CN114774718B - 一种亚熔盐法回收稀土熔盐电解渣中稀土元素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于稀土二次资源回收及再生利用技术领域，提供了一种亚熔盐法回收稀土熔盐电解渣中稀土元素的方法，包括如下步骤：S1、采用亚熔盐法处理稀土熔盐电解渣，得到碱性溶液和反应渣；S2、对反应渣进行酸浸得到浸出液；S3、浸出液经过除杂、沉淀得到稀土盐沉淀；S4、稀土盐沉淀经过焙烧得到稀土氧化物。本发明针对稀土熔盐电解渣中稀土元素化学回收工艺存在技术问题，利用亚熔盐介质具有的高化学反应活性，采用亚熔盐法回收稀土熔盐电解渣中的稀土元素，具有可操作性强、工艺简单、成本低廉、反应温度低、不会造成二次污染等优点，实现了稀土熔盐电解渣中稀土元素的高效回收利用。
Description
技术领域
本发明属于稀土二次资源回收及再生利用技术领域，具体涉及一种亚熔盐法回收稀土熔盐电解渣中稀土元素的方法。
背景技术
稀土元素是重要的战略资源，当今世界每六项新技术、新材料的发明和发现就有一项离不开稀土元素，这也造成了稀土元素需求量的不断增加。如何保持稀土资源的长期稳定供给，满足高新技术产业发展对稀土元素不断增长的需求，是稀土行业必须面对的问题。合理开发利用稀土废弃物中的稀土元素是节约稀土资源，实现稀土产业绿色发展、可持续发展的有效途径。
目前，从废弃永磁体和荧光材料等含稀土固体中回收的稀土元素在价值方面已累计占稀土市场份额的80％以上。但当前国内和国际对稀土固废的回收利用方法均存在一定的弊端，归纳为：降级使用、协同回收率低、二次资源污染严重、缺乏关键的技术及机理研究等，需要研究高效、清洁的稀土二次资源预处理和稀土提取技术。
熔盐电解工艺是稀土金属的常用方法，在稀土金属生产过程中，各种非稀土杂质会在电解槽内不断累积，致使电解质体系条件恶化，使稀土电解过程无法正常进行，同时稀土元素也会在废电解质中不断富集，从而形成稀土熔盐电解渣。采用熔盐电解法生产稀土金属时稀土的回收率通常低于95％，损失的稀土绝大部分进入熔盐电解渣中。目前，我国每年稀土冶炼分离产品指标约为10 万t(以稀土氧化物计)，据此估算，每年因稀土冶炼损失约5000t的稀土氧化物，若能有效回收和再利用这些稀土元素，不仅能减少原生稀土矿的开采，还能建立稀土循环利用产业链，极大地提高稀土资源的有效利用率，实现稀土产业的“实现绿色发展、可持续发展”。
氟化物体系稀土熔盐电解渣中含有10～80％的稀土氧化物，稀土主要以氟化稀土、氧化稀土、氟氧化稀土的形式存在。目前通常采用酸/碱浸法、焙烧法回收其中的稀土元素，如肖勇等采用盐酸处理稀土熔盐渣，将氟化稀土和氧化稀土分离后得到氧化稀土产品，但难以对酸溶后的氟化稀土进行深度除杂；刘志勇等用盐酸+硝酸浸出稀土熔盐电解渣，经洗涤和压滤可获得REF3产品，再通过萃取、沉淀和焙烧得到RE2O3产品；陈冬英等采用NaOH溶液加压浸出，再经酸溶、沉淀、灼烧工艺可得到稀土氧化物产品，稀土的回收率达到90％，但存在流程长、能耗高等缺点；黎勇康等利用NaOH焙烧-HCl优溶法回收稀土熔盐电解渣中的稀土元素，REF3生成RE2O3和NaF，可实现氟化稀土的转型；林剑等采用Ca(OH)2焙烧-酸浸法处理稀土熔盐渣，焙烧得到的CaF2和氧化稀土可用酸溶分离；杨幼明等通过碳酸钠焙烧稀土熔盐电解渣，可以有效地回收熔盐渣中的稀土元素；梁勇等利用水玻璃焙烧技术将氟化稀土转化为易被酸浸出的硅酸稀土，稀土的浸出率可达99％。焙烧工艺虽然可取得到较高的稀土回收率，但反应温度均在600℃以上，需要消耗大量的能量，且焙烧过程产生的有毒有害气体会污染环境，急需开发更加绿色、低碳的处理技术实现稀土熔盐电解渣中稀土元素的高效浸出。
