基于矿相重构提取熔盐电解渣中稀土的研究

发布时间：2020-06-23 10:17

【摘要】：稀土金属的生产多采用熔盐电解法,在获得稀土金属的同时也产生大量的稀土熔盐电解渣,当中的稀土含量(以稀土氧化物计)在20%~80%之间,成为重要的稀土二次资源,对其中的稀土进行回收再利用之重要性不言而喻。稀土熔盐电解渣分为两大类:氯盐体系稀土熔盐电解渣和氟盐体系稀土熔盐电解渣,由于后者难以被无机酸直接分解,需通过其他方法将稀土与氟进行分离,才能有效回收当中的稀土。在此背景之下,本课题提出一种高效绿色回收氟盐体系稀土熔盐电解渣中稀土的方法,具体研究内容如下:(1)受硅铍钇矿的成矿过程及其分解工艺之启发,提出利用矿相重构提取熔盐电解渣中稀土,考察了焙烧过程、水洗过程和酸浸过程中各因素对稀土浸出率的影响,并借助X射线衍射分析、能谱分析等手段探明了焙烧过程及酸浸过程中的反应机理,结果表明:在焙烧时间为1.5 h、焙烧温度为850℃、熔盐电解渣与硅酸钠质量比为1.5:1、水洗时间15 min,水洗温度30℃、超纯水用量为0.5 L、盐酸浸出时间2 h、盐酸浓度4 mol·L~(-1)、浸出温度为80℃和液固比12:1的条件下,稀土浸出率高达98.96%;当加入适量的硅酸钠时,生成难溶于水但易于被盐酸分解的La_(10)(SiO_4)_6O_3和溶于水的NaF,当硅酸钠过量时,焙烧过程中还会生成NaLa_4(SiO_4)_3F,该物质同样难溶于水但易于被盐酸分解,导致在水洗过程中无法完全实现稀土元素La和F元素的分离,重新与稀土离子La~(3+)结合成LaF_3,其结果表现为酸浸渣中含有少量LaF_3,致使浸出率降低。(2)利用草酸沉淀酸浸液中的稀土,最终获得可重新返回熔盐电解工艺的La_2O_3,考察了草酸加入量、沉淀时间、陈化时间等因素对稀土沉淀率的影响,结果如下:在草酸加入量为0.35 g,沉淀温度为35℃,沉淀时间为10 min,陈化时间为60 min和搅拌速率为100 r·min~(-1)的较优沉淀工艺条件下,稀土沉淀率高达98.59%,经X射线衍射分析确定沉淀物为La_2(C_2O_4)_3·10H_2O,经煅烧后得到纯度为99.40%的La_2O_3,可直接返回电解工艺使用。(3)利用草酸沉淀后的酸性废水对焙烧产物水洗后的碱性废水进行pH值调节,为羟基磷灰石(HAP)固化除氟创造有利的酸性条件。采用HAP固化脱除废水中氟,考察了HAP用量、转化时间、初始pH值等因素对固化除氟效果的影响,结果如下:在HAP用量为1.5 g、初始pH值为1.0、转化反应时间为30 min、转化反应温度为35℃和搅拌速率为400 r·min~(-1)的较优工艺条件下,可将废水中的残余氟浓度降低至9.78 ppm,符合国家工业废水的排放标准。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF845
【图文】：

草酸沉淀,过程流程图,工艺路线

工艺路线图见图 2.5。Fig. 2.5 Flowchartof oxalate acidprecipitationprocess图2.5 草酸沉淀过程流程图

除氟,过程流程图,羟基磷灰石,X-射线衍射分析

工艺路线图见图 2.6。Fig. 2.6 Flowchartof removalof fluoridefromwashing water process图2.6 羟基磷灰石固化除氟过程流程图2.3.2 分析方法本研究中所涉及到的分析对象和方法及所用设备如表 2.4 所示。采用草酸重量法和电感耦合等离子体发射光谱法分别测定原料熔盐电解渣中稀土总量和稀土元素配分；采用 X-射线衍射分析法结合 X-射线荧光光谱法对原料熔盐电解渣的物相进行分析；添加硅酸钠焙烧之后所得焙砂采用 X-射线衍射分析法测定其物相组成，水洗后液中的氟浓度则采用电极法来测定；对酸浸之后所得酸浸渣采用傅里叶变换红外光谱法结合 X-射线衍射分析法进行物相组成分析。

【参考文献】