一種從鈦白廢水中富集鈧的方法與流程
2023-09-10 18:48:35
本發明涉及一種稀土資源回收技術，具體涉及一種從鈦白廢水中富集鈧的方法。
背景技術：
稀土元素鈧（Sc）是重要的戰略資源，金屬鈧在自然界基本沒有獨立的礦床存在，幾乎都是伴生礦。鈧可以廣泛應用在強雷射晶體、電子、金屬合金、電池、照明等行業。近年來，美日等國突破了鈧鋯氧化物電解質在固體氧化物燃料電池（SOFC）中應用技術，推動了對鈧及鈧鋯粉體的需求。
硫酸法生產鈦白粉會產生大量的酸性廢水，據統計，每生產1 t鈦白粉可產生廢水40～60 t，鈦白廢水得不到妥善處理，既造成了環境汙染，又要支付巨額的排汙費用。鈦白廢水中含有Sc2O3，V2O5，TiO2，H2SO4，Fe 等多種成分，對鈦白廢水中的鈧進行回收，同時除去其他雜質，對實現鈧資源的有效利用具有現實的意義。
然而目前對鈦白廢水的處理主要以鹼中和為主，所用鹼性物質主要有白雲石、石灰石、石灰、電石渣、廢鹼等，既增加了生產成本，又浪費了鈦白廢水中的鈧資源。
因此，開發伴生資源鈧的綠色提取技術，可以實現將硫酸鈦白粉生產過程產生的廢液中伴生的鈧及其他元素高效富集，改變廢酸濃縮或石灰中和法處理廢酸造成的氧化鈧等有價元素嚴重浪費的現狀，滿足新材料領域對氧化鈧的快速增長需求，符合我國發展循環經濟提出「減量化、再利用、資源化」的原則。
技術實現要素：
本發明針對現有技術的不足，提供一種從鈦白廢水中富集鈧的方法來解決上述問題。
本發明的基本方法是這樣實現的：一種從鈦白廢水中富集鈧的方法，包括以下步驟：
（1）一次萃取：在鈦白廢水中加入有機相進行一次萃取，一次萃取為三級逆流萃取，相比為O:A=1:10；
（2）一次反萃：用一次萃取負載有機相進行一次反萃，操作條件為相比O:A =1:1，氫氧化鈉含量為10%，溫度為60~70 ℃，反應結束後將有機相回收，將鹼液過濾後得到反萃濾餅，回收鹼液；
（3）酸溶除雜：用H2SO4溶解反萃濾餅，加入鈦晶種，加入10% Na2CO3調節pH值為0.3～0.5，當溶液溫度升高至微沸時，溶液中的鈦逐漸水解析出，同時析出鐵，過濾得酸溶除雜濾液；
（4）二次萃取：將酸溶除雜濾液進行二次萃取，二次萃取為三級逆流萃取，相比為O:A=3:5；
（5）洗滌除鈦：用雙氧水及硫酸配製的洗液，控制酸度為2~4 mol/L硫酸對二次萃取負載有機相進行兩級洗滌除雜，每次洗滌時間均為30 min；
（6）二次反萃：將8% NaOH溶液加熱至70℃，按相比O:A=1:1加入洗滌除鈦後有機相進行二次反萃，得到的粗鈧濾餅中鈧的回收率＞83%，純度＞36%。
以上步驟所用有機相為體積比為3:1:16的P204、TBP、磺化煤油混合物。
優選的， 步驟（2）中，所述一次反萃的時間為20 min。
優選的，步驟（3）中，所述反萃濾餅與 H2SO4的質量比為1.2~1.5。
優選的，步驟（3）中，在溶液中的鈦逐漸水解析出過程中，將溶液加熱至沸騰約1 h。
優選的，步驟（5）中，所述雙氧水及硫酸配製的洗液中，雙氧水和硫酸的濃度分別為0.5~1 mol/L和2~4 mol/L。
優選的，步驟（6）中，所述二次反萃的時間為30 min。
優選的，所述鈦白廢水含Sc2O3 6~30 mg/L，V2O5 0~2 g/L，TiO2 2~5 g/L，H2SO4 180~300 g/L，Fe 35~40 g/L。
本發明的有益效果是：
（1）開發了從鈦白廢水中直接萃取富集鈧的方法，實現了鈧的綜合回收利用，鈧回收率從不足50%提高到83 %以上。
（2）實現鈧目標元素與雜質的萃取分離，有效解決了傳統工藝鈧損失、夾帶和乳化等問題，粗鈧純度＞36%。
（3）有機相、鹼液、酸液可回收循環利用，降低了化工原料消耗和汙染物排放，減少生產成本。
具體實施方式
以下結合實施例描述本發明，以下實施例以發明最優效果進行解釋說明。
實施例1：
一種從鈦白廢水中富集鈧的方法，包括以下步驟：
