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用硫酸从废旧稀土荧光粉中浸出稀土

文档作者：李洪枚文档来源：首都经济贸易大学		点击数：	更新时间： 2024年06月14日
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第29卷第3期(总第115期)
2010年9月
湿法冶金
Hydrometallurgy of China
V01．29 No．3(Sum．115)
Sep．2010
用硫酸从废旧稀土荧光粉中浸出稀土
李洪枚
(首都经济贸易大学安全与环境工程学院，北京100026)
摘要：研究了用硫酸浸出废旧稀土荧光灯中的稀土。结果表明：用硫酸浸出，稀土浸出率较高；提高浸出温度、
增大硫酸浓度和加大搅拌速度，都有利于提高稀土浸出率。在反应温度37℃、搅拌转速250 r／min，固液质
量体积比1：50条件下，用2 mol／L硫酸溶液浸出废旧稀土荧光粉8 h，稀土Y、Eu、Tb和Ce的浸出率分别
达到75．3％，71．5％，66．9％和61．1％，非稀土成分Al的浸出率仅为49．1％。
关键词：硫酸；废旧稀土荧光粉；稀土；浸出
中图分类号：X705；TF803．21 文献标志码：A 文章编号：1009—2617(2010)03一0188一03
稀土荧光粉广泛用于等离子电视、半导体照
明发光二极管和稀土荧光灯中，其中三基色荧光
灯(节能灯)消耗的稀土量约占稀土发光材料总量
的75％。据报道[1j，仅2007年，我国稀土荧光灯
的产量就达31亿支，灯用三基色荧光粉的产量达
到6 400 t。随着节能灯的不断推广，灯用稀土荧
光粉的用量也逐年增加。与此同时，每年也会产
生数亿支废旧稀土荧光灯。这些废旧稀土荧光灯
如不加处理，不仅污染环境[z]，而且也会造成稀土
资源浪费。我国虽是稀土资源最丰富的国家，但
稀土是极为重要的战略物资[3]，因此，从含稀土的
废废旧荧光灯中回收稀土，对实现稀土资源可持
续利用、节约能源、保护环境，具有重要意义。
有关从废旧稀土荧光粉中回收稀土的研究报
道尚不多[4。5]。试验重点考察了用酸浸出废旧稀
土荧光粉中稀土的工艺参数与效果。
1 材料与方法
1．1 废旧稀土荧光粉的组成
从废旧飞利浦稀土荧光灯管(型号：PHI LIPS
TLD 18／827)中刮下废稀土荧光粉，其组成见表
1。废旧稀土荧光粉中的稀土氧化物主要为氧化
钇、氧化铕、氧化铈和氧化铽，非稀土氧化物主要
为氧化铝。
由国家有色金属及电子材料分析测试中心测试。
1．2 试验试剂
分析纯盐酸(36％，密度1．18 g／mL)、浓硫酸
(98％，密度1．84∥n1L)均为北京化学试剂公司产品。
Y、Eu、Ce、Tb、Al标准溶液均购自国家有色
金属及电子材料分析测试中心，质量浓度均为
1 000弘g／L。标准溶液分别按GSB04—1788—
2004、GSB04—1779—2004、GSB04—1775—2004、
GSB04—1713—2004和GSB04—1781—2004配制。
1．3 试验仪器
试验所用仪器主要有：pHs一3C型精密pH计
(上海精密科学仪器有限公司)，SKY一100C恒温
振荡器(上海苏坤实业有限公司)，TL80—1台式离
心机(姜堰市天力医疗器械有限公司)，HY一2调
速多用振荡器(江苏省金坛市荣化仪器制造有限
公司)，FA2004Max2009电子天平(上海精密科
学仪器有限公司)，PerkinElmer 0ptima 2000DV
电感耦合等离子体发射光谱仪(IcP—oEs)，
S-3000N型扫描电镜(HITACHI)，EDAX孓
收稿日期：2010一05—11
基金项目：北京市教委资助项目(KM200710038001)；北京市教委劳动卫生与环境卫生科技创新平台项目(PxM2009一014205一074352)。
作者简介：李洪枚(1964一)，男，江苏洪泽人，博士．副教授，主要研究方向为生物冶金、废固综合利用．
万方数据
第29卷第3期李洪枚：用硫酸从废旧稀土荧光粉中浸出稀土·189·
3000N 130一10型能谱仪(HITACHI)。
1．4 浸出方法
将废旧稀土荧光粉烘干，用电子天平称量1
g，分别用50 mL不同浓度的硫酸溶液在不同条
件下浸出，每间隔一定时间用移液管移取10 mL
浸出液。离心后，取清液分析稀土离子质量浓度，
计算稀土浸出率。
浸出渣先用O．1 mol／I。HCl浸洗2 min，再
用蒸馏水浸洗3次，干燥后进行扫描电镜观察和
能谱分析。
1．5 分析方法
稀土离子质量浓度采用电感耦合一等离子体发射
光谱法L6]测定。取试样2份，平行测定，取平均值。
用扫描电镜分析样品表面形貌，用能谱仪分
析样品能谱。
稀土离子质量浓度分析和样品扫描电镜及能
谱分析均由中国科学院生态环境研究中心大型分
