从攀枝花钒钛磁铁矿中回收钪研究进展 王录锋.pdf

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2022年8月Multipurpose Utilization of Mineral Resources•  21  •
从攀枝花钒钛磁铁矿中回收钪研究进展
王录锋,代长富
(攀枝花学院钒钛学院,钒钛资源综合利用四川省重点实验室,四川 攀枝花 617000)
摘要:综述了攀枝花钒钛磁铁矿中钪以类质同象置换Mg-Fe的方式存在,储量丰富,潜在回收价值可
观。以尾矿、废渣和废液为主要回收对象,总结了提取钪工艺以焙烧-浸出-萃取法和浸出-萃取法为主。提出以
钛白废酸浸出选钛尾矿和***化渣及烟尘全面回收钪的新途径;为攀枝花“三废”治理提供新的思路。
关键词:钪;浸出;钒钛磁铁矿;钛尾矿
doi:.1000-
中图分类号:TD952   文献标志码:A    文章编号:1000-6532(2022)04−0021−06
 
钪在新材料开发应用日益突出,主要在太阳到钪产量432 t,攀西地区钒钛磁铁矿初步统计储
能电池材料、超导材料、宇航发射材料和铝合金量100亿t,如此丰富钪资源,亟待开发利用。本
等方面。钪的提取研究水平一直处于低迷状态,文对攀枝花钒钛磁铁矿中的钪回收工艺现状总
究其因,钪属于稀散金属,含量低,分散广,几结,并提出了回收主产品钒铁钛同时,以废治废
乎没独立矿物[1-2],突破此瓶颈,开辟新的钪回收回收钪同时高效利用钒钛磁铁矿资源。 
途径。
我国钪的资源异常丰富,已探明的铝土矿、1 钪的资源状况
贵州织金新华、开阳和瓮福磷矿、华南钨矿及稀攀西地区钒钛磁铁矿储量丰富,现已确定攀
土矿、内蒙古白云鄂博稀土矿和四川攀枝花钒钛枝花钒钛磁铁矿中存在钪在20~60 g/t,钪的储量
磁铁矿矿床等均含有钪。研究表明,攀枝花、×105~×105 t[3]。已查明的钒钛磁铁矿含有
和和白马三大矿区的矿石中,均含有稀散金属-57种矿物中主要含有钪的矿物为普通辉石、钛磁
钪;攀枝花矿区为例钪平均含量为27~32 g/t[2],铁矿、钛铁矿、角闪石、斜长石和绿泥石[4],统计
以密地桥选厂处理1350万t/a钒钛磁铁矿,可达结果见表1。
 
 
表 1    含钪矿物
Table 1    Scandium among the various types of minerals
名称含量/%钪含量/(g·t−1)钪分布率/%主要成分
 Fe2O3 MgO
 TiO2
 TiO2
 CaO
 Al2O3
 CaO Fe2O3 Al2O3
 
黄霞光等[5]研究结果表明攀枝花钒钛磁铁矿置换的方式而赋存于辉石、钛铁矿矿和角闪石
中无钪的独立矿物存在,钪以Mg-Fe以类质同象中,以Mg-Fe-Sc形式分散于硅酸盐和钛铁矿中,
 
