P204盐酸体系萃取钪的基础研究.doc

东北大学学报JOURNAL OF NORTHEASTERN UNIVERSITY1998年 第2期No21998P204盐酸体系萃取钪的基础研究*田彦文翟玉春翟秀静张晓宇肖飞摘要在盐酸体系中，以25%P204+改质剂+60%煤油为萃取有机相，酸度为4.0mol/L，相比O/A=0.05，室温条件下，测定了钪、铁、锰的分配比为DSc=2800,DFe=0.312，DMn=0.320；钪的萃取率为Sc=99.3%，Fe=1.53%，Mn=1.56%.钪与铁和锰的分离系数(Sc,Fe)=8.97103,(Sc,Mn)=8.75103；萃取平衡时间为10min；考察了酸度、萃取剂浓度对萃取的影响，并用两种方法测定、绘制了萃取等温线.关键词钪，萃取，P204.分类号TF804.2Extraction of Sc3+by P204 in HCl SystemTian Yanwen,Zhai Yuchun,Zhai Xiujing,Zhang Xiaoyu,Xiao FeiABSTRACTIn the system HCl was used as medium and in the extractives was 25% P204+60% kerosine+15% alcohol. Distribution ratio of Sc3+,Mn2+and Fe2+,was measured. The results were DSc=2800,DMn=0.320,DFe=0.312 separately. The measurement was made at room temperature when the acidity was 4mol/L HCl,phase ratio was (O/A)0.05,and equilibrium time was 10 min. The extractive ratios were Sc=99.3%,Fe=1.53%，Mn=1.56% seperately and seperation coefficient was (Sc，Fe)=8.97103,(Sc，Mn)=8.75103. The effect of the acidity and the extractive concentration on the extraction was examined and the extraction isotherm was determined with two methods.KEY WORDSSc,extraction,P204.钪在地壳中的分布很分散，尚未发现单独存在可供开采的矿藏.目前，世界上有工业意义的钪来源主要从铀钍矿、钨矿、稀土矿、钒钛磁铁矿等副产品回收，并已做了许多工作15.我国钪资源丰富，储量居世界第一.有效地开发利用我国的钪资源在国民经济中有重要意义.为了进一步从已获得的含钪溶液中提纯钪，本文进行了萃取钪的基础研究，为得到合适的萃取工艺条件提供依据.1实验1.1分配比、平衡时间的测定实验所用原料系含钪冶金废渣经酸浸、沉淀去除99%以上的铁、锰等杂质后得到的含钪溶液.萃取有机相为25%P204+改质剂+60%煤油的均匀混合物.室温下，将含钪溶液用盐酸调节酸度至4mol/L，取一定量原料液放入分液漏斗中，按相比O/A=0.05加入萃取有机相后将分液漏斗放在HY-4型调速多用振荡器上振荡，每间隔一段时间分析萃取液元素浓度，直至体系达到平衡.1.2酸度、萃取剂浓度对萃取的影响室温下将不同酸度的含钪溶液分别放入分液漏斗中，并依O/A=0.05加入与前述相同的萃取有机相放在振荡器上振荡10min，静止分相，分析萃余液中元素含量.与1.1相同酸度、相比的条件下做7个不同浓度有机相的萃取实验.1.3萃取等温线的测绘室温下用等相比法(O/A=0.05)和变相比法6进行萃取平衡实验，实验所得数据绘制萃取等温线.2结果与讨论2.1分配比、平衡时间实验结果见表1.表1萃取平衡实验数据时间/min水相元素含量/(mg.L-1)ScFeMn0141.0018.288.94319.0015.307.6056.0015.807.9083.0017.208.40101.0018.008.80121.0018.008.80151.0018.008.80由表中数据可见，10min即可达到萃取平衡.