CN113562720B - 一种从芒萁中回收、分离镧、钕、镱的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固体废弃物资源化技术领域，具体涉及一种从稀土超富集植物中回收和分离镧、钕、镱的方法。该方法利用稀土氧化物高温条件下的相扩散原理和金属、非金属的分离理论，将超富集植物中的镧和钕以氧化物的形式提取分离出来，并生产出了富镱的生物炭原料，达到了超富集植物中稀土金属的分离及回收目的，实现了高价值资源化，整个过程绿色高效，在稀土超富集植物资源化的领域具有重要的应用价值。

Description

一种从芒萁中回收、分离镧、钕、镱的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化技术领域。更具体地，涉及一种从稀土超富集植物中回收和分离镧、钕、镱的方法。
背景技术
稀土元素具有优异的磁、光、电性能，既可用于玻璃、冶金、陶瓷、石化等传统领域，也可用于永磁材料、储氢材料、催化剂、高温超导等新材料领域，具有非常重要的战略意义。
为了在回收稀土元素的同时改善生态环境，现有技术开发了种植稀土超富集植物在稀土污染土壤上，富集土壤中稀土元素的植物修复技术。但是在实际应用中，富集稀土元素后的超富集植物处理仍存在困难，一方面，植物中富集了大量的稀土元素，十分影响植物的药用、食用、使用等应用；另一方面，现有技术还没有较为成熟的方法从超富集植物中提取、分离出稀土元素。
为了解决上述问题，杨建广等公开了一种从超富集植物Berkheya coddii中回收镍的方法(杨建广,杨建英,彭长宏,等.从超富集植物Berkheya coddii中回收镍[J].中国有色金属学报,2009,019(004):754-759.)，主要通过焚烧、湿法提取与净化、电化学沉积/化学沉淀法等步骤将植物中的镍提取出来，但是该方法最后得到的产物仍含有大量的其他稀土元素，与镍的性质相差甚远，同时该方法成本较高，大量化学试剂的使用也会产生较大的环境负担。另外的，中国专利申请CN111010139A公开了一种从稀土超富集植物中回收稀土和能源物质的方法，该方法通过机械破碎、真空热解分段冷凝和浸出沉淀技术，实现了对稀土超富集植物中稀土和能源油漆的回收，但是该方法回收的稀土氧化物为混合物，不能直接应用，并且采用的浸出沉淀技术会产生大量的废水，仍存在环境污染的问题。
因此，迫切需要提供一种绿色安全、高效、不产生二次污染，可以分离稀土超富集植物中不同种类稀土元素的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有从稀土超富集植物无法分离不同种类稀土元素，容易造成二次污染的缺陷和不足，提供一种绿色安全、高效、不产生二次污染，可以分离稀土超富集植物中不同种类稀土元素的方法。
本发明的目的是提供一种从稀土超富集植物中回收和分离镧、钕、镱的方法。
本发明的另一个目的是提供所述从稀土超富集植物中回收和分离镧、钕、镱的方法在稀土超富集植物资源化利用方面的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种从稀土超富集植物中回收和分离镧、钕、镱的方法，将稀土超富集植物干燥粉碎，加入稀土氧化物混合均匀后，真空加热反应，将冷却后的残渣经过高压静电分选，实现镧、钕、镱的回收和分离。
本发明中，将稀土超富集植物种植在稀土尾砂地或稀土污染土壤上，收获的稀土超富集植物进行干燥、粉碎之后，利用高温条件下镧、钕氧化物气相扩散的性质，结合外加的稀土氧化物将植物体内的镧和钕提取分离出去，然后使用高压静电分离将镧、钕氧化物颗粒从残渣中分离出来，剩余残渣则为富含镱的生物炭材料。整个过程对超富集植物中的镧、钕进行了提取，并与镱分离，绿色高效且不产生额外废水和其他二次污染，具有非常重要的经济和环境价值。
具体的，所述从稀土超富集植物中回收和分离镧、钕、镱的方法具体包括以下步骤：
