廢棄熒光粉浸出液中稀土的沉淀工藝研究

崔紅巖，鄧庚鳳

（1.福建省長汀金龍稀土有限公司，福建 長汀 366300；2.江西理工大學冶金與化學工程學院，江西 贛州 341000）

眾所周知，中國是名副其實的稀土王國，稀土是極為重要的戰略資源[1]。雖然稀土資源富集在我國，但隨著美國、日本等國對中國稀土資源的不斷購買，以及國內盲目、無序和低水平開發，稀土資源浪費嚴重，我國的稀土資源遭到了不可恢復的破壞[2]。

稀土熒光燈已經廣泛應用于我國的照明系統，每年都有大量的廢舊稀土熒光燈被當作固體垃圾進行處置，這種方式既造成了資源的嚴重浪費和流失，同時也對環境造成嚴重的污染[3]。廢棄熒光燈不是“廢物”，而是有待開發的“第二資源”[4]。另外，在熒光燈粉的生產過程中，也會產生大量的工藝廢粉，這些工藝廢粉中也含有大量的稀土，從這些工藝廢粉中進行稀土回收的研究[5-9]，對稀土資源的節約利用、企業生產成本及效益的提高以及環境保護的防治等有至關重要的作用。本文著眼于對生產熒光粉過程產生的工藝廢粉中稀土的回收研究，旨在研究不同因素對廢棄熒光粉稀土浸出液中稀土的沉淀工藝，尋求最佳沉淀條件。

1 實驗方法

1.1 廢棄熒光粉的稀土浸出液的組成

本次實驗使用的樣品是廢棄的熒光粉稀土浸出液，其配分經ICP檢測如表1所示。

表1 廢舊熒光稀土浸出液中RE2O3的配分

由表1中的分析結果可以看出,廢棄的熒光粉的浸出液中稀土離子的總濃度約為9.850g/L，有氧化釔、氧化銪、氧化釹和氧化釓，其中氧化釔的成分含量最高，約占稀土總量的90.07%。

1.2 實驗流程圖

本實驗的工藝流程圖如圖1所示。

2 結果與討論

2.1 草酸作沉淀劑

2.1.1 濃度對沉淀率的影響

圖1 實驗流程圖

實驗中每次取廢舊熒光稀土浸出液20mL，選擇在陳化時間為1h，沉淀反應溫度為60℃的條件，考察草酸濃度對中稀土沉淀率的影響。

用60mL不同濃度的草酸作為沉淀劑，考察在相同陳化時間和沉淀反應溫度下對浸出液稀土沉淀率的影響。結果見表2所示。

表2 草酸對廢舊熒光稀土浸出液中RE2O3沉淀率的影響

由表2可知，低濃度的草酸并不能很好的沉淀出浸出液中的稀土成分。而濃度稍微提高就能很大程度提高稀土的沉淀率，再提高濃度效果不明顯。

但是由于草酸易和雜質金屬產生沉淀，影響焙燒后的稀土氧化物在燒結塊中的純度，并且隨著草酸濃度的增大，并不能很有效的將沉淀在焙燒后形成燒結塊的重量有效的提高到一個水平，而是維持在一個水平線上。所以在不考慮純度的情況下70g/L，60mL的用量就可以滿足生產的回收要求。

2.1.2 陳化時間對沉淀率的影響

實驗中每次取廢舊熒光稀土浸出液20mL，選擇相同濃度為70g/L的草酸，在常溫條件下，考察陳化時間對廢舊熒光稀土浸出液沉淀率的影響。結果見表3所示。

表3 陳化時間對廢舊熒光稀土浸出液中RE2O3沉淀率的影響

由表3可以看出，隨著陳化時間的延長，稀土的沉淀率增大，當陳化時間為4小時稀土沉淀率達到最大，為93.31%。

2.1.3 沉淀反應溫度對沉淀率的影響

實驗中每次取廢舊熒光稀土浸出液20mL，選擇在陳化時間為4h，相同濃度為70g/L的草酸作為沉淀劑，考察沉淀反應溫度對廢舊熒光稀土浸出液沉淀率的影響。結果見表4所示。

