，得到富集的氟化钪沉淀，钪提取率为90％以上。

实施例5

在混合澄清萃取槽中，按照有机溶液、含钪溶液体积比为1：5，用含2mol/l三辛胺(n235萃取剂)的煤油与正己醇溶液从含0.5mol/l钪的硝酸溶液中萃取钪；将负载钪的有机相用0.5mol/l硝酸水溶液进行洗涤，按照萃取剂有机溶液、沉淀反萃剂溶液的体积比(有机溶液、水溶液体积比)为10：1，将洗涤后的负载钪的有机相与含1mol/l磷酸铵的沉淀反萃剂水溶液(水相)进行混合，空载钪的有机相与沉淀反萃剂水溶液母液在带搅拌混合作用的反应釜中分离，生成磷酸钪沉淀处于水相中、并与沉淀母液一起从水相出口流出；将生成的磷酸钪沉淀与沉淀母液通过真空过滤分离，得到富集的磷酸钪沉淀，钪提取率为70％以上。

实施例6

在混合澄清萃取槽中，按照有机溶液、含钪溶液体积比为1：5，用含1mol/l三辛胺(n235萃取剂)与1mol/lβ-二酮萃取剂(htta)的正己醇溶液从含0.2mol/l钪的盐酸溶液中萃取钪；将负载钪的有机相用2mol/l盐酸水溶液进行洗涤，按照萃取剂有机溶液、沉淀反萃剂溶液的体积比(有机溶液、水溶液体积比)为10：1，将洗涤后的负载钪的有机相与含6mol/l氨水的沉淀反萃剂水溶液(水相)进行混合，空载钪的有机相与沉淀反萃剂水溶液母液在带搅拌混合作用的反应釜中分离，生成氢氧化钪沉淀处于水相中、并与沉淀母液一起从水相出口流出；将生成的氢氧化钪沉淀与沉淀母液通过真空过滤分离，得到富集的氢氧化钪沉淀，钪提取率为89％以上。

实施例7

在混合澄清萃取槽中，按照有机溶液、含钕溶液体积比为1:5，用含10mol/l的p204从含2mol/l钕的盐酸溶液中萃取钕；将负载钕的有机相用1mol/l盐酸水溶液进行洗涤，按照萃取剂有机溶液、沉淀反萃剂溶液的体积比(有机溶液、水溶液体积比)为1：20，将洗涤后的负载钪的有机相与含6mol/l草酸的沉淀反萃剂水溶液(水相)进行混合。空载钕的有机相与沉淀反萃剂水溶液母液在带搅拌混合作用的反应釜中分离，生成草酸钕沉淀处于水相中、并与沉淀母液一起从水相出口流出；将生成的草酸钕沉淀与沉淀母液通过真空过滤分离，得到富集的草酸钕沉淀。用草酸溶液可以从p204有机相中较好地反萃取沉淀稀土钕，反萃取率在89％以上。

实施例8

在混合澄清萃取槽中，按照有机溶液、含钕溶液体积比为1:5，用含10mol/l的p204从含0.5mol/l钕的盐酸溶液中萃取钕；将负载钕的有机相用1mol/l盐酸水溶液进行洗涤，按照萃取剂有机溶液、沉淀反萃剂溶液的体积比(有机溶液、水溶液体积比)为1：20，将洗涤后的负载钪的有机相与含15mol/l草酸的沉淀反萃剂水溶液(水相)进行混合。空载钕的有机相与沉淀反萃剂水溶液母液在带搅拌混合作用的反应釜中分离，生成草酸钕沉淀处于水相中、并与沉淀母液一起从水相出口流出；将生成的草酸钕沉淀与沉淀母液通过真空过滤分离，得到富集的草酸钕沉淀。用草酸溶液可以从p204有机相中较好地反萃取沉淀稀土钕，反萃取率在90％左右。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：应用本发明的技术方案，将负载有机相中的钪，通过加入沉淀剂溶液，同时起到反萃和沉淀的作用，从有机相中直接得到钪的沉淀，这样缩短了操作流程，使用沉淀剂，不使用反萃剂，减少了反萃剂、水等原料消耗，减少了操作费用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。