我国资源及其利用面临的主要问题(我国资源开发利用的战略对策) 中国钪资源开发利用的战略思考:徐，博士后，北京大学化工学院稀土研究中心；就& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp前言& nbsp& nbsp& nbsp地壳中钪的平均丰度为36 & acute10-4%，相当于铍、硼、锶、锡、锗、砷、硒、钨的丰度，但分布极其分散。这是一个典型的分散石元素。 已知含钪的矿物有800多种，但作为钪的独立矿物只有几种，如钪钇矿、水磷钪矿、硅钪矿、硅酸钛稀金矿等，在自然界中并不多见。 另一方面，钪具有高化学活性，这使得制备高纯度金属变得困难。 因此，虽然钪早在1879年就被尼尔森发现，但直到1937年费歇尔才首次用熔盐电解法制备出纯度为95%的金属钪，1973年用Spedding法制备出纯度为99.9%的金属钪。 从成分复杂、钪含量低的原料中富集、分离和提取高纯钪的过程相当复杂，导致钪产量低、价格高。 虽然目前钪的高价格限制了它的广泛应用，但由于其优异的性能，钪仍被用于电光源、航空航天、电子工业、核技术和超导技术等重要领域。 表1列出了钪的一些主要用途。 & nbsp1 & nbsp钪的主要应用领域:类& nbsp不要用& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp氧化钪纯度>:99.9%高效多功能激光器；固体电解质；特种陶瓷钪铝中间合金铝镁基合金最有效的变质剂:用于制造导弹和航天器、汽车、船舶的特种合金金属钪的纯度>:99.99%光学工程——大功率金属卤素灯、太阳能电池；用核能屏蔽高能辐射:& nbsp& nbsp& nbsp1 & nbsp钪资源概述 中国:& nbsp；& nbsp目前世界上钪的储量约为2000kt，其中90~95%赋存于铝土矿、磷矿和钛铁矿中，少部分赋存于铀、钍、钨和稀土矿中，主要分布在俄罗斯、中国、塔吉克斯坦、美国、马达加斯加、挪威等国。 我国钪资源十分丰富，与钪有关的矿产储量巨大，如我国南方的铝土矿和磷矿床、斑岩和应时脉钨矿床、我国南方的稀土矿床、内蒙古白云鄂博的稀土铁矿床、四川攀枝花的钒钛磁铁矿床等。 铝土矿(Sc)矿床和磷矿(Sc)矿床为主，其次是钨(Sc)矿床、钒钛磁铁矿(Sc)矿床、稀土(Sc)矿床和稀土铁(Sc)矿床。 据估计，铝土矿和磷矿中钪的储量约为29万吨，占所有钪矿石类型总储量的51%，其含量一般为世界铝土矿平均钪含量的1~4倍(按Sc2O3计为38μg·g-1)。 中国钪资源的主要分布见表2。 【下一篇】& nbsp2 & nbsp中国钪资源分布:含钪矿物钪:& nbsp；& nbsp资本& nbsp& nbsp& nbsp来源& nbsp& nbsp& nbsp积分& nbsp& nbsp& nbsp铝土矿和磷矿床主要分布在华北地台(主要包括山东、河南和山西)和扬子地台西缘(主要包括云南、贵州和四川)。 铝土矿中Sc2O3含量为40～150μg·g-1；贵州开阳磷矿、瓮福磷矿和织金新华磷矿的磷矿中Sc2O3含量为10～25μg·g-1。攀枝花钒钛磁铁矿中超镁铁质岩和镁铁质岩中Sc2O3含量为13～40μg·g-1。钪主要赋存于钛辉石、钛铁矿和钛磁铁矿中。 钨:华南的斑岩型钨矿床和应时的脉钨矿床含钪量高。一般黑钨矿的Sc2O3含量为78 ~ 377μg·g-1，部分稀土矿床高达1000μg·g-1。我国南方离子吸附型稀土矿床中已发现大型富钪矿床，Sc2O3含量在20 ~ 50 μ g·g-1为伴生钪矿床，大于50μg，鄂博稀土铁矿岩石中Sc2O3平均含量为50μg·g-1，广西贫锰矿其他矿物中钪含量约为181μg·g-1，以离子吸附形式存在:& nbsp& nbsp& nbsp2 & nbsp钪资源的回收中国:& nbsp；& nbsp& nbsp独立的钪矿床极为罕见，这与工业上有色金属和稀有金属矿石综合处理中钪的回收和分散有关。 