发明内容
针对现有技术的不足，提供一种亚熔盐法回收稀土熔盐电解渣中稀土元素的方法，选取钢针作为基底材料，针对稀土熔盐电解渣组成复杂，碱熔、焙烧等传统回收工艺有价元素协同回收率低、流程长、能量消耗大、易造成二次污染等问题，本发明利用亚熔盐非常规介质提供的高化学反应活性和高活度活性氧离子实现稀土熔盐电解渣的物相转化并回收其中的稀土元素，以降低能量消耗、提高稀土元素的回收率，实现稀土熔盐电解渣中稀土元素的绿色、低碳、高效浸出。
本发明的目的是提供一种亚熔盐法回收稀土熔盐电解渣中稀土元素的方法，包括如下步骤：
S1、向稀土熔盐电解渣中加入亚熔盐介质混合均匀，120～300℃反应得到反应产物，然后进行水洗，进行固液分离得到亚熔盐反应渣；
S2、将S1得到的亚熔盐反应渣中加入浸出剂进行酸浸，然后过滤得到浸出液；
S3、将S2得到的浸出液进行除杂、过滤得到除杂液后加入沉淀剂进行沉淀，过滤、干燥得到稀土盐沉淀；
S4、将S3得到的稀土盐沉淀进行焙烧得到混合稀土氧化物。
优选的，S1中，所述稀土熔盐电解渣为氟化物体系熔盐电解工艺生产稀土金属时，各种非稀土杂质和稀土元素在电解槽内不断累积形成的稀土熔盐电解渣。
优选的，S1中，所述亚熔盐介质为碱水混合溶液，所述亚熔盐介质的质量浓度为50～80％；所述稀土熔盐电解渣与亚熔盐介质中碱的质量比为1：4～20。
优选的，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、过氧化纳一种或几种。
优选的，S1中，所述反应的时间为1～6h。
优选的，S1中，所述水洗过程中，水洗终点为得到的反应渣不含氟元素。
优选的，S2中，所述浸出剂与反应渣液固比为7.5～12.5mL：1g，浸出剂为浓度2～8mol/L的盐酸、硫酸、硝酸溶液的一种或几种。
优选的，S3中，所述除杂的方式为先加入氨水调整体系的pH至4.5，然后加入浓度为0.1～0.6mol/L硫化钠溶液，硫酸钠溶液与浸出液的体积比为1～10： 7.5～12.5。
优选的，S3中，所述沉淀剂与浸出液的体积比为30～40：7.5～12.5，沉淀剂为质量分数为20％的碳酸钠或碳酸氢钠溶液、饱和草酸的一种或几种；
沉淀的方法为：将沉淀剂加入到除杂液中，40～90℃下保温1～2h。
优选的，S4中，所述焙烧的温度为800～1000℃，时间为1～2h。
与现有技术相比其有益效果在于：
1、本发明本发明采用亚熔盐法回收稀土熔盐电解渣中的稀土元素，绿色、低碳、稀土回收率高。针对现有技术易造成大量的能量消耗以及环境的二次污染的问题，提供了一种利用亚熔盐介质的高反应活性获得的反应促进效果实现稀土熔盐电解渣中稀土元素的高效回收。本发明具有环境友好、工艺设备简单、稀土回收率高等优点，可实现稀土熔盐电解渣中稀土元素的循环利用，为稀土熔盐电解渣中稀土元素的回收与循环利用提供理论参考。
2、本发明所用亚熔盐介质为含水量小于50％的多元盐/碱体系，具有沸点高、蒸气压低、流动性能好等优良的理化性质和活度系数高、反应活性高、分离性能可调的反应分离性能；亚熔盐介质中大量赋存的活性氧组分是其高化学反应活性的核心，介质中的活性氧可在矿物表面的O发生同质取代，引起晶格畸变，逐渐破坏矿物结构，从而实现矿物颗粒中有用元素的浸出。亚熔盐介质可提供高的化学反应活性、高活度的负氧离子，与传统焙烧、碱熔过程相比亚熔盐介质具有明显的热力学优势以及优越的动力学性能，且亚熔盐介质可循环使用，利用率高。
