CN1456624A - 失效稀土抛光粉的再生方法 - Google Patents

Abstract

失效稀土抛光粉的再生方法涉及一种对废旧资源进行再利用的处理方法，特别是通过对失效稀土抛光粉的物理化学处理，使其得以重新利用的方法。本发明的技术方案中主要包含有以下步骤：①在失效稀土抛光粉浆液中，加入一定浓度的水溶性碱和/或水溶性氟化物进行化学处理，经过一定时间的加热搅拌后，通过沉降、清洗和过滤工序，回收固体；②将回收的固体进一步热处理后冷却到室温，球磨。回收的稀土抛光粉中，大部分玻璃粉末和其它杂质被有效清除，其物理化学特性得到改善。抛光粉回收率通常可达70－80％，抛蚀量一般可接近或达到50以上，可以继续用于玻璃制品的抛光。

Description

失效稀土抛光粉的再生方法

技术领域

本发明涉及一种对废旧资源进行再利用的处理方法，特别是通过对失效稀土抛光粉的物理化学处理，使其得以重新利用的方法。

背景技术

近年来玻璃在日常生活及尖端技术中应用的范围日益扩大。例如彩色显像管、各种光学零件等。上述玻璃器件对器件表面的要求十分严格，因此，抛光是玻璃器件表面加工的一道重要工序，而稀土抛光粉则是上述抛光工艺中的关键材料。

目前广泛使用的稀土抛光粉是一种混合稀土氧化物，其主要成份是CeO₂，也称铈基稀土抛光粉，其成份中CeO₂＞40％，其余为La₂O₃、Nd₂O₃、Pr₆O₁₁等等。据分析，稀土抛光粉失效的主要原因是：1.在抛光过程会有高达20％玻璃粉微粒富集到稀土氧化物表面，再加上油污及大颗粒异物的陆续混入，降低了稀土氧化物的含量，阻碍了玻璃表面与抛光粉微粒的紧密接触。使抛光粉在抛光过程中，降低了磨擦热，减低了玻璃表面产生的塑性变形，影响了玻璃表面分子重新分布并形成平整表面的过程。2.抛光过程是一种强烈的研磨过程，导致抛光粉晶粒被过分细化，降低了抛光效果。

不少工厂将使用到失效后的稀土抛光粉作为废品，堆积在厂区附近，这不仅污染了环境，而且也是对稀土资源的浪费。

为解决上述问题，日本专利JP11319F55提出了一个用大量氢氟酸处理废稀土抛光粉的方法。此方法虽然可以除去抛光粉中所含的大量玻璃粉，但由于大量使用氢氟酸，无论从经济，安全或环保角度都不适宜生产操作。并且上述专利也未对废抛光粉中混有的油脂和杂质提出处理的方法。此外，经上述方法处理后的稀土氧化物，其抛光性能仍很差，还需进一步处理。

因而开发一种工艺简单，成本低廉的废稀土抛光粉的再生方法，无论从经济、资源或环保的角度都是非常有意义的。

技术内容

本发明的目的在于提供一种失效稀土抛光粉的再生方法，进而有效的解决了上述背景技术中存在的问题。

本发明的基本技术方案中主要包含有以下步骤：

①在失效稀土抛光粉浆液中，加入一定浓度的水溶性碱和/或水溶性氟化物进行化学处理，经过一定时间的加热搅拌后，通过沉降、清洗和过滤工序，回收固体；

②将回收的固体进一步热处理后冷却到室温。

在所述的对失效稀土抛光粉的再生方法中，在步骤①中所述的化学处理之前，还可以将失效抛光粉的浆液以50-400目过筛以除去大颗粒异物及油污。也可以在步骤②后对处理后的固体加以球磨并过筛，以除去大颗粒异物。

所述的失效稀土抛光粉浆液中加入的化学品可以是以下的一种或几种，也可以是它们的水溶液：碱金属、碱土金属的氟化物、氢氧化物、水合氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、醋酸盐、NH₄F、NH₄HF₂及其水合物、碳酸铵、氨水等，最好是碱金属或碱土金属的氟化物或氢氧化物，也可以是水溶性的碳酸盐、碳酸氢盐、醋酸盐等。

