钪资源提取的评估

北京大学化学院稀土中心博士后 徐刚

    我国是钪资源非常丰富的国家，与钪有关的矿产储量巨大，如铝土矿和磷块岩矿、华南斑岩型和石英脉型钨矿、华南稀土矿、内蒙古白云鄂博稀土铁矿和四川攀枝花钒钛磁铁矿等。其中铝土矿和磷块岩占优势，其次是钨矿、钒钛磁铁矿、稀土矿。从钒钛磁铁矿中提取钪已研究较多，且我国大部分的钪是从氯化烟尘以及钛白硫酸废液中回收，不宜再做研究。值得关注的是铝土矿、黑钨矿以及稀土矿。

I．铝土矿

我国铝土矿储量50×10⁸吨，98.4%为一水硬铝石，特点为高铝、高硅、低铁，不利于拜尔法（NaOH溶液溶出）生产氧化铝，而大多数采用烧结法（加入石灰、苏打高温烧结）。矿石中的氧化铝经碱处理后转变为铝酸钠溶液，铁、钛以及绝大部分的硅（以原硅酸钙2CaO·SiO₂形式）进入不溶残渣，残渣中因含氧化铁而呈红色，通常称为赤泥。

1995年世界氧化铝总产量为4903万吨，铝土矿开采量超过10000万吨。我国1995年氧化铝总生产能力为346万吨，实际产量184.6万吨。四大氧化铝厂为山东铝厂、贵州铝厂、山西铝厂和郑州铝厂，普遍存在能耗高、物耗高、成本高、效益较差等问题，迫切需要改进生产工艺以及加强对赤泥的综合利用研究。

（2）    钪的含量与分布

据报道，200万吨钪资源中有75~80%伴生于铝土矿，生产氧化铝时98~100%富集于赤泥，Sc₂O₃可达0.02%。我国铝土矿和磷块岩矿床十分丰富，据估计其中的钪储量约29万吨，占所有钪矿类型总储量的51%。铝土矿中的钪含量如下：

表1 我国铝土矿中的钪含量

表2 伴随铝土矿开采出的钪

赤泥的矿物成分主要由两部分组成，主要的一类是Al、Si、Fe、Ti等元素与加入的Ca、Na等反应或发生相变形成的，如方钠石、钙霞石、钙钛矿、方解石等；另一类是矿石中未被溶解或未被溶解完全而残留的副矿物，如一水硬铝石、石英、白云母、金红石、钛铁矿、锆英石、独居石、电气石等。我国四大铝厂赤泥的化学成分以及其中钪和稀土含量见表3和表4。

表3 赤泥的化学成分(%)*

* 其它还有少量FeO、MnO、MgO、P₂O₅等

表4 赤泥中钪和稀土的含量（ppm）

研究表明，贵州铝土矿中富含钪和轻稀土（Eu负异常），赤泥中的钪不是离子吸附型，也不存在于新形成的铝硅酸盐矿物相中，主要以类质同象形式分散于铝土矿及其副矿物如金红石、钛铁矿、锐钛矿、锆英石和独居石等中。

（3）    从赤泥中回收钪

国内还鲜有研究报道，前苏联较多。

1)   还原熔炼法

赤泥+焦粉+石灰石→生铁+含铝硅炉渣→苏打浸出→Sc进入浸出渣(白泥)

2)   硫酸化焙烧

赤泥+浓硫酸（200℃，1hr）→2.5N H₂SO₄浸出（s/l=1/10）→浸出液（Sc）

3)   废酸洗液浸出

赤泥→灼烧→废酸浸出→铝铁复盐(净水剂)+浸出渣(高Si，保温材料)+酸浸出液（Sc：10mg/L）

4)   硼酸盐或碳酸盐熔融

赤泥熔融→盐酸浸出→离子交换除NON-RE→Sc/RE分离

II. 黑钨矿

研究表明，江西脉钨矿床中钪的主要负载矿物为黑钨矿。目前，我国每年生产仲钨酸铵、钨氧等产品耗钨精矿4.2万吨，钨渣约1.9万吨。钨渣主要成分见表5。

表5 钨渣的主要成分，%

若Sc₂O₃ 以0.02%计，每年钨渣中的钪含量可达3.8万吨。

钪的回收原则流程如下：

也可在钨渣还原熔炼铁锰钨多元素合金时，利用浓硫酸自热分解熔炼渣，以水浸出稀土和钪。

III. 南方离子吸附型稀土矿

据报道，南方风化壳淋积型稀土矿中钪的含量很高（20~50ppm），虽然绝对量不是很大，但稀土和钪是以离子形式赋存在高岭土等粘土矿物中，浸出工艺相当简单，勿需酸(碱)溶(熔)过程，是很有希望的提钪来源。

但我经过前一阶段的工作发现，中钇矿原矿中钪的含量为10ppm（Sc），富钇矿中为3ppm（Sc）；稀土氧化物精矿中，中钇矿为7~9ppm，富钇矿更低，钪未得到富集。原因可能是铵盐浸出钪不是特别有效以及钪在REO精矿生产过程中发生损失。这使得REO精矿作为提钪原料引起疑问。然而，对从离子吸附型稀土矿中提钪设想的否定应慎重，基于如下原因：

1)    我的采样范围有限，REO精矿系溧阳稀土厂生产原料，其中中钇矿样品9个，富钇矿样品6个；稀土原矿样品来自江西，中钇矿样品3个，富钇矿样品3个。这还不能说明钪在整个离子矿中的分布。

2)    我们组对从离子矿中提钪已做了很多前期工作和后续工艺设计，完善这一过程——研究实际体系中微量钪与大量稀土、非稀土的分离，实现其初步富集——仍有一定的实际和理论意义。

由上面论述可以看出：

i. 从铝土矿中回收钪的意义最大，难度在于对赤泥有效、经济、方便、环保地浸出处理；

ii.    从黑钨矿中回收钪的难度较铝土矿大；

iii.   目前对于溧阳稀土厂REO精矿提钪是否考虑暂缓，但萃取富集基础研究（钪与稀土、非稀土的萃取特性，分离工艺，萃取机理，模型配合物的合成等）仍应进行。