CN114250364A

CN114250364A - 一种用玻璃抛光废渣压坯烧结技术制备磨盘用稀土抛光粉的方法

Info

Publication number: CN114250364A
Application number: CN202111602691.9A
Authority: CN
Inventors: 罗浩宁
Original assignee: Gansu Jinyang High Tech Material Co ltd
Current assignee: Gansu Jinyang High Tech Material Co ltd
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2021-12-24
Publication date: 2022-03-29

Abstract

本发明涉及废渣再利用技术领域，具体涉及一种用玻璃抛光废渣压坯烧结技术制备磨盘用稀土抛光粉的方法，包括如下步骤：调浆、过滤、湿法球磨、气浮除杂、多级曝气、升温搅拌、压滤、重结晶、离心分离、蒸馏、精馏、调浆洗涤、烘干、压坯、烧结和破碎、分级、混料包装；本发明是采用了压坯烧结技术使抛光废渣中的细小颗粒再次紧密团聚在一起，通过煅烧使各细小颗粒之间发生固相反应，氟元素在颗粒间迁移形成新的氟氧化物，由于颗粒的紧密接触限制了晶粒的球形化，从而形成了多个非球形结合面，使得再生的抛光粉团聚颗粒的棱角又增加了，同时提升了再生抛光粉的团聚强度。

Description

一种用玻璃抛光废渣压坯烧结技术制备磨盘用稀土抛光粉的方法

技术领域

本发明涉及废渣再利用技术领域，具体涉及一种用玻璃抛光废渣压坯烧结技术制备磨盘用稀土抛光粉的方法。

背景技术

近年来，随着触屏、液晶显示器等电子电气设备领域的快速发展，对玻璃基板的表面质量和抛光精度要求也越来越严格。与ZrO₂、Al₂O₃等传统表面研磨材料相比，稀土抛光粉具有粒度细、化学活性好、研磨能力强和使用寿命长等优点，被广泛应用于光学玻璃零件、眼镜片、平板玻璃等制品的抛光。稀土抛光粉的大量应用，导致了我国玻璃抛光废渣的产生量也逐年增加，相关数据表明，我国玻璃抛光废渣的年产生量超过10万吨。因稀土抛光粉中主要稀土元素为镧及铈，这两个元素在稀土矿中含量最大，市场价格低廉，所以稀土分离企业不愿意将抛光废渣进行回收再生。玻璃抛光厂家随着企业的运行开始堆存大量玻璃抛光废渣，不仅浪费大量资源而且容易引起存储期间的泄露污染。对玻璃抛光废渣进行回收再生，形成稀土抛光粉的资源循环利用，不仅可以大幅降低用户的堆存成本，又可消除废渣堆存的环境风险，实现对我国稀土资源的高效率用，具有迫切的市场需求和巨大的社会经济效益。

专利CN109022796A公开了一种采用盐酸作为浸出溶液，活性炭、污泥碳或碳纤维等为还原剂，选择萤石、冰晶石或NaF为催化剂，联合浸出废稀土抛光粉中稀土的方法。中国专利CN102659559A中采用浓硫酸提取废稀土抛光粉中稀土，得到硫酸镧铈浸出液，再采用草酸沉淀浸出液回收草酸镧铈。专利CN103103361A公开了一种用碱焙烧处理废稀土抛光粉，再经水洗、酸浸、洗涤、草酸沉淀和高温煅烧制备稀土氧化物的方法。专利CN112725623A公开了一种酸浸-碱熔-二次酸浸联合提取废稀土抛光粉中稀土，再进行沉淀氟化等工序获得稀土抛光粉的方法。专利CN104946895B公开了一种将废稀土抛光粉富集后采用传统低温硫酸焙烧+萃取法获得稀土化合物的方法。此类方法均依托传统的稀土冶炼工艺，将抛光废渣作为稀土精矿使用，需要将所含的所有稀土元素进行溶解浸出，再进行稀土化合物的提取制备。这类方法具有生产成本高，所制备的稀土化合物成本相比使用稀土精矿成本上升30%左右，推广性差。

