荧光灯中稀土的回收工艺及其动力学研究

发布时间：2020-07-27 12:48

【摘要】：稀土元素因其特殊的性能而被广泛应用于发光材料、磁性材料、催化材料及抛光材料等领域,为绿色经济的转型发挥了重要作用。近年来,随着稀土应用的日益增多,导致大量的稀土元素包含在报废的产品中,造成了稀土资源的极大浪费。稀土荧光灯,作为稀土发光材料的重要应用之一,其中含有大量的稀土金属,这使得废弃荧光灯成为稀土元素回收利用的丰富二次资源。它的回收不仅节约了稀土资源,而且有助于环境保护,对实现稀土资源的可持续发展,具有重要的现实意义。为此,本文在酸浸回收稀土研究的基础上开发了一种加碱机械活化的预处理工艺,并对其活化前后的动力学模型进行了研究,从而提出了加碱机械活化-酸浸-草酸沉淀的完整工艺路线。研究结果有望进一步改善稀土回收工艺及为工业化生产提供相关理论依据。主要工作成果如下:1.采用酸浸工艺进行稀土回收。分别研究了酸的种类、酸的浓度、浸出温度和浸出转速对稀土浸出率的影响,结果表明:在浸出温度80℃,浸出转速300 rpm下,用2 mol/L的硫酸溶液浸出废荧光粉2 h,得到稀土最大浸出率为75.1%,其中Y、Eu、Ce和Tb的浸出率分别为84.3%、83.2%、23.8%和19.3%。2.开发了一种加碱机械活化工艺对废荧光粉进行预处理,分别研究了球磨转速、活化时间和碱添加量对稀土元素浸出率的影响。反应控制条件为:球磨转速550 rpm、活化时间60 min、Na OH与废粉比例3:1时,稀土浸出率达到95.2%,相比于单纯酸浸工艺提高了20.1%。其中,Ce和Tb浸出率达到85.0%和89.8%,同比酸浸中Ce和Tb浸出率提高了61.2%和70.5%。同时对活化后的样品进行XRD、红外光谱等表征分析,结果表明:加碱机械活化工艺可以有效破坏蓝粉和绿粉中的尖晶石结构,提高稀土浸出率。3.对废荧光粉活化前后的浸出反应动力学进行研究,结果表明:活化前后的浸出过程均为扩散控制,反应动力学遵循未反应核收缩模型;废荧光粉未活化反应活化能为16.4 k J/mol,经过加碱机械活化后,样品的反应活化能下降为10.6k J/mol;活化后酸浸反应活化能的降低,说明加碱机械活化对废荧光粉有很好的活化效果,同时减少了对反应温度的依赖,加快了酸浸过程的进行,提高了稀土的浸出率。4.草酸沉淀工艺的研究。实验中分别考察了草酸加入量和溶液pH值对沉淀率和纯度的影响,得到最佳沉淀条件为:草酸加入量为15 m L,pH为1.5。结果表明,在此用量下稀土的沉淀率为96.4%,纯度为97.4%。同时探讨了不同的煅烧温度对产物的影响,在900℃煅烧2 h后,所得产物的各衍射峰峰型尖锐,结晶度好。其所得产物主要是四种稀土氧化物(Y2O3、Eu3O4、Ce2O3和Tb4O7)的混合物。并且通过扫描电镜观察,所得的稀土氧化物产品主要为片层结构,片状晶体密集堆积,紧密结合。综上所述,本研究提供了一种环境友好,经济可行的新型工艺,将有助于稀土二次资源的合理回收。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ422;TF845
【图文】：

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图 1.1 直管荧光灯的基本组成和结构土荧光灯是一种预热式阴极气体放电灯，荧光灯管中除了含稀含组分如 Al、Cu、玻璃，以及有害物质汞，这也是将废弃荧的原因[13]。三基色稀土荧光粉通常被涂覆在荧光灯的内壁，当时，荧光粉吸收来自汞（Hg）和电子的相互作用发出的不可将其转换为可见光发出。灯处理后主要分为荧光粉、汞、灯头和玻璃，依据本身的成分。研究表明荧光灯中大部分的材料（如玻璃，稀土荧光粉和铜被循环使用，这不仅极大地减少制灯企业的生产成本，而且防荧光粉的组成后，荧光灯中三基色荧光粉占到了稀土荧光粉总量的 90%。三发出红色、绿色、蓝色的三种单一荧光粉按特定比例混合而成粉以不同的比例混合时，每组合成的三基色荧光粉的发射光的

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图 3.1 2 mol/L 的三种酸对稀土浸出率影响的变化曲线表明，这 3 种酸对稀土的浸出率的影响存在一定的差酸＞硝酸＞盐酸，这可能由于不同的酸根离子与不同致。且硝酸和盐酸比硫酸具有更强挥发性和腐蚀性，硫酸，所以从各方面考虑，硫酸是较好的浸出剂，得。对稀土浸出率的影响浴温度 80 ℃、反应时间 2 h 和反应转速 300 rpm 的实（1.0~2.5 mol/L），其稀土浸出率随 H2SO4浓度改变的

变化曲线,浸出率,稀土,硫酸浓度

硫酸浓度对稀土浸出率影响的变化曲线

【参考文献】