本發(fā)明屬于危險固體廢棄物處理技術領域，具體涉及一種廢棄稀土拋光粉的回收方法。
背景技術：
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材料表面加工技術中最為重要的工序是拋光工藝，而拋光粉則是拋光加工過程中的關鍵材料之一，對被拋光產(chǎn)品的質(zhì)量影響較大。稀土拋光粉作為重要的光學玻璃拋光材料，具有諸多優(yōu)點，如：良好的晶形、化學活性好、較高的密度和硬度、拋光效率高、層光度穩(wěn)定和使用壽命長等特性，而被人稱為“拋光粉之王”，并逐漸取代了其它的拋光粉材料而在拋光工業(yè)中得到快速的發(fā)展，廣泛應用于光學光電玻璃、飾品、建材、模具及精密儀器的精磨。
隨著光學與電子信息科學技術的快速發(fā)展，光學玻璃需求量逐年增加，帶動了稀土拋光粉行業(yè)的發(fā)展。2005年，全球稀土拋光粉的市場需求量約為2萬噸，我國的稀土拋光粉消費量在1～1.1萬噸左右，我國稀土拋光粉的用量約占世界總消費量的一半，成為世界稀土拋光粉生產(chǎn)和使用大國。2011年，我國稀土拋光粉用量達到了2萬噸，2017年我國稀土拋光粉的消費量有望達到10萬噸以上。我國作為稀土生產(chǎn)大國，稀土拋光粉的生產(chǎn)具有得天獨厚的優(yōu)勢，帶動了拋光行業(yè)的發(fā)展壯大，然而隨著稀土拋光粉用量的增加，廢棄稀土拋光粉產(chǎn)生量也逐年遞增，由于廢棄稀土拋光粉中不僅含有拋光粉原料，而且還含有光學玻璃的成分，在光學玻璃中含有大量的鉛元素，根據(jù)相關的研究結果表明，含鉛玻璃的毒性大，雖然是以玻璃體形態(tài)存在，一旦進入水體或者土壤中，將對水體和土壤造成污染，通過食物鏈進入人體，最終對人的身體健康造成傷害。鑒于稀土的不可再生性和重金屬對于環(huán)境的污染，若能將其回收再利用，對于可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護具有重要的意義。
中國專利(公開號為CN104371555A)描述的是采用硝酸和過氧化氫在加熱的條件下將廢棄稀土拋光粉中的稀土氧化物進行溶解，用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值，然后在加熱的條件下加入過氧化氫和Ce(OH)4的懸濁液使稀土沉淀，經(jīng)分離焙燒后得到稀土氧化物。該專利在浸出稀土元素的過程中會消耗大量的硝酸，同時鉛也會溶出，造成鉛的損失，不適于用于重金屬鉛和稀土元素的提取。中國專利(公開號為CN101613802A)描述的是采用真空碳熱還原法在高溫和真空條件下，使玻璃的網(wǎng)絡結構遭到破壞，利用碳將玻璃中的鉛還原出來。該專利需要較高的溫度條件(溫度為1000℃)和真空(系統(tǒng)壓力為10Pa)等苛刻的反應條件和配套的生產(chǎn)設備，很難實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。中國專利(公開號為CN102051487A)描述的是將廢棄CRT玻璃粉、活性炭和強堿混合，經(jīng)熔融反應后，分離出粗鉛、堿液和堿渣，然后用稀鹽酸浸洗堿渣提取出殘余的鉛，此專利不是通過深度還原技術將鉛還原，而且還需要采用鹽酸對堿渣進行后處理，這一過程消耗了大量鹽酸。經(jīng)分析該專利不適用于稀土、金屬鉛和硅的分離。
