廢棄稀土拋光粉資源化利用研究現(xiàn)狀

史培陽 王希鑫 丁文清 李鑫哲（東北大學多金屬共生礦生態(tài)化冶金教育部重點實驗室遼寧沈陽110819）

廢棄稀土拋光粉資源化利用研究現(xiàn)狀

史培陽 王希鑫 丁文清 李鑫哲
（東北大學多金屬共生礦生態(tài)化冶金教育部重點實驗室遼寧沈陽110819）

本文針對廢棄稀土拋光粉進行了詳細概述，系統(tǒng)總結了目前廢棄稀土拋光粉的資源化利用技術，其中包括強酸法、強堿法以及物理法與強酸法相結合提取稀土元素工藝；在此基礎上，指出了廢棄稀土拋光粉資源化利用存在的主要問題，并提出了廢棄稀土拋光粉的治理措施。

廢棄稀土拋光粉；資源化利用

1 廢棄稀土拋光粉概述

近幾年來，隨著光學、電子儀器和信息技術的快速發(fā)展，對材料表面的拋光精度要求越來越高，進而促進了稀土拋光粉的發(fā)展，我國稀土拋光粉消費量每年平均以30%的速度增長，隨之廢稀土拋光粉的排放量也逐年增加，目前廢稀土拋光粉產(chǎn)生量已超過5萬噸以上[1-3]。在廢稀土拋光粉中不僅含有稀土氧化物，而且還含有光學玻璃粉相，一方面受國家稀土礦產(chǎn)資源保護性開發(fā)政策的影響，造成稀土資源緊缺和稀土拋光粉的價格升高；另一方面，大量閑置的廢棄稀土資源，不僅占用土地，還污染環(huán)境，而且浪費資源。此外，在光學玻璃粉中成常含有一定量的重金屬元素鉛，其處置技術備受關注。由于重金屬元素鉛不容易被生物代謝所分解，屬于持久性的污染物，一旦處置不當，進入水體或者土壤中，將對水體和土壤造成污染，并通過食物鏈進入人體，最終對人的身體健康造成永久傷害[4,5]。鑒于此，若能將廢稀土拋光粉中有價組元回收利用，這對于保護環(huán)境和節(jié)約資源均具有重要的意義。

2 廢棄稀土拋光粉的資源化利用技術

目前，國內(nèi)外關于廢稀土拋光粉資源化利用技術主要分為化學法、物理法和物理法與化學法相結合這三大類[6-8]。

2.1 化學法分離工藝

化學法分離工藝是圍繞廢稀土拋光粉中稀土元素的提取為目主要的，經(jīng)過高濃度強酸浸出后、再經(jīng)分離、萃取、富集和焙燒等工藝，最終制備出較為純凈的稀土氧化物。目前廢稀土拋光粉化學法分離工藝主要包括強酸法和強堿法工藝[9-11]。

2.1.1 強酸法處理廢稀土拋光粉工藝。該工藝以強酸為浸出劑，如硫酸、鹽酸和硝酸等，在較高溫度下將稀土氧化物提取出來，在經(jīng)分離、萃取和焙燒等環(huán)節(jié)，獲得稀土含量較高的氧化物。趙文怡等[12]采用鹽酸浸出工藝回收廢拋光粉中的稀土，研究了H2SO4、HF、H2O2和還原劑A等對于稀土浸出率的影響，認為以鹽酸回收廢拋光粉中的稀土元素是可行的，加入HF和H2O2都有利于提高稀土元素的浸出率，加入H2SO4會抑制稀土元素的浸出，加入還原劑A可以使廢拋光粉中稀土元素的浸出率達到90%以上。周潔英等[13]通過研究酸的種類、酸濃度、溫度和添加劑種類等因素對廢稀土拋光粉中稀土回收率的影響，在最佳條件下稀土回收率可以達到80%以上。冀代雨等[14]發(fā)明了一種由廢稀土拋光粉回收稀土元素的方法。根據(jù)廢稀土拋光粉中稀土氧化物的含量，按照比例同加入的氯化銨、硫酸鎂和濃硫酸，經(jīng)高溫焙燒、水浸、氧化鎂中和后，濾液經(jīng)PC-88A液全萃取，可以獲得純度大于99.95%的單一稀土氧化物，該工藝可以使稀土的總回收率大于90%。張海龍[15]等發(fā)明了廢稀土拋光粉回收再生的方法，首先向廢稀土拋光粉中加入硝酸和過氧化氫，高溫溶解后，向含稀土溶液中加入氨水調(diào)節(jié)pH值，再經(jīng)過濾、洗滌和焙燒后可以獲得稀土氧化物。