在所述失效稀土抛光粉浆液中的碱离子浓度一般在0.5摩尔浓度以上，最好为0.5-3摩尔浓度。

所述失效稀土抛光粉浆液中单独加入的水溶性氟化物可以为：氟化钠、氟化钾、NH₄HF₂，也可以为相应氟化物的水溶液。其最终混合物中氟离子浓度一般在0.1摩尔浓度以上，最好在0.5-3摩尔浓度。

在所述失效稀土抛光粉浆液中在加入碱溶液或碱性盐溶液同时，也可以加入一些水溶性氟化物，所加氟离子浓度最好为0.05-1摩尔浓度。以提高溶解和清洗效果。

在所述失效稀土抛光粉浆液中也可以加入其他可以产生氟阴离子的氟化物。

在对失效稀土抛光粉浆液进行化学处理时，可以在室温到相应水溶液的回流温度(常压)，最好在回流条件下进行，一般以常规的搅拌装置至少搅拌5小时以上，最好在10-50小时，以充分溶解玻璃细粉，清洗稀土氧化物表面。

在停止加热搅拌并静置后，弃掉上层溶液及悬浮在其中的微粒。

在进行步骤①中所述的清洗工序中，可以清水反复清洗所得的固体，至清洗后的水呈中性或微碱性。

在进行步骤②中所述的热处理时，可以将得到的固体经初步干燥后，再在较高温度下焙烧。初步干燥可以在室温，也可以略微加热以缩短时间，一般不超过200℃。时间一般可在1-10小时或更长。焙烧通常可在400-1100℃左右进行，最好在800℃左右，一般1-24小时即可。在温度较低的情况下更长时间的焙烧，虽然通常不必要，但也非不可。

本发明方法的核心是：1.将失效抛光粉与混杂在内的玻璃细粉以化学方法相分离；2.通过适当的热处理并除去过细的粉末，得到强度提高的再生抛光粉。

本发明的核心在于利用硅酸盐、硼酸盐和硅铝酸盐等玻璃的主要成份可溶于含氟离子的碱性水溶液这一特性，选择性地将稀土抛光粉表面和混在稀土抛光粉中的玻璃成份溶解。而稀土氧化物本身不溶于碱性水溶液，也不溶于中性的含氟离子溶液。氟离子可起到破坏硅酸盐表面晶格的作用，因此少量氟离子留在稀土抛光粉中，将有助于进一步提高玻璃器件的研磨效果。通过热碱水的洗涤和后续的高温处理，可基本除去夹杂在稀土抛光粉中的有机杂质。

在稀土抛光粉的反复使用过程中，可能会有一些大颗粒的异物混入，有时还会带入一些油脂等有机物质。在这种情况，可通过过筛将混入回收浆液中的大颗粒异物筛出，以保证不损伤被研磨的玻璃表面。筛子孔径可根据需要选择为50-400目。如确定回收的废料中不含颗粒异物和油脂，亦可省去此步骤。也可以在球磨后，通过过筛将大颗粒异物除去。

在上述抛光粉浆体中加入水溶性的氟化物，如氟化钠、氟化钾、NH₄HF₂等；或加入上述氟化物的水溶液。随后加热搅拌，以溶解夹杂的硅酸盐、硼酸盐和硅铝酸盐等玻璃的主要成份，清洗稀土氧化物表面。可使用的氟化物可以不局限于上述3种，事实上任何可以在澄清的水溶液中能产生足够氟阴离子的氟化物均可使用。从经济实用角度，在浆体中的氟离子浓度最好在0.5-3摩尔农度之间。其它浓度的氟离子也会有相应的作用，通常超过0.1摩尔浓度就应有可观测到的溶解效果，浓度越高，溶解越快，所需时间便相应较短。