S1、将稀土超富集植物干燥粉碎，得到均匀的稀土超富集植物粉末；重点回收稀土超富集植物的叶片，以及坏死的叶片部位，可以让稀土超富集植物可持续生长。
S2、测定步骤S1所得稀土超富集植物粉末中镧、钕、镱元素的含量，添加稀土氧化物粉末，混合均匀，得到混合粉末；
S3、将步骤S2所得混合粉末在900～950℃，真空条件下反应完全，降温冷却后收集得到残渣；
S4、将步骤S3所得残渣进行高压静电分选，得到金属粉末为镧钕复合氧化物，得到非金属粉末为富镱生物炭颗粒。
进一步地，所述稀土超富集植物为芒萁、美洲商陆、山核桃或单叶新月蕨。
更进一步地，步骤S2中，所述稀土氧化物为氧化镧。
优选地，步骤S2中，所述稀土氧化物的粒径为5～30μm。优选地，所述稀土氧化物的粒径为5～20μm；更优选地，所述稀土氧化物的粒径为20μm。
进一步地，步骤S2中，所述稀土超富集植物粉末中含有的镧钕总量与稀土氧化物的摩尔比为1:(2～3)。
更进一步地，步骤S2中，所述测定方法为微波消解ICP-MS。
进一步地，步骤S3中，所述真空的压力10～100Pa。
更进一步地，步骤S3中，所述反应时间不低于20min。优选地，所述反应时间为20～-30min。
进一步地，步骤S4中，所述富镱生物炭颗粒可以作为镱生产原料，也可以作为含镱材料的生产原料。
另外的，本发明还提供了所述从稀土超富集植物中回收和分离镧、钕、镱的方法在稀土超富集植物资源化利用方面的应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明一种从稀土超富集植物中回收和分离镧、钕、镱的方法，利用稀土氧化物高温条件下的相扩散原理和金属、非金属的分离理论，将超富集植物中的镧和钕以氧化物的形式提取分离出来，并生产出了富镱的生物炭原料，达到了超富集植物中稀土金属的分离及回收目的，实现了高价值资源化，整个过程绿色高效，在稀土超富集植物资源化的领域具有重要的应用价值。
附图说明
图1为本发明一种从稀土超富集植物中回收和分离镧、钕、镱的方法流程图。
图2为本发明实施例1从芒萁中回收和分离镧、钕、镱的实验SEM图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1一种从芒萁中回收和分离镧、钕、镱的方法
S1、在江西赣州某稀土尾矿砂地种植超富集植物芒萁，收集每公顷芒萁生长过程中的成熟叶片、坏死叶片，对其进行烘干处理，烘干后的植株置于剪切式破碎机中破碎，得到均匀的芒萁叶片粉末；
S2、取步骤S1所得芒萁叶片粉末10g进行微波消解，采用ICP-MS对叶片中的镧、钕、镱元素含量进行测定，得到镧、钕含量分别为2233ug/L、1072ug/L，按照芒萁中含有的镧钕总量：氧化镧的摩尔比1:2往剩余芒萁叶片粉末中投加粒径为20um的氧化镧粉末，震荡混合均匀，得到混合粉末；
S3、将步骤S2所得混合粉末置于真空高温炉中，设定真空高温炉的温度为920℃，真空泵压力为10Pa，加热至实际温度为900℃，反应1小时，降温冷却后收集得到残渣；
S4、将步骤S3所得残渣进行高压静电分选，得到金属粉末为镧钕复合氧化物，得到非金属粉末为富镱生物炭颗粒。
实验流程图参见图1，实验SEM图参见图2；由图2可见，镧、钕以氧化物的形式富集在植物叶片外部颗粒中，被提取出来。
计算可知，实施例1所得镧钕复合氧化物的镧、钕提取率在99％以上，复合氧化物中含有少量的锰；富镱生物炭颗粒为硅铝酸镱和生物炭颗粒的混合物，平均含镱量为6.16ug/L。
实施例2一种从美洲商陆中回收和分离镧、钕、镱的方法
S1、在江西赣州某稀土尾矿砂地种植超富集植物美洲商陆，收集每公顷美洲商陆生长过程中的成熟叶片、坏死叶片，对其进行烘干处理，烘干后的植株置于剪切式破碎机中破碎，得到均匀的美洲商陆叶片粉末；
S2、取步骤S1所得美洲商陆叶片粉末10g进行微波消解，采用ICP-MS对叶片中的镧、钕、镱元素含量进行测定，得到镧、钕含量分别为2085ug/L、1264ug/L，按照美洲商陆中含有的镧钕总量：氧化镧的摩尔比1:2往剩余美洲商陆叶片粉末中投加粒径为20um的氧化镧粉末，震荡混合均匀，得到混合粉末；