（1）一次萃取：鈦白廢水20.41 m3，Sc2O3 12.10 mg/L，在鈦白廢水中加入有機相進行一次萃取，一次萃取為三級逆流萃取，相比為O:A=1:10，萃取餘液中Sc2O3 0.90 mg/L，鈧萃取率92.60%，一次負載有機相中Sc2O3 326.42 mg/L，；
（2）一次反萃：用一次萃取負載有機相進行一次反萃，操作條件為相比O:A =1:1，氫氧化鈉含量為10%，溫度為60 ℃，一次反萃的時間為20 min，反應結束後將有機相回收，將鹼液過濾後得到反萃濾餅，回收鹼液，鈧一次反萃率達96.43%；
（3）酸溶除雜：用H2SO4溶解反萃濾餅，反萃濾餅與 H2SO4的質量比為1.2，加入鈦晶種，加入10% Na2CO3調節pH=0.35，將溶液加熱至沸騰約1 h，當溶液溫度升高至微沸時，溶液中的鈦逐漸水解析出，同時析出鐵，過濾得酸溶除雜濾液，除鈦率達90.18%，除鐵率達83.31%，濾液中含Sc2O3 505 mg/L、TiO2 1.50 g/L、Fe 0.12 g/L；
（4）二次萃取：將酸溶除雜濾液進行二次萃取，二次萃取為三級逆流萃取，相比為O:A=3:5，萃餘液中Sc2O3 0.68 mg/L，鈧萃取率達99.87%；
（5）洗滌除鈦：用雙氧水和硫酸配成0.5 mol/L雙氧水及2 mol/L硫酸的洗液，對二次萃取負載有機相進行兩級洗滌除雜，每次洗滌時間均為30 min，第一次洗鈦率為77.21%，第二次洗鈦率為85.07，總洗鈦率為96.60%，洗鈦後Sc2O3 417.2 mg/L；
（6）二次反萃：將8% NaOH溶液加熱至70℃，按相比O:A=1:1加入洗滌除鈦後有機相進行二次反萃，二次反萃的時間為30 min，二次反萃後有機相含Sc2O3 7.1 mg/L，二次反萃率為99.07%，鈧的回收率達到83.48%，純度達到36.2%。
以上步驟所用有機相為體積比為3:1:16的P204、TBP、磺化煤油混合物。
實施例2：
一種從鈦白廢水中富集鈧的方法，包括以下步驟：
（1）一次萃取：鈦白廢水30.20 m3，Sc2O3 11.20 mg/L，在鈦白廢水中加入有機相進行一次萃取，一次萃取為三級逆流萃取，相比為O:A=1:10，萃取餘液中Sc2O3 0.93 mg/L，鈧萃取率91.73%，一次負載有機相中Sc2O3 346.5 mg/L，；
（2）一次反萃：用一次萃取負載有機相進行一次反萃，操作條件為相比O:A =1:1，氫氧化鈉含量為10%，溫度為70 ℃，一次反萃的時間為20 min，反應結束後將有機相回收，將鹼液過濾後得到反萃濾餅，回收鹼液，鈧一次反萃率達95.98%；
（3）酸溶除雜：用H2SO4溶解反萃濾餅，反萃濾餅與 H2SO4的質量比為1.5，加入鈦晶種，加入10% Na2CO3調節pH=0.5，將溶液加熱至沸騰約1 h，當溶液溫度升高至微沸時，溶液中的鈦逐漸水解析出，同時析出鐵，過濾得酸溶除雜濾液，除鈦率達89.04%，除鐵率達82.73%，濾液中含Sc2O3 489 mg/L、TiO2 1.56 g/L、Fe 0.10 g/L；
（4）二次萃取：將酸溶除雜濾液進行二次萃取，二次萃取為三級逆流萃取，相比為O:A=3:5，萃餘液中Sc2O3 0.73 mg/L，鈧萃取率達99.85%；
（5）洗滌除鈦：用雙氧水和硫酸配成1 mol/L雙氧水及4 mol/L硫酸的洗液，對二次萃取負載有機相進行兩級洗滌除雜，每次洗滌時間均為30 min，第一次洗鈦率為76.22%，第二次洗鈦率為82.99，總洗鈦率為95.95%，洗鈦後Sc2O3 389.4 mg/L；
（6）二次反萃：將8% NaOH溶液加熱至70℃，按相比O:A=1:1加入洗滌除鈦後有機相進行二次反萃，二次反萃的時間為30 min，二次反萃後有機相含Sc2O3 7.6 mg/L，二次反萃率為98.05%，鈧的回收率達到83.21%，純度達到36.0%。
以上步驟所用有機相為體積比為3:1:16的P204、TBP、磺化煤油混合物。