[发明专利]从钛矿中回收钪、钇和镧族元素

说明书

从钛矿中回收钪显然是前所未有的。尽管有钪的矿物，但这些矿物很稀少（如在授予pruvot等人的美国专利2874039中所指出的，该专利公开了一种从钪钇石矿中提取钪的方法）。

美国专利2722471（授予Hirsch等人）、3812233（授予Duncan）和2735747（授予Kasey）中讨论了通过浸滤方法（在一个实例中包括用盐酸）从矿石中分离稀土元素。在美国专利2990244（授予Brown等人）、3159452（授予Lerner）和3087948（授予Carter等人）中讨论了稀土元素与钍的分离（在一个实施例中包括用酸浸溶液）。在美国专利2941867（授予Maurer）中讨论了氯化钪的还原。

钛矿是用于制备金属钛和氧化钛的。使钛矿（钛矿物）转化成金属钛通常采用如下操作：氯化、还原、蒸馏（使氯化镁和镁挥发以将它们与钛分离）以及双相（或三相）电弧熔炼以得到一块锭料。然后可以将钛锭加工成各种形状。关于氯化工艺，1981年1月13日授予Dell的美国专利4244935涉及一种基于流态焦化技术使含金属-氧的物质形成氯化物的方法。应该指出，制备金属钛的工业方法使用了一种在约1000℃（穿过床的温度显著地变化高达200℃或200℃左右）时的流化床碳化氯化工艺（例如对金红石，通常是氧化钛，或对钛铁矿，通常是氧化钛和氧化铁，等矿物），该工艺得到四氯化钛。1975年7月15日授予Langenhoff等人的美国专利3895097也涉及一种使金属氧化物与氯反应的工艺。

在工业上，还原是通过使气态的四氯化钛与熔融的镁反应，得到金属钛（呈较多孔态，即所谓的“海绵”形式）。在许多美国专利，包括转让给相同受让人的4440384;4511399;4556420;4613366;4637831和4668287中已经提出了对还原工艺的一些改进方案。

至于说到使氯化镁和镁与海绵钛分离（通过氯化镁和镁挥发）的蒸馏，这通常是在约1050-1100℃下进行的（注意，虽然在美国专利4711664中KWon等人指出，铁含量可以通过在约934℃蒸馏降低）。

通常使用自耗电极真空电弧熔炼以从多孔的蒸馏后的海绵体制得密实的锭（通常将蒸馏后的海绵体破碎，再压成圆片，然后将这样的图片焊接在一起形成自耗电极）。在Weber的美国专利4539688中描述了一种改进的自耗电极。

当然，从废料流中回收物料是合乎要求的。例如，在1987年3月7日授予的美国专利4650652中Naitou等人公开了一种从废稀土荧光体中回收高纯稀土氧化物的方法（该方法利用将废稀土荧光体溶于过量酸中，添加草酸以得到稀土草酸盐沉淀，洗涤并焙烧沉淀）。

本发明是一种从钛矿中提取钪的方法。该方法利用将钛矿石供入800-1250℃的流化床氯化炉以得到一气态（主要是氯化钛并可能有氯化铁）相和固体残渣，然后从固体残渣中回收钪。在残渣中富集了钛矿中含量很低的钪，使从钛矿石中回收钪在经济上可行。

较佳的是，本方法是制备金属钛或氧化钛工艺的一个组成部分，因而钪是钛生产的一种副产品。钪通常主要以氯化钪的形式存在于残渣中，用下述方法从残渣中回收氯化钪比较好，即用酸溶液（例如盐酸）浸滤残渣以得到一种含钪的水溶液，使生成的水溶液与含多烷基磷酸酯的有机相接触，多烷基磷酸酯（例如磷酸三丁酯）将钪萃取入有机相。可以用0.1克分子的盐酸反萃钪，然后通过添加铵使沉淀，得到氢氧化钪沉淀并灼烧氢氧化钪，使钪可以以氧化物的形式回收。

因此，从钛矿中提取钛和钪的方法可以包括：将钛矿供入约1000℃（800-1250℃）的流化床氯化炉以使氯化钛从矿石中挥发出去，并得到含有钪化合物和其他固体的残渣;把残渣的其他固体（如氯化硅等）与钪化合物分离;收集氯化钛;将氯化钛处理以得到金属钛和/或氧化钛。

残渣通常也含有钇和镧族元素，钇和镧族元素也可通过用酸将钇和镧族元素与钪一起浸入含钪水溶液中（在该场合，钪和镧族元素可通过添加铵与钪一起沉淀，将钇和镧族元素灼烧并随钪回收）或通过将水溶液与一含多烷基磷酸酯的有机相接触，生成含钪有机相和含钇及镧族元素的水相而从残渣中回收。在后一种场合中，通过灼烧有机相，钪以氧化物回收，通过分别灼烧水相，以氧化物的形式回收钇和镧族元素。