用鹽酸從玻璃粉中浸出氧化鈰試驗(yàn)研究

雷大士，王宇斌，張小波，彭祥玉，李 帥

(西安建筑科技大學(xué) 材料與礦資學(xué)院，陜西 西安 710055)

用鹽酸從玻璃粉中浸出氧化鈰試驗(yàn)研究

雷大士，王宇斌，張小波，彭祥玉，李 帥

(西安建筑科技大學(xué) 材料與礦資學(xué)院，陜西 西安 710055)

某玻璃粉廢料中含有稀土元素，其中氧化鈰質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.17 g/t。研究了采用酸浸—沉淀工藝從玻璃粉中回收氧化鈰，考察了鹽酸用量、液固體積質(zhì)量比、浸出溫度、浸出時(shí)間等因素對(duì)氧化鈰浸出率的影響。結(jié)果表明：在鹽酸用量150 g/L、液固體積質(zhì)量比6∶1、浸出溫度80 ℃、浸出時(shí)間3 h條件下，鈰浸出率為92.64%。此方法可用于從固體廢棄物中回收稀土。

玻璃粉；氧化鈰；浸出；回收

廢棄玻璃粉長期堆積會(huì)占用大量土地，且其中的有毒有害成分也會(huì)滲入土壤，造成土壤及周邊水污染。玻璃粉中含有大量稀土元素，是重要的稀土二次資源[1-3]，因此，研究從玻璃粉中回收稀土對(duì)環(huán)境保護(hù)和資源回收都具有重要意義[4-5]。

目前，從礦石中回收稀土多采用浮選、重選或磁選工藝，但玻璃粉中的稀土元素多呈固溶體形式存在，難以通過物理方法有效回收[6-10]。因此，研究了采用浸出—沉淀工藝從玻璃粉中回收氧化鈰，以期為從類似物料中回收稀土提供參考。

1 原料性質(zhì)

玻璃粉的主要有價(jià)元素組成見表1，其中Ce2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.17 g/t，達(dá)到工業(yè)回收標(biāo)準(zhǔn)，但由于玻璃在生產(chǎn)過程中經(jīng)高溫煅燒，各組分被破壞形成熔融體，且其中的鈰與雜質(zhì)呈固溶體形式存在，回收難度較大。

表1 玻璃粉的化學(xué)組成 %

2 試驗(yàn)部分

2.1 試劑與儀器

試驗(yàn)所用主要試劑：鹽酸(36%，廣州德樹化工有限公司)，草酸(化學(xué)純，西安裕華生物科技有限公司)。

試驗(yàn)所用主要儀器：RK/XJT充氣多功能浸出攪拌槽(武漢克洛粉磨設(shè)備制造有限公司)，pHs-3C型精密pH計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司)。

2.2 試驗(yàn)方法與原理

浸出試驗(yàn)在浸出攪拌槽中進(jìn)行。每次試驗(yàn)稱取200 g試樣，配制成一定液固體積質(zhì)量比，然后置于浸出槽中加溫并攪拌，一定時(shí)間后過濾，分析不同浸出條件下浸出渣中的鈰質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算鈰浸出率。在不同溫度下對(duì)浸出液進(jìn)行沉淀，過濾后對(duì)沉淀物進(jìn)行煅燒得最終氧化鈰精礦產(chǎn)品。

以鹽酸作浸出劑浸出鈰，主要反應(yīng)如下：

(1)

(2)

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 鹽酸質(zhì)量濃度對(duì)鈰浸出率的影響

試驗(yàn)條件：浸出溫度90 ℃，液固體積質(zhì)量比6∶1，浸出時(shí)間3 h。鹽酸質(zhì)量濃度對(duì)鈰浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 鹽酸質(zhì)量濃度對(duì)鈰浸出率的影響

由圖1看出：鈰浸出率隨鹽酸質(zhì)量濃度增大而提高，因?yàn)辂}酸質(zhì)量濃度增大可增加其與試樣中鈰元素的接觸概率，有利于化學(xué)置換反應(yīng)的發(fā)生，從而使鈰浸出率提高；當(dāng)鹽酸質(zhì)量濃度增大至150 g/L時(shí)，鈰浸出率達(dá)92.64%；再進(jìn)一步增大鹽酸質(zhì)量濃度，稀土浸出率變化不明顯。綜合考慮鈰浸出率和生產(chǎn)成本，確定適宜的鹽酸質(zhì)量濃度為150 g/L。

3.2 液固體積質(zhì)量比對(duì)鈰浸出率的影響

試驗(yàn)條件：浸出溫度90 ℃，浸出時(shí)間3 h，鹽酸質(zhì)量濃度150 g/L。液固體積質(zhì)量比對(duì)鈰浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 液固體積質(zhì)量比對(duì)鈰浸出率的影響

