CN115072761A - 一种粉煤灰焙烧产物中提取混合稀土氧化物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种粉煤灰焙烧产物中提取混合稀土氧化物的方法，包括S1.将粉煤灰与碳酸钠混合均匀焙烧，得到焙烧产物I；S2.焙烧产物I与碳酸钙混合均匀焙烧，得到焙烧产物II；S3.焙烧产物II制粉，加入酸液搅拌，浸泡第一预设时间；S4.过滤S3中的产物，得到滤液L1和滤渣Z1，去除大部分的硅；S5.浓缩S4中的滤液L1至原体积的10%，在室温下析出常量金属盐，并过滤，得到滤液L2，滤渣Z2，滤渣Z2被配置为提取铝；S6.向滤液L2中加入酸将滤液的PH值调整至预设值，并继续添加过量的草酸，并放置第二预设时间，形成草酸稀土沉淀物；过滤得到滤液L3和草酸稀土水合物固体Z3；S7.三次焙烧草酸稀土水合物固体，得到混合稀土氧化物。

Description

一种粉煤灰焙烧产物中提取混合稀土氧化物的方法
技术领域
本发明属于粉煤灰资源回收利用技术领域，尤其涉及一种粉煤灰焙烧产物中提取混合稀土氧化物的方法。
背景技术
煤炭燃烧后，煤灰里的稀土含量可以再次富集到更高水平，甚至达到工业级水平而进行提取利用，由此可见煤炭稀土中若富集成矿，具有巨大的经济意义。研究发现，如黑岱沟煤矿煤灰中REO(即稀土元素的氧化物)均值达0.15％，哈尔乌素矿煤灰中REO均值达0.14％，官板乌素矿为0.11％，阿刀亥矿为0.98％。说明稀土元素在煤灰中显著富集，并可以达到或高于工业品位，具备工业开发潜力。
粉煤灰由于其特殊的物理、化学性质，其中的金属元素很难分离溶出，一般需对粉煤灰进行活化，实验和实践已经证明，在粉煤灰中添加活化剂进行焙烧是粉煤灰活化的有效手段，焙烧产物中的金属离子在酸浸的条件下能够达到很好的溶出效果。
虽然有学者提出了通过酸浸沉积的方法提取出了稀土，但是大多仅仅进行到用酸浸的方法，实现了稀土从粉煤灰中进入浸取液中这一步骤，专利(ZL 202110438731.4)中优选的焙烧活化方案中提出一种粉煤灰焙烧产物稀土提取的方法，但此方法提取的出的稀土混合物的成本高，效率低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种粉煤灰焙烧产物中提取混合稀土氧化物的方法，以得到较为纯净的稀土混合物，降低成本，提高工作效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种粉煤灰焙烧产物中提取混合稀土氧化物的方法，包括：
粉煤灰的预处理活化，所述预处理活化包括以下的步骤：
S1.一次焙烧：将粉煤灰与碳酸钠混合均匀，一起焙烧，得到焙烧产物I；
S2.二次焙烧：将焙烧产物I与碳酸钙混合均匀，一起焙烧，得到焙烧产物II；
一次焙烧和二次焙烧过程中的焙烧温度均为900℃-1100℃，焙烧时间均为4-5h，二次焙烧过程中碳酸钙的用量为一次焙烧过程中碳酸钠的用量的40wt％-55wt％；
还包括：
S3.所述焙烧产物II制粉，并向其内加入酸液搅拌，并浸泡第一预设时间；
S4.过滤S3中的产物，得到滤液L1和滤渣Z1，去除所述焙烧产物II中的大部分的硅；
S5.浓缩S4中的滤液L1至原体积的10％，在室温下析出常量金属盐，并过滤，得到滤液L2，滤渣Z2，所述滤渣Z2被配置为提取铝；
S6.向所述滤液L2中加入酸将滤液的PH值调整至预设值，并继续添加过量的草酸，并放置第二预设时间，形成草酸稀土沉淀物；
再次过滤，得到滤液L3和草酸稀土水合物固体Z3；
S7.三次焙烧所述草酸稀土水合物固体，得到混合稀土氧化物。
作为优选地，步骤S3中，向制粉后所述焙烧产物II中加入浓度范围值为1mol/L-2mol/L的盐酸，固液比的范围值为 100g:1200ml-100g:1800ml。
作为优选地，步骤S3中，第一预设时间为1-2h。
作为优选地，步骤S3中，向制粉后的所述焙烧产物II中加入的酸为盐酸、草酸、柠檬酸、己酸中的一种。
作为优选地，步骤S6中向滤液L2中加入浓度范围值为2mol/L-3mol/L的盐酸，调整滤液L2的PH值为1-1.5。
