废弃稀土抛光粉资源化利用研究现状

2017-01-21史培阳王希鑫丁文清李鑫哲东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室辽宁沈阳110819

资源节约与环保 2017年1期

史培阳王希鑫丁文清李鑫哲（东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室辽宁沈阳110819）

废弃稀土抛光粉资源化利用研究现状

史培阳王希鑫丁文清李鑫哲
（东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室辽宁沈阳110819）

本文针对废弃稀土抛光粉进行了详细概述，系统总结了目前废弃稀土抛光粉的资源化利用技术，其中包括强酸法、强碱法以及物理法与强酸法相结合提取稀土元素工艺；在此基础上，指出了废弃稀土抛光粉资源化利用存在的主要问题，并提出了废弃稀土抛光粉的治理措施。

废弃稀土抛光粉；资源化利用

1 废弃稀土抛光粉概述

近几年来，随着光学、电子仪器和信息技术的快速发展，对材料表面的抛光精度要求越来越高，进而促进了稀土抛光粉的发展，我国稀土抛光粉消费量每年平均以30%的速度增长，随之废稀土抛光粉的排放量也逐年增加，目前废稀土抛光粉产生量已超过5万吨以上[1-3]。在废稀土抛光粉中不仅含有稀土氧化物，而且还含有光学玻璃粉相，一方面受国家稀土矿产资源保护性开发政策的影响，造成稀土资源紧缺和稀土抛光粉的价格升高；另一方面，大量闲置的废弃稀土资源，不仅占用土地，还污染环境，而且浪费资源。此外，在光学玻璃粉中成常含有一定量的重金属元素铅，其处置技术备受关注。由于重金属元素铅不容易被生物代谢所分解，属于持久性的污染物，一旦处置不当，进入水体或者土壤中，将对水体和土壤造成污染，并通过食物链进入人体，最终对人的身体健康造成永久伤害[4,5]。鉴于此，若能将废稀土抛光粉中有价组元回收利用，这对于保护环境和节约资源均具有重要的意义。

2 废弃稀土抛光粉的资源化利用技术

目前，国内外关于废稀土抛光粉资源化利用技术主要分为化学法、物理法和物理法与化学法相结合这三大类[6-8]。

2.1 化学法分离工艺

化学法分离工艺是围绕废稀土抛光粉中稀土元素的提取为目主要的，经过高浓度强酸浸出后、再经分离、萃取、富集和焙烧等工艺，最终制备出较为纯净的稀土氧化物。目前废稀土抛光粉化学法分离工艺主要包括强酸法和强碱法工艺[9-11]。

2.1.1 强酸法处理废稀土抛光粉工艺。该工艺以强酸为浸出剂，如硫酸、盐酸和硝酸等，在较高温度下将稀土氧化物提取出来，在经分离、萃取和焙烧等环节，获得稀土含量较高的氧化物。赵文怡等[12]采用盐酸浸出工艺回收废抛光粉中的稀土，研究了H2SO4、HF、H2O2和还原剂A等对于稀土浸出率的影响，认为以盐酸回收废抛光粉中的稀土元素是可行的，加入HF和H2O2都有利于提高稀土元素的浸出率，加入H2SO4会抑制稀土元素的浸出，加入还原剂A可以使废抛光粉中稀土元素的浸出率达到90%以上。周洁英等[13]通过研究酸的种类、酸浓度、温度和添加剂种类等因素对废稀土抛光粉中稀土回收率的影响，在最佳条件下稀土回收率可以达到80%以上。冀代雨等[14]发明了一种由废稀土抛光粉回收稀土元素的方法。根据废稀土抛光粉中稀土氧化物的含量，按照比例同加入的氯化铵、硫酸镁和浓硫酸，经高温焙烧、水浸、氧化镁中和后，滤液经PC-88A液全萃取，可以获得纯度大于99.95%的单一稀土氧化物，该工艺可以使稀土的总回收率大于90%。张海龙[15]等发明了废稀土抛光粉回收再生的方法，首先向废稀土抛光粉中加入硝酸和过氧化氢，高温溶解后，向含稀土溶液中加入氨水调节pH值，再经过滤、洗涤和焙烧后可以获得稀土氧化物。

