釹鐵硼廢料中稀土金屬回收工藝的研究與探索

程宗敏

（龍南縣堉然科技有限公司，江西 贛州 341700）

我國(guó)資源總量豐富，稀土金屬具有較高的應(yīng)用價(jià)值。隨著工業(yè)發(fā)展水平提升，對(duì)稀土資源的需求量變大，開(kāi)展稀土金屬回收工藝研究具有現(xiàn)實(shí)意義。釹鐵硼廢料中含有稀土元素，采取鹽酸浸出法和沉淀法等工藝技術(shù)，可對(duì)稀土金屬進(jìn)行處理，提升稀土資源回收利用價(jià)值。文章對(duì)稀土金屬分離提取實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，致力于增加稀土氧化物產(chǎn)出率。

1 稀土金屬回收實(shí)驗(yàn)研究

1.1 主要設(shè)備和儀器

在廢料回收分離提取實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用了的主要設(shè)備和工具如下：型號(hào)為GZX-9070 MBE的數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱、型號(hào)為KQ3200的超聲波清洗器；JH2102電子天平，DF-1集熱式恒溫磁力攪拌器和L400-P3真空抽濾機(jī)等等。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)用的主要試劑為鐵銣硼廢料、硫化煤油、鹽酸、氫氧化鈉固體和草酸固體等等。選擇使用鹽酸浸出法，對(duì)廢料中的鐵、硅、鋁進(jìn)行除雜處理，并且經(jīng)過(guò)高溫灼燒，達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果[1]。

1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

通過(guò)鹽酸浸出法、沉淀法對(duì)釹鐵硼廢料中的稀土金屬進(jìn)行分離和提取，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)稀土金屬回收工藝進(jìn)行升級(jí)，使得稀土金屬產(chǎn)出率獲得顯著提升。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于經(jīng)過(guò)高溫焙燒和研磨處理，發(fā)生了氧化分解，使得稀土金屬化合物、氧化鐵等物質(zhì)出現(xiàn)分離器，進(jìn)而達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)期目標(biāo)。

2 釹鐵硼廢料中稀土金屬回收過(guò)程

2.1 焙燒與研磨

釹鐵硼廢料的主要成分為稀土金屬、油性物質(zhì)和鐵元素。對(duì)廢料進(jìn)行焙燒主要是將油性物質(zhì)去除，并且將其中的鐵和稀土金屬進(jìn)行了氧化處理，形成Fe2O3和Re2O3，相關(guān)操作有效降低了后期處理中稀土金屬和鐵的浸出。焙燒實(shí)驗(yàn)中，對(duì)相關(guān)元素的氧化處理過(guò)程會(huì)釋放一定熱量，因此，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，無(wú)需進(jìn)行燃料的額外供應(yīng)。焙燒時(shí)間應(yīng)控制在6h，實(shí)現(xiàn)對(duì)釹鐵硼廢料中油性物質(zhì)的蒸發(fā)去除，鐵和稀土金屬的氧化率可達(dá)到50%左右，因此，實(shí)驗(yàn)效果顯著。焙燒步驟完成后，需要對(duì)相關(guān)物料進(jìn)行冷卻處理，為下一步的研磨做好準(zhǔn)備。

對(duì)焙燒后的廢料進(jìn)行研磨處理，可使得物料中的黑色顆粒粉末變?yōu)榘导t色粉末。對(duì)物料進(jìn)行研磨的主要目的是增加金屬?gòu)U料與酸液接觸面積，同時(shí)降低酸溶時(shí)間，使得稀土金屬浸出率顯著提升。研磨物料應(yīng)再次入爐焙燒，并且將溫度控制在700℃～800℃，焙燒主要目的是提高金屬氧化率，使得氧化率達(dá)到90%以上。

2.2 酸溶過(guò)程

實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)分解要求，應(yīng)將酸溶時(shí)間控制在20小時(shí)以上，當(dāng)溶液pH值介于1～2之間時(shí)，結(jié)束酸溶操作。實(shí)踐表明，在酸溶過(guò)程中，稀土金屬浸出率可達(dá)到90%以上，并且溶解后出現(xiàn)絮狀沉淀物，對(duì)其進(jìn)行真空抽濾處理，得到的主要沉淀物為Fe2O3、稀土氧化物和非稀土雜質(zhì)。