专利CN104371555B公开了一种将废稀土抛光粉使用过氧化氢及硝酸溶解其中的铈元素，再过滤沉淀制备纳米氧化铈抛光粉的方法。专利CN108359408A 公开了一种使用浮选除杂，酸溶除杂，旋流分级等工序提取废抛光粉中有效颗粒的方法。专利CN104371555B在制备过程中未对钙镁等非稀土杂质进行脱除，所制备的氧化铈精密抛光粉会在玻璃表面形成大量划伤影响使用。专利CN108359408A仅仅是将抛光废渣中的为参与研磨的组分进行了简单的物理提取，颗粒表面所吸附的杂质成分会影响再生粉体的化学活性，同时还容易夹带硬质颗粒造成划伤。此类方法为提取抛光废渣中的部分稀土元素，无法实现稀土元素的高效回收利用，同时制备的再生抛光粉质量具有局限性，无法满足日益提高的质量要求。

专利CN107099254A公开了一种通将废抛光粉煅烧去除有机物，再经酸溶除杂，球磨、烘干、煅烧、磨筛等工序获得再生稀土抛光粉的方法。专利CN102391833B公开了一种将废稀土抛光粉重选富集，再经酸溶除杂，煅烧粉碎获得再生稀土抛光粉的方法。专利CN1246407C公开了一种使用碱除杂，再进行煅烧、球磨等工序获得再生稀土抛光粉的方法。此类方法制备的再生稀土抛光粉均聚有颗粒细小，松装密度小，浸润性差，抛光速度慢，使用寿命短等特点，仅通过普通的高温煅烧无法没有解决磨后抛光粉的颗粒二次团聚，更容易形成球状松散团聚体，颗粒团聚硬度无法满足抛光要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有生产过程中的上述技术问题,提供一种用玻璃抛光废渣压坯烧结技术制备磨盘用稀土抛光粉的方法。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种用玻璃抛光废渣颗粒再生技术制备磨盘用稀土抛光粉的方法，其特征在于，主要包含以下步骤：

步骤（1）：调浆，将抛光废渣使用洗涤回用水及自来水进行调浆，浆料固含量为35-50%；

步骤（2）：过滤，浆料通过200目筛网过滤，去大块除机械杂质；

步骤（3）：湿法球磨，将浆料通过球磨机充分解聚，暴露颗粒新鲜面及包裹的杂质；

步骤（4）：气浮除杂，向浆料中加入氢氧化钠及发泡剂，氢氧化钠加入量为浆料含水量的25-30%，加入浆料含水量的0.05-0.1%的发泡剂，通过气泡发生器向浆料中鼓入压缩空气，将上浮的杂质泡沫收集后加入有机硅消泡剂，形成的浆料过滤除去有机杂质及部分钙离子；

步骤（5）：多级曝气，通过多级曝气使过量的的发泡剂充分上浮，形成的泡沫与步骤（4）产生的泡沫一并处理；

步骤（6）：升温搅拌，通过蒸汽加热浆料使浆料温度达到60℃以上，搅拌3h使浆料中所含有的氧化硅、氧化铝等杂质充分溶解；

步骤（7）：压滤，将溶解后的浆料压滤脱水，滤饼进入调浆洗涤工序，清液进入除杂回收碱液工序；

步骤（8）：重结晶，将步骤（7）产生的清液与步骤（4）产生的清液混合，向该混合液中加入工业乙醇，所加入工业乙醇体积为混合液体积的3-6倍，使硅酸钠及偏铝酸钠在乙醇溶液中析出；

步骤（9）：离心分离，将含有硅酸钠及偏铝酸钠的乙醇悬浊液进行离心分离，所产出的重质即为土木工程用堵漏剂；

步骤（10）：蒸馏，将步骤（9）所产生的轻质进行蒸馏，获得浓碱液及含水乙醇，浓碱液回用至步骤（4）气浮除杂工序，副产热水回用至步骤（12）调浆洗涤工序；

步骤（11）：精馏，含水乙醇经精馏获得工业乙醇回用至步骤（8）重结晶工序，副产热水回用至步骤（12）调浆洗涤工序；

步骤（12）：调浆洗涤，将步骤（7）产出的滤饼使用步骤（10）、步骤（11）回收热水及补充水调浆，充分搅拌后进行压滤，该过程可重复进行直至浆料钠离子浓度低于8g/L，所产出清液回用至步骤（1）调浆工序；

