กระบวนการผลิตสแกนเดียมออกไซด์

กระบวนการผลิตสแกนเดียมออกไซด์
สูตรทางเคมีของสแกนเดียมออกไซด์คือ Sc2O3 ลักษณะ: ของแข็งสีขาว มันมีโครงสร้างลูกบาศก์ของเซสควิออกไซด์ธาตุหายาก ความหนาแน่น 3.864. จุดหลอมเหลว 2403 องศา ± 20 องศา ไม่ละลายน้ำ ละลายได้ในกรดร้อน เตรียมโดยการสลายตัวด้วยความร้อนของเกลือสแกนเดียม สามารถใช้เป็นวัสดุระเหยสำหรับการเคลือบเซมิคอนดักเตอร์ สร้างเลเซอร์โซลิดสเตตความยาวคลื่นแปรผัน ปืนอิเล็กตรอนโทรทัศน์ความละเอียดสูง หลอดเมทัลฮาไลด์ ฯลฯ
สแกนเดียมออกไซด์ (Sc2O3) เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ที่สำคัญที่สุดในผลิตภัณฑ์สแกนเดียม คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีคล้ายกับออกไซด์ของธาตุหายาก (เช่น La2O3, Y2O3 และ Lu2O3) ดังนั้นวิธีการผลิตที่ใช้ในการผลิตจึงคล้ายคลึงกันมาก Sc2O3 สามารถผลิตโลหะสแกนเดียม (Sc) ผลิตภัณฑ์จากเกลือต่างๆ (ScCl3, ScF3, ScI3, Sc2 (C2O4) 3 ฯลฯ) และโลหะผสมสแกนเดียมต่างๆ (ซีรี่ส์ Al-Sc, Al-Zr-Sc) ผลิตภัณฑ์สแกนเดียมเหล่านี้มีคุณค่าทางเทคนิคที่เป็นประโยชน์และให้ผลลัพธ์ทางเศรษฐกิจที่ดี เนื่องจากคุณลักษณะบางอย่างของ Sc2O3 จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในโลหะผสมอะลูมิเนียม แหล่งกำเนิดแสงไฟฟ้า เลเซอร์ ตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยา เซรามิกส์ และอวกาศ และโอกาสในการพัฒนานั้นกว้างมาก
ในปี 1970 จีนเริ่มพัฒนาผลิตภัณฑ์ Sc2O3 และผลิตภัณฑ์กิโลกรัมเข้าสู่ตลาด ในช่วงปี 1980 การผลิต Sc2O3 ของจีนถึงจุดสูงสุด โดยมีผลผลิตมากกว่า 100 กก. โดยส่วนใหญ่ส่งออกไปยังญี่ปุ่นและสหรัฐอเมริกา ตั้งแต่ทศวรรษ 1990 รัสเซียได้ผลิตผลิตภัณฑ์ Sc2O3 จำนวนมาก และส่งเข้าสู่ตลาดต่างประเทศในราคาที่ต่ำ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อการผลิตสแกนเดียมออกไซด์ในจีน ทำให้การผลิต Sc2O3 อยู่ในระดับต่ำ และมีการผลิตจำนวนมาก เส้นต่างๆ ลดลง ทำให้กำลังการผลิตและผลผลิตของจีนอยู่ในภาวะหดตัว อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การพัฒนาโลหะผสม Sc-Al และวัสดุแหล่งกำเนิดแสงไฟฟ้าในจีนได้ส่งเสริมการพัฒนาการผลิตภาคอุตสาหกรรมของ Sc2O3 ประเทศจีนอุดมไปด้วยทรัพยากรสแกนเดียม มีรายงานว่าปริมาณสำรองทางอุตสาหกรรมของสแกนเดียมในโลกปัจจุบันมีประมาณ 2 ล้านตัน และมีอยู่ประมาณ 600000-650000 ตันในประเทศจีน ซึ่งคิดเป็นประมาณร้อยละ 30 ของปริมาณทั้งหมดของโลก หลังจากหลายปีของการวิจัยและการผลิต เทคโนโลยีการผลิตและอุปกรณ์สำหรับการสกัด Sc2O3 จากวัตถุดิบที่มีสแกนเดียมประกอบด้วยวิธีการต่อไปนี้:
