一步酸溶法从高品位抛光粉废料中回收稀土研究

张 宇

（连云港高品再生资源有限公司，江苏 连云港 222302）

稀土产品已广泛应用于计算机、通信、汽车、航天航空、医疗设备、彩电屏幕及节能灯等行业，并取得长足的发展。稀土抛光粉主要用于镜头、眼镜片、人工晶体、宝石、光学元件、光纤、艺术玻璃、电子玻璃、平板玻璃和显像管等的抛光，因而会产生大量的抛光粉废料。稀土抛光粉废料通常含有铈（Ce）、镧（La）、硅（Si）、铝（Al）、铁（Fe）等元素，其中，CeO和LaO总量介于1%～95%。稀土元素是不可再生的宝贵资源，从抛光粉废料中回收稀土元素就变得非常重要，为此，人们做了许多试验研究和探索，但由于抛光粉废料的性质和稀土含量差别很大，回收工艺有别。已有工艺的流程普遍比较复杂，本研究的目的是寻找一种简单实用且能有效提取高品位抛光粉废料中稀土成分的方法。通过添加剂筛选试验和酸浸出条件的正交试验，稀土的浸出率大于90%。

1 试验方法

1.1 主要仪器设备及原料

主要仪器设备有3 种：DBJ-621 型定时变速搅拌机，用于酸浸时液体的搅拌；DZKW-C 型恒温水浴锅，用于酸浸时调控温度；ZXZ-4 型真空抽滤器，用于抽滤酸浸液、分离不溶物。稀土元素的总量采用乙二胺四乙酸（EDTA）滴定法测定，CeO的含量采用硫酸亚铁铵容量法测定。

以连云港高品再生资源有限公司收购的稀土抛光粉废料为原料，其主要化学成分如表1所示。试验用化学试剂有4 种：盐酸为化学纯（浓度37%），双氧水为分析纯（浓度30%），硫脲为化学纯（纯度99.5%），抗坏血酸为分析纯。

表1 抛光粉废料主要成分

1.2 添加剂筛选试验

称取3 份抛光粉废料（每份30 g），在盐酸浓度8 mol/L、反应浸出温度90 ℃、盐酸浸出时间3 h、盐酸与抛光粉液固比3∶1 的条件下，分别加入硫脲、抗坏血酸和双氧水进行对比试验，其加入量分别为抛光粉废料总量的0.2%、5%和20%。水浴加热浸出后用真空抽滤器抽滤，分离浸出液和滤渣，将滤渣洗涤、烘干、称重并分析其稀土含量，计算浸出液中稀土的回收率。

1.3 稀土浸出率影响因素试验

将盐酸分别稀释至4～10 mol/L，分别称取16份抛光粉废料（每份30 g），盐酸与抛光粉废料的液固比控制在1.5～3.0，加入硫脲（加入量为抛光粉废料总量的0.2%），加热温度控制在30～90 ℃，浸出时间控制在1～4 h。浸出后用真空抽滤器抽滤，分离浸出液和滤渣，将滤渣洗涤、烘干、称重并分析其稀土含量，计算浸出液中稀土的回收率。

2 试验结果分析

2.1 添加剂筛选试验

经对比分析，添加剂筛选试验结果如表2所示。由表2可以看出，在其他浸出反应条件相同时，加入添加剂硫脲的效果最好，抗坏血酸次之，双氧水较差，所以选择添加剂硫脲，其用量为抛光粉废料总量的0.2%。

表2 不同添加剂的试验结果

2.2 稀土浸出率影响因素的试验

根据相关资料，正交试验预先确定了4 个影响因素，各因素水平的取值如表3所示。正交试验考查了5 个因素（包括空白列），每个因素取4 个水平，其间用正交表L(4)设计16 个试验。正交试验安排及结果如表4所示，空白列的数据用于估计试验误差及方差分析，方差分析结果如表5所示。

表3 稀土浸出率试验的影响因素水平

表4 稀土浸出率正交试验安排及结果

表5 方差分析

表4中，至分别为各因素（A、B、C、D）不同水平下稀土浸出率的平均值（%），其变化曲线如图1所示，为平均值的极差。

图1 稀土浸出率试验结果平均值变化曲线

由表5数据可以看出，A、B、C、D 四个影响因素中，A 和B 的值很大，即相关性非常显著，C 和D 的值也大于9.28，说明相关性显著，盐酸浓度的影响最大，其次是反应温度，然后是盐酸与抛光粉废料的液固比，酸浸时间的影响最小。从图1曲线变化来看，所有影响因素都是4 水平时稀土的回收率最高，但实际生产需要综合考虑浸出的工艺指标、生产成本和生产效率等因素。

从A 因素来看，温度升高，反应速度加快，有利于提高生产效率，且反应温度的曲线变化明显，所以A 因素取4 水平，即反应温度为90 ℃。从B 因素来看，随着盐酸浓度的提高，从1 水平到3 水平稀土的回收率增幅较大，但继续提高盐酸浓度至4 水平，稀土回收率增幅较小，考虑到盐酸浓度越高挥发量越大，盐酸浓度取3 水平，即8 mol/L。从C 因素来看，稀土浸出率随着时间的延长而增加，但增加幅度是先大后小，2 水平后曲线趋于平缓，继续延长浸出时间，意义不大，因此将浸出时间定为2 h。从D 因素来看，盐酸与抛光粉废料的液固比越大，稀土浸出率越高，但超过2 水平后增幅趋缓。提高液固比有助于加快反应速度，但增加了酸耗和成本，因此将盐酸与抛光粉废料的液固比定为2.0。

根据以上分析结论，即ABCD，本研究安排了两次重复验证试验，稀土的浸出率分别为90.5%和91.1%。盐酸浸出液中稀土的萃取分离已有成熟工艺，这里不做讨论。

3 结论

采用一步酸溶法，从失效的高品位稀土抛光粉中回收稀土元素，其工艺流程简单，成本较低，达到了预期目标。由试验结果得知，最佳酸浸条件为：加入还原剂硫脲（用量为抛光粉废料总量的0.2%），添加浓度8 mol/L 的盐酸，盐酸与抛光粉废料的液固比为2，在90 ℃下直接浸出2 h。在该条件下，稀土浸出率最高可达91.1%。未被盐酸溶解、存在于滤渣中的稀土成分主要为CeO，有待进一步研究，提高其浸出率。