步骤（13）：烘干，将步骤（12）获得的滤饼进行烘干，将物料在400-600℃将物料烘干至含水率4-8%；

步骤（14）：压坯，将步骤（13）产出的烘干物料放入压片机进行压制，坯料直径不大于15mm，厚度不大于10mm，压制后坯料密度大于5.2g/cm³；

步骤（15）：烧结，将步骤（14）压制好的坯料小心转移至坩埚中，在1000-1150℃下煅烧6-8h；

步骤（16）：破碎、分级、混料包装，将步骤（15）烧结后坯料进行破碎、分级、混料包装获得磨盘用稀土抛光粉。

本发明是采用了压坯烧结技术使抛光废渣中的细小颗粒再次紧密团聚在一起，通过煅烧使各细小颗粒之间发生固相反应，氟元素在颗粒间迁移形成新的氟氧化物，由于颗粒的紧密接触限制了晶粒的球形化，从而形成了多个非球形结合面，使得再生的抛光粉团聚颗粒的棱角又增加了，同时提升了再生抛光粉的团聚强度。

由于磨盘用稀土抛光粉物理研磨作用占主导，表面质量要求低，要求稀土抛光粉具有更高的团聚精度，本发明中保留了抛光废渣中的钙、镁、铁元素，利用钙镁氧化物降低抛光粉的熔点，在较低温度下可以快速获得强团聚体，留存的铁元素可以使粉体呈现淡红色，降低磨盘制作过程中的氧化铁加入量。

使用氢氧化钠调节溶液密度，使用气泡发生器向浆料中鼓泡，发泡剂中的BAPTA-4Na与溶液中的钙离子形成配合物获得大分子量亲油端，促进氢氧化钙不断向水中溶解去除，AMS使有机质及分子亲油端吸附在气泡表面上浮，通过静置实现轻、重质的分离，氢氧化钠溶液相对密度要求大于1.25，氢氧化钠质量分数为25%时相对密度约1.27，同时为了控制成本降低体系粘度，氢氧化钠质量分数不超过30%。最后通过多级曝气去除多余的发泡剂，降低后续工序操作难度。

在消泡槽所加入的消泡剂为有机硅消泡剂，在消泡的同时快速分解形成相应的有机物及二氧化硅，共同吸附在有机杂质表面一同脱除。

根据氧化硅及氧化铝溶与高温碱液反应形成可溶性硅酸钠及偏铝酸钠，而形成的稀土化合物不溶于水的原理，将抛光废渣中的氧化硅及氧化铝进行溶解去除。

利用氢氧化钠可溶于乙醇，硅酸钠及偏铝酸钠不溶于乙醇的原理，使硅酸钠及偏铝酸钠在乙醇体系中析出，离心分离后蒸馏，实现氢氧化钠的回收利用，降低生产成本。同时利用乙醇精馏技术实现乙醇的循环利用。离心产出的硅酸钠及偏铝酸钠混合物可作为土木工程堵漏剂使用。

洁净物料烘干后水分控制在4-8%，水分过多会影响坯料烧结强度，水分过少会使坯料压制后容易破碎，不利于煅烧转运。

坯料直径不大于15mm，厚度不大于10mm，小坯料堆积时会形成大量间隙，有利于热空气在坯料中间流动，有利于煅烧时物料均匀反应。坯料尺寸过大会影响粉体煅烧均匀性，使坯料表面粉体强度高，内部粉体强度低。压制后坯料密度大于5.2g/cm³，以保证所有颗粒能够相互紧密接触，为煅烧过程的固相反应提供条件。

紧密接触的细小粒子在高温作用下发生固相反应颗粒中的氟元素在颗粒间迁移形成氟氧化镧，同时氧化钙、氧化镁等碱金属氧化物的存在降低了颗粒熔点，使颗粒在表面形成熔融层，通过化学键的作用将细小颗粒粘结成紧密的团聚体。

通过破碎使紧密结合的团聚体解碎，形成新鲜的破碎棱角，恢复再生稀土抛光粉的物理抛光作用。

本发明具有以下有益效果：本发明方法可以将抛光废渣中的有效元素高效回收，稀土元素回收率可达93%以上，在生产过程不需再次补充氟元素，降低了再生粉体的成本，所产出的再生稀土抛光粉能够满足磨盘抛光对粉体高速、牢固的特殊要求。

附图说明

为了更加清晰的理解本发明，通过结合说明书附图与示意性实施例，进一步介绍本公开，附图与实施例是用来解释说明，并不构成对公开的限定。

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明实施例1中稀土抛光粉电镜图片；

图3为本发明实施例2中稀土抛光粉电镜图片；

图4为本发明实施例3中稀土抛光粉电镜图片；

图5为本发明实施例4中稀土抛光粉电镜图片。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例1中的稀土抛光粉废渣主要成分如表1所示。

