2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸用于稀土酸浸液络合沉淀除铝研究①

2022-05-12龙光武李金辉温耀儒褚宇航刘晋彪王瑞祥徐志峰

矿冶工程 2022年2期

龙光武，李金辉，2，3，温耀儒，褚宇航，刘晋彪，王瑞祥，2，3，徐志峰

（1.江西理工大学材料冶金化学学部，江西赣州 341000； 2.赣州市绿色冶金与过程强化工程技术研究中心，江西赣州 341000； 3.自然资源部离子型稀土资源与环境重点实验室，江西赣州 341000； 4.江西应用技术职业学院，江西赣州 341000）

南方某稀土矿稀土呈水合或羟基水合阳离子形式赋存于风化壳黏土矿物上［1－2］，离子吸附型稀土矿浸出液中含有铁、铝等杂质离子［3］，杂质尤其是铝离子的存在会影响后续稀土分离提纯以及碳化稀土晶型的形成，进而影响稀土沉淀分离过程稀土产品质量［4－5］，增大生产成本。因此，稀土浸出液除铝具有重要意义。

离子型稀土矿提取过程中除铝的方法主要有草酸沉淀法［6］、中和法［7－8］、酸碱法［9］、复盐沉淀法［10］、萃取法［11］等，但这些技术都有设备昂贵、操作要求高、生产成本高、环境污染大等缺点，因此，迫切需要开发一种经济有效的除铝技术。

1 实验部分

1.1 实验原料

研究对象为广东中钇富铕稀土精矿酸浸液，其成分见表1。溶液中稀土离子浓度为5.00 g/L，Al3＋浓度为2.00 g/L。

表1 稀土精矿酸浸液成分/（g·L－1）

1.2 实验试剂

实验所用主要试剂有2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸（PBTCA）、乙二胺四乙酸钠、铬天青S、聚乙烯醇、磺基水杨酸、氨水、六次甲基四胺、抗坏血酸、乙酸钠，均为分析纯。

1.3 试验设备

实验所用主要设备有磁力搅拌恒温水浴槽（HH-6S，江苏金坛市亿通电子有限公司）、电子天平（AR223CN，奥豪斯仪器（上海）有限公司）、台式pH 计（PH6175，上海任氏电子有限公司）等。

1.4 实验方法

取50 mL 配置好的稀土酸浸液，称取适量的络合沉淀剂PBTCA（质量分数50%的水溶液）加入到稀土酸浸液中。用恒温磁力搅拌器对混合溶液搅拌，将混合溶液的pH 值调到目标pH 值附近。将反应温度设定在目标温度，搅拌反应一定时间后，待混合溶液充分反应，之后进行固液分离，实现对稀土酸浸液中铝的去除。实验流程如图1 所示。

图1 PBTCA 沉淀除铝实验流程

1.5 实验原理

图2 PBTCA 结构简式

络合剂沉淀除铝的反应式如下：

1.6 酸浸液中稀土及铝含量的检测

采用EDTA 容量法滴定测定稀土含量，用铬天青S 比色法测定Al3＋含量。

2 实验结果与讨论

2.1 PBTCA 用量对除铝的影响

稀土酸浸液50 mL、反应温度45 ℃、调节溶液pH值4.5、反应时间20 min，PBTCA 用量对除铝的影响如图3 所示。

图3 PBTCA 用量对除铝效果的影响

由图3可以看出，随着PBTCA 与Al3＋物质的量比由3 ∶1逐渐降至1 ∶5，铝离子沉淀率变化很小，仍能维持在98.39%左右，而稀土离子沉淀率则降至6.28%。说明在沉淀剂PBTCA 不足的情况下，可以实现铝与稀土的选择性络合沉淀，进而实现稀土酸浸液中铝离子的去除。选择PBTCA 与Al3＋物质的量比1 ∶5。