附图说明
图1为本发明的工艺流程路线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围，除非另有特别说明，本发明以下各实施例中用到的各种原料、试剂、仪器和设备均可通过市场购买得到或者通过现有方法制备得到。
实施例1
一种亚熔盐法回收稀土熔盐电解渣中稀土元素的方法，工艺流程如图1所示，包括如下步骤：
某稀土熔盐电解渣中含有Pr、Nd、Sm、Yb四中稀土元素，其含量分别为 13.07％、46.83％、0.29％、0.14％。
S1、取上述稀土熔盐电解渣10g，加入由40g氢氧化钠+10g水配置而成的氢氧化钠亚熔盐介质混合均匀，并置于高压反应釜中，在180℃下反应3h，得到反应产物，反应产物加200mL水冲洗过滤，过滤渣再加200mL水冲洗过滤，重复3次，进行固液得到碱性溶液和亚熔盐反应渣；
S2、向S1得到的反应渣中加入4mol/L的盐酸溶液进行浸出，反应渣与盐酸溶液的液固比为1g:7.5mL，反应温度为40℃、反应时间2h，反应结束后过滤得到浸出液和浸出渣；
S3、向S2得到的浸出液中加入氨水调整体系的pH为4.5，然后加入0.2mol/L 的硫化钠溶液2mL进行除杂，过滤得到除杂液后加入饱和草酸溶液30mL，保持沉淀温度90℃、沉淀时间1h，然后过滤得到稀土草酸盐沉淀；
S4、将S3得到的稀土草酸盐沉淀在1000℃下焙烧2h得到混合稀土氧化物。
实施例2
一种亚熔盐法回收稀土熔盐电解渣中稀土元素的方法，工艺流程如图1所示，包括如下步骤：
来自赣州某稀土冶炼厂的稀土熔盐电解渣，稀土氧化物占比77.4％，其中 La2O3、CeO2占比分别为99.61％和0.25％。
S1、取上述稀土熔盐电解渣15g，加入由由20g氢氧化钠+20氢氧化钾+10g 水配置而成的氢氧化钠+氢氧化钾亚熔盐介质混合均匀，并置于高压反应釜中，在200℃下反应4h，得到反应产物，反应产物加300mL水冲洗过滤，过滤渣再加300mL水冲洗过滤，重复3次，进行固液得到碱性溶液和亚熔盐反应渣；
S2、向S1得到的反应渣中加入8mol/L的盐酸溶液进行浸出，反应渣与盐酸溶液的固比为1g:12.5mL，反应温度为50℃、反应时间3h，反应结束后过滤得到浸出液和浸出渣；
S3、向S2得到的浸出液中加入氨水调整体系的pH为4.5，然后加入0.2mol/L 的硫化钠溶液1mL进行除杂，过滤得到除杂液后加入饱和草酸溶液40mL，保持沉淀温度50℃、沉淀时间1.5h，然后过滤得到稀土草酸盐沉淀；
S4、将S3得到的稀土草酸盐沉淀在800℃下焙烧1.5h得到混合稀土氧化物。
实施例3
一种亚熔盐法回收稀土熔盐电解渣中稀土元素的方法，工艺流程如图1所示，包括如下步骤：
来自江西某稀土冶炼厂冶炼厂的稀土熔盐电解渣，稀土氧化物含量38.62％，其中La2O3、Pr6O11、Nd2O3、Gd2O3占比分别为15.05％、12.62％、64.42％和4.58％。
S1、取上述稀土熔盐电解渣10g，加入由30g氢氧化钠+20过氧华纳+15g 水配置而成的氢氧化钠+氢氧化钾亚熔盐介质混合均匀，并置于高压反应釜中，在200℃下反应5h，得到反应产物，反应产物加250mL水冲洗过滤，过滤渣再加250mL水冲洗过滤，重复3次，进行固液得到碱性溶液和亚熔盐反应渣；
S2、向S1得到的反应渣中加入6mol/L的盐酸溶液进行浸出，反应渣与盐酸溶液的液固比为1g:10mL，反应温度为60℃、反应时间2h，反应结束后过滤得到浸出液和浸出渣；