收稿日期:2020-05-11;改回日期:2020-06-12
基金项目:攀枝花市平台建设资助项目(20180816);2017级校级资助项目(035000861);钒钛资源综合利
用四川省重点实验室[2021]01号(2021FTSZ14)
 作者简介:王录锋(1983-),男,硕士,讲师,主要长期从事钒钛磁铁矿中稀贵金属提取工作。
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例如在钛普通辉石中,Sc3+以异价类质同象方式置析钪的走向[6],见图1。根据钪的赋存状态及单向
换Fe2+与Mg2+,电价平衡依靠Fe3+、Al3+替代Si4+逐层富集,结合图1钪在选冶化过程中,绝大部
实现,置换式为Sc3++Al3+→(Fe2+,Mg2+)+Si4+;钛分富集在固废和废液中[7],见表2。
铁矿中钪的类质同象置换式为Sc3++(Fe3++Al3+)→炼铁过程中钪被还原挥气态进入烟尘,在冷
(Fe2+,Mg2+)+Ti4+。因钪的地球化学特征三价钪却过程被氧化,水洗后进入***泥;在***化法制
与三价铁和二价镁的离子半径相近,故三价钪代钛白粉,钪被高温***化变成三***化钪并富集到***
替三价铁和二价镁,钪元素较明显的亲氧性和亲化烟尘中,含量高、易回收和成本低是回收钪的
钛性,常以氧化物和硅酸盐形态存在,如在高炉重要来源,但产量低,经济效益不高。硫酸法制
渣和***化烟尘中富集丰富的钪。 钛白粉过程中,含钪矿物被硫酸分解为Sc3+离子存
于溶液中。从表1可知,唯独尾矿中的钪赋存在
2 钪的选冶走向矿物中,而其他都是钪的氧化物、***化物和离子
钪在钒钛磁铁矿中具有含量低、形态分散广型,辉石和角闪石都属于硅酸盐类矿物,结构稳
和置换方式等的特征,但是随着主成分铁钒钛的定,难分解,钪提取难度较大。相对于尾矿其他
回收,钪呈现方向性的逐层富集趋势,这为回收储量较少,矿物成分也较单一,故回收钪的主要
钪提供了条件。现以攀钢集团回收铁钒钛流程分来源是尾矿。 
 
攀枝花矿区钒钛磁铁矿
选铁
铁精矿选铁尾矿干磁选抛尾选
高炉
选钛
炼铁
高炉***泥生铁高炉渣钛精矿铁精矿硫钴精矿尾矿
转炉电炉
硫酸法
半钢炼钢烟尘钒渣
铁水高钛渣
***化法
钛白粉硫酸废液
钢水炼钢烟尘V2O5
四***化钛***化炉渣***化烟尘
图 1    攀钢集团铁钒钛回收流程
    Recovery process of iron、vanadium and titanium at Panzhihua steel & iron group corporation
 
 
 
表 2    钪在三废中含量
Table 2    scandium content in three wastes
名称高炉渣高炉***泥***化渣钒渣***化烟尘硫酸废液尾矿
含量/(g·t−1)
存在形态Sc2O3Sc2O3Sc2O3Sc2O3ScCl3Sc3+辉石、钛铁矿和角闪石
第4期
2022年8月王录锋等:从攀枝花钒钛磁铁矿中回收钪研究进展•  23  •
3 钪的潜在价值花钛精矿的***化烟尘中提取氧化抗的扩大试实
验,想尽快实现钪的工业生产化。许绍权[10]研究
目前,攀钢尾矿储量近1亿t,并且每年以钪的萃取体系从***化高钛渣烟尘中提取抗,草酸
600万t速度递增。硫酸废液每年300万t速度增沉淀和灼烧基本工艺过程,得到氧化钪产品纯度
加,但是企业都对废酸液进行了初步加工回收。
99%以上,钪回收率约60%。这时期***化烟尘提
攀枝花钒钛磁铁中存在大量的有价元素[8],若能回钪基本处于探索阶段,研究重点是钪萃取剂,以
收钛、钪、钒、钴等多种有色金属和稀有金属,TBP+仲辛醇+煤油组成萃取体系。
则能带来可观的经济效益。%第二阶段,孙本良、杨智发和何锦林等为代
的金属钪价格为例,稀有金属潜在价值见表。
3表,以东北大学的孙本良[11]为主,探索研究从***
 
表 3    金属潜在价值化烟尘提钪条件实验基础上,提出钪沉淀与铁、
Table 3    potential value of metals锰元素分离再萃取钪的工艺,%以
名称铟锗镓钪镉合计
上。杨智发[12]使用新型P5079-N235-煤油萃取体系应
价值(亿元)
用从***化烟尘中提取钪,重点研究了萃取参数,
 
