用盐酸从玻璃粉中浸出氧化铈试验研究

雷大士，王宇斌，张小波，彭祥玉，李 帅

(西安建筑科技大学 材料与矿资学院，陕西 西安 710055)

用盐酸从玻璃粉中浸出氧化铈试验研究

雷大士，王宇斌，张小波，彭祥玉，李 帅

(西安建筑科技大学 材料与矿资学院，陕西 西安 710055)

某玻璃粉废料中含有稀土元素，其中氧化铈质量分数为2.17 g/t。研究了采用酸浸—沉淀工艺从玻璃粉中回收氧化铈，考察了盐酸用量、液固体积质量比、浸出温度、浸出时间等因素对氧化铈浸出率的影响。结果表明：在盐酸用量150 g/L、液固体积质量比6∶1、浸出温度80 ℃、浸出时间3 h条件下，铈浸出率为92.64%。此方法可用于从固体废弃物中回收稀土。

玻璃粉；氧化铈；浸出；回收

废弃玻璃粉长期堆积会占用大量土地，且其中的有毒有害成分也会渗入土壤，造成土壤及周边水污染。玻璃粉中含有大量稀土元素，是重要的稀土二次资源[1-3]，因此，研究从玻璃粉中回收稀土对环境保护和资源回收都具有重要意义[4-5]。

目前，从矿石中回收稀土多采用浮选、重选或磁选工艺，但玻璃粉中的稀土元素多呈固溶体形式存在，难以通过物理方法有效回收[6-10]。因此，研究了采用浸出—沉淀工艺从玻璃粉中回收氧化铈，以期为从类似物料中回收稀土提供参考。

1 原料性质

玻璃粉的主要有价元素组成见表1，其中Ce2O3质量分数为2.17 g/t，达到工业回收标准，但由于玻璃在生产过程中经高温煅烧，各组分被破坏形成熔融体，且其中的铈与杂质呈固溶体形式存在，回收难度较大。

表1 玻璃粉的化学组成 %

2 试验部分

2.1 试剂与仪器

试验所用主要试剂：盐酸(36%，广州德树化工有限公司)，草酸(化学纯，西安裕华生物科技有限公司)。

试验所用主要仪器：RK/XJT充气多功能浸出搅拌槽(武汉克洛粉磨设备制造有限公司)，pHs-3C型精密pH计(上海精密科学仪器有限公司)。

2.2 试验方法与原理

浸出试验在浸出搅拌槽中进行。每次试验称取200 g试样，配制成一定液固体积质量比，然后置于浸出槽中加温并搅拌，一定时间后过滤，分析不同浸出条件下浸出渣中的铈质量分数，计算铈浸出率。在不同温度下对浸出液进行沉淀，过滤后对沉淀物进行煅烧得最终氧化铈精矿产品。

以盐酸作浸出剂浸出铈，主要反应如下：

(1)

(2)

3 试验结果与讨论

3.1 盐酸质量浓度对铈浸出率的影响

试验条件：浸出温度90 ℃，液固体积质量比6∶1，浸出时间3 h。盐酸质量浓度对铈浸出率的影响试验结果如图1所示。

图1 盐酸质量浓度对铈浸出率的影响

由图1看出：铈浸出率随盐酸质量浓度增大而提高，因为盐酸质量浓度增大可增加其与试样中铈元素的接触概率，有利于化学置换反应的发生，从而使铈浸出率提高；当盐酸质量浓度增大至150 g/L时，铈浸出率达92.64%；再进一步增大盐酸质量浓度，稀土浸出率变化不明显。综合考虑铈浸出率和生产成本，确定适宜的盐酸质量浓度为150 g/L。

3.2 液固体积质量比对铈浸出率的影响

试验条件：浸出温度90 ℃，浸出时间3 h，盐酸质量浓度150 g/L。液固体积质量比对铈浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 液固体积质量比对铈浸出率的影响

