一种稀土抛光粉废料的回收和再利用方法技术

本发明专利技术公开了一种稀土抛光粉废料的回收和再利用方法，包括如下步骤：(1)将稀土抛光粉废料和盐酸混合酸浸，当混合液完全溶解于pH为11～13的碱液中而不浑浊时，酸浸反应到达终点，过滤得酸浸渣和滤液；(2)采用H2O2对酸浸渣进行洗涤后得滤渣和洗液；(3)将步骤(1)中的滤液和步骤(2)中的洗液混合即得复合型混凝剂。该方法以稀土抛光粉废料为原料，制得了一种成本低、环境友好的复合型混凝剂，工艺简单，无“三废”的产生。

【技术实现步骤摘要】
一种稀土抛光粉废料的回收和再利用方法
本专利技术属于稀土抛光粉废料回收
，涉及一种稀土抛光粉废料的回收和再利用方法，特别涉及一种由稀土抛光粉废料制备的复合型混凝剂及其在废水处理中的应用。
技术介绍
稀土抛光粉是手机触屏玻璃面板、平板显示屏制造的重要表面精加工研磨材料。稀土抛光粉使用失效后则成为稀土抛光粉废料。据不完全统计，目前，国内稀土抛光粉废料年产量达20万吨(干基)左右，且平均以每年15％以上的速度增长。以长沙某科技公司为例，主要产品是手机视窗防护玻璃、触屏玻璃面板、触控功能玻璃面板、3D曲面玻璃、触控功能玻璃面板、TFT-LCD、PDP、OLED、FED平板显示屏、3D显示屏及显示屏材料等。这些产品表面精抛光过程中已失效的抛光粉即为稀土抛光粉废料。2015年该科技公司稀土抛光粉废料量约为28000吨(干基)，2017年达到35000吨(干基)，2018年则达到40000吨(干基)以上。这些废料基本上都作为固体废物被填埋或堆存，资源浪费极其严重，且存在安全隐患。虽有一些关于其以提取稀土元素为目的的研究报道，但均未实现工业化。采用化学法时，还存在工艺流程长、生产成本高、操作环境差等方面的问题(黄娅琴、付杰、蒋昆等，废弃稀土抛光粉的综合利用综述，资源节约与环保，2018，(1)：70，79)。杨庆山、谢圣中、徐拓等(稀土抛光粉废料再生利用试验研究，稀有金属与硬质合金，2018，46(3)：43～45)，报导了低温分解稀土抛光粉废料，先后经干燥、酸浸、除杂、沉淀、过滤、焙烧等步骤制备得到超精密稀土抛光粉。但是，该工艺流程复杂、能耗高，并先后排出大量的废气、废水及废渣等，且生产过程中还要使用剧毒的氢氟酸原料等。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供了一种稀土抛光粉废料的回收和再利用方法，该方法以稀土抛光粉废料为原料，制得了一种成本低、环境友好的复合型混凝剂，工艺简单，无“三废”的产生。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种稀土抛光粉废料的回收和再利用方法，包括如下步骤：(1)将稀土抛光粉废料和盐酸混合酸浸，当混合液完全溶解于pH为11～13的碱液中而不浑浊时，酸浸反应到达终点，过滤得酸浸渣和滤液；(2)采用H2O2对酸浸渣进行洗涤后得滤渣和洗液；(3)将步骤(1)中的滤液和步骤(2)中的洗液混合即得复合型混凝剂。优选的，所述盐酸为质量分数≥31wt％的工业级浓盐酸，浓盐酸添加量为稀土抛光粉废料中金属离子转化为氯化物的理论量的1.01～1.05倍。优选的，所述酸浸温度为105～115℃。优选的，所述碱液选自氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的至少一种。优选的，所述H2O2的质量分数为3～5wt％，H2O2的添加量为稀土抛光粉废料中Ce3+转化为Ce4+的理论量的2～3倍。优选的，所述滤渣中金属元素浸出率≥99.9％。本专利技术还提供了由上述方法制得的复合型混凝剂的应用，将其用于重金属废水处理。本专利技术的基本原理为：首先是稀土抛光粉废料与盐酸在加热下发生如下酸浸反应：Al2O3+6HCl＝2AlCl3+3H2O(1)Fe2O3+6HCl＝2FeCl3+3H2O(2)2CeO2+8HCl＝2CeCl3+Cl2+H2O(3)La2O3+6HCl＝2LaCl3+3H2O(4)CaO+2HCl＝CaCl2+H2O(5)Na2O+2HCl＝2NaCl+H2O(6)K2O+2HCl＝2KCl+H2O(7)MgO+2HCl＝MgCl2+H2O(8)F-+HCl＝HF+Cl-(9)经酸浸反应后，Al2O3及Fe2O3分别形成了传统的AlCl3及FeCl3混凝剂，而CeO2及La2O3则形成了具有比AlCl3及FeCl3更好性能(因为稀土元素Ce3+及La3+具有比Al3+及Fe3+更强的混凝所需的羟基桥联作用)的新型混凝剂CeCl3及LaCl3。