从表3可知,稀有金属不回收,攀枝花损失结果Sc3+与Fe3+、Ti4+、Al3+、Mn2+、Ca2+等在萃取
,其中钪的损失占66%,而钪主要赋存在过程实现分离。何锦林[13]以P204-TBP为萃取剂对
尾矿和回收钛和钛的渣中,钪的价值对未来攀枝***化烟尘酸浸出液进行两步萃取,离子交换和草
酸沉淀处理萃取液,%的
花发展具有重要意义。 
Sc2O3,钪的回收率达56%。这时期呈现出在萃取
4 从铁、钒和钛回收产生的废渣和过程先分离杂质元素再提取钪的特点。
废液中回收钪第三阶段,攀枝花学院的李亮[14]和刘松利[15]
分别从***化渣和***化烟尘提钪条件实验,研究重
根据攀钢炼铁炼钢、提钒和制钛过程,高炉
点钪的浸出条件参数,分别以酸种类、粒度、温
渣、高炉***泥、钒渣、***化渣和硫酸废液中均
度、时间、浓度和液固比为浸出条件进行了探
可以提取钪。目前研究较多的是从***化烟尘和硫
索。对于选用酸浸出剂,李亮以***化渣为原料认
酸废液中提取钪,而从高炉渣、高炉***泥和钒
为硫酸的浸出效果较好,其次为盐酸。而刘松利
渣提取钪报道较少,其固相成分复杂且含量低,以***化烟尘为原料则刚好是相反结论。因***化烟
建议高炉***泥中提取锌同时回收钪。 尘相比***化炉渣成分和组成结构简单许多。浸出
***化炉渣和***化烟尘中提取钪率都可达到90%以上,说明***化烟尘和***化渣都
钛铁矿精矿电炉熔炼高钛渣时,因钪的氧化是钪回收的重要来源,***化烟尘和***化渣回收钪
物生成热高,不稳定,易被还原,存在于高钛渣的基本工艺流程,见图2。
中。在***化法制备TiCl4时,高温下大部分的钪以***化烟尘和***化渣中回收钪,对浸出参数优
ScCl3形式被富集在***化烟尘中,还有少部分化、萃取体系药剂制度和制取精矿过程研究较
Sc2O3和ScCl3存留在炉渣中,***化烟尘中钪含量详,每个阶段呈现出不同的特点。钪浸出率达到
高、成分单一和易溶解,成为提取的主要来源。90%以上,产品Sc2O3纯度达到99%以上。不足
对于从***化渣和***化烟尘中提取钪研究可分之处是***化烟尘和***化渣中钪的浸出机理几乎没
为三个阶段:有人研究,成本和污染还是主要瓶颈问题,产量
第一阶段,柯家骏等[9]研究人员为代表,上
少,难以产业化。 
世纪八十年代因国际市场对钪的需要, 钛白废酸中回收钪
提取研究出现遍地开花,攀枝花***化烟尘提钪即钛白粉废酸相比从***化烟尘中提取钪研究相
从该阶段开始。***化烟尘具有成分相对单一、易对工艺要成熟,而且已产业化,长沙的东方钪业
溶水放热、温度低和杂质含量低等优点,成为钪已经工业化从现有钛白粉厂废液中回收氧化钪。
提取重要来源,发展了提钪的相应的工艺流程,液相与固相相对提取钪来技术难度低、成本低和
主要包含水浸出,溶剂萃取,柯家骏研究由攀枝污染轻的特点。
矿产综合利用
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***化尘渣
%以上。李勇明等[19]对二(2-乙基己
基)磷酸(P204)-磷酸三丁酯(TBP)-煤油体系中确定
磨矿
TBP较佳含量,TBP能有效分离钛和钪,能除去
95%以上的钛等杂质。逐步形成以二元萃取剂协
酸浸出
同萃取,稀释剂为煤油的萃取体系。
以P204-TBP-煤油萃取体系,萃取流程方面提
浸出液浸出渣取钪研究报道较多。刘卫等[20]等在硫酸加双氧水
除钛法以洗涤段为6级,负载有机相除钛率为
%,确定较佳除钛参数。李玉华[21],以串级
逆流萃取流程,提出EL洗脱机除去负载有机相中
沉淀的钛,EL三级逆流洗脱,钛洗脱率为98%,钪损
失率为4%。卢阶主[22]等提硫酸钛白废液一次萃取
精矿
S2O3钪-水解除钛-二次萃取富集钪工艺。碱饼水解除
图 2    ***化尘渣提钪工艺流程钛,较传统连续十几级洗除钛和铁缩短流程,且
    process flow chart of extracting scandium from
chloride dust降低成本,二次萃取钪干扰较少,萃取率高达
 
