一种利用碱熔预处理废弃荧光粉回收稀土元素的方法及助熔剂技术

本发明专利技术提供了一种利用碱熔预处理废弃荧光粉回收稀土元素的方法及助熔剂，由重量百分比的以下组分组成：碱50％～60％、KBe2F535％～45％、KAlF45％～15％，所述碱为碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物。采用本发明专利技术的低温碱性助熔体系，通过控制熔融温度、熔融时间、废旧荧光粉与碱性助熔剂的比例、熔盐各组分的配比，从废旧荧光粉中提取稀土元素的回收率均在98％以上。采用所述低温碱性助熔体系的熔融温度比单一碱熔体系下降了200～500℃，熔融时间缩短了60～90min。缩短了60～90min。

【技术实现步骤摘要】
一种利用碱熔预处理废弃荧光粉回收稀土元素的方法及助熔剂


[0001]本专利技术属于工业废弃物资源化再利用领域，具体涉及一种利用碱熔预处理废弃荧光粉回收稀土元素的方法及助熔剂。

技术介绍

[0002]稀土荧光粉通常以薄层涂在荧光灯的内壁，其所含稀土元素钇(Y)、铕(Eu)、铽(Tb)、铈(Ce)是高科技稀土功能材料的基础原料，也是我国急缺的战略性稀土元素，其中Y、Eu、Tb还位于美国能源局列出的5种最为关键的稀土之列。随着稀土元素在照明领域中应用的日益增加，废旧稀土荧光粉的数量也在不断增加，而废旧稀土荧光粉是一种潜在的二次资源，有效、合理地利用稀土资源，既可使稀土资源得到重复利用，又减轻了废旧稀土荧光粉对环境的污染。
[0003]稀土荧光粉包括红粉、绿粉和蓝粉，分别为磷酸盐体系、铝酸盐体系、硼酸盐体系和硅酸盐体系。其中，铝酸盐体系因其具有抗紫外线老化，高温下稳定，很高的紫外线灵敏度及很高的发光效率等特点，逐渐成为世界范围内最广泛应用的荧光粉体系。为回收铝酸盐体系中的有价稀土，需要对荧光粉混合物进行处理，主要方法有酸溶和碱熔。红粉(Y2O3:Eu
3+
)中的稀土元素是以氧化物形式存在，其中的Y、Eu容易被酸浸出；而铝酸盐体系绿粉(MgAl
11
O
19
：Ce
3+
，Tb
3+
)和蓝粉(BaMgAl
10
O
17
：Eu
2+
)是镁铝尖晶石结构，具有很强地抗酸性能，其中的Tb、Ce、Eu很难直接用酸浸出，需要采用碱熔预处理破坏其晶体结构，然后采用酸浸才能实现其中稀土元素的有效回收。
[0004]碱熔预处理是以碱为介质，通常以氢氧化钠、氢氧化钾、钠盐、钾盐为单一或混合熔剂，在高温条件下熔炼金属资源，能有效破坏铝酸盐体系绿粉和蓝粉的晶体结构。碱熔预处理属于复杂的多相反应过程，为提高熔炼金属的回收率，需要较高的反应温度和较长的反应时间，存在能耗大、回收成本高以及碱消耗量大等问题，不利于废旧荧光粉中稀土资源的低成本回收利用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术问题，本专利技术的第一目的在于提供了一种利用碱熔预处理废弃荧光粉回收稀土元素的助熔剂，第二目的在于提供一种利用碱熔预处理废弃荧光粉回收稀土元素的助熔方法。适用于铝酸盐体系的绿粉和蓝粉。回收的稀土元素可用于锰锌铁氧体或软磁铁氧体的掺杂元素。
[0006]为实现以上第一目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种利用碱熔预处理废弃荧光粉回收稀土元素的助熔剂，其特征在于，由重量百分比的以下组分组成：碱50％～60％、KBe2F
5 35％～45％、KAlF
4 5％～15％，所述碱为碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物。
[0007]碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化镁等。
[0008]优选：由重量百分比的以下组分组成：氢氧化钠50％、KBe2F
5 40％、KAlF410％。氢氧化钠易得，价格便宜。
[0009]本专利技术的第二目的是这样实现的：一种利用碱熔预处理废弃荧光粉回收稀土元素的助熔方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0010]1)将助熔剂、废旧荧光粉、铁粉充分混合均匀；
[0011]2)将混合物料置于马弗炉中高温焙烧，温度达到330℃左右时出现液相，继续升温至550～600℃温度下保持60～90min，此时废旧荧光粉中具有尖晶石结构的镁铝被破坏，而稀土元素以稀土氟化物形式存在；
[0012]3)降温至350～400℃，补加碱继续焙烧60～90min，碱熔完成后，冷却至室温，加水，水洗除氟、铝、铍、钾、钠等水溶性盐，过滤，水洗；