技術實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明目的是提供一種廢棄稀土拋光粉的回收方法，該方法實現(xiàn)了廢棄稀土拋光粉的無害化、減量化和資源化處理，符合我國發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和節(jié)能減排的目標。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：
一種廢棄稀土拋光粉的回收方法，包括以下步驟：
(1)取廢棄稀土拋光粉、還原劑和強堿，混合均勻，得到混合物；其中：所述廢棄稀土拋光粉中含有二氧化鈰和玻璃粉，所述的玻璃粉中含有氧化鉛和二氧化硅；添加量按摩爾比，廢棄稀土拋光粉中氧化鉛∶還原劑中固體碳＝(1∶1.24)～(1∶3.52)；廢棄稀土拋光粉中二氧化硅∶強堿＝(1∶5.05)～(1∶9.47)；
(2)將混合物放置于反應容器中，進行還原反應，獲得還原產(chǎn)物；其中：還原反應溫度為600～800℃，還原反應時間為60～240min；
(3)將還原產(chǎn)物水淬至室溫，獲得冷卻產(chǎn)物；
(4)將冷卻產(chǎn)物進行旋液分離，得到富稀土料和硅酸鹽水溶液的混合物，以及金屬鉛；
(5)硅酸鹽水溶液和富稀土料的混合物經(jīng)過過濾，得到硅酸鹽水溶液和富稀土料。
所述的步驟(1)中，廢棄稀土拋光粉粒度在20μm以下。
所述的步驟(1)中，還原劑粒度在120目以下。
所述的步驟(1)中，還原劑為活性炭粉、焦炭粉或煤粉中的一種。
所述的步驟(1)中，強堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
所述的步驟(1)中，硅酸鹽水溶液為硅酸鈉水溶液或硅酸鉀水溶液。
所述的步驟(1)中，混合操作在混料機中進行。
所述的步驟(2)中，混合物放置于氧化鎂坩堝內(nèi)，將氧化鎂坩堝放置于反應容器中，進行還原反應。
所述的步驟(2)中，反應容器為加熱爐。
所述的步驟(2)中，加熱爐為馬弗爐。
還原過程中，涉及的主要反應如下：
PbO+C＝Pb+CO
2PbO+C＝2Pb+CO2
PbO+CO＝Pb+CO2
SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O
SiO2+2KOH＝K2SiO3+H2O
采用本專利技術可以使廢棄稀土拋光粉中稀土、鉛和硅元素可以有效分離。
本發(fā)明提供的方法主要過程的基本原理如下：
廢棄稀土拋光粉中鉛元素是以網(wǎng)絡修飾體形式存在于玻璃粉中，稀土以氧化物形式獨立存在。而本專利通過加入強堿來破壞玻璃體的網(wǎng)絡結構，借助強堿與二氧化硅反應生成低熔點的硅酸鹽相，將氧化鉛從穩(wěn)定的玻璃相網(wǎng)絡結構中釋放出來，以達到強化玻璃粉中鉛元素低溫深度還原的目的，并利用低溫還原技術控制鉛元素在還原過程中的揮發(fā)行為，通過強堿破壞玻璃相網(wǎng)絡結構的同時，為強化鉛元素低溫深度還原技術提供良好的熱力學條件；另一方面，強堿與二氧化硅反應所形成的低熔點硅酸鹽相在還原過程中不僅創(chuàng)造了一個熔融液態(tài)環(huán)境，還為金屬鉛的聚合生長提供了一個良好動力學條件，同時由于熔融態(tài)硅酸鹽相體系的存在，既可以阻止氧向內(nèi)擴散，又還可以有效抑制金屬鉛的揮發(fā)，進而提高金屬鉛的收得率；活性炭粉、焦炭粉和煤粉是公知的還原劑，其主要用于深度還原廢棄稀土拋光粉中鉛元素形成金屬鉛；旋液分離技術主要是借助物質(zhì)的比重差異，在旋液分離過程中所產(chǎn)生的離心力大小不同，進而實現(xiàn)了廢棄稀土拋光粉中稀土、鉛和硅元素的有效分離，最終達到廢棄稀土拋光粉的綜合利用目的。
