[发明专利]含钪浓缩物的生产和从中进一步提取高纯度氧化钪

说明书

本发明涉及有色金属冶炼，特别是涉及一种从氧化铝生产废料中生产含钪浓缩物并从中提取高纯度氧化钪的方法。提供了一种从赤泥产生含钪浓缩物的方法，其中，使用碳酸钠和碳酸氢钠的混合物溶液至少在单个阶段进行赤泥的碳酸化浸出，使钪从所得含钪溶液中吸附至含磷离子交换剂上，使用碳酸钠溶液将钪从离子交换剂有机相解吸以获得商业再生钪，从其中沉淀出钪浓缩物，其中，Sc₂O₃含量为至少15重量％(以干物质计)，TiO₂含量不超过3重量％(以干物质计)，ZrO₂含量不超过15重量％(以干物质计)，并且其中，浓缩物中的钪为Sc(OH)₃氢氧化物与ScOHCO₃×4H₂O碱式盐的混合物形式。还提供了一种用于生产高纯度氧化钪的方法，所述方法包括将含钪浓缩物溶解在硫酸中，除去不溶于酸的沉淀物，沉淀钪，过滤、冲洗、干燥和煅烧以获得氧化钪沉淀，其中，一旦除去不溶于酸的沉淀物，滤液中的钪就会与硫酸钠以硫酸钠和硫酸钪的复盐形式沉淀，将其滤出，所得沉淀物用硫酸钠溶液冲洗，将复盐溶于水中，用烧碱沉淀氢氧化钪，过滤饼，冲洗并加入到草酸溶液中以便利用草酸获得草酸钪，滤出草酸钪，用水冲洗，煅烧产生纯度约为99重量％的氧化钪。以这种方式，以最低成本获得最大纯度的氧化钪。

技术领域

本发明涉及有色金属冶炼，特别是涉及一种从氧化铝生产废料中生产含钪浓缩物并从中提取超高纯度氧化钪的方法。该方法包括从根据现有分类属于危险等级5的称为赤泥的大吨位铝生产废料中提取钪。由于这种废料的高碱性，其储存场地附近的地区不适合建筑和农业。同时，对微量和稀土金属的需求也在增长。首先，钪作为火箭和飞机制造业以及航天工业的建筑材料受到关注，因为其熔化温度明显高于铝，而与铝的密度相同。添加铝及其合金的数十分之一的量的金属钪可以改善强度并在某些情况下改善塑性，提高对腐蚀裂纹、扭曲的抗性，赋予拉紧的半成品焊接特性。

已知钪是一种并非以游离状态天然存在的经典微量元素，它不形成矿物质，仅在工业上以白色粉末形式的Sc₂O₃存在。钪属于地球上最昂贵的积极用于创新和高新技术以及高强度和高耐蚀轻合金的成分的金属。氧化钪由作为铝土矿加工的废料的赤泥产生，从所述铝土矿加工中生产出氧化铝或冶金氧化铝形式的中间产物作为生产铝并最终生产原铝的原材料。生态有害废料的回收是铝生产的重大问题。然而，赤泥中贵金属氧化物含量较高。提取这些化合物的过程使得可以改善泥浆的性能，其包括但不限于降低碱含量和湿度，从而不需要昂贵的赤泥掩埋，并为其在建筑行业中的使用创造额外的利润来源。

背景技术

已知在将铝土矿加工成氧化铝的同时提取钪的方法，所述方法包括浸出粗产物，然后从沉淀物中分离溶液，通过向滤液中加入含有两性捕收剂金属氢氧化物的溶液使钪沉淀，然后过滤并冲洗沉淀物(俄罗斯专利2201988号，2003年4月10日)。这种方法的缺点是钪从粗产物(即赤泥)中的提取率低，在每个阶段粗赤泥中Sc₂O₃含量小于10％，并获得贫钪浓缩物(以Sc₂O₃计，2％～5％)，其富含一些有害杂质(钛、锆、铝、铁的氧化物等)。

还已知一种生产氧化钪的方法，所述方法包括用碳酸钠和碳酸氢钠溶液的混合物重复连续浸出赤泥，冲洗并分离沉淀物，向所得溶液添加溶解于氢氧化钠中的氧化锌，在高温保持溶液同时搅拌，在沸点对其用氢氧化钠溶液处理，分离、冲洗并干燥所得产物，然后通过已知方法提取氧化钪(俄罗斯专利2247788号，2005年3月10日)。这种方法允许58克含有平均30.0重量％的Sc₂O₃的更富集的钪浓缩物，每吨赤泥将获得的氧化钪的提取率为13.9％。为了在浓缩物中获得这样的Sc₂O₃含量(约30.0％)，需要重复至少10次对原生含Sc溶液的回收以便浸取新一批赤泥，这降低了整个过程的生产率。