我国钪资源的回收大多集中在钛白生产的硫酸废液和钛白生产的氯化烟尘中，其次是从稀土、钛尾矿和钨渣中提取。 & nbsp& nbsp& nbsp2.1 & nbsp从钛白废酸中提取钪:& nbsp& nbsp硫酸法钛铁矿生产钛白粉时，水解酸废液中钪的含量约占钛铁矿总含量的80%。 我国生产的氧化钪大部分来自钛白粉厂。 上海东升钛白厂、上海跃龙化工厂、广州钛白厂建立了氧化钪生产线。 杭州硫酸厂投产了一套年产30kg氧化钪的工业设备，形成了“连续萃取-12级逆流洗钛-化学精炼”的三段式提钪工艺路线。产品含量稳定在98~99%。 杨健等用P204-TBP从钛白母液中提取钪。首先加入抑制剂抑制P204对铁和钛的萃取，然后用混酸和硫酸对有机相进行洗涤和萃取，使有机相中TiO2和Fe的含量降低到0.1 mg/L和0.5 mg/L 冯等用P507-N7301-煤油混合萃取剂萃取钪，萃取率达95%以上，二次草酸沉淀Sc2O3纯度达99%以上。 聂力等人用两段法提取钪，第一段用P507-癸醇-煤油提取，第二段用P5709-TBP-煤油提取，钪富集50倍以上。 刘先用N1923选择性提取钪，再加入提取钪进一步除杂。钪在两个阶段浓缩了50多倍。草酸精制后，Sc2O3的纯度为99%，回收率为84%。 此外，乳状液膜还被用于从钛白废液中提取钪。 【下一篇】& nbsp& nbsp& nbsp2.2 & nbsp& nbsp从氯化烟灰中提取钪:& nbsp& nbsp在电炉冶炼钛精矿的过程中，钪主要富集在高钛渣中。当高钛渣在沸腾炉中进一步氯化生产四氯化钛时，大部分钪被氯化成ScCl3并挥发成粉尘。冷却后由除尘器收集，Sc2O3含量可达736ppm。 抚顺铝厂五一分厂建设的氯化烟尘提钪生产线年产氧化钪20～30公斤。 杨志发等[10]用P5709-N235-煤油萃取钪，5mhcl在60°C反萃，可将Sc3+与Fe3+、Fe2+、Ti3+、Al3+、Mn2+、Ca2+等完全分离。解决了Sc3+/Fe3+分离和缓慢分相的问题。 何金林等人从氯化烟中提取钪时，用P204萃取分离铁和锰，用NaOH反萃富集钪83倍。化学精炼采用盐酸溶解，TBP-浓盐酸萃取钪分离稀土，Dowex50W-X8交换树脂吸附钪，得到钪纯度>:99.5%，实际收率>:56% 孙亮等用一种有机多元弱酸沉淀剂沉淀氯化烟盐酸浸出液中的钪。经过两次沉淀和两次酸解，浸出液中铁、锰的去除率达到99.8%以上，钪的沉淀率达到100%。然后，用P204+改性剂+磺化煤油作萃取剂，O/A= 1/20，在室温下萃取钪。DSc为139，钪与铁和锰的分离系数分别为9270和10700。用5%NaOH反萃钪，反萃率达99.6%。 林伟明等人[13]用苄氧基化的氧提取钪，钪的收率为98.3% & nbsp& nbsp& nbsp2.3 & nbsp& nbsp从稀土中提取钪& nbsp:& nbsp；& nbsp李九成等人报道了从稀土矿石中提取钪，并且用NH4Cl或NaCl浸出提取钪的母液。当pH为3 ~ 4时，稀土离子被萃取到有机相中，而钪仍留在萃余液中。 而张毅详细研究了环烷酸对各种稀土元素的萃取规律。结果表明，钪在pH 2.20时开始被提取，在pH 3.3时被完全提取，其pH1/2仅为2.84，小于其他稀土元素。 稀土离子的萃取顺序为sc >:Eu >；Gd & gtYb & gtNd & gtY & gtLa，这与李九成给出的提取顺序σ ce一致>:σY & gt；Sc不同 在严纯华，等等。