碱焙烧—酸浸法从稀土废粉中回收稀土工艺及机理研究

发布时间：2020-03-29 12:43

【摘要】：随着废旧稀土荧光粉数量的不断增加,在市场需求稳定增长的形势下,有效地从含稀土的废旧荧光粉中回收利用稀土元素具有重要应用前景和现实意义。本文针对混合类荧光粉直接浸出回收率低的问题,采用碱焙烧预处理-水洗-盐酸浸出的工艺路线,并对碱焙烧过程物相变化和浸出热力学进行了研究。主要工作和研究成果如下:首先对废旧稀土荧光粉焙烧过程添加不同焙烧助剂的焙烧结果进行分析,可知添加氢氧化钠的焙烧结果最优。对碱焙烧工序,采用三因素四水平L9(34)正交试验研究,得出影响稀土浸出率的主次顺序依次为氢氧化钠添加量、焙烧温度、焙烧时间。通过对原料添加氢氧化钠的差热-热重分析可知焙烧过程大致分为三个阶段。对不同焙烧因素下的物相进行分析,可知最优焙烧条件下的产物主要为各稀土高价氧化物(CeO_2、Tb_4O_7、Y_2O_3、Eu_2O_3)、NaAlO_2、NaYO_2以及MgO、BaCO_3等产物。通过对绿粉和蓝粉焙烧反应的模拟热力学数据、动力学参数进行了计算。反应活化能为212.31kJ·mol~(-1),反应速率常数为0.56 min~(-1),指前因子为1.76×1016 min~(-1)。在最优焙烧条件下:氢氧化钠添加量75%,焙烧温度850℃,焙烧时间1.5 h,稀土浸出率达99.64%,铝浸出率低至1.74%。通过对浸出过程中Ce、Tb的氧化物与酸反应的吉布斯自由能计算和Ce-H_2O系、Tb-H_2O系的电位-pH图分析可知,Ce的低价氧化物易与酸反应,而高价氧化物不与酸反应。CeO_2只可在强酸体系中稳定存在,Tb的低价或高价氧化物都易与酸反应,因此,在浸出过程中,采取添加一定的还原助剂使高价稀土氧化物还原成低价态以此提高稀土浸出率。通过对最优焙烧产物酸浸,可知最优浸出工艺为:盐酸浓度:2 mol·L~(-1),液固比:11:1,添加双氧水体积分数:10%,浸出温度:75℃,浸出时间:1.5 h。此时稀土浸出率可达到99.98%。通过对原料、水洗渣、浸出渣进行电镜分析可知原料结构已被完全破坏,进一步验证浸出效果较好。
【图文】：

表 1.1 2000~2012 年我国稀土消费情况及消费结构（吨，REO，%）消费结构年份冶金/机械 石油/化工 玻璃/陶瓷新材料(永磁/荧光等)农业/轻工/纺织总计消费量 比例 消费量 比例 消费量 比例 消费量 比例 消费量 比例2000 5200 27.0 4300 22.3 2000 10.4 4620 24.0 3150 16.3 1922001 5500 24.3 4500 20.0 2900 12.8 6300 27.9 3400 15.0 2262002 5400 24.5 4500 21.5 2800 12.7 6000 27.3 3300 15.0 2202003 5410 18.3 4935 17.0 6000 20.3 10000 34.0 3155 10.7 2952004 5000 15.0 4000 12.0 6200 18.6 15911 47.6 2300 6.9 3342005 9738 18.8 6000 11.6 6500 12.5 24662 47.5 5000 9.6 5192006 10085 16.06 6800 10.83 7607 12.11 30701 48.9 7600 12.10 6272007 10994 15.15 7548 10.40 7872 10.85 38450 53.0 7686 10.59 7252008 10370 15.32 7520 11.11 7160 10.58 35510 52.47 7120 10.52 6762009 11000 15.07 7500 10.27 7200 9.86 40300 55.21 7000 9.59 7302010 11200 12.87 7500 8.62 7600 8.73 53825 61.85 6900 7.93 8702011 10100 12.15 7500 9.02 7000 8.42 55010 66.20 3500 4.21 8312012 12000 11.5 7600 11.7 7000 10.08 46697 72.1 2500 3.9 647

图 1.3 浮选法分离回收单一稀土荧光粉工艺流程图接从废旧荧光材料中分离回收荧光粉的相关研究较少取法分离回收稀土荧光粉。试验先将绿粉、蓝粉、红粉噻吩甲酰三氟丙酮（HTTA）、表面活性剂后分散于下，用庚烷做萃取剂，酒石酸结合蓝粉使其进入有机结合绿粉，红粉使其进入水相。用乙醇溶解除去水粉和红粉的混合物，使绿粉进入氯仿中，实现单一稀土粉、绿粉的回收率达 90%以上，红粉回收率达 76%左，仍需进一步的处理。法回收稀土元素荧光粉中所含的中重稀土元素，如：钇(Y)、铕(Eu)、特有的南方离子型稀土矿，从废旧荧光粉中直接回收稀土资源的可持续发展有着重要意义。目前已有大量
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF845

【参考文献】

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本文编号：2605986