[0013]4)采用稀盐酸对滤渣于70℃温度下搅拌热浸，浸出液为稀土元素氯化物溶液。其中还原性的铁粉使废旧荧光粉中的稀土始终保持低价态。浸出液中，稀土元素的含量大于99.5％，杂质含量小于0.5％。
[0014]上述方案中，浸出液经过浓缩富集后，利用P507萃取树脂分离出单一的氯化稀土元素溶液，同时除去少量的氯化镁、氯化钡等杂质。
[0015]上述方案中，助熔剂、废旧荧光粉、铁粉的质量比为2:1:0.005。
[0016]上述方案中，步骤3)中，补加的碱与整个反应体系的质量比为1:1。
[0017]上述方案中，所述碱为碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物。
[0018]上述方案中，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
[0019]采用上述方案，由KBe2F5和KAlF4组成的二元系统属于共晶型，二者的结构性质相近，KAlF4中溶入少量KBe2F5会降低其熔点，二者的低共熔点出现在330℃，液相的出现意味着在低温条件下混合物料内部开始流动，随着温度的升高，形成的液相量逐渐增多，流动性加大。重要的是，KAlF4具有超低粘度和表面张力，在物料中几乎可以无阻力地流动过程，增大了各反应物之间的接触面和接触时间，从而极大地提高了熔盐成分之间的反应速度。同时，KBe2F5高温分解产生的KF具有强腐蚀性，大量K
+
和F
‑
的流动加快了低温碱性助熔体系渗入废旧荧光粉的速度，增强了碱性助熔体系对镁铝尖晶石结构的破坏力，从而使废旧荧光粉中的稀土元素从镁铝尖晶石结构中得到了尽早尽快释放，结果表现为碱熔温度降低，缩短了稀土元素的回收时间。
[0020]当废旧荧光粉中的稀土元素完成氟化反应后，为充分完成稀土氟化物向稀土氢氧化物的焙烧转换，现有技术是将稀土氟化物冷却至室温，粉碎至200目后加入碱，升温至350～400℃反应2～4h。而采用上述方案，氟化反应完成后直接降温至350～400℃，加入碱于物料中继续焙烧60～90min，在此温度下，物料仍然呈液相且具有高流动性，因此无需冷却粉碎操作，仅需将原有温度550～600℃降低至350～400℃加碱完成稀土氟化物的转换。
[0021]有益效果：
[0022](1)采用本专利技术的低温碱性助熔体系，通过控制熔融温度、熔融时间、废旧荧光粉与碱性助熔剂的比例、熔盐各组分的配比，从废旧荧光粉中提取稀土元素的回收率均在98％以上。
[0023](2)采用所述低温碱性助熔体系的熔融温度比单一碱熔体系下降了200～500℃，熔融时间缩短了60～90min。
[0024](3)熔融温度的降低和熔融时间缩短大幅度降低了从废旧荧光粉中提取稀土元素的能耗，经济效益显著。
[0025](4)在熔融降温过程中完成了稀土氟化物向稀土氢氧化物的焙烧转换过程，与现有技术相比，降低了能耗，缩短了稀土元素的后续分离时间。
具体实施方式
[0026]下面将结合实施例，对本专利技术做进一步的描述。
[0027]实施例1
[0028]一种利用碱熔预处理废弃荧光粉回收稀土元素的助熔剂，由重量百分比的以下组分组成：碱50％～60％、KBe2F
5 35％～45％、KAlF
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用碱熔预处理废弃荧光粉回收稀土元素的助熔剂，其特征在于，由重量百分比的以下组分组成：碱50％～60％、KBe2F
5 35％～45％、KAlF
4 5％～15％，所述碱为碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物。2.根据权利要求1所述利用碱熔预处理废弃荧光粉回收稀土元素的助熔剂，其特征在于，由重量百分比的以下组分组成：氢氧化钠50％、KBe2F
5 40％、KAlF
4 10％。3.一种利用碱熔预处理废弃荧光粉回收稀土元素的助熔方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将权利要求1
‑
2任一项所述的助熔剂、废旧荧光粉、铁粉充分混合均匀；2)将混合物料置于马弗炉中高温焙烧，温度达到330℃左右时出现液相，继续升温至550～600℃温度下保持60～90min，此时废旧荧光粉中具有尖晶石结构的镁铝被破坏，而稀土元素以稀土氟化...

【专利技术属性】
技术研发人员：符靓，黎树春，谢华林，廖新仁，马俊才，李萍，徐展，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：