由圖2看出：鈰浸出率隨液固體積質(zhì)量比增大而提高，因?yàn)檫m當(dāng)增大液固體積質(zhì)量比，鹽酸與鈰的接觸概率增大，進(jìn)而有利于鈰的浸出；當(dāng)液固體積質(zhì)量比為6∶1時(shí)，稀土鈰浸出率為92.64%；繼續(xù)增大液固體積質(zhì)量比至7∶1，鈰浸出率僅提高0.79%。液固體積質(zhì)量比增大，浸出液體積增大，相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備要求也會(huì)提高，綜合考慮，確定適宜的液固體積質(zhì)量比為6∶1。

3.3 浸出時(shí)間對(duì)鈰浸出率的影響

試驗(yàn)條件：浸出溫度90 ℃，液固體積質(zhì)量比6∶1，鹽酸用量150 g/L。浸出時(shí)間對(duì)鈰浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 浸出時(shí)間對(duì)鈰浸出率的影響

由圖3看出：鈰浸出率隨浸出時(shí)間延長而提高，浸出2 h時(shí)，鈰浸出率為87.44%；浸出時(shí)間延長至3 h，鈰浸出率提高至92.64%；繼續(xù)延長浸出時(shí)間至4 h，鈰浸出率變化不大。因?yàn)槲锪狭６容^小，比表面積較大，與溶液中鹽酸接觸充分，浸出速度很快，反應(yīng)在較短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到平衡，延長浸出時(shí)間對(duì)鈰浸出率影響不大。綜合考慮，確定適宜的浸出時(shí)間為3 h。

3.4 浸出溫度對(duì)鈰浸出率的影響

試驗(yàn)條件：鹽酸質(zhì)量濃度150 g/L，液固體積質(zhì)量比6∶1，浸出時(shí)間為3 h。浸出溫度對(duì)鈰的浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 浸出溫度對(duì)鈰浸出率的影響

由圖4看出：鈰浸出率隨溫度升高而提高，溫度升高可降低溶液黏度，加快分子運(yùn)動(dòng)，使鹽酸與固體物料之間的傳質(zhì)速度加快，因而可縮短反應(yīng)時(shí)間，提高浸出效率；溫度升至80 ℃時(shí)，鈰浸出率達(dá)92.64%；繼續(xù)升溫至100 ℃，鈰浸出率提高幅度不大。綜合考慮，確定適宜的浸出溫度為80 ℃。

3.5 鈰的沉淀

浸出液中鈰質(zhì)量濃度為2.87 g/L。常溫下，草酸與鈰反應(yīng)形成難溶于水和無機(jī)酸的草酸鈰，而其他雜質(zhì)不與草酸作用仍留在溶液中，鈰與雜質(zhì)分離。沉淀反應(yīng)為：

(3)

(4)

草酸質(zhì)量濃度對(duì)鈰沉淀率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表2，沉淀時(shí)間1 h?？梢?，草酸質(zhì)量濃度為8 g/L時(shí)，鈰沉淀率為92.15%，沉淀效果較好。

表2 草酸用量對(duì)鈰沉淀率的影響

4 結(jié)論

玻璃粉中含有稀土元素鈰，其與雜質(zhì)呈固溶體形式存在，采用物理選礦方法不能有效分選，而采用酸浸—沉淀工藝可有效回收。在鹽酸質(zhì)量濃度150 g/L、液固體積質(zhì)量比6∶1、浸出時(shí)間3 h、浸出溫度80 ℃條件下，鈰浸出率達(dá)92.64%。浸出液加草酸可沉淀草酸鈰產(chǎn)品。該方法可用于稀土廢棄物的綜合回收與治理。

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Experimental Study on Recovery of Cerium From Glass Powder by Hydrochloric Acid

LEI Dashi，WANG Yubin，PENG Xiangyu,ZHANG Xiaobo，LI Shuai

(CollegeofMaterialsandMineralResources，Xi’anUniversityofArchitectureandTechnology，Xi’an710055，China)

Recovery of cerium from waste glass powder containing rare earth elements by hydrochloric acid leaching-precipitation was investigated.The effects of hydrochloric acid concentration，liquid-to-solid ratio，leaching time，temperature on leaching of cerium were examined.The results show that leaching rate of 92.64% is obtained under the conditions of leaching time of 3 h，hydrochloric acid concentration of 150 g/L，temperature of 80 ℃，liquid-to-solid ratio of 6∶1.The results provided an alternative process for recovering rare earths from solid waste.

glass powder;cerium oxide;leaching;recovery

2016-09-02

陜西省科技廳基金資助項(xiàng)目(2014SJ-04)。

雷大士(1991-)，男，河北石家莊人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榈V產(chǎn)綜合利用。E-mail:18710348698@163.com。

TF845.3

A

1009-2617(2017)03-0197-03

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.03.007