2.1.2 碱法处理废稀土抛光粉工艺。该方法利用强碱破坏废稀土抛光粉中玻璃相结构，再利用强酸浸出，回收其中的稀土氧化物。

刘晓杰[16]等研究了碱焙烧法工艺，首先将稀土抛光粉与氢氧化钠在550℃下进行焙烧，再经水洗、酸化、硅、铝和钛等杂质转化为可溶的盐类，然后利用草酸沉淀回收稀土元素。常利香[17]等将稀土抛光废料和氢氧化钠低温焙烧，氢氧化钠与稀土氧化物形成不溶于水氢氧化物，通常为RE(OH)3，再经水洗和高温煅烧，控制稀土氧化物的晶型，从而达到回收稀土抛光粉的目的。

无论是采用强酸法还是强碱发处理废稀土抛光粉，虽然稀土氧化物的浸出率较高，可以90%以上，但废稀土抛光粉中稀土含量仅为3%~5%，在浸出过程中存在过量的强酸或强碱及二次尾渣的处理问题，造成环境污染，更重要的是在废稀土抛光粉中含有大量重金属铅元素，因废稀土抛光粉颗粒较为细小，重金属铅元素浸出毒性较高[16]。为此，如何实现含有重金属元素废稀土抛光粉的清洁化处理才是重中之重。

2.2 物理法分离工艺

物理法主要是借助选矿技术，采用重选和浮选方法，利用废稀土抛光粉中组分的亲水能力差异，借助浮选药剂改善其组分在水溶液中的亲和力，使稀土组分表面疏水，并与气泡相互作用形成泡沫而被浮选出来，进而达到分离的目的。

李梅[18]等发明了一种废稀土抛光粉回收再利用的方法，将废抛光粉焙烧冷却后，采用油酸做为稀土捕收剂，水玻璃作为玻璃粉的抑制剂，碳酸钠作为料浆的pH调整剂，在温度在35~45℃下进行浮选，然后经粗选和精选后，可以得到精矿，再经焙烧可以获得稀土产品。赵强[19]等采用水玻璃为抑制剂，水杨羟肟酸为捕收剂，油为起泡剂，NaOH为pH值调整剂，在室温下对废稀土抛光粉进行浮选，再经过滤和烘干后，稀土粉得到一定富集。虽然物理法可以在一定程度上富集稀土元素，但并没有解决废稀土抛光粉无害化处理问题。

2.3 物理法和化学法相结合工艺

利用物理法富集稀土后，借助化学法工艺使稀土氧化物进一步富集和提纯。Kim J Y[20]等研究了从废抛光粉中回收铈，首先用泡沫浮选法和化学溶解作用除去废抛光粉中玻璃粉和絮凝剂，再进行焙烧和硫酸浸出，去除杂质，可以获得纯度较高的硫酸铈溶液。李慧芝[21]发明了一种稀土抛光粉再生的制备方法，首先将废稀土抛光粉调浆，采用摇床重选设备进行重选分离，然后将重选稀土抛光粉用六氟合锆酸铵水溶液进行处理，经加热、沉降和过滤后回收固体，得到粗稀土抛光粉，再经焙烧、浸出和分离，可以获得稀土抛光粉。

综上所述，无论是化学法还是物理法工艺，均是围绕稀土元素提取和富集为主要目的，但在废稀土抛光粉中稀土元素含量相对较低，大量的光学玻璃粉中铅元素含量较高。因此，实现实现废稀土抛光粉无害化、减量化和资源化利用对于光学抛光行业可持续发展具有重要意义。

3 存在的主要问题

光学玻璃抛光行业产生的废弃稀土抛光粉因含有大量的铅元素，重金属铅浸出毒性较高，属于我国规定的危险固体废弃物范围，并且这类固体废弃物随着光学和电子信息产业的发展，其排放量逐年递增，已成为制约废弃稀土抛光粉行业可持续发展的主要瓶颈之一。目前含有重金属类废稀土抛光粉综合利用存在的主要问题如下：

（1）废稀土抛光粉无害化处理工艺水平较低，且多关注于稀土元素的提取，而废稀土抛光粉中重金属铅元素的无害化处理工艺涉及较少；（2）废稀土抛光粉资源化综合率较低；（3）废稀土抛光粉提取稀土元素过程中存在酸耗量大、生产成本高和尾渣的利用问题。（4）抛光行业重视程度不够。

4 治理措施

实现废弃稀土抛光粉的资源化、无害化以及减量化的处理，不仅可以节约资源，还可以保护生态环境，促进企业可持续发展。为此，抛光行业要大力推进废弃稀土抛光粉的资源化利用技术，通过与高校建立产学研用战略联盟，促进含有重金属元素类二次资源的合理利用；从产业政策和产业扶持方面，国家应加大对这类资源的科研和产业化投入；从政策法规方面加大对污染企业的监管力度。

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