由于稀土鹽酸溶液中含有雜質(zhì)，為進(jìn)一步去雜，提升產(chǎn)生率，對(duì)相關(guān)物質(zhì)進(jìn)行了萃取分離和沉淀法應(yīng)用。主要使用P507萃取劑，其主要成分是P507和磺化煤油，同時(shí)配合使用氫氧化鈉溶液進(jìn)行皂化處理，將濾液和皂化后的P507溶液混合，使用DF-1恒溫磁力攪拌器進(jìn)行攪拌處理，時(shí)間保持在4h以上，并且加入一定劑量的鹽酸溶液，溶液部分會(huì)出現(xiàn)明顯分層，其上層為油狀物質(zhì)，下層為清澈液體。為提升產(chǎn)出效率，可在下層溶液中添加草酸物質(zhì)，以草酸沉淀法將稀土金屬自下層溶液中分離，同時(shí)配合過(guò)濾法，對(duì)溶液進(jìn)行洗滌處理，經(jīng)過(guò)真空干燥，將溫度控制在65℃～70℃，達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果。

3 影響稀土回收工藝應(yīng)用的相關(guān)因素

3.1 酸溶溫度

根據(jù)釹鐵硼廢料檢測(cè)報(bào)告可知，廢料中汝、鐠和稀土金屬含量為30.26%，相關(guān)核算方式主要是實(shí)際產(chǎn)物產(chǎn)量與理論產(chǎn)物產(chǎn)量的比值。影響稀土回收工藝因素主要是酸溶溫度，并對(duì)氧化產(chǎn)出率進(jìn)行嚴(yán)格要求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟，取3份4g的焙燒材料，主要是釹鐵硼廢料。酸溶過(guò)程中，溫度控制在70℃、80℃和90℃，稱量產(chǎn)物產(chǎn)量，并且對(duì)稀土金屬產(chǎn)出率進(jìn)行計(jì)算。不同溫度條件下，產(chǎn)物產(chǎn)出率具有顯著差異，其中70℃下，產(chǎn)物產(chǎn)出率為60%；80℃下，產(chǎn)出率為65%；90℃下為70%。

3.2 酸溶時(shí)間

對(duì)釹鐵硼廢料酸溶時(shí)間進(jìn)行劃分，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，在酸溶溫度和其它實(shí)驗(yàn)條件不變的前提條件下，取三份5g的焙燒料，酸溶時(shí)間分別設(shè)定為15h、25h和35h，對(duì)產(chǎn)物重量和產(chǎn)出率進(jìn)行核算，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：當(dāng)酸溶時(shí)間達(dá)到15h，產(chǎn)物產(chǎn)出率為60.5%，當(dāng)酸溶時(shí)間為25h，產(chǎn)出率達(dá)到75%，35h，產(chǎn)物產(chǎn)出率為73.5%。由此可知，酸溶時(shí)間為25h，釹鐵硼廢料產(chǎn)物產(chǎn)出率最大，達(dá)到理想實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 堿調(diào)與pH值

實(shí)驗(yàn)中，保持其他條件不變，對(duì)溶液中的酸堿值pH進(jìn)行調(diào)節(jié)，使用液堿分別將pH值調(diào)整到3.0、3.6和4.2，對(duì)不同酸堿值下焙燒料的浸出效果進(jìn)行分析，可明確產(chǎn)物產(chǎn)出率，其產(chǎn)出率分別是69%、82%和80%。根據(jù)實(shí)踐結(jié)果，當(dāng)pH值在3.6以下時(shí)，稀土金屬產(chǎn)出效率隨著pH值上調(diào)而增加，當(dāng)pH值超過(guò)3.6以后，隨著pH值增加，產(chǎn)出率則出現(xiàn)下降趨勢(shì)，由此可知，在釹鐵硼廢料處理中，為保證稀土金屬回收效果，應(yīng)將溶液pH值控制在3.6這一標(biāo)準(zhǔn)[2]。