作为优选地，步骤S7中焙烧所述草酸稀土水合物固体的温度为 850℃-1000℃，焙烧0.8-1.5h，得到所述混合稀土氧化物。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明中将步骤 S3中焙烧产物II制粉，并加入酸液，以使焙烧产物II快速溶解，将焙烧产物II内的稀土氧化物转换为稀土离子。酸液浸泡第一预设时间后，浸取液中包含铝、钙、铁、镁、钾、钠，一部分游离态的硅等常量元素，以及锂、镓、稀土等稀有金属离子。大部分的硅以二氧化硅的形式沉淀存在，将产物经步骤S4过滤，去除大部分的硅，得到滤液L1和滤渣Z1。
步骤S5中，浓缩滤液L1以提高滤液L1中的稀土离子的浓度，且滤液L1中浓缩之后，待温度降到室温后，滤液L1中因饱和析出铝、钙、铁、镁、钾、钠等常量金属盐。之后，过滤，得到含稀土元素的滤液L2，以及滤渣Z2。因滤渣Z2中为常量金属盐，滤渣Z2用于后续提取铝等常量金属。
步骤S6中向滤液L2中加入酸，调节滤液L2的PH值，以便于形成草酸稀土沉淀物。再次过滤后得到Ga、Li等微量元素的滤液L3 和含La、Ce、Nd的草酸稀土水合物固体Z3，上述草酸稀土水合物固体中含有多种稀土元素。
步骤S7中三次焙烧上述草酸稀土水合物固体，以得到混合稀土氧化物，上述滤液L3能够继续提取Ga、Li等微量元素。
具体实施方式
本实施例中采用的粉煤灰来自准能矸石电厂，其化学成分组成如表1所示，常量元素氧化物(％)，稀土含量单元(μg/g)。
表1粉煤灰的化学组成
K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO CaO
0.43 0.18 37.55 54.24 2.29 0.54 3.58
La Ce Pr Nd Sm Eu Gd
133 233 27.1 161 19.5 3.39 17.8
Tb Dy Y Ho Er Tm Yb Lu
3.19 21.2 99.2 3.83 10.62 1.57 9.94 1.43
样品粉煤灰中稀土含量为745.9μg/g，换算为稀土氧化物含量接近0.1％。其稀土元素主要以La，Ce，Nd，Y为主，这四种元素含量占到了稀土总含量的84％。
上述粉煤灰经硫化床炉燃烧后获得，硫化床炉燃烧温度相对于高温炉较低，燃烧后以独居石和氟碳铈矿物为主，燃烧后得到的粉煤灰内的金属易被活化。
本实施例中提供了一种粉煤灰焙烧产物中提取混合稀土氧化物的方法，包括粉煤灰的预处理活化，预处理活化包括以下的步骤：
S1.一次焙烧：将粉煤灰与碳酸钠混合均匀，一起焙烧，得到焙烧产物I；
S2.二次焙烧：将焙烧产物I与碳酸钙混合均匀，一起焙烧，得到焙烧产物II；
一次焙烧和二次焙烧过程中的焙烧温度均为900℃-1100℃，焙烧时间均为4-5h，二次焙烧过程中碳酸钙的用量为一次焙烧过程中碳酸钠的用量的40wt％-55wt％；
本实施例中粉煤灰的预处理活化后得到焙烧产物II的方法与现有技术中的专利(ZL 202110438731.4)中的方法相同。
粉煤灰焙烧产物中提取混合稀土氧化物的方法还包括：
S3.焙烧产物II制粉，并向其内加入酸液搅拌，并浸泡第一预设时间；
S4.将S3中的产物过滤，得到滤液L1和滤渣Z1，去除焙烧产物 II中的大部分的硅；
S5.浓缩S4中的滤液L1至原体积的10％，在室温下析出常量金属盐，并过滤，得到滤液L2，滤渣Z2，滤渣Z2被配置为提取常量金属；
S6.向滤液L2中加入酸将滤液的PH值调整至预设值，并继续添加过量的草酸，并放置第二预设时间，形成草酸稀土沉淀物；
再次过滤，得到含Ga、Li的滤液L3和含La、Ce、Nd的草酸稀土水合物固体Z3；
S7.三次焙烧草酸稀土水合物固体，得到混合稀土氧化物。
本实施例中，将步骤S3中焙烧产物II制粉，并加入酸液，以使焙烧产物II快速溶解，将焙烧产物II内的稀土氧化物转换为稀土离子。酸液浸泡第一预设时间后，浸取液中包含铝、钙、铁、镁、钾、钠，一部分游离态的硅等常量元素，以及锂、镓、稀土等稀有金属离子。大部分的硅以二氧化硅的形式沉淀存在，将产物经步骤S4过滤，去除大部分的硅，得到滤液L1和滤渣Z1。
步骤S5中，浓缩滤液L1以提高滤液L1中的稀土离子的浓度，且滤液L1中浓缩之后，待温度降到室温后，滤液L1中因饱和析出铝、钙、铁、镁、钾、钠等常量金属盐。之后，过滤，得到含稀土元素的滤液L2，以及滤渣Z2。因滤渣Z2中为常量金属盐，滤渣Z2用于后续提取铝等常量金属。
步骤S6中向滤液L2中加入酸，调节滤液L2的PH值，以便于形成草酸稀土沉淀物。再次过滤后得到Ga、Li等微量元素的滤液L3 和含La、Ce、Nd的草酸稀土水合物固体Z3，上述草酸稀土水合物固体中含有多种稀土元素。
