废稀土荧光粉铁粉碱熔-酸浸提取稀土的研究

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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CeO2、Ce2O3、Tb2O3、TbO2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-H2O系和Tb-H2O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:CeO2基本不与酸反应,而Ce2O3易于酸反应,TbO2与Tb2O3均可溶于酸,但Tb2O3比TbO2更易与酸反应。通过CeO2和Tb4O7的酸解实验,得知CeO2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%,Tb4O7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Ce2O3和Tb2O3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。
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