依表1数据计算分配比(Di)、萃取率(i)和分离系数().式中分别为i元素在有机相和水相的总浓度，计算得:DSc=2800；DFe=0.312；DMn=0.320.2.2分配比与酸度关系实验得到各元素分配比与酸度关系见图1，图2.图1元素分配比与酸度关系(1)DSc与酸度关系;(2)DFe与酸度关 系.图2DMn与酸度关系由图可见，钪、铁、锰的分配比都随酸度增大而降低，这与理论相吻合.P204是酸性萃取剂，萃取过程中放出氢离子：萃取金属越多，产生氢离子越多，使体系酸度增大，从而降低金属的萃取率.由不同酸度的水相萃取平衡有机相红外光谱检测证实了这一点(见图3).图中各峰分别为下列化学键的振动吸收峰：P=O1000cm-1;OSc1200cm-1;CH1380cm-1,1466cm-1,2900cm-1.图3萃取有机相红外光谱图1水相酸度为2mol/L;2水相酸度为4mol/L;3水相酸度为6mol/L.由图可见，酸度2mol/L，4mol/L的红外光谱线波数1200cm-1时都出现了Sc3+与P204萃合物中ScO键振动吸收峰.说明此两种酸度下P204和Sc3+发生了络合；而6mol/L时无上述峰出现，此时P204和Sc3+未能络合.可见酸度升高，钪的分配比必然降低.2.3分离系数和酸度关系由图1，图2看出，三种元素的分配比都随酸度降低而升高，要考察酸度对提钪的影响则需分析酸度对分离系数的影响.表2分离系数与酸度关系水相酸度/(mol.L-1)0.50.91.42.02.63.13.53.74.04.5(Sc,Fe)10-31.041.231.101.301.341.231.481.733.173.12(Sc,Mn)10-32.302.202.062.053.334.465.266.117.668.19由表2数据可见，在水相酸度为4mol/L时(Sc,Fe)，(Sc,Mn)都有较大值，此酸度下钪与其它元素会有较好的分离效果.2.4萃取剂浓度与萃取因数关系由萃取反应式 又所以上式两边取对数式中，KE为萃取平衡常数 ;R为相比；E为萃取因数.一定温度下，相比R、酸度恒定时，由实验数据算出不同萃取剂浓度时钪的萃取因数，得到萃取因数与萃取剂浓度的关系，见图4.图4lgESc与的关系图 由于料液金属离子浓度一定，当其它条件不变时，萃取因数E随萃取剂浓度增加而增大，实验证明了这一点.由图4可见，lgE与为一直线关系，直线斜率n=3，说明萃取时形成萃合物需3个萃取剂分子，钪在水相中以三价Sc3+阳离子的形态存在.萃取反应式为当有机相浓度过大时，由于有机相中发生聚合及络合物溶剂化等因素影响，lgE与则不呈直线关系了.由此也证明选择有机相含P20425%是适宜的，再增大P204浓度对提高萃取效果并无益.2.5萃取等温线两种方法得到的萃取等温线如图5所示.图5萃取等温线(1)等相比法；(2)变相比法.由图可见，两种方法测绘的萃取等温线都能说明本文所选取体系萃取因数高，萃取效果好.3结论(1) 萃取平衡时间为10min.(2) 水相酸度控制在4mol/L时能得到好的铁-钪、锰-钪分离效果.(3) 有机相萃取剂浓度25%是合理的.(4) 钪和P204形成萃合物配位数为3.(5) 以25%P204+改质剂+60%煤油为萃取有机相，盐酸体系酸度为4mol/L，相比O/A =0.05，室温条件下测得DSc=2800,DFe=0.312，DMn=0.320；Sc=99.3%，Fe=1.53%，Mn=1.56%；(Sc,Fe)=8.97103,(Sc,Mn)=8.75103.(6) 由萃取等温线知，本文选的萃取体系萃取效果好、萃取因数高. 女，51，副教授 男，50，教授，博士生导师国家自然科学基金资助项目(编号：59474011)，冶金部稀土办、辽宁省科委资助项目.作者单位：田彦文翟玉春翟秀静张晓宇肖飞(东北大学材料与冶金学院，沈阳110006)参考文献1柯家骏，陆正亚，涂桃枝，等.从钛氯化烟尘中提取氧化钪的研究.稀有金属，1983(2)：162何锦林，谭红，蔡汝义，等.用P204从钛氯化烟尘酸浸液中萃取钪.稀有金属，1990(4)：2562583Feuling R J. Recovery of Sc,Y and Lanthanides from Ti Ore. US Pat.5049363,19914尤曙彤，张平伟，张力，等.CL-TBP萃取色层法制备高