摘要
钪（Sc）是一种亲石型稀土元素，独立矿物很少，生产主要来自于其他产品的废渣废液或者废烟尘中。钪目前在新兴战略性产业有着广泛的应用，如制备燃料电池、激光晶体、特种钢铁、高性能陶瓷、催化剂等，因而被我国列为战略型矿产。由于钪缺乏稳定的来源，提取困难，加之钪重要的战略地位，使钪的价格变得十分昂贵。为了找到一条高效、简便、低成本的提钪路线，本文摒弃了传统的从钛白废酸回收钪时的洗涤步骤，以P204-TBP为协萃体系，优化各种萃取条件，探索一条新型高效的钪的回收工艺流程。针对钪锆难分离的问题，设计了一种TODGA/SiO2-P的萃淋树脂，系统探究了树脂对Sc和Zr的吸附性能和分离效果，通过FT-IR、XPS表征和DFT计算分析了TODGA/SiO2-P与Sc(Ⅲ)、Zr(Ⅳ)离子之间的结合机制。本文研究主要结果如下： 10%P204-5%TBP-85%磺化煤油作为协萃体系从钛白废酸分离和提纯Sc。整个过程分为两个部分，即一次萃取-反萃用于Sc的富集，和加入双氧水络合钛、通过萃取-反萃对Sc进行纯化。在富集阶段，通过批量水浴摇床实验获得了较佳的实验条件：A/O为30，25℃，接触时间30min。此时Sc的萃取率达到99.0%，钪富集近30倍，负载有机相上Ti的含量为1.03g/L,Fe的含量为26.5g/L。在后续纯化阶段，用5mol/L NaOH反萃得到的富集产物用3mol/L HCl溶解，并在溶解的过程加入1%H2O2。H2O2的加入会与钛发生络合形成过氧络合物[TiO(H2O2)]2+，有效地抑制钛共萃取到油相中。纯化阶段条件A/O比为5，时间为30min，Sc浓度为11mmol/L时，萃取剂对Sc的萃取率依旧达到99.0%。纯化阶段得到的反萃产物用2mol/L HCl溶解，加入0.5mol/L的H2C2O4沉淀钪。经洗涤和煅烧后，可得到纯度为99.28%的Sc2O3。整个过程钪回收率为90.3%。 钪锆伴生存在，在高纯钪产品中，锆是一种主要杂质元素。针对钪锆分离困难的问题，以N，N，N''，N''-四辛基二乙醇酰胺（TODGA）为配体，以苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的功能化多孔二氧化硅为载体（SiO2-P），合成了一种无磷绿色树脂（TODGA/SiO2-P）。批次实验结果表明，当Sc和Zr的初始浓度为5mmol/L，酸度为6mol/L HNO3，反应时间为3h，温度为25℃，液固比为10mL/0.1g时，SFZr/Sc达到最大值25.33。TODGA/SiO2-P对Sc、Zr的吸附符合Langmuir等温线模型和准二级吸附动力学模型。TODGA通过酰胺氧和醚氧与Sc(Ⅲ)、Zr(Ⅳ)配位，整个过程需要NO3-进行电荷平衡。柱实验结果表明TODGA/SiO2-P对不同Sc/Zr摩尔比的进料液分离Zr的效果显著，Sc的纯度大于99.63%，回收率大于93.60%。基于这个结果，提出了以TODGA/SiO2-P对广西稀钪新能源科技有限公司生产的Sc2O3浸出液中进行分离Zr的柱实验探究，Zr的吸附率高于97%，通过柱实验几乎除去了Sc2O3中所有的Zr元素，表明TODGA/SiO2-P是一种很有潜力从高纯钪产品中分离锆的材料。
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