一步酸溶法從高品位拋光粉廢料中回收稀土研究

張 宇

（連云港高品再生資源有限公司，江蘇 連云港 222302）

稀土產品已廣泛應用于計算機、通信、汽車、航天航空、醫療設備、彩電屏幕及節能燈等行業，并取得長足的發展。稀土拋光粉主要用于鏡頭、眼鏡片、人工晶體、寶石、光學元件、光纖、藝術玻璃、電子玻璃、平板玻璃和顯像管等的拋光，因而會產生大量的拋光粉廢料。稀土拋光粉廢料通常含有鈰（Ce）、鑭（La）、硅（Si）、鋁（Al）、鐵（Fe）等元素，其中，CeO和LaO總量介于1%～95%。稀土元素是不可再生的寶貴資源，從拋光粉廢料中回收稀土元素就變得非常重要，為此，人們做了許多試驗研究和探索，但由于拋光粉廢料的性質和稀土含量差別很大，回收工藝有別。已有工藝的流程普遍比較復雜，本研究的目的是尋找一種簡單實用且能有效提取高品位拋光粉廢料中稀土成分的方法。通過添加劑篩選試驗和酸浸出條件的正交試驗，稀土的浸出率大于90%。

1 試驗方法

1.1 主要儀器設備及原料

主要儀器設備有3 種：DBJ-621 型定時變速攪拌機，用于酸浸時液體的攪拌；DZKW-C 型恒溫水浴鍋，用于酸浸時調控溫度；ZXZ-4 型真空抽濾器，用于抽濾酸浸液、分離不溶物。稀土元素的總量采用乙二胺四乙酸（EDTA）滴定法測定，CeO的含量采用硫酸亞鐵銨容量法測定。

以連云港高品再生資源有限公司收購的稀土拋光粉廢料為原料，其主要化學成分如表1所示。試驗用化學試劑有4 種：鹽酸為化學純（濃度37%），雙氧水為分析純（濃度30%），硫脲為化學純（純度99.5%），抗壞血酸為分析純。

表1 拋光粉廢料主要成分

1.2 添加劑篩選試驗

稱取3 份拋光粉廢料（每份30 g），在鹽酸濃度8 mol/L、反應浸出溫度90 ℃、鹽酸浸出時間3 h、鹽酸與拋光粉液固比3∶1 的條件下，分別加入硫脲、抗壞血酸和雙氧水進行對比試驗，其加入量分別為拋光粉廢料總量的0.2%、5%和20%。水浴加熱浸出后用真空抽濾器抽濾，分離浸出液和濾渣，將濾渣洗滌、烘干、稱重并分析其稀土含量，計算浸出液中稀土的回收率。

1.3 稀土浸出率影響因素試驗

將鹽酸分別稀釋至4～10 mol/L，分別稱取16份拋光粉廢料（每份30 g），鹽酸與拋光粉廢料的液固比控制在1.5～3.0，加入硫脲（加入量為拋光粉廢料總量的0.2%），加熱溫度控制在30～90 ℃，浸出時間控制在1～4 h。浸出后用真空抽濾器抽濾，分離浸出液和濾渣，將濾渣洗滌、烘干、稱重并分析其稀土含量，計算浸出液中稀土的回收率。

2 試驗結果分析

2.1 添加劑篩選試驗

經對比分析，添加劑篩選試驗結果如表2所示。由表2可以看出，在其他浸出反應條件相同時，加入添加劑硫脲的效果最好，抗壞血酸次之，雙氧水較差，所以選擇添加劑硫脲，其用量為拋光粉廢料總量的0.2%。

表2 不同添加劑的試驗結果

2.2 稀土浸出率影響因素的試驗

根據相關資料，正交試驗預先確定了4 個影響因素，各因素水平的取值如表3所示。正交試驗考查了5 個因素（包括空白列），每個因素取4 個水平，其間用正交表L(4)設計16 個試驗。正交試驗安排及結果如表4所示，空白列的數據用于估計試驗誤差及方差分析，方差分析結果如表5所示。

表3 稀土浸出率試驗的影響因素水平

表4 稀土浸出率正交試驗安排及結果

表5 方差分析

表4中，至分別為各因素（A、B、C、D）不同水平下稀土浸出率的平均值（%），其變化曲線如圖1所示，為平均值的極差。

圖1 稀土浸出率試驗結果平均值變化曲線

由表5數據可以看出，A、B、C、D 四個影響因素中，A 和B 的值很大，即相關性非常顯著，C 和D 的值也大于9.28，說明相關性顯著，鹽酸濃度的影響最大，其次是反應溫度，然后是鹽酸與拋光粉廢料的液固比，酸浸時間的影響最小。從圖1曲線變化來看，所有影響因素都是4 水平時稀土的回收率最高，但實際生產需要綜合考慮浸出的工藝指標、生產成本和生產效率等因素。

從A 因素來看，溫度升高，反應速度加快，有利于提高生產效率，且反應溫度的曲線變化明顯，所以A 因素取4 水平，即反應溫度為90 ℃。從B 因素來看，隨著鹽酸濃度的提高，從1 水平到3 水平稀土的回收率增幅較大，但繼續提高鹽酸濃度至4 水平，稀土回收率增幅較小，考慮到鹽酸濃度越高揮發量越大，鹽酸濃度取3 水平，即8 mol/L。從C 因素來看，稀土浸出率隨著時間的延長而增加，但增加幅度是先大后小，2 水平后曲線趨于平緩，繼續延長浸出時間，意義不大，因此將浸出時間定為2 h。從D 因素來看，鹽酸與拋光粉廢料的液固比越大，稀土浸出率越高，但超過2 水平后增幅趨緩。提高液固比有助于加快反應速度，但增加了酸耗和成本，因此將鹽酸與拋光粉廢料的液固比定為2.0。

根據以上分析結論，即ABCD，本研究安排了兩次重復驗證試驗，稀土的浸出率分別為90.5%和91.1%。鹽酸浸出液中稀土的萃取分離已有成熟工藝，這里不做討論。

3 結論

采用一步酸溶法，從失效的高品位稀土拋光粉中回收稀土元素，其工藝流程簡單，成本較低，達到了預期目標。由試驗結果得知，最佳酸浸條件為：加入還原劑硫脲（用量為拋光粉廢料總量的0.2%），添加濃度8 mol/L 的鹽酸，鹽酸與拋光粉廢料的液固比為2，在90 ℃下直接浸出2 h。在該條件下，稀土浸出率最高可達91.1%。未被鹽酸溶解、存在于濾渣中的稀土成分主要為CeO，有待進一步研究，提高其浸出率。