%。
硫酸法是生产钛白粉的经典方法,每生产1 t
钪的萃取设备开发及研究报道较少, Hongbin
钛白粉可产6~7 t浓度约22%的废酸,钪含量约
Qiu[23],先预富集-净化-萃取工艺,萃取采用振荡
为17 mg/L,以攀枝花地区为例每年产生上百万吨
器组装有分液漏斗完成,%,
钛白废酸,具有良好的回收价值。
回收率达98%。
钛白废酸是制造钛白粉工艺中产生的一种主
通过上述对从钛白废酸中回收钪研究,特别
要含有硫酸和亚硫酸的混合体的废液,其中含
是P204-TBP二元萃取体系研究取得较好成绩,但
4%~5%的铁、%的钛及其他金属离子,
是也存在问题,萃取剂在液-液萃取过程中长期稳
含金属离子多而复杂,钪含量较低。提钪方法主
定性差,而离子交换剂相对稳定且流动性差,故
要有溶剂萃取法、离子交换法、萃取法和离子交
进一步研究具有稳定和流动性强的钛白废酸高效
换法相结合法、少量报道乳状液膜提钪方法。萃
绿色组合萃取剂;萃取设备有待加强研究和开发。 
取法具有产物稳定,选择性高,萃取率高等优势
是后续主要提取钪的方法。5 尾矿中回收钪
萃取法提取钪发展过程呈现工艺特点是,早
期直接提钪,后萃取率提高慢因杂质离子干扰,攀枝花尾矿中存在大量的有价元素,若能从
先除杂再提钪,随萃取剂研发进步,选择性高和尾矿中回收钛、钪、钒、钴等多种有色金属和稀
专一性强钪萃取剂,直接提钪。其特点是钪萃取有金属,带来较可观的经济效益[24]。
体系研发进步较快,其次是工艺条件参数优化改林维聪[25],从广西钒钛磁铁矿尾矿中采用强
进,萃取设备的发展较缓慢。磁选富集钪-盐酸浸出-萃取工艺提取钪,Sc2O3纯
钪萃取剂研究经过单一到组合萃取剂过程,%,毛建军[26]采用钠盐焙烧-盐酸分解-
何永富等[16]采用单一P204-煤油溶液为萃取剂主直萃取法工艺研究从攀枝花钦尾矿回收钪,钠盐焙
接从硫酸体系中萃取钪,获得Sc2O3纯度大于烧-%,P204-煤油溶液萃
%。聂利等[17]采用萃取剂P5707和P5709组合,钪萃取率95%。张总华等[27]通过对选钛尾矿强磁
两段萃取,一段是P5707-癸醇-煤油体系,分离钛和选和加剂处理电选工艺,得到含钪121 g/t和114 g/t
其他杂质,二段采用P5707-TBP-煤油体系使钪和钛的钪精矿,再用含有助溶剂的盐酸作浸出剂浸出,
分离,%~%之间。冯彦琳[18]TBP作为萃取剂萃取钪,经NaOH反萃,CaC2O4
等采用P507-N7301-煤油混合萃取剂从钛白废液中提精制,%的Sc2O3产品。刘猛[28]初步选矿
钪,使用H2O2在酸性条件下抑制钛的萃取钪,萃获得钪精矿,采用PX药剂,焙烧-盐酸浸出,优
第4期
2022年8月王录锋等:从攀枝花钒钛磁铁矿中回收钪研究进展•  25  •
化焙烧参数和浸出参数,钪的浸出率达91%~[5] 黄霞光, 罗国清, 李亚平. 攀西钒钛磁铁矿中钪的赋存状
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废渣中的含量高,总量大,具有较高潜在回收价
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scandium in the beneficiation and smelting process in
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1982(4):1-10. 
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浸出剂,废液+废固化学反应为原理,对钒钛磁铁LV X J, CHENG X A, ZHOU G H. Study on the distribution
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