2.1.2 堿法處理廢稀土拋光粉工藝。該方法利用強堿破壞廢稀土拋光粉中玻璃相結構，再利用強酸浸出，回收其中的稀土氧化物。

劉曉杰[16]等研究了堿焙燒法工藝，首先將稀土拋光粉與氫氧化鈉在550℃下進行焙燒，再經(jīng)水洗、酸化、硅、鋁和鈦等雜質轉化為可溶的鹽類，然后利用草酸沉淀回收稀土元素。常利香[17]等將稀土拋光廢料和氫氧化鈉低溫焙燒，氫氧化鈉與稀土氧化物形成不溶于水氫氧化物，通常為RE(OH)3，再經(jīng)水洗和高溫煅燒，控制稀土氧化物的晶型，從而達到回收稀土拋光粉的目的。

無論是采用強酸法還是強堿發(fā)處理廢稀土拋光粉，雖然稀土氧化物的浸出率較高，可以90%以上，但廢稀土拋光粉中稀土含量僅為3%~5%，在浸出過程中存在過量的強酸或強堿及二次尾渣的處理問題，造成環(huán)境污染，更重要的是在廢稀土拋光粉中含有大量重金屬鉛元素，因廢稀土拋光粉顆粒較為細小，重金屬鉛元素浸出毒性較高[16]。為此，如何實現(xiàn)含有重金屬元素廢稀土拋光粉的清潔化處理才是重中之重。

2.2 物理法分離工藝

物理法主要是借助選礦技術，采用重選和浮選方法，利用廢稀土拋光粉中組分的親水能力差異，借助浮選藥劑改善其組分在水溶液中的親和力，使稀土組分表面疏水，并與氣泡相互作用形成泡沫而被浮選出來，進而達到分離的目的。

李梅[18]等發(fā)明了一種廢稀土拋光粉回收再利用的方法，將廢拋光粉焙燒冷卻后，采用油酸做為稀土捕收劑，水玻璃作為玻璃粉的抑制劑，碳酸鈉作為料漿的pH調(diào)整劑，在溫度在35~45℃下進行浮選，然后經(jīng)粗選和精選后，可以得到精礦，再經(jīng)焙燒可以獲得稀土產(chǎn)品。趙強[19]等采用水玻璃為抑制劑，水楊羥肟酸為捕收劑，油為起泡劑，NaOH為pH值調(diào)整劑，在室溫下對廢稀土拋光粉進行浮選，再經(jīng)過濾和烘干后，稀土粉得到一定富集。雖然物理法可以在一定程度上富集稀土元素，但并沒有解決廢稀土拋光粉無害化處理問題。

2.3 物理法和化學法相結合工藝

利用物理法富集稀土后，借助化學法工藝使稀土氧化物進一步富集和提純。Kim J Y[20]等研究了從廢拋光粉中回收鈰，首先用泡沫浮選法和化學溶解作用除去廢拋光粉中玻璃粉和絮凝劑，再進行焙燒和硫酸浸出，去除雜質，可以獲得純度較高的硫酸鈰溶液。李慧芝[21]發(fā)明了一種稀土拋光粉再生的制備方法，首先將廢稀土拋光粉調(diào)漿，采用搖床重選設備進行重選分離，然后將重選稀土拋光粉用六氟合鋯酸銨水溶液進行處理，經(jīng)加熱、沉降和過濾后回收固體，得到粗稀土拋光粉，再經(jīng)焙燒、浸出和分離，可以獲得稀土拋光粉。

綜上所述，無論是化學法還是物理法工藝，均是圍繞稀土元素提取和富集為主要目的，但在廢稀土拋光粉中稀土元素含量相對較低，大量的光學玻璃粉中鉛元素含量較高。因此，實現(xiàn)實現(xiàn)廢稀土拋光粉無害化、減量化和資源化利用對于光學拋光行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

3 存在的主要問題

光學玻璃拋光行業(yè)產(chǎn)生的廢棄稀土拋光粉因含有大量的鉛元素，重金屬鉛浸出毒性較高，屬于我國規(guī)定的危險固體廢棄物范圍，并且這類固體廢棄物隨著光學和電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其排放量逐年遞增，已成為制約廢棄稀土拋光粉行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸之一。目前含有重金屬類廢稀土拋光粉綜合利用存在的主要問題如下：

（1）廢稀土拋光粉無害化處理工藝水平較低，且多關注于稀土元素的提取，而廢稀土拋光粉中重金屬鉛元素的無害化處理工藝涉及較少；（2）廢稀土拋光粉資源化綜合率較低；（3）廢稀土拋光粉提取稀土元素過程中存在酸耗量大、生產(chǎn)成本高和尾渣的利用問題。（4）拋光行業(yè)重視程度不夠。

4 治理措施

實現(xiàn)廢棄稀土拋光粉的資源化、無害化以及減量化的處理，不僅可以節(jié)約資源，還可以保護生態(tài)環(huán)境，促進企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。為此，拋光行業(yè)要大力推進廢棄稀土拋光粉的資源化利用技術，通過與高校建立產(chǎn)學研用戰(zhàn)略聯(lián)盟，促進含有重金屬元素類二次資源的合理利用；從產(chǎn)業(yè)政策和產(chǎn)業(yè)扶持方面，國家應加大對這類資源的科研和產(chǎn)業(yè)化投入；從政策法規(guī)方面加大對污染企業(yè)的監(jiān)管力度。

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