上述酸浸反应中，由式(3)所产生的少量Cl2能够随即溶于水中而生成相应的盐酸及次氯酸(因为体系呈酸性)，而由式(9)所产生的极少量HF亦可随即溶于水且有利于稀土元素的酸浸反应。因此，酸浸反应过程不会产生新的环境污染。酸浸反应完成后，进入过滤。过滤后的酸浸渣，采用3～5wt％H2O2溶液淋洗，将酸浸渣上残留的少量有效成分洗至3～5wt％H2O2洗液中，淋洗并经沥干后的滤渣，则可经进一步加工制备得超细SiO2粉。最后，过滤后的滤液，与3～5wt％H2O2洗液混合，在弱酸性条件下发生如下氧化还原反应：2Ce3++H2O2+2H+＝2Ce4++2H2O(10)根据Schulze-Hardy规则，凝聚力与电荷的六次方成正比，Ce3+氧化为稳定的Ce4+以后，相应混凝能力提高为原来的5～6倍。如上所述，便制备得到高效的复合型混凝剂：既含有传统的Al3+及Fe3+，又含有新型的Ce4+及La3+。本专利技术的有益效果：(1)原子利用率高且相对环境友好稀土抛光粉废料制备复合型混凝剂，酸浸反应金属元素浸出率可达到99.9％以上，其中A13+、Ce4+、La3+及Fe3+等都充当了混凝剂，微量重金属元素Ni2+、Zn2+、Cu2+、Cr3+、Pb2+、Cd2+及Hg2+等，在重金属废水处理中可充当能进一步增强处理效果的金属共沉剂，而其他金属元素Ca2+、Mg2+、Na+、K+等，则因有利于混凝所需的压缩双电层可一定程度上充当助凝剂，原子利用率高。经酸浸及过滤后进入到滤渣中的SiO2，可经进一步加工制备得到高附加值的超细SiO2粉。同时，采用该制备方法，一方面，稀土抛光粉废料可不经干燥而直接投入酸浸反应，几乎没有废气产生；另一方面，酸浸反应、过滤、淋洗及混合等工艺过程几乎都不会带来新的环境污染。而且，所制得的混凝剂应用于废水处理，可做到“以废治废”。因此，稀土抛光粉废料制备复合型混凝剂，原子利用率高且相对环境友好。(2)工艺流程简单且操作要求不高稀土抛光粉废料制备复合型混凝剂，只需经过酸浸反应、过滤及混合三步而成，工艺简单，条件温和。其中，酸浸反应只需一次浸出。同时，不同于现有通过测定反应液中金属元素含量来判断终点，其分析结果严重滞后，而且，反应时间过长往往导致金属元素浸出率反而下降；本专利技术将酸浸混合液完全溶解于pH为11～13的碱液中而不浑浊时，判定为酸浸反应到达终点，方法简单、快速、准确，滤液产品和滤渣中所含Al、Fe、Ce、La等金属元素含量的分析及中试反应前后物料衡算结果表明，金属元素浸出率可达到99.9％以上。因此，稀土抛光粉废料制备复合型混凝剂，工艺流程简单且操作要求不高，易于满足工业化生产要求。(3)生产成本低而混凝性能优异稀土抛光粉废料制备复合型混凝剂，将工业级浓盐酸价格及处置稀土抛光粉废料所得收入等都考虑进去，按目前市场行情，生产复合型混凝剂的原材料成本远小于零，综合考虑人工成本、投资回收及设备折旧等，其生产运行成本低。由于复合混凝剂同时含有Al3+、Ce4+、La3+、Fe3+等多种高价阳离子，尤其是Ce4+，具有显著的混凝所需的压缩双电层作用，而且，稀土元素Ce4+、La3+具有较传统混凝剂Al3+及Fe3+更强的混凝所需的羟基桥联作用，非常有利于形成更高价的无机高分子缩聚物，从而，在进一步提高压缩双电层作用的同时，还可取得非常好的吸附架桥混凝作用。同时，复合混凝剂中还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土抛光粉废料的回收和再利用方法，包括如下步骤：(1)将稀土抛光粉废料和盐酸混合酸浸，当混合液完全溶解于pH为11～13的碱液中而不浑浊时，酸浸反应到达终点，过滤得酸浸渣和滤液；(2)采用H2O2对酸浸渣进行洗涤后得滤渣和洗液；(3)将步骤(1)中的滤液和步骤(2)中的洗液混合即得复合型混凝剂。

【技术特征摘要】
1.一种稀土抛光粉废料的回收和再利用方法，包括如下步骤：(1)将稀土抛光粉废料和盐酸混合酸浸，当混合液完全溶解于pH为11～13的碱液中而不浑浊时，酸浸反应到达终点，过滤得酸浸渣和滤液；(2)采用H2O2对酸浸渣进行洗涤后得滤渣和洗液；(3)将步骤(1)中的滤液和步骤(2)中的洗液混合即得复合型混凝剂。2.根据权利要求1所述的回收和再利用方法，其特征在于：所述盐酸为质量分数≥31wt％的工业级浓盐酸，浓盐酸添加量为稀土抛光粉废料中金属离子转化为氯化物的理论量的1.01～1.05倍。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：石顺存，马骅，蒋樊，石洋东，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43