S3、将步骤S2所得混合粉末置于真空高温炉中，设定真空高温炉的温度为900℃，真空泵压力为100Pa，加热至实际温度为900℃，反应1小时，降温冷却后收集得到残渣；
S4、将步骤S3所得残渣进行高压静电分选，得到金属粉末为镧钕复合氧化物，得到非金属粉末为富镱生物炭颗粒。
计算可知，实施例2所得镧钕复合氧化物的镧、钕提取率在99％以上，复合氧化物中含有少量的锰；富镱生物炭颗粒为硅铝酸镱和生物炭颗粒的混合物，平均含镱量为5.67ug/L。
实施例3一种从单叶新月蕨中回收和分离镧、钕、镱的方法
S1、在江西赣州某稀土尾矿砂地种植超富集植物单叶新月蕨，收集每公顷单叶新月蕨生长过程中的成熟叶片、坏死叶片，对其进行烘干处理，烘干后的植株置于剪切式破碎机中破碎，得到均匀的单叶新月蕨叶片粉末；
S2、取步骤S1所得单叶新月蕨叶片粉末10g进行微波消解，采用ICP-MS对叶片中的镧、钕、镱元素含量进行测定，得到镧、钕含量分别为1854ug/L、976ug/L，按照单叶新月蕨中含有的镧钕总量：氧化镧的摩尔比1:2往剩余单叶新月蕨叶片粉末中投加粒径为20um的氧化镧粉末，震荡混合均匀，得到混合粉末；
S3、将步骤S2所得混合粉末置于真空高温炉中，设定真空高温炉的温度为950℃，真空泵压力为50Pa，加热至实际温度为950℃，反应1小时，降温冷却后收集得到残渣；
S4、将步骤S3所得残渣进行高压静电分选，得到金属粉末为镧钕复合氧化物，得到非金属粉末为富镱生物炭颗粒。
计算可知，实施例3所得镧钕复合氧化物的镧、钕提取率在99％以上，复合氧化物中含有少量的锰；富镱生物炭颗粒为硅铝酸镱和生物炭颗粒的混合物，平均含镱量为5.09ug/L。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种从稀土超富集植物中回收和分离镧、钕、镱的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、将稀土超富集植物干燥粉碎，得到均匀的稀土超富集植物粉末；
S2、测定步骤S1所得稀土超富集植物粉末中镧、钕、镱元素的含量，添加稀土氧化物粉末，混合均匀，得到混合粉末；
S3、将步骤S2所得混合粉末在900～950℃，真空条件下反应完全，降温冷却后收集得到残渣；
S4、将步骤S3所得残渣进行高压静电分选，得到镧钕复合氧化物和富镱生物炭颗粒；
步骤S2中，所述稀土氧化物为氧化镧。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述稀土超富集植物为芒萁、美洲商陆、山核桃或单叶新月蕨。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S2中，所述稀土氧化物的粒径为5～30μm。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，步骤S2中，所述稀土氧化物的粒径为5～20μm。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S2中，所述稀土超富集植物粉末中含有的镧钕总量与稀土氧化物的摩尔比为1:(2-3)。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S2中，所述测定方法为微波消解ICP-MS。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S3中，所述真空的压力10～100Pa。
8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S3中，所述反应时间不低于20min。
9.权利要求1～8任一所述从稀土超富集植物中回收和分离镧、钕、镱的方法在稀土超富集植物资源化利用方面的应用。
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