在氢氧化铝-ROH-煤油体系中，采用三步错流萃取法，从含钪仅0.04%的稀土料液中分步获得了富钪(约含15～30%钪)和粗钪(Sc³)。99%)和高纯度氧化钪(sc2 O3/REO & sup 3；99.999%)，总提取率大于90%。 & nbsp& nbsp& nbsp2.4 & nbsp& nbsp从其他原料中提取钪:& nbsp& nbsp张以63g/t含钪钛尾矿为原料，加入盐酸作助溶剂浸出钪，浸出率达93.64%。碱熔水解盐酸浸出钪的浸出率可达97.90%。 用TBP提取钪，提取率为98.90%。用水反萃，再用草酸精制，可得到品位为99.95%的Sc2O3产品。 罗教生等用浓硫酸分解还原钨渣，用水浸出钪、稀土、钍、铀，用P204-TBP-仲辛醇协同萃取，进一步富集钪至70-80%。 富集物用盐酸溶解，然后放入 萃取树脂色谱柱进行色谱萃取，用6M硝酸洗脱钪，再用环烷酸萃取分离钙、铁、硅、镁等微量非稀土杂质。草酸精制后，得到99.999%的高纯氧化钪。& nbsp& nbsp& nbsp3 & nbsp中国钪资源开发利用的战略思考& nbsp& nbsp& nbsp3.1 & nbsp& nbsp钪提取资源的合理选择:& nbsp& nbsp钪最早是从钪钇中提取，现在主要是从钛、铝、钨、锡、铀、稀土等矿物的副产物中综合回收。这些矿物的年生产规模、含钪量和开采的钪量见表3。 可以看出，每年开采的钪量都很大，但大部分都没有回收。因此，探索有效的分离方法，建立合理的回收工艺是钪工业生产的关键。 其合理性取决于原料中钪的含量、主要金属的生产规模、中间产品和废料中钪的富集程度。 在生产过程中回收钪时，钪在主产品中的分布非常重要。当从生产废物(废液、废渣、污泥等)中富集钪时。)，要在不破坏主流程的情况下，建立合理的流程。 【下一篇】& nbsp表3:各种原料开采的钪(不包括前苏联和中国):矿物类型原料加工规模/kt yr-1可能的氧化钪含量/%氧化钪开采量/t yr-1铝土矿71000 0.001~0.002 710~1420铀铁矿50000 0.0001~0.001 50~500钛铁矿2000 0 0.001 ~ 0.002 20 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp从攀枝花钒钛磁铁矿中提取钪的研究最为成熟。 钛母液中钪呈离子态，提取工艺简单，早期生产多以氧化钪为原料。但钪的含量较低(10~25ppm)，受钛白粉生产的限制。 氯化烟气中钪以ScCl3的形式存在，回收并不困难。问题是氯化烟量相当大。 钛尾矿中的钪主要以具有硅酸盐结构的辉石形式存在，尾矿的分解是一个难点，往往在高温下被酸化或碱化熔融。但尾矿产量很大，为钪的生产提供了充足的原料。 & nbsp& nbsp& nbsp铝土矿是一种重要的钪提取资源。最近，从铝土矿中获得的钪占从其它金属矿石中获得的钪的总量的75-85%。 铝土矿浸出过程中，98~100%的钪残留在赤泥中，赤泥中含钪0.02%，是工业提取钪的良好原料。 中国的铝土矿资源非常丰富，钪的含量也很高。然而，长期以来，赤泥的综合利用只集中在生产水泥和其他建筑材料上。从铝土矿中综合回收钪的报道较少，应引起足够的重视，并在该领域大力开展。 & nbsp& nbsp& nbsp我国南方有巨大的离子吸附稀土矿储量，钪的含量也很可观。 从其中回收钪的过程相对简单，是一种很有前途的提取钪的方法。 但目前的封存和地质调查工作还不够全面，回收技术有待提高。 江西从稀土矿物中分离稀土时，要在富含钪的稀土产品中增加回收钪的工序，以获得高纯氧化物。 & nbsp& nbsp& nbsp3.2 & nbsp& nbsp钪的生产应该遵循一个国家 游戏:& nbsp；& nbsp钪资源的开发程度与工业利用的进展密切相关。国际市场在不同时期对钪的品种、规格和数量有不同的需求。市场容量有限，价格波动完全由市场主导。 1983年，美国突然在国际市场上大量购买钪，使得99.9%氧化钪的价格上涨了2.5倍。 20世纪90年代，美国和日本将钪作为关系到高科技应用发展的战略物资进行储备，导致世界钪市场价格飙升。 但由于前苏联国家大量抛售过去的库存，国内生产过剩，市场容量骤降，世界钪市场供过于求，价格迅速下跌。 如今钪的价格比十几年前下降了60~70%。 & nbsp& nbsp& nbsp20世纪80年代以来，国内掀起了提取钪的研究热潮，先后有上海东升钛白厂、广西矿务局、湖南稀土金属材料研究所、江西赣州钴冶炼厂、广州钛白厂等几十家生产单位。 自20世纪90年代以来，大多数制造商的生产一直停滞不前。 国内厂家年产能一般只有30kg(以Sc2O3计)，技术力量薄弱，生产效率低，产品成本高。另一方面，价格只有国外的一半，既不能取得良好的经济效益，又造成钪资源的流失。 钪作为一种战略资源，生产应遵循全国的指导思想，加强宏观调控，避免分散生产。同时，要集中力量制备高纯氧化钪和金属钪。 作者认为，今后我国提取钪的原料应集中在钒钛磁铁矿尾矿和铝土矿赤泥。因此，建议在钒钛磁铁矿主产区四川攀枝花和四大铝厂(山东、山西、河南、贵州)所在地建立钪的生产和研究基地，充分利用当地的资源优势。 【下一篇】& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp3.3 & nbsp& nbsp加强含钪材料的开发& nbsp；应用:& nbsp；& nbsp& nbsp虽然近年来钪的价格下降了很多，但钪及其化合物仍然很贵，金属钪的价格是黄金的4倍以上。 钪价格的降低一方面取决于提取工艺的优化和生产成本的降低；另一方面取决于钪及其化合物应用范围的扩大和需求的增加。 & nbsp& nbsp& nbsp钪的用途很多，最广泛的是用作电光源材料和含钪合金。 钪钠灯作为钪电光源的一种材料，已经进入商品市场。 一盏同等照度的钪钠灯比普通白炽灯节电80%，使用寿命长达5000 ~ 25000h·h。 美国卤化灯普及率已超过50%，每年生产1000多万只高压钠灯。 中国在这方面起步较晚，但也实施了“大改灯”计划。 卤素灯在世界范围内的开发和普及日益扩大，对钪的需求将变得更加迫切。 钪铝合金的研究也进入了实用阶段。俄罗斯生产的钪铝合金广泛用于飞机制造，而美国则用于生产各种运动器材(如棒球棍、垒球棍和自行车横梁等。). 我国也开发了钪-铝、钪-镁等合金，这些特种合金的开发将极大地促进我国航空空和航天工业的发展。 此外，应积极开展含钪新材料的研发。 值得特别关注的是，氧化钪稳定氧化锆(ScSZ)替代传统的氧化钇稳定氧化锆(YSZ)用于固体氧化物燃料电池(SOFC)，可以使SOFC的功率密度提高一倍，是一种很有前途的新型中温固体电解质。 我国钪资源丰富，加快钪资源回收和综合利用的研究对我国国民经济的发展具有重要意义。 & nbsp 免责声明：本网部分内容来自互联网媒体、机构或其他网站的信息转载以及网友自行发布，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。本网所有信息仅供参考，不做交易和服务的根据。本网内容如有侵权或其它问题请及时告之，本网将及时修改或删除。凡以任何方式登录本网站或直接、间接使用本网站资料者，视为自愿接受本网站声明的约束。
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