[发明专利]一种磁性花状磷酸钛吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于湿法冶金领域，涉及一种磁性花状磷酸钛吸附剂及其制备方法和应用。本发明基于磷酸钛PO₄^3‑和HPO₄^2‑对稀土离子的强配位能力、离子交换能力、高比表面积和耐酸性等优点，将磷酸钛在磁性Fe₃O₄@SiO₂微球上原位沉淀制备出核壳结构的磁性花状磷酸钛吸附剂Fe₃O₄@SiO₂@TiP，用于提取离子型稀土尾水中的稀土资源，吸附率大于90％。本发明的磁性花状磷酸钛吸附剂在外加磁场下容易实现固液分离，无需额外的离心或过滤等处理，提取效率高，且吸附容量大、可循环再生利用，在离子型稀土尾水处理领域具有较高的应用前景。

技术领域

本发明属于湿法冶金领域，涉及一种磁性花状磷酸钛吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

南方离子型稀土矿富含高新技术、新材料应用中急需的中重稀土元素，目前广泛采用原地浸矿工艺提取稀土元素。离子型稀土矿山原地浸矿工艺在停矿后的较长时间内仍会流出大量的低浓度稀土尾水(小于100mg/L)。例如停采6年后的安远县岗下稀土矿巷道出水中稀土浓度仍然达到33mg/L。据统计，一个10t REO资源量的离子型稀土矿山采用原地浸矿工艺可产生2000m³低浓度尾水。

原地浸矿过程拖尾时间长，导致生产周期长，现有的除杂沉淀富集稀土工艺运行成本高。如果这些尾水不能有效处理，会造成稀土资源浪费和环境污染。采用吸附法富集提取尾水稀土资源是一种有效的方法，在浸矿结束后可以在矿山脚开挖废水池再用高效吸附剂进行富集处理。但是由于废水呈酸性(pH＝3～5)，且含有大量的NH₄⁺、Al³⁺等杂质离子，许多常见吸附剂(如膨润土、壳聚糖等)的吸附效果往往较差。

基于配位化学理论，PO₄^3-和HPO₄^2-对稀土离子具有强配位能力。α-磷酸钛(α-TiP)是一种由四价钛和HPO₄^2-组成的层状化合物(Ti(HPO₄)₂·H₂O)，具有优良的阳离子交换能力、配位吸附能力和耐酸性，而且在一定条件下可以组装成具有高比表面积的纳米花结构，可以开发成一种高效吸附回收稀土资源的吸附剂。但是α-磷酸钛为微纳米材料，在水中存在固液分离困难，易造成二次污染等问题，限制了α-磷酸钛的实际应用。因此，将α-磷酸钛和磁性Fe₃O₄纳米粒子复合，构筑出具有超顺磁性的、核-壳结构的花状磷酸钛，则可以在外磁场下实现吸附剂的快速固液分离，方便稀土解吸和吸附剂再生利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性花状磷酸钛吸附剂及其制备方法和应用，该吸附剂耐酸性强、稀土吸附容量大、固液分离容易和可再生循环利用，可有效解决实际生产中离子型稀土尾水导致的稀土资源损失和重金属环境污染的问题。

本发明的技术方案：

一种磁性花状磷酸钛吸附剂，由磁性内核纳米Fe₃O₄、中间保护层SiO₂和吸附功能外壳磷酸钛TiP组成，结构式为：Fe₃O₄@SiO₂@TiP。

所述磁性花状磷酸钛吸附剂，由浓磷酸、Fe₃O₄@SiO₂微球、钛酸四丁酯和乙醇混合并水浴搅拌后沉淀物用磁铁分离制得，Fe₃O₄@SiO₂微球:钛酸四丁酯:浓磷酸的质量比为1:5～10:40～80，乙醇的用量为使Fe₃O₄@SiO₂微球的初始质量浓度达到0.5～2g/L。