表4 草酸作為沉淀劑，沉淀反應溫度對廢舊熒光稀土浸出液中RE2O3沉淀率的影響

由表4可知，隨著溫度升高，浸出液中的稀土沉淀率升高變化不大，稀土的純度在50%左右。溫度為363K時，沉淀率最大，達到95.56%。與常溫下相比，增大了2.25%。所以，在溫度影響變化不大的情況下，無論在減少生產成本還是節約能源上，溫度宜選在常溫下進行。

2.2 碳酸氫銨作為沉淀劑

2.2.1 濃度對沉淀率的影響

用60mL不同濃度的碳酸氫銨為沉淀劑，并且選取沉淀反應溫度為60℃，陳化時間為4h作為已知變量，研究碳酸氫銨濃度對廢舊熒光稀土浸出液沉淀率的影響。

表5 濃度對廢舊熒光稀土浸出液中RE2O3沉淀率的影響

由碳酸氫銨的溶解度可知，其最高濃度為1.48mol/L，所以在溶解度范圍內，由表5得到，低濃度的碳酸氫銨不能沉淀出稀土，而提高碳酸氫銨的濃度，可以有效的提高稀土沉淀率，并且改善沉淀物的純度。在碳酸氫銨濃度接近為1mol/L時，沉淀率可以高達90%，而純度也隨著碳酸氫銨濃度的升高而升高。由于焙燒后的氧化物中還含有Al2O3、MgO等不可消除的因素，即給回收稀土氧化物帶來一定的難度，需要在后續部分提純。

2.2.2 陳化時間對沉淀率的影響

表6 陳化時間對廢舊熒光稀土浸出液中RE2O3沉淀率的影響

由表6可知，碳酸氫銨作為沉淀劑，也是隨著陳化時間的延長，稀土的沉淀率增大，當陳化時間為4小時時稀土沉淀率達到91.68%。保持5h的陳化時間提高的沉淀率不高。

2.2.3 沉淀反應溫度對沉淀率的影響

由于碳酸氫銨分解反應的溫度在98℃左右，就是在水溶液中，也會發生反應變成碳酸根，從而降低溶液中的濃度，不利于沉淀反應的進行。所以盡量讓溫度不要太高，并且每次取廢舊熒光稀土浸出液20mL，選擇在陳化時間為4h，相同濃度為1.0mol/L的碳酸氫銨，作為沉淀劑在相同陳化時間和沉淀反應溫度對廢舊熒光稀土浸出液沉淀率的影響。結果見表7所示。

表7 沉淀反應溫度對廢舊熒光稀土浸出液中RE2O3沉淀率的影響

由表7可以看出，以碳酸氫銨為沉淀劑，低溫使反應不能沉淀更完全，而且純度也不高。但是稍微溫度提高就很明顯的改善稀土沉淀率和純度。但是溫度如果提升的過大，也不利于沉淀，所以導致沉淀率有所下降，并且純度也有所下降。綜上所述應當保持溫度在一個合適的范圍內，即對廢舊熒光粉的稀土浸出液應當加熱一定的溫度再反應更利于沉淀稀土氧化物的沉淀和提高純度。

3 結論

（1）研究表明，提高沉淀劑的濃度都有利于提高稀土的沉淀率，而某一峰值后，稀土的沉淀率將很平緩的提高。所以從經濟效益角度出發選擇草酸濃度為70g/L，碳酸氫銨濃度為1.0mol/L，都可以得到沉淀率在80%以上的稀土氧化物。

（2）稀土沉淀率隨陳化時間的延長而增大，在1h時沉淀率達到80%以上，而陳化時間為4h時但與1h比較上升幅度不大，考慮到實際生產中要減短時間，縮小工藝流程，所以1h最適合廢粉中稀土的沉淀研究或生產。

（3）反應溫度越高，沉淀率越大。草酸作為沉淀劑，從經濟效益角度，常溫下就可以滿足90%以上的沉淀率，而碳酸氫銨為沉淀劑，反應溫度應該為60℃，這樣有利于更多的RE2O3沉淀出來。

綜上所述，草酸和碳酸氫銨僅考慮沉淀率，兩者都可以選擇作為回收廢舊熒光粉中的稀土元素的沉淀劑，但是如果考慮后續處理的方便性，即回收的稀土氧化物在沉淀中的純度，應選擇碳酸氫銨。

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