① วิธีการสกัด มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตและมีลักษณะผลผลิตขนาดใหญ่ คุณภาพดี อัตราการกู้คืนสูง ต้นทุนต่ำ และการดำเนินงานต่อเนื่องในการผลิต
② วิธีการแลกเปลี่ยนไอออน มักใช้ในการผลิต มีลักษณะของผลผลิตต่ำ ความบริสุทธิ์สูง ผลผลิตต่ำ ต้นทุนสูง และวงจรการผลิตที่ยาวนาน
③ โครมาโตกราฟีเรซินสกัด มีลักษณะวงจรการผลิตสั้น มีความบริสุทธิ์สูง ผลผลิตสูง และต้นทุนต่ำ
④ วิธีการสกัดเมมเบรนของเหลว เป็นเทคโนโลยีการแยกแบบใหม่ที่รวมการแยกเมมเบรนและการสกัดของเหลวและของเหลว แต่ปัจจุบันไม่มีวิธีปฏิบัติในการผลิต บางคนใช้เมมเบรนของเหลวอิมัลชันเพื่อเพิ่ม Sc จาก 60 มก./ลิตร เป็น 1400 มก./ลิตร หลังจากการสกัดขั้นต้น จากมุมมองของการสกัด Sc2O3 ในประเทศจีนเป็นเวลาหลายปี สองกระบวนการแรกเกือบจะถูกนำไปใช้
เทคโนโลยี (การสกัดและการแลกเปลี่ยนไอออน) [2]
วิธีการสกัด
(1) กระบวนการผลิตสแกนเดียมออกไซด์จากสารสกัดเข้มข้นของสแกนเดียมโดยวิธีการสกัด: สารสกัดเข้มข้นของสแกนเดียมจะละลายด้วยกรดไฮโดรคลอริกเพื่อให้ได้สารละลาย ScCl3 จากนั้นนำสิ่งเจือปน เช่น ไททาเนียมและเหล็กมาทำให้บริสุทธิ์ ของเหลวบริสุทธิ์ใช้เป็นวัตถุดิบ ใช้ TBP ร้อยละ 50 และน้ำมันก๊าดเป็นสารสกัด สารละลายและสารสกัดที่เตรียมไว้จะถูกใส่ลงในถังสกัดเพื่อสกัดสารสแกนเดียม หลังจากการล้างด้วยกรดและน้ำกลั่นเพื่อสกัดสแกนเดียม จะได้สารละลายที่มีสแกนเดียมบริสุทธิ์ (สารละลาย ScCl3) แล้วตกตะกอนด้วยกรดออกซาลิก หลังจากการทำให้แห้งและการเผาไหม้ จะได้ผลิตภัณฑ์ Sc2O3 ที่บริสุทธิ์ กระบวนการหลักคือ: ความเข้มข้นของสแกนเดียม - การละลายของกรด - การทำให้บริสุทธิ์ - การสกัด TBP ของสแกนเดียม - การล้างด้วยกรด - การลอกของสแกนเดียม - การตกตะกอนของกรดออกซาลิก - การทำให้แห้ง - การเผาไหม้ - การบรรจุภัณฑ์ - คลังสินค้า (ผลิตภัณฑ์ Sc2O3 บริสุทธิ์)
อุปกรณ์หลัก: ถังละลายกรด, ถังสกัด, ถังตกตะกอน, เตาเผา, เครื่องบรรจุภัณฑ์ ฯลฯ
วิธีการแลกเปลี่ยนไอออน