表

一种用玻璃抛光废渣颗粒再生技术制备磨盘用稀土抛光粉的方法，主要包含以下步骤：

步骤（1）：调浆，将抛光废渣使用洗涤回用水及自来水进行调浆，浆料固含量为35%；

步骤（4）：气浮除杂，向浆料中加入氢氧化钠及发泡剂，氢氧化钠加入量为浆料含水量的25%，加入浆料含水量的0.05%的发泡剂，通过气泡发生器向浆料中鼓入压缩空气，通过气泡加速杂质的上浮，将上浮的有机杂质泡沫收集后加入有机硅消泡剂，形成的浆料过滤除去有机杂质及部分钙；

步骤（5）：多级曝气，通过多级曝气使过量的的发泡剂充分上浮，形成的泡沫与（4）产生的泡沫一并处理；

步骤（6）：升温搅拌，通过蒸汽加热浆料使浆料温度达到65℃，搅拌3h使浆料中所含有的氧化硅、氧化铝等杂质充分溶解；

步骤（8）：重结晶，将步骤（7）产生的清液与步骤（4）产生的清液混合，向该混合液中加入工业乙醇，所加入乙醇体积为混合液体积的3倍，使硅酸钠及偏铝酸钠在乙醇溶液中析出；

步骤（12）：调浆洗涤，将步骤（7）产出的滤饼使用步骤（10）、步骤（11）回收热水及补充水调浆，充分搅拌后进行压滤，该过程可重复进行直至浆料钠离子浓度为7.1g/L，所产出清液回用至（1）调浆工序；

步骤（13）：烘干，将步骤（12）获得的滤饼进行烘干，将物料在400℃将物料烘干至含水率8%；

步骤（14）：压坯，将（13）产出的烘干物料放入压片机进行压制，坯料直径为15mm，厚度为10mm，压制后坯料密度为5.3g/cm3；

步骤（15）：烧结，将（14）压制好的坯料小心转移至坩埚中，在1000℃下煅烧6h；

步骤（16）：破碎、分级、混料包装，将（15）烧结后坯料进行破碎、分级、混料包装获得磨盘用稀土抛光粉。

本实施例1中抛光废渣稀土元素回收率93.1%，产出的稀土抛光粉如下表2：

表 2

本实施例1制备的稀土抛光粉电镜图片见附图2。

实施例2

本实施例2中的稀土抛光粉废渣主要成分如表3所示。

表 3

步骤（1）：调浆，将抛光废渣使用洗涤回用水及自来水进行调浆，浆料固含量为50%；

步骤（4）：气浮除杂，向浆料中加入氢氧化钠及发泡剂，氢氧化钠加入量为浆料含水量的30%，加入浆料含水量的0.1%的发泡剂，通过气泡发生器向浆料中鼓入压缩空气，通过气泡加速杂质的上浮，将上浮的有机杂质泡沫收集后加入有机硅消泡剂，形成的浆料过滤除去有机杂质及部分钙；

步骤（6）：升温搅拌，通过蒸汽加热浆料使浆料温度达到70℃，搅拌3h使浆料中所含有的氧化硅、氧化铝等杂质充分溶解；

步骤（8）：重结晶，将步骤（7）产生的清液与步骤（4）产生的清液混合，向该混合液中加入工业乙醇，所加入乙醇体积为混合液体积的6倍，使硅酸钠及偏铝酸钠在乙醇溶液中析出；

