CN110527839A - 一种利用等离子体回收飞灰中稀土金属的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用等离子体回收飞灰中稀土金属的方法，氩气携带着飞灰进入等离子体炉中，并在灰中加入少量生石灰或CaO作为助熔剂。在等离子体炉中，等离子体能产生10000℃的高温，可以通过控制输入功率达到改变炉内温度的目的。稀土金属主要的气化温度区间为2000—4000℃，本发明可以利用等离子体炉内产生的高温，使稀土金属气化，再把气化的稀土金属引入冷凝管中，通过控制冷凝管的温度，使不同稀土金属在不同温度冷凝，从而达到回收稀土金属的目的。本发明所用原料为电厂中产生的飞灰，不仅价格低廉容易获得，而且经过再次处理得到的渣比飞灰对环境更加友好，不会对环境产生污染，也不会对电厂飞灰的经济性产生影响。本发明利用等离子体放电产生的高温使稀土金属气化、再通过冷凝对其进行回收，对稀土的富集作用更加明显。

Description

一种利用等离子体回收飞灰中稀土金属的方法

技术领域

本发明涉及了稀土金属提取技术领域，具体是一种利用等离子体回收稀土金属的方法。

背景技术

稀土元素是化学周期表中镧系元素和钇、钪17种元素的统称，他们的原子结构相似，离子半径相近，在自然界密切共生。由于稀土元素的电子排列与通常的元素不同，因此在物理方面具有独特的性质，其用作贮氢合金、二次电池原料、光学玻璃、强力的稀土磁石、荧光体、研磨材料等的材料。

自二十世纪六十年的，伴随着世界性新技术潮流，稀土工业和应用稀土研究成为迅速崛起的一项新兴产业。特别是高新技术工业领域，稀土更是成为生产制造环节的重要原料，如很多高科技产品、精确打击武器以及汽车零部件中的组件都需要用稀土金属制造，因此稀土有“工业维生素”的美称。而且在电子、能源、军工等现代工业中扮演重要的角色，是极其重要的战略资源。

我国是世界上稀土矿资源最为丰富的国家，稀土资源质量高、矿品种全、易于开采。然而，由于前期过度的开采，已经导致我国的稀土资源锐减。飞灰是火力发电的必然产物，其中含有丰富的有用元素，除大量构成的硅和铝外，还含有一些珍贵的稀有金属和稀土元素，它们常以氧化物、硅酸盐等化合物形式存在。基于巨大的飞灰产量，飞灰中有用元素的提取和综合利用，既避免了资源浪费又实现了其中的金属及矿物的回收，因此期望从大量的电厂飞灰中有效地回收稀土金属。

而等离子体放电可以产生将近10000℃的温度，通过控制功率可以控制等离子体的温度，在高温的情况下，飞灰中稀土金属在高温下气化，飞灰分离成渣和金属蒸气。然后利用不同稀土金属具有不同的冷凝温度，控制冷凝系统的温度，达到回收稀土金属的目的。

中国专利CN106573792A公开了一种用于提取和分离稀土元素的方法，本发明包括提供含稀土的矿石或尾矿，研磨所述含稀土的矿石以形成粉末状矿石；用至少一种矿物酸浸出粉末状矿石，形成包含至少一种金属离子、稀土元素和固体材料的浸出溶液，从所述浸出溶液中分离固体材料以形成含水金属浓缩物，使所述含水金属浓缩物沉淀以从所述浸出溶液中选择性地除去金属离子并获得稀土元素的沉淀物；在空气中加热所述稀土元素的沉淀物以形成稀土元素的氧化物，将所述稀土元素的氧化物与铵盐混合，并在干燥空气/氮气中加热，形成无水稀土盐在水溶液中的混合物，并通过电解沉积方法从所述水溶液中分离稀土元素。