本發(fā)明的有益效果：
(1)本發(fā)明能夠有效的回收廢棄稀土拋光粉中二氧化鈰和含鉛玻璃粉(鉛和硅元素)，不僅可以解決廢棄稀土拋光粉中重金屬鉛元素對環(huán)境的污染，而且還實現(xiàn)了廢棄稀土拋光粉中有價組元的資源化利用；
(2)通過本發(fā)明的原料配比，以及還原反應時間的設定，使得還原反應更徹底，能將氧化鉛全部還原成金屬鉛。
(3)經(jīng)本發(fā)明處理后，鉛的回收率將達到99.9％以上，富稀土料和硅酸鹽水溶液中鉛總量低于0.05％，得到的硅酸鹽水溶液經(jīng)濃縮結晶處理可作為工業(yè)原料使用。從而實現(xiàn)了含鉛廢棄稀土拋光粉的無害化、減量化和資源化處理目的，符合我國發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和節(jié)能減排的目標。
附圖說明：
圖1本發(fā)明的廢棄稀土拋光粉的回收方法工藝流程圖。
具體實施方式：
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
本發(fā)明的目的在于提供一種將含鉛的廢棄稀土拋光粉資源化利用的新技術，下面結合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
本發(fā)明實施例1～5中：
將廢棄稀土拋光粉進行破碎、研磨和干燥，粒度在20μm以下；
廢棄稀土拋光粉的化學組成，如表1所示；
活性炭粉、焦炭粉或煤粉粒度均在120目以下。
表1
實施例1
一種廢棄稀土拋光粉的回收方法，包括以下步驟：
(1)稱取廢棄稀土拋光粉10.013g、焦炭粉(固定碳含量為89％)0.194g和氫氧化鈉17.842g，在混料機內(nèi)混合均勻，得到混合物；其中：按摩爾比，廢棄稀土拋光粉中氧化鉛∶還原劑中固體碳＝1∶2.06；按摩爾比，廢棄稀土拋光粉中二氧化硅∶氫氧化鈉＝1∶5.05；
(2)將混合物放置于氧化鎂坩堝內(nèi)，將氧化鎂坩堝放置于馬弗爐中，進行還原反應，還原反應溫度為800℃，還原反應時間為120min，獲得還原產(chǎn)物；
(3)將還原產(chǎn)物水淬至室溫，獲得冷卻產(chǎn)物；
(4)將冷卻產(chǎn)物進行旋液分離，得到富稀土料和硅酸鈉水溶液的混合物，以及金屬鉛；用清水沖洗金屬鉛的表面，烘干后稱量金屬鉛的質(zhì)量為1.433g，金屬鉛的回收率為98.8％；
(5)硅酸鈉水溶液和富稀土料的混合物通過過濾，得到硅酸鈉水溶液和富稀土料，富稀土料中CeO2的含量為12.2％，鉛的含量低于0.05％。
實施例2
一種廢棄稀土拋光粉的回收方法，包括以下步驟：
(1)稱取廢棄稀土拋光粉10.012g、活性炭粉(固定碳含量為99％)0.104g和氫氧化鈉17.840g，在混料機內(nèi)混合均勻，得到混合物；其中：按摩爾比，廢棄稀土拋光粉中氧化鉛∶還原劑中固體碳＝1∶1.24；按摩爾比，廢棄稀土拋光粉中二氧化硅∶氫氧化鈉＝1∶5.05；
(2)將混合物放置于氧化鎂坩堝內(nèi)，將氧化鎂坩堝放置于馬弗爐中，進行還原反應，還原反應溫度為650℃，還原反應時間為120min，獲得還原產(chǎn)物；
(3)將還原產(chǎn)物水淬至室溫，獲得冷卻產(chǎn)物；
