[发明专利]一种利用电石渣一步中和钛白废酸制备高纯度钪的方法

说明书

技术领域

本发明属于湿法冶金技术领域，具体涉及一种利用电石渣一步中和钛白废酸制备高纯度钪的方法。

背景技术

钪及其化合物主要应用于国防、冶金、化工、航天、超导、激光、核能和电子等领域，是重要的战略物质，但因其价格昂贵，钪的民用消费十分有限。近年来，新能源的研究领域进展迅速，美日等国突破了钪锆氧化物电解质在固体氧化物燃料电池SOFC中应用的技术。民用钪产品性能大幅提高，并且其加工和运行成本显著降低，民用钪产品的商品化前景良好，进而推动了市场对钪及钪锆粉体的需求。全球范围内的钪主要由俄罗斯供应，年产量不足10吨，远远满足不了SOFC快速发展的需求。钪在地壳中的平均丰度为36 ppm，属典型的稀散亲石元素。目前稀土钪的回收以硫酸法为主，在钛白废硫酸中回收钪最具有成本优势。

我国的钛白粉绝大部分采用硫酸法生产，主要原料为钛铁矿。该工艺最大的缺点是“三废”排放量大，特别是酸性废液，每生产1 t钛白粉会产生浓度200-300 g/L的高酸废液6～8 M 和2～6％低酸洗液50~80 M。其中的高酸废液治理费用高，给企业造成严重的经济负担，而高酸废液直接排放则严重污染环境。钛白废酸的治理问题严重阻碍企业的健康发展，甚至影响到钛白粉工业的生存。因此，开发一种钛白废酸回收利用及废酸处理的技术，回收有价稀土元素及实现废酸达标排放，既节约了重要资源，又有利于降低企业成本和解决钛白粉企业的废酸污染问题，对稀土生产和钛白粉生产工业都具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是克服钛白废酸中钪回收利用率低、废酸污染严重的问题，提供一种利用电石渣一步中和钛白废酸制备高纯度钪的方法。

本发明是通过如下方式实现的：

一种利用电石渣一步中和钛白废酸制备高纯度钪的方法，包括以下步骤：

（1）一步中和：将钛白废酸与电石渣按液固比1:2~4的比例混合搅拌，进行中和反应1.5~2 h，控制反应终点pH值为1.0~2.5，得中和液；

（2）压滤：中和液经压滤机压滤，得滤液和滤渣；

（3）浓缩：滤液在80~100℃蒸汽中加热浓缩2~4 h，使钪浓度≥60 ppm，得浓缩液；

（4）除杂：浓缩液中以O/A比为1:2~3加入有机溶剂N235，反应5~8 h，萃取溶液中的铁和铝，除去液相中的杂质铁和铝，进一步蒸汽加热80~100℃后浓缩，使钪浓度为80~120 ppm，得除杂液；

（5）萃取：除杂液中以体积比P204:有机醇:磺化煤油=20~30:10~15:60~70加入混合有机相，并加入氢氧化钠进行皂化、萃取、反萃和反萃取，控制萃取段pH值为1~1.5，反萃段pH值为1.5~2，反萃取段pH值为2~2.5，得氢氧化钪渣；

（6）酸溶水解：用硫酸溶解氢氧化钪渣浸出钪，在80~100℃下加入10%H₂O₂热水解，控制pH值为2-3，除去液体中钛、铁等杂质，然后用氢氧化钠回调pH值为4-5，沉淀氢氧化钪，得到一次纯化的氢氧化钪渣；

（7）二次酸溶及复盐沉淀：将一次纯化氢氧化钪渣再次用硫酸溶解，然后加入复盐沉淀剂沉淀钪，重复酸溶及复盐沉淀操作一次，得到二次纯化的氢氧化钪渣；

（8）草酸沉淀：用盐酸溶解二次纯化的氢氧化钪渣，在80~90℃下加入草酸进行沉淀，得到草酸钪；

（9）回收：草酸钪烘干后在800℃煅烧，得到纯度为99.9~99.99%的氧化钪，钪元素回收率≥80%。

优选的，所述电石渣其氢氧化钙含量为50~80%。

优选的，所述氢氧化钠其浓度为4-6 mol/L。

优选的，步骤（5）中，所述皂化控制皂化度为0.5-0.6 mol/L。

优选的，所述硫酸其浓度为4-6 mol/L。

优选的，所述复盐沉淀剂为硫酸钾。

优选的，所述硫酸钾其工作浓度为为30-50%。

优选的，所述盐酸其浓度为4-6 mol/L。

本发明的有益效果是：

1. 本发明可得到纯度为99.9~99.99%的氧化钪，钪元素回收率≥80%，实现了钛白废酸中钪元素的高效回收和高纯度制备。

2. 本发明采用钛白废酸、电石渣进行中和处理，既实现了两种废弃物的回收利用，又大大降低了环保运行费用，具有良好的社会效益和生态效益。

3. 本发明工艺简单、方便高效，适合规模化生产。