步骤S7中三次焙烧上述草酸稀土水合物固体，以得到混合稀土氧化物，上述滤液L3能够继续提取Ga、Li等微量元素。
优选地，步骤S3中，向制粉后焙烧产物II中加入浓度范围值为 1mol/L-2mol/L的盐酸，固液比的范围值为100g:1200ml-100g:1800ml。盐酸的浓度过高，导致混合后浆液浓稠，难以过滤，盐酸的浓度过低，导致焙烧产物II内的稀土氧化物难以变成稀土金属离子，浸取时间过长，提取周期过长，提高生产成本。
优选地，步骤S3中，第一预设时间为1-2h。浸泡的时间过长，导致生产周期增加，生产成本增加。浸泡时间短，粉煤灰内的稀土氧化物难以变成稀土金属离子，导致提取不够彻底。
优选地，步骤S3中，向制粉后的焙烧产物II中加入的酸为盐酸、草酸、柠檬酸、己酸中的一种。
本实施例中，步骤S3中向制粉后焙烧产物II中加入浓度为 1mol/L的盐酸，浸泡2h。浸取液中包含铝、钙、铁、镁、钾、钠，一部分游离态的硅等常量元素，以及锂、镓、等稀有金属离子。大部分硅以二氧化硅的形式沉淀存在。沉淀通过过滤，除去大部分硅。
表2PH值对草酸沉淀镱的影响(H2C2O4)＝0.1mol/L
Figure RE-GDA0003807497270000071
优选地，步骤S6中向滤液L2中加入浓度范围值为2mol/L-3mol/L 的盐酸，调整滤液L2的PH值为1-1.5。
如表2所示，La,Ce，Nd的草酸稀土盐在25℃下在盐酸(PH约 1.5左右)中的溶解度较小，约为6-7mg/L，且不会形成不溶的草酸钙等其他沉淀，可实现稀土元素与其他金属离子的沉淀分离。滤液 L3中实现了Ga、Li等微量元素的浓缩，可更为高效的提取分离Ga、 Li等关键金属元素。
本实施例中步骤S6中向滤液L2中加入浓度为2mol/L的盐酸。
优选地，步骤S7中焙烧草酸稀土水合物固体的温度为850℃ -1000℃，焙烧0.8-1.5h，得到较为纯净的混合稀土氧化物，以便于进一步提取分离各种稀土元素。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种粉煤灰焙烧产物中提取混合稀土氧化物的方法，包括：
粉煤灰的预处理活化，所述预处理活化包括以下的步骤：
S1.一次焙烧：将粉煤灰与碳酸钠混合均匀，一起焙烧，得到焙烧产物I；
S2.二次焙烧：将焙烧产物I与碳酸钙混合均匀，一起焙烧，得到焙烧产物II；
一次焙烧和二次焙烧过程中的焙烧温度均为900℃-1100℃，焙烧时间均为4-5h，二次焙烧过程中碳酸钙的用量为一次焙烧过程中碳酸钠的用量的40wt%-55wt%；
其特征在于，还包括：
S3.所述焙烧产物II制粉，并向其内加入酸液搅拌，并浸泡第一预设时间；
S4.过滤S3中的产物，得到滤液L1和滤渣Z1，去除所述焙烧产物II中的大部分的硅；
S5.浓缩S4中的滤液L1至原体积的10%，在室温下析出常量金属盐，并过滤，得到滤液L2，滤渣Z2，所述滤渣Z2被配置为提取铝；
S6.向所述滤液L2中加入酸将滤液的PH值调整至预设值，并继续添加过量的草酸，并放置第二预设时间，形成草酸稀土沉淀物；
再次过滤，得到滤液L3和草酸稀土水合物固体Z3；
S7.三次焙烧所述草酸稀土水合物固体，得到混合稀土氧化物。
2.根据权利要求1所述的粉煤灰焙烧产物中提取混合稀土氧化物的方法，其特征在于，步骤S3中，向制粉后所述焙烧产物II中加入浓度范围值为1mol/L-2mol/L的盐酸，固液比的范围值为100g:1200ml-100g:1800ml。
3.根据权利要求2所述的粉煤灰焙烧产物中提取混合稀土氧化物的方法，其特征在于，步骤S3中，第一预设时间为1-2h。
4.根据权利要求1-3任一项所述的粉煤灰焙烧产物中提取混合稀土氧化物的方法，其特征在于，步骤S3中，向制粉后的所述焙烧产物II中加入的酸为盐酸、草酸、柠檬酸、己酸中的一种。
5.根据权利要求1-3任一项所述的粉煤灰焙烧产物中提取混合稀土氧化物的方法，其特征在于，步骤S6中向滤液L2中加入浓度范围值为2mol/L-3mol/L的盐酸，调整滤液L2的PH值为1-1.5。
6.根据权利要求1-3任一项所述的粉煤灰焙烧产物中提取混合稀土氧化物的方法，其特征在于，步骤S7中焙烧所述草酸稀土水合物固体的温度为850℃-1000℃，焙烧0.8-1.5h，得到所述混合稀土氧化物。
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