由图2看出：铈浸出率随液固体积质量比增大而提高，因为适当增大液固体积质量比，盐酸与铈的接触概率增大，进而有利于铈的浸出；当液固体积质量比为6∶1时，稀土铈浸出率为92.64%；继续增大液固体积质量比至7∶1，铈浸出率仅提高0.79%。液固体积质量比增大，浸出液体积增大，相应的生产设备要求也会提高，综合考虑，确定适宜的液固体积质量比为6∶1。

3.3 浸出时间对铈浸出率的影响

试验条件：浸出温度90 ℃，液固体积质量比6∶1，盐酸用量150 g/L。浸出时间对铈浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 浸出时间对铈浸出率的影响

由图3看出：铈浸出率随浸出时间延长而提高，浸出2 h时，铈浸出率为87.44%；浸出时间延长至3 h，铈浸出率提高至92.64%；继续延长浸出时间至4 h，铈浸出率变化不大。因为物料粒度较小，比表面积较大，与溶液中盐酸接触充分，浸出速度很快，反应在较短时间内即可达到平衡，延长浸出时间对铈浸出率影响不大。综合考虑，确定适宜的浸出时间为3 h。

3.4 浸出温度对铈浸出率的影响

试验条件：盐酸质量浓度150 g/L，液固体积质量比6∶1，浸出时间为3 h。浸出温度对铈的浸出率的影响试验结果如图4所示。

图4 浸出温度对铈浸出率的影响

由图4看出：铈浸出率随温度升高而提高，温度升高可降低溶液黏度，加快分子运动，使盐酸与固体物料之间的传质速度加快，因而可缩短反应时间，提高浸出效率；温度升至80 ℃时，铈浸出率达92.64%；继续升温至100 ℃，铈浸出率提高幅度不大。综合考虑，确定适宜的浸出温度为80 ℃。

3.5 铈的沉淀

浸出液中铈质量浓度为2.87 g/L。常温下，草酸与铈反应形成难溶于水和无机酸的草酸铈，而其他杂质不与草酸作用仍留在溶液中，铈与杂质分离。沉淀反应为：

(3)

(4)

草酸质量浓度对铈沉淀率的影响试验结果见表2，沉淀时间1 h。可见，草酸质量浓度为8 g/L时，铈沉淀率为92.15%，沉淀效果较好。

表2 草酸用量对铈沉淀率的影响

4 结论

玻璃粉中含有稀土元素铈，其与杂质呈固溶体形式存在，采用物理选矿方法不能有效分选，而采用酸浸—沉淀工艺可有效回收。在盐酸质量浓度150 g/L、液固体积质量比6∶1、浸出时间3 h、浸出温度80 ℃条件下，铈浸出率达92.64%。浸出液加草酸可沉淀草酸铈产品。该方法可用于稀土废弃物的综合回收与治理。

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Experimental Study on Recovery of Cerium From Glass Powder by Hydrochloric Acid

LEI Dashi，WANG Yubin，PENG Xiangyu,ZHANG Xiaobo，LI Shuai

(CollegeofMaterialsandMineralResources，Xi’anUniversityofArchitectureandTechnology，Xi’an710055，China)

Recovery of cerium from waste glass powder containing rare earth elements by hydrochloric acid leaching-precipitation was investigated.The effects of hydrochloric acid concentration，liquid-to-solid ratio，leaching time，temperature on leaching of cerium were examined.The results show that leaching rate of 92.64% is obtained under the conditions of leaching time of 3 h，hydrochloric acid concentration of 150 g/L，temperature of 80 ℃，liquid-to-solid ratio of 6∶1.The results provided an alternative process for recovering rare earths from solid waste.

glass powder;cerium oxide;leaching;recovery

2016-09-02

陕西省科技厅基金资助项目(2014SJ-04)。

雷大士(1991-)，男，河北石家庄人，硕士研究生，主要研究方向为矿产综合利用。E-mail:18710348698@163.com。

TF845.3

A

1009-2617(2017)03-0197-03

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.03.007