中国专利CN107523695A公开了一种粉煤灰中稀土元素的富集分离提取方法。本发明包括以下步骤：将粉煤灰进行研磨至粒径200目以下，称取粉煤灰于圆底烧瓶中，加入体积分数为50％的盐酸混合，加热，搅拌，使用中速滤纸进行过滤；在滤液中加入NaOH溶液，待反应完成后，过滤并分离沉淀；使用盐酸溶解沉淀，之后加入草酸丙酮溶液，加热至近沸；使用氨水调节溶液pH值至2.0后加水稀释，并保温1h；冷却后进行过滤，并使用草酸溶液进行多次洗涤，将沉淀置于马弗炉中灼烧30min，灼烧后物质即为混合稀土氧化物粗提取物。

本发明充分利用了工业固体废弃物粉煤灰，变废为宝，具有工艺操作简便、提取率高、回收稀土金属含量高的特点，适合推广应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种实现从燃煤电厂的飞灰中回收稀土金属的方法。在该系统中，等离子体放电产生高温，氩气携带飞灰进入等离子体炉中，飞灰中稀土金属在高温下气化，然后利用不同稀土元素有不同冷凝温度的特点以达到回收的目的。具体方法是，在飞灰中加入生石灰或CaO作为助熔剂，降低熔点，飞灰中稀土金属在高温下气化，飞灰分离成渣和金属蒸气。然后利用不同稀土金属具有不同的冷凝温度的特点，通过控制冷凝系统的温度，达到回收的目的。

本发明的有益效果包括：

根据本发明，能有效地通过等离子体回收飞灰中的稀土金属，而无需使用任何的化学试剂和溶剂。而且通过等离子体炉处理后的底渣与飞灰相比，其体积更小，对环境的污染更少。

附图说明

图1是系统图。

图中：1是氩气，2是飞灰进料器，3是等离子体枪，4是炉子外壳，5是石墨内壳，6是石墨毡保温层，7是冷却室，8是废料收集器，9是冷凝系统，10是氢氧化钠溶液吸收瓶。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明。

本发明提出了一种利用等离子体放电产生高温，来回收飞灰中的稀土金属的方法。整个系统如图1所示。

炉子外壳为不锈钢材料，内壳为石墨内壳，在中间加入石墨毡绝缘体以达到保温的目的。

氩气1被分为两个气路，一个气路将飞灰进料器2中的飞灰吹入等离子体炉中，另一个气路的氩气从等离子体枪3处充入等离子炉，形成氩气气氛。通过控制等离子体炉的功率，使其达到2000—4000℃，然后再对飞灰进行处理，随后产生的金属蒸气将会通过等离子体炉右边的气路进入冷凝系统9。废气经过NaOH溶液吸收瓶10处理过后，排入大气中。剩下的废料经过冷却室7进行冷却，被废料收集器8收集。

本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未全部指出本发明的范围。因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种利用等离子体回收飞灰中稀土金属的方法，其整个系统包括等离子体炉，冷凝系统，气体净化器。

2.在工作过程中，等离子体产生高温，飞灰中的稀土金属在高温中气化，形成金属蒸气，然后将金属蒸气引入冷凝系统，因为不同的稀土金属具有不同的冷凝温度，所以可以控制冷凝系统的温度达到回收不同稀土金属的目的。

3.根据权利要求1所述的等离子体回收飞灰中稀土元素的方法，其特征在于生石灰或CaO作为助熔剂能够降低稀土金属的熔点温度，有利于稀土金属的更快气化，并且更加节能。

4.根据权利要求1所述的等离子体炉，其特征在于等离子体炉的外壳为不锈钢材料，内壳为石墨内壳，在石墨内壳与外壳之间放入石墨毡绝缘体来达到保温的目的。

5.根据权利要求1所述的等离子体回收飞灰中稀土金属的方法，其特征在于将产生的金属蒸气通入冷凝系统中，根据不同的稀土元素具有不同冷凝温度的特点，通过控制冷凝温度，回收不同的稀土金属。

6.根据权利要求1所述的等离子体回收飞灰中稀土元素的方法，其特征在于产生的废气必须要经过气体净化器净化之后，才能排入大气中。