在浆体中加入碱液也可达到类似作用。特别是在加入碱液的同时加入少量的氟离子可增强溶解和清洗效果。一般来说，水溶性的碱都可以具有一定的效果，但最好是用碱金属或碱土金属的氢氧化物及其水溶性的碳酸盐、碳酸氢盐、醋酸盐等，如：氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸钠。使用一些其它的水溶性碱或水溶性呈碱性的盐类，如：碳酸铵、也可达到一定的效果。若单独使用碱溶液或水溶液呈碱性的盐类，一般需要较高浓度。通常在大于2摩尔浓度以上，并需要加热，才有明显的溶解和清洗效果。若在碱液中，加入少量水溶性氟离子，可增强溶解清洗玻璃杂质的效果。作为辅助成分，少量氟离子即可，从实用角度一般最好在0.05-1摩尔浓度间选择，但不排斥其它浓度氟离子的应用。

原则上，任何浓度的含有的氟离子的碱液，在一定程度上都可以起到溶解玻璃细粉和清洗稀土氧化物表面的作用，一般在氟离子浓度为0.1摩尔以上便有较易观察到的溶解效果。从实用角度，最好在0.5-3摩尔浓度间选择。无论使用氟化物、碱溶液或二者的混合物，其使用量与抛光粉中的硅酸盐相比通常是过量的。

化学处理的时间和温度将取决于浆体中玻璃杂质的含量和粒度，以及对再生产品的纯度要求。温度越高，玻璃杂质的溶解越快，因而一般最好采用常压下相应液体的回流温度。液体中所溶解的碱或盐的浓度对回流温度会有一定影响，通常略高于100℃。玻璃含量越高，颗粒越大，所需的时间越长。一般在回流条件下，反应5小时以上，就有较显著效果；反应最好在10-50小时，更长的反应时间一般对结果并无害处，但对能源是浪费。

经过一定时间的反应后，停止加热和搅拌，并使混合的浆液静置，除去上层浆液。一般来说，静置时间的长短取决于被处理物的颗粒大小，颗粒愈细，静置时间愈长。如此反复几次后，即使有少量尚未完全溶解的硅酸盐、硅铝酸盐的微粉，由于其比重远小于稀土抛光粉，沉降较慢，可以从上层浆液中进一步除去。此外，一些过细的稀土抛光粉粉末也会在上层浆液中被除去，进而进一步提高了剩余稀土氧化物的研磨能力。

可使用通常的离心过滤、真空过滤或常压过滤方法及装置，将沉降在底层的浆体过滤。过滤得到的固体经初步干燥除去水分后，在较高温度下焙烧。在一定限度内，温度越高，粉体硬度越高，抛光强度越大。通过焙烧不仅可以除去残留的有机物，还可以使抛光强度大幅提高。所得到的粉末可以根据应用的粒度要求，进一步研磨过筛，以得到所需要的粉体粒度。

使用本发明方法回收的失效稀土氧化物抛光粉，其中大部分玻璃细粉和其它杂质可被除去，其物理化学特性得到改善，抛光强度提高，抛光粉回收率通常可达70-80％，抛蚀量一般可接近或达到50以上，可以继续用于玻璃制品的抛光。使用本发明方法不仅可以大量节约稀土资源，而且有效的解决了因失效稀土抛光粉引起的环境污染问题。

实施方式

下面结合实施例对本发明方法作具体说明：

实施例1实施例1

将500毫升失效稀土抛光粉浆液(水份约占40％)用100目不锈钢筛筛去大颗粒异物，此时沾在颗粒上的油污，大部分除去，浆液中加入40克(相当于浆液中2摩尔浓度)氢氧化钠及100毫升1摩尔浓度氟化钠水溶液混合搅拌，在加热回流下搅拌15小时。停止加热和搅拌后，静置0.5小时除去上层浮液，将沉积在下层的浆体以常规方式真空过滤，所得固体用每次500毫升清水洗涤三次，真空抽干，80℃下真空干燥2小时。以常规方式及装置将所得固体在空气中在800℃下焙烧5小时后，在空气中自然冷却至室温，球磨过筛。所得固体的粉体粒度＞200目占80％，抛光粉回收率为82％。测得处理后抛光粉的抛蚀量为50.2(玻璃磨削量mg/10min)。