3.4 草酸鹽沉淀法

由于釹鐵硼生產(chǎn)增加，其廢料處理問(wèn)題越來(lái)越受到重視，實(shí)踐研究表明，釹鐵硼廢料占有總量的30%以上，對(duì)其進(jìn)行回收利用，分離萃取其中的稀土金屬具有重要意義。在沉淀法應(yīng)用中，以草酸鹽沉淀最為常見(jiàn)，相關(guān)方法具有工藝流程短、操作簡(jiǎn)單、回收率較高的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并且具有一定的環(huán)保效益。使用草酸對(duì)釹鐵硼酸液中的稀土金屬進(jìn)行選擇性沉淀，是目前應(yīng)用的行之有效方法，需要調(diào)節(jié)草酸使用劑量、pH值以及溫度范圍，使得提取物純度增加。對(duì)汝鐵硼廢料中相關(guān)物質(zhì)進(jìn)行分離與提取應(yīng)關(guān)注先進(jìn)工藝技術(shù)應(yīng)用，對(duì)提取效果進(jìn)行分析，提升處理效率[3]。

在草酸沉淀實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)最佳工藝條件進(jìn)行分析。本次實(shí)驗(yàn)中影響因素主要是稀土溶液濃度、草酸溶液濃度、沉淀溫度和攪拌速率，對(duì)每項(xiàng)因素取3個(gè)水平條件組織正交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)因素與水平如表1所示。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素與水平

經(jīng)過(guò)沉淀處理后，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始階段，有時(shí)會(huì)發(fā)生溶液中的稀土離子迅速降低，分析其原因可能是硫化亞鐵沉淀包裹或發(fā)生吸附作用。當(dāng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間達(dá)到30min后，稀土因子濃度會(huì)逐漸提升，加上攪拌作用，會(huì)使得被吸附的稀土離子重新釋放到溶液中。實(shí)踐過(guò)程中，當(dāng)沉淀時(shí)間達(dá)到60min以后，此時(shí)稀土金屬回收率達(dá)到最大值，除鐵效果較為理想。因此，對(duì)廢料進(jìn)行除雜是實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的關(guān)鍵。

3.5 硫化物除雜法

使用硫化物對(duì)廢料中的雜質(zhì)進(jìn)行剔除是目前較為常見(jiàn)的工藝技術(shù)。對(duì)相關(guān)方法的應(yīng)用步驟進(jìn)行分析：首先，將釹鐵硼廢料在鹽酸溶液中溶解稀釋，并且對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾處理。其次，使用稀氨水對(duì)過(guò)濾后溶液pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)一定的反應(yīng)時(shí)間，觀察過(guò)濾效果。最后，對(duì)除雜后的溶液進(jìn)行進(jìn)一步處理，采用低溫烘干或高溫灼燒，可實(shí)現(xiàn)對(duì)稀土氯化物的有效分離[3]。

沉淀后，隨著pH的增加，廢料溶液中鐵元素和稀土元素均出現(xiàn)降低，當(dāng)pH值小于3.0時(shí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，硫化物除雜法的應(yīng)用效果不顯著，究其原因，主要是酸度偏高導(dǎo)致溶液中的硫化亞鐵溶解難度變大造成的。當(dāng)pH值超過(guò)6.0以后，稀土元素會(huì)發(fā)生水解，同硫化亞鐵發(fā)生反應(yīng)，由此出現(xiàn)沉淀，使得稀土回收率降低。為進(jìn)一步提升去雜效果，對(duì)不同元素濃度進(jìn)行對(duì)比，分析pH值在2.0、3.6和4.2下，釹鐵硼廢料中稀土金屬的去雜效果[4]。

4 結(jié)論

綜上所述，本文以釹鐵硼廢料為研究對(duì)象，采用鹽酸溶液萃取法和硫化物除雜法對(duì)稀土金屬進(jìn)行回收和利用，并且分析了不同工藝條件對(duì)產(chǎn)出物產(chǎn)出率造成的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將酸溶溫度控制在85℃、時(shí)間保持在25h，并且酸溶后pH值控制在3.6，皂化劑倍液為1.2倍時(shí)，可使得稀土金屬氧化物產(chǎn)出率增加，保持在最大產(chǎn)出88%，雖然和理論產(chǎn)出率90%比較存在一定的差距，但是，考慮到實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)誤差，判定釹鐵硼廢料中稀土金屬分離實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)有效。