(4)將冷卻產(chǎn)物進行旋液分離，得到富稀土料和硅酸鈉水溶液的混合物，以及金屬鉛；用清水沖洗金屬鉛的表面，烘干后稱量金屬鉛的質(zhì)量為1.431g，金屬鉛的回收率為98.7％；
(5)硅酸鈉水溶液和富稀土料的混合物通過過濾，得到硅酸鈉水溶液和富稀土料，富稀土料中CeO2的含量為16.51％，鉛的含量低于0.05％。
實施例3
一種廢棄稀土拋光粉的回收方法，包括以下步驟：
(1)稱取廢棄稀土拋光粉10.011g、煤粉(固定碳含量為71％)0.152g和氫氧化鈉24.273g，在混料機內(nèi)混合均勻，得到混合物；其中：按摩爾比，廢棄稀土拋光粉中氧化鉛∶還原劑中固體碳＝1∶1.29；按摩爾比，廢棄稀土拋光粉中二氧化硅∶氫氧化鈉＝1∶6.87；
(2)將混合物放置于氧化鎂坩堝內(nèi)，將氧化鎂坩堝放置于馬弗爐中，進行還原反應，還原反應溫度為800℃，還原反應時間為120min，獲得還原產(chǎn)物；
(3)將還原產(chǎn)物水淬至室溫，獲得冷卻產(chǎn)物；
(4)將冷卻產(chǎn)物進行旋液分離，得到富稀土料和硅酸鈉水溶液的混合物，以及金屬鉛；用清水沖洗金屬鉛的表面，烘干后稱量金屬鉛的質(zhì)量為1.427g，金屬鉛的回收率為98.4％；
(5)硅酸鈉水溶液和富稀土料的混合物通過過濾，得到硅酸鈉水溶液和富稀土料，富稀土料中CeO2的含量為17.5％，鉛的含量低于0.05％。
實施例4
一種廢棄稀土拋光粉的回收方法，包括以下步驟：
(1)稱取廢棄稀土拋光粉10.006g、活性炭粉(固定碳含量為99％)0.296g和氫氧化鈉33.41g，在混料機內(nèi)混合均勻，得到混合物；其中：按摩爾比，廢棄稀土拋光粉中氧化鉛∶還原劑中固體碳＝1∶3.52；按摩爾比，廢棄稀土拋光粉中二氧化硅∶氫氧化鈉＝1∶9.47；
(2)將混合物放置于氧化鎂坩堝內(nèi)，將氧化鎂坩堝放置于馬弗爐中，進行還原反應，還原反應溫度為600℃，還原反應時間為240min，獲得還原產(chǎn)物；
(3)將還原產(chǎn)物水淬至室溫，獲得冷卻產(chǎn)物；
(4)將冷卻產(chǎn)物進行旋液分離，得到富稀土料和硅酸鈉水溶液的混合物，以及金屬鉛；用清水沖洗金屬鉛的表面，烘干后稱量金屬鉛的質(zhì)量為1.432g，金屬鉛的回收率為98.8％；
(5)硅酸鈉水溶液和富稀土料的混合物通過過濾，得到硅酸鈉水溶液和富稀土料，富稀土料中CeO2的含量為16.63％，鉛的含量低于0.05％。
實施例5
一種廢棄稀土拋光粉的回收方法，包括以下步驟：
(1)稱取廢棄稀土拋光粉10.021g、活性炭粉(固定碳含量為99％)0.184g和氫氧化鉀40.791g，在混料機內(nèi)混合均勻，得到混合物；其中：按摩爾比，廢棄稀土拋光粉中氧化鉛∶還原劑中固體碳＝1∶2.19；按摩爾比，廢棄稀土拋光粉中二氧化硅∶氫氧化鉀＝1∶8.24；
(2)將混合物放置于氧化鎂坩堝內(nèi)，將氧化鎂坩堝放置于馬弗爐中，進行還原反應，還原反應溫度為750℃，還原反應時間為60min，獲得還原產(chǎn)物；
(3)將還原產(chǎn)物水淬至室溫，獲得冷卻產(chǎn)物；
(4)將冷卻產(chǎn)物進行旋液分離，得到富稀土料和硅酸鉀水溶液的混合物，以及金屬鉛；用清水沖洗金屬鉛的表面，烘干后稱量金屬鉛的質(zhì)量為1.431g，金屬鉛的回收率為98.6％；
(5)硅酸鉀水溶液和富稀土料的混合物通過過濾，得到硅酸鉀水溶液和富稀土料，富稀土料中CeO2的含量為16.6％，鉛的含量低于0.05％。