析仪器实验室协助完成。
2 结果与讨论
2．1 硫酸浓度对稀土及Al浸出率的影响
在温度37℃，搅拌转速250 r／min，固液质
量体积比1：50条件下，分别用不同浓度的硫酸溶
液浸出8 h，结果如图1所示。
80
60
芝
彗40
螂
20
O
1．O 1．5 2．(
硫酸浓度／(m01．L-‘)
图1 硫酸浓度对稀土及Al浸出率的影响
由图1可知：试验条件下，用硫酸可从废旧稀
土荧光粉中浸出稀土Y、Eu、Ce、Tb和非稀土成
分Al，浸出率和浸出反应速度均随硫酸质量浓度
升高而增大[7]，稀土离子在水溶液中水解的pH
值为6．o～7．5[8]，因此，溶液pH值须小于6．o。
如果pH值太高，则稀土离子会水解沉淀析出；反
之，pH值太低，即酸度过高时，非稀土杂质的浸
出率也相应增大，则降低了浸出过程的选择性。
因此，硫酸浓度以2 mol／L较为适宜。
2．2 温度对稀土及Al浸出率的影响
搅拌转速250 r／min，固液质量体积比1：50，
浸出时间8 h，用2 mol／L硫酸溶液分别在不同温
度下浸出废旧稀土荧光粉，结果如图2所示。
图2 温度对硫酸浸出稀土及Al的影响
由图2可知：用2 m01／L硫酸溶液浸出废旧
稀土荧光粉中的稀土，稀土浸出率均随温度升高
而逐渐增大。相同温度下，4种稀土的浸出率Y
>Eu>Tb>Ce，且均高于非稀土成分Al的浸出
率。温度升高可以加速浸出反应速率，但温度过
高，浸出反应过程的能耗会随之增大，从而过程成
本加大凹]。所以，浸出温度以不超过37℃为宜。
2．3 搅拌转速对硫酸浸出稀土及Al的影响
温度37℃，固液质量体积比1：50，浸出时
间8 h，用2 m01／L硫酸溶液分别在不同搅拌转速
下浸出，试验结果如图3所示。
图3 搅拌速度对稀土及Al浸出率的影响
从图3看出：4种稀土成分和非稀土成分A1
的浸出率均随搅拌转速增大而逐渐提高。这是由
于提高搅拌转速有利于反应体系中固一液反应传
质的进行，即有利于硫酸与废旧稀土荧光粉颗粒
之间的反应，从而可提高稀土浸出率。
万方数据
·190· 湿法冶金2010年9月
2．4 废旧稀土荧光粉浸出前后的形态与组成
2．4．1 废旧稀土荧光粉浸出前后的电镜扫描
由图4为废旧稀土荧光粉进出前后的形态图
漫出前
像。可以看出：浸出前后稀土荧光粉，均为无定
形；浸出前，荧光粉表面有微小絮状物，而浸出后
渣的表面有明显的被侵蚀现象，并且粒度变细。
浸出后
图4 废旧荧光粉浸出前后的扫描电镜照片
2．4．2 能谱分析
废稀土荧光粉浸出前后的能谱分析结果见表2。
表2 废旧稀土荧光粉浸出前后能谱分析结果
浸出前浸出后元素——
w。／％ A。／％ w。／％ A。／％
C K
o K
NaK
AlK
Y I。
P K
K K
CaK
BaL
CeL
EuL
TbL
27．16
15．55
O．10
17．84
26．33
O．06
O．14
O．14
2．92
2．28
2．5l
2．56
46．74
3．61
O．09
13．66
34．02
O．04
O．07
O．07
O．44
O．34
O．34
O．33
43．18
28．04
O．16
10．77
8．05
O．17
0．08
O．13
2．36
2．02
1．41
1．91
60．76
29．62
O．12
6．75
1．53
O．09
O．04
O．06
O．29
O．24
0．16
O．20
HgL 2．41 O．25 1．71 O．14
m表示原子质量分数；A表示原子数百分数；K、L表示谱线。
从表2看出：浸出前，主要稀土是Y
(26．33％)，其他3种成分(Ce、Tb、Eu)含量相对
较低；用2 mol／L H。SO。溶液浸出2 h后，浸出渣
中的主要不溶物为C，C质量分数由浸出前的
27．16％上升到43．18％，而非稀土成分Al的质
量分数则由浸出前的17．84％下降到10．77％。
3 结论
用硫酸可从废旧稀土荧光粉中浸出稀土。增
大硫酸浓度、升高温度、加快搅拌转速，都有利于
提高稀土浸出率。在37℃，搅拌转速250 r／min，
固液质量体积比1：50条件下，用2 mol／L硫酸溶
液浸出8 h，废旧稀土荧光粉中的稀土Y，Eu，Tb
和Ce的浸出率分别达到75．3％，71．5％，66．9％
和61-1％，非稀土成分Al的浸出率则为49．1％。
参考文献：
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(下转第198页)
万方数据
·198· 湿法冶金2010年9月
RemOval 0f Al珊llin岫From Inv砌id Ph髑phor噎pbased Acid PolishiIlg S0luti蚰
GU0 Chang—ming，LI Xuan—hai，LI Hua—sheng，DENG Yu—ying，LI Hao
