富钪锐钛矿原矿中钪的硫酸浸出试验及机理研究

发布时间：2018-11-06 20:14

【摘要】：随着高新技术和新材料的飞速发展,钪的应用范围越来越广泛,在国民经济中的地位也越来越高。由于钪本身所具有的优异性能使其在冶金、航天、国防、电子、化工、医疗、核技术、电光源和超导体等重要领域获得了广泛的应用,它所起到的作用也是不可替代的,因而开展钪的提取研究具有重要的理论意义和现实价值。贵州晴隆锐钛矿为大型富钪锐钛矿,Sc2O3含量为84.7g/t,Ti02含量为5.3%,探明储量2300万吨,其中钛102万吨、钪1700吨,具有重大的开发利用价值。矿石中主要矿物有高岭石、绢云母、石英、锐钛矿、褐铁矿,这五种矿物占总矿物的96.3%。矿石中未发现钪的独立矿物,钪元素主要赋存在高岭石、绢云母等粘土矿物中,为微细粒包裹体或类质同象的形式;其次赋存在褐铁矿和锐钛矿中,均为类质同象的形式。大量的选矿试验结果表明:贵州晴隆富钪锐钛矿由于嵌布粒度细微,采用常规的选矿方法无法进行钪和钛的富集回收,只能通过化学浸出的方法处理。通过钪的浸出试验研究确定了最佳的钪浸出工艺条件为:磨矿细度为-0.074mm含量为82.6%,初始H2SO4浓度为5.5mol/L,浸出液固比为3ml/g,搅拌速度为400r/min,浸出温度为100℃,浸出时间为90min。在此基础上进行验证试验并证明了最佳浸出工艺参数是可靠的。通过一段浸出各主要元素浸出率分别为:钪浸出率为90.14%,钛浸出率为38.70%,铁浸出率为96.66%,铝浸出率为80.27%。二段硫酸浸出探索试验使得最佳的浸出工艺条件下所得浸渣中的锐钛矿得到高效浸出,钛的浸出率大幅提高。通过热力学分析计算,其结果表明,富钪锐钛矿中4种主要含钪矿物与硫酸发生浸出反应时,高岭石矿物最容易被浸出,其次为绢云母、褐铁矿,锐钛矿较难被浸出。不同温度下的浸出动力学试验结果表明,富钪锐钛矿的硫酸浸出过程属于化学反应控制过程,浸出反应表观活化能为43.9kJ/mol。不同H2SO4浓度下的浸出动力学试验结果表明,随着H2SO4浓度的升高,富钪锐钛矿的硫酸浸出过程的控制步骤从化学反应控制向内扩散控制转换,表观反应级数为1.0717。X射线衍射分析结果表明:原矿中主要矿物相为高岭石、褐铁矿和绢云母;最佳浸出条件所得浸渣中主要矿物相为二氧化硅和锐钛矿;二段硫酸浸出探索试验所得浸渣中主要矿物相为二氧化硅。同时也说明了锐钛矿与硫酸的浸出反应较难发生。SEM-EDS分析结果表明,随着浸出过程的进行,褐铁矿和锐钛矿与硫酸发生反应完全溶解而消失,而高岭石和绢云母与硫酸发生反应并非完全溶解,而是留下一层不溶于硫酸的二氧化硅层,从而使矿粒结构变得疏松多孔。钪的萃取探索试验结果表明,采用2#萃取剂对结晶除铝后的浸出液进行萃取,钪的萃取率为98.47%,反萃率在99%以上,而且钛、铁、铝的萃取率很低,即2#萃取剂能够选择性萃取钪,从而实现钪与钛、铁、铝的分离,试验效果较理想,为后续钪的提纯及制备氧化钪创造了有利条件。
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【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD955

【参考文献】