废稀土荧光粉铁粉碱熔—酸浸提取稀土的研究

发布时间：2020-08-12 02:44

【摘要】：稀土荧光粉广泛应用于照明领域,从中产生的废稀土荧光粉废料量与日俱增,已成为重要的稀土二次资源。从废稀土荧光粉中提取稀土,一方面可以提高稀土资源利用效率,另一方面可以降低环境污染。目前,处理废稀土荧光粉的主流工艺为碱熔-酸浸法。利用该法处理废稀土荧光粉,Y和Eu回收率较高,可达95%以上,而Ce、Tb回收率则较低,仅为70%左右,造成稀土总收率偏低,其原因是碱熔过程Ce、Tb易氧化为四价、且难溶于酸的氧化物。针对废稀土荧光粉提取过程中Ce、Tb难提取的瓶颈问题,本研究提出采用铁粉碱熔-酸浸法回收稀土的方法,并对铁粉碱熔机理进行了研究。结果表明:(1)通过计算CeO_2、Ce_2O_3、Tb_2O_3、TbO_2在不同温度下与盐酸反应的吉布斯自由能值,并分别构建了Ce-H_2O系和Tb-H_2O系电位-pH图,对Ce、Tb氧化物酸浸热力学进行了分析,结果表明:CeO_2基本不与酸反应,而Ce_2O_3易于酸反应,TbO_2与Tb_2O_3均可溶于酸,但Tb_2O_3比TbO_2更易与酸反应。通过CeO_2和Tb_4O_7的酸解实验,得知CeO_2浸出效率不超过2%,即便在有双氧水存在的条件下,其浸出率也不超过15%,Tb_4O_7虽然可以被盐酸浸出,但所需的条件较为苛刻。(2)研究了废稀土荧光粉铁粉碱熔-酸浸工艺提取稀土的工艺条件。结果表明:在废料、氢氧化钠、还原铁粉质量比1:2:0.005,碱熔温度700℃,碱熔时间3h,盐酸浓度3mol·L-1,酸浸温度70℃,酸浸时间1h,固液比1:7.5的条件下,稀土浸出率高达99.35%,其中的Ce、Eu、Tb、Y浸出率分别为98.12%、99.93%、99.37%、99.60%,此工艺方法获得了较好的浸出效果。(3)采用SEM和XRD对废荧光粉铁粉碱熔前后物相进行检测,探明了废稀土荧光粉铁粉碱熔-酸浸工艺提取稀土机理。结果表明:废荧光粉铁粉碱熔前结构成块状,颗粒较大,经铁粉碱熔后产物结构被破坏,且其中的Ce、Tb确以三价的Ce_2O_3和Tb_2O_3存在。说明在碱熔过程中,少量铁粉确实可抑制三价Ce和Tb的氧化,为废稀土荧光粉铁粉碱熔-酸浸工艺提取稀土奠定了理论基础。
【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
【图文】：

稀土荧光粉,显微结构,碱熔

的结构破坏效果、铁粉碱熔过程稀土元素物质组成形式及化学反应原理等。5.1 铁粉碱熔产物分析关于废荧光粉碱熔产物物相分析，主要是通过扫描电镜观察废荧光粉的结构是否在碱熔过程被破坏，并且通过 XRD 能谱和 XPS 分析产物组成及价态，尤其是稀土元素的组成形式及价态。5.1.1 SEM 观察碱熔前后物质显微结构变化如图 5.1 所示，（a）、（b）分别为废稀土荧光粉充分碾磨后在扫描电镜下放大 5000 倍和 7000 倍的微观结构。由微观结构可以明显的看出，废稀土荧光粉基本呈块状，且颗粒较大，其结构复杂也是导致酸浸提取稀土较难的一个原因。这种结构破坏，稀土提取率会有很大提高。

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第五章废稀土荧光粉铁粉碱熔-酸浸提取稀土的机理研究如图 5.2 所示，（a）、（b）分别为废稀土荧光粉在 700℃温度条件下铁粉碱熔 3h，经水洗干燥后在扫描电镜下放大 4000 倍和 5000 倍的显微结构。由图中可知，铁粉碱熔后原废稀土荧光粉的块状物质结构几乎完全被破坏。由此可知，铁粉碱熔可以有效破坏废荧光粉结构。

稀土荧光粉,碱熔,显微结构

(a) (b)图 5.2 废稀土荧光粉 700℃铁粉碱熔 3h 的显微结构如图 5.3 所示，（a）、（b）分别为废稀土荧光粉在 700℃温度条件下直接碱熔 3h，经水洗干燥后在扫描电镜下放大 4000 倍和 7000 倍的显微结构。由图中可知，碱熔后废稀土荧光粉的块状物质结构几乎完全被破坏。

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