(Sc^oDZ D厂(冼P优is￡，。了n行d C^口7扎ic口Z
N口n咒ing，G“口以gzi
E咒ginPPri以g，G“口行gzi Uhf础Prsf￡y，
530004，(冼i咒口)
Abstract：A novel technology on removal aluminum using hydrofluoric acid and sodium hydroxide as
additives from inValid phosphoric—based acid polishing solution has been investigated． At the condi—
tions of reaction temperature of 50℃，reaction time of 40 min，stir“ng rate of 200 r／min，dosage of
hydrofluoric acid and sodium hydroxide to their stoichiometry of 1．2 and 1．O times respectively，and
stand for 1 day，removal rate of aluminum is over 90％，and chiolite of 8％～10％is produced at the
same time． Compared to traditional process， the novel process can not only make the invalid phos—
phoric—based acid polishing solution regenerate，but also prepare high purity chiolite． It has good ap—
plication prospect．
Key words：invalid phosphoric—based acid polishing solution；Na0H；HF；dealumnization；chiolite
(上接第190页)
RecoVery of Rare Earth From Waste Rare Earth Phosphor
Powder by Acid Leaching
LI Hong—mei
(ScJllooZ o厂SPf甜rif了口竹d E竹口fro靠，旭P咒￡口Z E咒gi咒P已ri咒g，Ch户i芒口Z U确zuP，．si￡y D厂
Eco咒Dmifs口咒d B““，zP5s BP巧i咒g，BP巧i，zg 100026，C^i行口)
Abstract：Recovery of rare earth elements from phosphor powder in waste fluorescent lamp by acid
leaching was investigated．Experimental results showed that rare earth elements can be dissolved from
phosphor powder by acid leaching．Compared with HCl and HN03，higher leaching efficiency of rare
earth elements can be obtained by sulfuric acid． Sulfuric acid is a good leaching agent，conside“ng
technology，commerce and environment protection．Leaching efficiency of rare eanh elements was enhanced
by increasing temperature，concentration of H2 S0{and agitator rate．Leaching efficiency of Y，Eu，Tb
and Ce and Al by 2 mol／L H2S04 solution were 75．3％，71．5％，66．9％and 61．1％and 49．1％，
respectively under the conditions of temperature of 37℃，agitator rate of 250 r／min，solid-to-solution
ratio of 1：50 and leaching time of 8 h．
Key words：acid leaching；phosphor powder；rare earth elements；recovery

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