S3、向S2得到的浸出液中加入氨水调整体系的pH为4.5，然后加入0.2mol/L 的硫化钠溶液2mL进行除杂，过滤得到除杂液后加入饱和草酸溶液35mL，保持沉淀温度40℃、沉淀时间2h，然后过滤得到稀土草酸盐沉淀；
S4、将S3得到的稀土草酸盐沉淀在800℃下焙烧2h得到混合稀土氧化物。
将实施例1-3得到混合稀土氧化物进行进行检测分析，如表1所示。
表1混合稀土氧化物的产品质量
| 稀土氧化物品位总含量(％) | 稀土元素的回收率(％) | |
| 实施例1 | 99.593 | 91.82 |
| 实施例2 | 99.63 | 93.82 |
| 实施例3 | 99.13 | 94.44 |
从表1可以看出，本发明实施例1-3得到的稀土氧化物品位总含量在99％以上，稀土元素的回收率达到了91％以上，稀土及稀土元素回收率高，本发明具有环境友好、工艺设备简单、稀土回收率高等优点，可实现稀土熔盐电解渣中稀土元素的循环利用，且亚熔盐介质可循环使用，利用率高。
需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种亚熔盐法回收稀土熔盐电解渣中稀土元素的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、向稀土熔盐电解渣中加入亚熔盐介质混合均匀，120~300℃反应得到反应产物，然后进行水洗，进行固液分离得到亚熔盐反应渣；
所述亚熔盐介质为碱水混合溶液，所述亚熔盐介质的质量浓度为50~80%；所述稀土熔盐电解渣与亚熔盐介质中碱的质量比为1：4~20；
所述反应的时间为1~6h；
S2、向S1得到的亚熔盐反应渣中加入浸出剂进行酸浸，然后过滤得到浸出液；
所述浸出剂与反应渣液固比为7.5~12.5mL：1g，浸出剂为浓度2~8mol/L的盐酸、硫酸、硝酸溶液的一种或多种；
S3、将S2得到的浸出液进行除杂、过滤得到除杂液后加入沉淀剂进行沉淀，过滤、干燥得到稀土盐沉淀；
所述除杂的方式为先加入氨水调整体系的pH至4.5，然后加入浓度为0.1~0.6mol/L的硫化钠溶液，硫化钠溶液与浸出液的体积比为1~10：7.5~12.5；
所述沉淀剂与除杂液的体积比为30~40：7.5~12.5，沉淀剂为质量分数为20%的碳酸钠或碳酸氢钠溶液、饱和草酸溶液的一种或多种；
沉淀的方法为：将沉淀剂加入到除杂液中，40~90℃下保温1~2h；
S4、将S3得到的稀土盐沉淀进行焙烧得到混合稀土氧化物；
所述焙烧的温度为800~1000℃，时间为1~2h。
2.根据权利要求1所述的亚熔盐法回收稀土熔盐电解渣中稀土元素的方法，其特征在于，S1中，所述稀土熔盐电解渣为氟化物体系熔盐电解工艺生产稀土金属时，各种非稀土杂质和稀土元素在电解槽内累积形成的稀土熔盐电解渣。
3.根据权利要求1所述的亚熔盐法回收稀土熔盐电解渣中稀土元素的方法，其特征在于，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、过氧化钠中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的亚熔盐法回收稀土熔盐电解渣中稀土元素的方法，其特征在于，S1中，所述水洗过程中，水洗终点为得到的反应渣不含氟元素。
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