实施例2

将500毫升失效稀土抛光粉浆液用不锈钢筛，筛去大颗粒异物及油污后，向浆液中加入106克碳酸钠固体(相当于浆液中2摩尔浓度)和100毫升0.5摩尔浓度NH₄F水溶液，在65℃下搅拌48小时，除去上层浮液，用蒸馏水洗涤浆体。以常规方式及装置将所得固体在空气中110℃除去水份。在650℃焙烧12小时，固体自然冷却至室温，球磨过筛。所得粉体粒度＞200目的占85％，产品抛蚀量为48.6(玻璃磨削量mg/10min)，稀土抛光粉回收率84％。

实施例3

在去掉油污及大量颗粒异物的失效稀土抛光粉浆液500毫升中加入75克NH₄HF₂-H₂O固体(相当于浆液中2摩尔浓度)，在回流下搅拌24小时，静置除去上浮液，用蒸馏水洗涤浆体。冷却过滤，固体在110℃加热3小时，除去水分。将所得固体在1000℃下焙烧2小时，冷却后，球磨过筛。所得固体的粉体粒度＞200目的占70％，产品抛蚀量为54(玻璃磨削量mg/10min)，稀土抛光粉回收率74％。

上述实施例中使用的化学品均为化学纯试剂，产自北京化学试剂总厂或ALDRICH Co。

Claims (10)

1.一种失效稀土抛光粉的再生方法，其特征在于所述的方法主要包含有以下步骤：

①.使失效稀土抛光粉浆液中含有一定浓度的水溶性碱和/或水溶性氟化物的化学试剂进行化学处理，经过一定时间的加热搅拌，然后通过沉降、清洗和过滤后回收固体；

②.将回收的固体进一步热处理后冷却到室温。

2.根据权利要求1所述的失效稀土抛光粉的再生方法，其特征在于在步骤①中所述的化学处理之前，还可以将失效抛光粉的浆液以50-400目过筛，也可以在步骤②后将处理过的固体进一步球磨并过筛。

3.根据权利要求1所述的失效稀土抛光粉的再生方法，其特征在于在所述的失效稀土抛光粉浆液中的化学试剂可以是以下化学纯试剂中的一种或几种，也可以是它们的水溶液：碱金属，碱土金属的氟化物，氢氧化物，水合氢氧化物，碳酸盐，碳酸氢盐，醋酸盐，NH₄F，NH₄HF₂及其水合物，碳酸铵，氨水，最好是碱金属或碱土金属的氢氧化物，也可以是水溶性的碳酸盐，碳酸氢盐，醋酸盐。

4.根据权利要求1所述的失效稀土抛光粉的再生方法，其特征在于所述失效稀土抛光粉浆液中的碱离子浓度一般在0.5摩尔浓度以上，最好为0.5-3摩尔浓度。

5.根据权利要求1所述的失效稀土抛光粉的再生方法，其特征在于所述失效稀土抛光粉浆液中水溶性氟化物的化学纯试剂可以为：氟化钠、氟化钾、NH₄HF₂，也可以为相应氟化物的水溶液，其最终混合物中氟离子浓度一般在0.1摩尔浓度以上，最好在0.5-3摩尔浓度。

6.根据权利要求1所述的失效稀土抛光粉的再生方法，其特征在于在所述失效稀土抛光粉浆液中也可以加入其它可以产生氟阴离子的氟化物。

7.根据权利要求1、6所述的失效稀土抛光粉的再生方法，其特征在于在所述失效稀土抛光粉浆液中在加入碱溶液或碱性盐溶液同时，加入水溶性氟化物，氟离子浓度最好为0.05-1摩尔浓度。

8.根据权利要求1所述的失效稀土抛光粉的再生方法，其特征在于使失效稀土抛光粉浆液进行化学处理时，浆液温度可从室温直到液体的回流温度，最好在液体回流的条件下反应10-50小时。

9.根据权利要求1所述的失效稀土抛光粉的再生方法，其特征在于在进行步骤②中所述的热处理是指，在400-1100℃下，最好在800℃下焙烧，1-24小时。

10.根据权利要求1所述的失效稀土抛光粉的再生方法，其特征在于在停止加热搅拌并静置后，弃掉上层溶液及悬浮在其中的微粒。

上述使用的化学品均为化学纯试剂，产自北京化学试剂总厂或ALDRICHCo。