步骤（13）：烘干，将步骤（12）获得的滤饼进行烘干，将物料在600℃将物料烘干至含水率4%；

步骤（14）：压坯，将（13）产出的烘干物料放入压片机进行压制，坯料直径为15mm，厚度为10mm，压制后坯料密度为5.4g/cm3；

步骤（15）：烧结，将（14）压制好的坯料小心转移至坩埚中，在1150℃下煅烧6h；

本实施例2中抛光废渣稀土元素回收率93.62%，产出的稀土抛光粉如下表4：

表 4

本实施例2制备的稀土抛光粉电镜图片见附图3。

实施例3

本实施例3中的稀土抛光粉废渣主要成分如表5所示。

表 5

步骤（13）：烘干，将步骤（12）获得的滤饼进行烘干，将物料在600℃将物料烘干至含水率4.2%；

步骤（15）：烧结，将（14）压制好的坯料小心转移至坩埚中，在1150℃下煅烧8h；

本实施例3中抛光废渣稀土元素回收率93.94%，产出的稀土抛光粉如下表6：

表 6

本实施例3制备的稀土抛光粉电镜图片见附图4。

实施例4

本实施例4中的稀土抛光粉废渣主要成分如表7所示。

表 7

步骤（1）：调浆，将抛光废渣使用洗涤回用水及自来水进行调浆，浆料固含量为40%；

步骤（4）：气浮除杂，向浆料中加入氢氧化钠及发泡剂，氢氧化钠加入量为浆料含水量的28%，加入浆料含水量的0.8%的发泡剂，通过气泡发生器向浆料中鼓入压缩空气，通过气泡加速杂质的上浮，将上浮的有机杂质泡沫收集后加入有机硅消泡剂，形成的浆料过滤除去有机杂质及部分钙；

步骤（13）：烘干，将步骤（12）获得的滤饼进行烘干，将物料在400℃将物料烘干至含水率7.5%；

步骤（14）：压坯，将（13）产出的烘干物料放入压片机进行压制，坯料直径为15mm，厚度为10mm，压制后坯料密度为5.28g/cm3；

步骤（15）：烧结，将（14）压制好的坯料小心转移至坩埚中，在1000℃下煅烧8h；

本实施例4中抛光废渣稀土元素回收率93.16%，产出的稀土抛光粉如下表8：

表 8

本实施例4制备的稀土抛光粉电镜图片见附图5。

使用MS3000激光粒度仪进行粒度测试，使用表9所示抛光参数模拟磨盘抛光，进行抛光速度测试：

表 9

抛光速度数据如表10

表 10

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种用玻璃抛光废渣颗粒再生技术制备磨盘用稀土抛光粉的方法，其特征在于，主要包含以下步骤：

步骤（1）：调浆，将抛光废渣使用洗涤回用水及自来水进行调浆；

步骤（4）：气浮除杂，向浆料中加入氢氧化钠及发泡剂，通过气泡发生器向浆料中鼓入压缩空气，将上浮的杂质泡沫收集后加入有机硅消泡剂，形成的浆料过滤除去有机杂质及部分钙离子；

步骤（6）：升温搅拌，通过蒸汽加热浆料，搅拌3h使浆料中所含有的氧化硅、氧化铝等杂质充分溶解；

步骤（8）：重结晶，将步骤（7）产生的清液与步骤（4）产生的清液混合，向该混合液中加入工业乙醇，使硅酸钠及偏铝酸钠在乙醇溶液中析出；

步骤（13）：烘干，将步骤（12）获得的滤饼进行烘干；

步骤（14）：压坯，将步骤（13）产出的烘干物料放入压片机进行压制，坯料直径不大于15mm，厚度不大于10mm；

步骤（15）：烧结，将步骤（14）压制好的坯料小心转移至坩埚中；

2.权利要求1所述的一种用玻璃抛光废渣压坯烧结技术制备磨盘用稀土抛光粉的方法，其特征在于：在步骤（1）中，浆料固含量为35-50%。

3.权利要求1所述的一种用玻璃抛光废渣压坯烧结技术制备磨盘用稀土抛光粉的方法，其特征在于：在步骤（4）中，氢氧化钠加入量为浆料含水量的25-30%，发泡剂加入量为浆料含水量的0.05-0.1%。

4.权利要求1所述的一种用玻璃抛光废渣压坯烧结技术制备磨盘用稀土抛光粉的方法，其特征在于：在步骤（6）中，蒸汽加热使浆料温度达到60℃以上。

5.权利要求1所述的一种用玻璃抛光废渣压坯烧结技术制备磨盘用稀土抛光粉的方法，其特征在于：在步骤（8）中，所加入工业乙醇体积为混合液体积的3-6倍。

6.权利要求1所述的一种用玻璃抛光废渣压坯烧结技术制备磨盘用稀土抛光粉的方法，其特征在于：在步骤（13）中，在温度为400-600℃时，将物料烘干至含水率为4-8%。

7.权利要求1所述的一种用玻璃抛光废渣压坯烧结技术制备磨盘用稀土抛光粉的方法，其特征在于：在步骤（14）中，压制后坯料密度大于5.2g/cm³。

8.权利要求1所述的一种用玻璃抛光废渣压坯烧结技术制备磨盘用稀土抛光粉的方法，其特征在于：在步骤（15）中，煅烧温度为1000-1150℃，煅烧时间为6-8h。