[发明专利]从矿石萃取钪的方法

说明书

本发明涉及从矿石萃取钪的方法。显然从来没有从锆英石矿石回收过钪。虽然存在钪矿石，但正如美国专利说明书2874039（Pruvot等人）所指出，这种矿石是稀少的，该美国专利说明书公开了一种从钪钇石矿石萃取钪的方法。在美国专利说明书2722471（Hirsch等人）、2812233（Duncan）和273547（Kasey）中论述了通过浸出（包括在一种情况下用盐酸）从矿石分离稀土的方法。在美国专利说明书2990244（Brown等人）、3159452（Lerner）和3087948（Carter等人）中论述了从钍（在一种情况下包含在酸浸出液中）分离稀土。在美国专利说明书2941867（Maurer）中论述了由钪氯化物还原成金属。

锆英石矿石被用于生产金属锆。通常使用下列操作使锆英石矿（锆英石矿）转变成金属锆：氯化、分离（以除去）、再氯化（按照类似最初氯化的方法）、还原、蒸馏（为了从锆中除去氯化镁和镁将其汽化）和两次（或三次）电弧熔炼，以形成锭。然后可以将锆锭加工成不同的形状。

不考虑氯化，美国专利说明书4244935（Dell）公开了一种利用液态焦化技术形成含金属一氧化物质的氯化物的方法。应该注意的是，用于制取金属锆的工业方法是利用一种约1000℃的流态化床碳氯化过程（横断该床的温度变化显然达200℃左右），该方法生产一种比较不纯的含铪的四氯化锆和副产物四氯化硅（该四氯化硅富产物利用梯度冷凝较容易分离）。美国专利说明书3895097（Langenhoff等人）也公开了一种使金属氧化物与氯反应的方法。

由于天然存在的锆矿石通常含通常含1-3%的氧化铪（相对于氧化锆），所以分离步骤是需要的。为了使金属锆符合作为核反应堆材料的要求，铪含量必须首先降至低水平，以使高的分子吸收截面的作用减至最小程度。由于这两种元素的化学性十分相似，因此这种分离过程是困难的。为了实现这种分离已经研究出一些技术，在美国普遍使用的技术包括利用甲基·异丁基酮对氧化氧锆的硫氰酸盐络合物水溶液进行液-液萃取（通常如美国专利说明书2938679（Overholser）所述），同时如美国专利说明书3006719（Miller）所述，在溶剂萃取之前除去铁杂质。

工业上通过使气态四氯化锆与熔融镁反应进行还原生成金属锆（为较多孔的通常所说的“海绵”状）。在例如美国专利说明书4440384、4511399、4556420、461336、4613366、4637831和4668287中已经提出关于该还原方法的改进。

关于从海绵锆去除氯化镁和镁（借助它们的汽化）的“蒸馏”通常在约1050-1100℃下进行（注意，但是美国专利说明书4711644（Kwon等人）指出通过在约934℃下蒸馏可以降低铁含量）。

通常利用自耗电极真空电弧熔炼从多孔蒸馏海绵制成凝固锭（通常破碎蒸馏的海绵，然后将其压制成圆片，以后例如将这些圆片焊接在一起而形成自耗电极）。美国专利说明书4539688（Weber）公开了一种改进的自耗电极。

当然，希望从废流中回收物质。例如，美国专利说明书4650652（Naitou等人）叙述了一种从废稀土磷中回收高纯稀土氧化物的方法（该方法利用废稀土磷溶解在过量酸中，然后添加草酸而得到稀土草酸盐沉淀物，冲洗并烘干这种沉淀物）。

按照本发明，一种用于从矿石萃取钪的方法包括将锆英石砂送入一个800-1250℃的流态化床氯化器，以形成主要含氯化锆和氯化硅的蒸汽相以及固态残余物，而回收的富集在该固态残余物中的钪。

存在于锆英石矿石中的极低量的钪富集在残余物中使能够经济而方便地从锆英石矿石回吸钪。

最好该方法是生产金属锆的一部分，从而钪是锆生产一种副产物。

通常钪主要是以氯化钪形式存在于残余物中，而从该残余物中回收氯化钪最好如此进行，即用酸的水溶液（例如盐酸）浸出该残余物，以形成一种含钪水溶液，然后使所产生的水溶液与一种含聚烷基磷酸酯的有机相接触，该聚烷基磷酸酯（例如磷酸三丁酯）将钪萃取到有机相中。然后可以通过加入铵使钪沉淀而形成氢氧化钪沉淀物，焙烧氢氧化钪，以使钪能以一种氧化物形式被回收。

本发明还包括一种从锆英石砂提取锆和钪的方法，该方法包括将锆英石砂送入一个800-1250℃的流态化床氯化器，以使氯化锆和氯化硅从锆英石砂中挥发并形成一种含钪化合物和其他固体颗粒的残余物，从残余物的其他固体颗粒中分离出钪化合物，收集氯化锆以及处理氯化锆，以生产金属锆。