กระบวนการทางเทคโนโลยี: ตะกรันของเสียทังสเตน (ที่มี Sc2O378g/t~377g/t) ใช้เป็นวัตถุดิบ มันถูกละลายในกรดไฮโดรคลอริกและกรอง และของเหลวป้อนจะถูกทำให้บริสุทธิ์เพื่อให้ได้สารละลายสะอาด ScCl3 ซึ่งใช้เป็นของเหลวป้อนสำหรับการแลกเปลี่ยนไอออนหลังการผสม เตรียมคอลัมน์ดูดซับและคอลัมน์แยกสำหรับการใช้งาน ของเหลวป้อน (ของเหลว ScCl3) ไหลเข้าสู่คอลัมน์การดูดซับจากปลายบนของคอลัมน์ และไปถึง Sc3 บวกกับความอิ่มตัวสำหรับการใช้งาน หลังจากเชื่อมต่อคอลัมน์ดูดซับกับคอลัมน์แยกแล้ว สารชะจะไหลเข้าและผ่านคอลัมน์แยกจากด้านบนของคอลัมน์ดูดซับ หลังจากคอลัมน์แยกสุดท้ายไหลออกจากสารละลาย ScCl3 อย่างเสถียรแล้ว สามารถรับสารละลาย ScCl3 (สารละลาย ScCl3 บริสุทธิ์) อย่างต่อเนื่องลงในภาชนะเก็บ จากนั้นจึงปรับความเป็นกรด จากนั้นจึงใช้กรดออกซาลิกสำหรับการตกตะกอน การกรอง การทำให้แห้ง และการเผาไหม้เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ Sc2O3 ที่บริสุทธิ์ กระบวนการหลักมีดังนี้: กากทังสเตน - การละลายของกรด - การทำให้บริสุทธิ์ - คอลัมน์การดูดซับ - การชะล้าง - การรับสารละลาย ScCl3 - การปรับกรด - การตกตะกอนของสแกนเดียม - การทำให้แห้ง - การเผาไหม้ - การบรรจุ - คลังสินค้า (ผลิตภัณฑ์ Sc2O3 บริสุทธิ์)
อุปกรณ์หลัก: ถังละลายกรด, เสาดูดซับ, เสาแยก, ถังตกตะกอน, เตาเผา, เครื่องบรรจุภัณฑ์ ฯลฯ
โครมาโตกราฟีเรซินสกัด
กระบวนการทางเทคโนโลยี: ละลายควันและฝุ่นคลอรีนด้วย HCl แล้วทำให้บริสุทธิ์เพื่อให้ ScCl3 ป้อนเป็นของเหลว สแกนเดียมถูกสกัดในถังสกัดด้วยสารสกัด TBP-น้ำมันก๊าด 50 เปอร์เซ็นต์ สิ่งเจือปนถูกดอง และสแกนเดียมถูกสกัดกลับเพื่อให้ได้สารละลาย Sc-Cl3 ที่บริสุทธิ์ จากนั้น Sc จะตกตะกอนด้วย H2C2O4 และจะได้ Sc2O3 ที่บริสุทธิ์จากการเผา กระบวนการหลักมีดังนี้: ควันออกซิเดชัน - การละลายของกรดไฮโดรคลอริก - การทำให้บริสุทธิ์ - สารละลาย ScCl3 สุทธิ - การสกัด - การล้างด้วยกรด - การลอกออก - การตกตะกอน - การเผา - การบรรจุ - คลังสินค้า (ผลิตภัณฑ์ Sc2O3 บริสุทธิ์)
การสกัดเมมเบรนของเหลว
ใช้ของเสียสีขาวไททาเนียม (ที่มี Sc2O325g/m3) เป็นวัตถุดิบ ในระบบตัวกลางที่เป็นกรดซัลฟิวริกโดยใช้น้ำมันก๊าด P204 เป็นสารสกัด สแกนเดียมจะถูกสกัดจากของเหลวป้อนในถังสกัด หลังจากขจัดสิ่งเจือปนด้วยการล้างด้วยกรดด้วย H2SO4 และ H2O2 แล้ว สแกนเดียมจะถูกสกัดกลับด้วยสารละลาย NaOH เพื่อสร้างความเข้มข้นของ Sc (OH) 3 Sc (OH) 3 ถูกละลายในกรดไฮโดรคลอริกเพื่อสร้างสารละลาย ScCl3 กรดออกซาลิกจะตกตะกอนสแกนเดียม (สองครั้ง) และเผาไหม้ บรรจุภัณฑ์เป็นผลิตภัณฑ์ Sc2O3 บริสุทธิ์ กระบวนการหลักคือ: เหล้าเสียไททาเนียมไดออกไซด์ - การเตรียม - การสกัด - การดอง - การปอก - ผลิตภัณฑ์ sc (OH) 3 - การละลาย - การตกตะกอน - การเผา - การบรรจุ - คลังสินค้า (ผลิตภัณฑ์ Sc2O3 บริสุทธิ์)