从废玻璃渣中提取氧化铈的研究*

赵国燕，黄东枫，郭金福，原伟伟

（安阳师范学院化学化工学院，河南安阳455002）

环境·健康·安全

从废玻璃渣中提取氧化铈的研究*

赵国燕，黄东枫，郭金福，原伟伟

（安阳师范学院化学化工学院，河南安阳455002）

为了实现玻璃生产过程中废玻璃的综合利用，得到经济价值高、加工成本低的氧化铈。以某企业的废玻璃为原料，经稀盐酸预处理后溶解于浓盐酸中提取氧化铈。分别研究了稀盐酸的浓度和加入量、浓盐酸的加入量、水浴时间和温度等因素对氧化铈产率的影响，并得出了最佳提取条件：稀盐酸浓度为2 mol/L、稀盐酸加入量为100 mL、浓盐酸加入量为250 mL、水浴时间为2 h、水浴温度为95℃。

玻璃渣；氧化铈；产率

随着科学技术的迅速发展，玻璃已成为日常生活、科研生产以及尖端科技技术不可或缺的新材料［1-2］，氧化铈稀土抛光粉因其独特的化学机械作用而具有高抛光效率，成为玻璃抛光材料的首选，被广泛用于镜片、光学元件（透镜、棱镜）、彩电玻壳、平板显示器用电子玻璃、硅片、磁盘玻璃基片等产品的抛光加工中［2-5］。玻璃生产过程中不可避免会产生大量的废玻璃，如何对废玻璃进行合理再利用，具有重要的现实意义［6-7］。铈是价格较高的稀土金属元素，若大量的铈流失会造成资源严重浪费与土壤污染，带来严重的环境污染和安全隐患。笔者采用某企业在电视显示屏制备过程中以氧化铈作抛光剂产生的废玻璃为原料，能够得到经济价值高、价格昂贵、加工成本低的氯化铈，氯化铈经氧化处理得到氧化铈产品，实现了固体废物的资源化利用，变废为宝。该工艺简单、方便、可行性高，同时实现对玻璃主要成分二氧化硅的提纯，实现了玻璃渣的综合利用。

1 实验部分

1.1 原料、试剂与仪器

原料与试剂：浓盐酸（AR）、玻璃渣（主要化学成分见表1）。

表1 玻璃渣的主要化学成分 %

仪器：HG101-2（2A/2AL）型电热鼓风干燥箱、X射线荧光光谱仪、UltimaⅢ型X射线衍射仪。

1.2 实验过程

1.2.1 实验步骤

用稀盐酸对玻璃渣除杂，搅拌2 h、放置4 h、过滤后取滤饼，加入浓盐酸水浴加热一段时间，过滤后取滤液，再经蒸发结晶、干燥得到产品。

实验中每次取玻璃渣原样20.000 g，产生的废酸可以多次循环利用。CeO2的产率以最终产品中氯化铈折算的CeO2与原料中CeO2的质量比来表示。

1.2.2 实验原理

玻璃渣中SiO2、CeO2不与稀盐酸反应［8］，其他杂质都与稀盐酸反应，而SiO2不与浓盐酸反应，CeO2与浓盐酸反应，在浓酸中将放出氧，变为三价离子，将浓盐酸氧化放出氯气。

2 结果与讨论

2.1 试样的表征

图1是玻璃渣原样和提取物的XRD谱图。从图1a中可见，在2θ=34.6°处有明显的特征峰，与CeO2的PDF标准卡片（44-1001）的主要峰一致，说明玻璃渣原样中含有CeO2，经比对发现铈的氧化物中还含有少量CeO和Ce2O3。另外比对玻璃渣原样XRD衍射峰可知，样品中含有钾、钠、钙、镁、铝、铁等元素的硅酸盐等，这与X射线荧光光谱分析结果一致。由于CeO2、CeO、Ce2O3都与浓盐酸反应，所以得到的产品是氯化铈。从图1b中可见，在2θ=25.1、35.2、42.5、57.5、66.9°处都有明显的特征峰，与CeCl3的PDF标准卡片（9-68）的峰一致，表明实验提取出的产品是氯化铈。

图1 玻璃渣原样和提取物氯化铈的XRD谱图

2.2 实验条件对氧化铈产率的影响

2.2.1 稀盐酸浓度

图2为在其他条件相同的情况下，不同浓度的稀盐酸对氧化铈产率的影响。

图2 稀盐酸浓度对氧化铈产率的影响

从图2可见，稀盐酸浓度为2 mol/L时氧化铈产率最大，稀盐酸浓度越高，氧化铈产率越低，说明稀盐酸浓度高时溶解了部分产品，而稀盐酸浓度低时杂质除不净，会消耗下一步浓盐酸的体积，影响氧化铈产率，所以实验选择最佳稀盐酸浓度为2 mol/L。

2.2.2 盐酸加入量

在其他条件相同的情况下，稀盐酸（2 mol/L）加入量对氧化铈产率的影响见图3a。由图3a可见，随着稀盐酸加入量的增大，氧化铈产率先增大后减小，在100 mL时产率最大。说明稀盐酸加入量少时杂质除不净，会消耗下一步浓盐酸的体积，影响氧化铈产率，稀盐酸加入量多时会损耗产品，使氧化铈产率降低。因此，实验选择最佳稀盐酸加入量为100 mL。

在其他条件相同的情况下，将经稀盐酸预处理后的实验原料加入不同体积的浓盐酸，氧化铈的产率见图3b。由图3b可见，氧化铈产率随着浓盐酸的体积增大而增大，到250 mL时产率最大，250 mL后，随着浓盐酸的加入量增加氧化铈产率减小。这说明浓盐酸的用量大，有利于氧化铈的溶解反应，而浓盐酸过多时会损耗产品，使产率降低。因此，实验选择最佳浓盐酸加入量为250 mL。

图3 稀盐酸（a）、浓盐酸（b）加入量对氧化铈产率的影响

2.2.3 水浴时间

图4 水浴时间对氧化铈产率的影响

在其他条件相同的情况下，经稀盐酸预处理后的实验原料，加浓盐酸后水浴不同时间对氧化铈产率的影响如图4所示。由图4可见，水浴时间的长短对产率的影响较大，水浴时间越长，氧化铈产率越高，超过2 h后产率趋于平衡，说明反应趋于稳定，继续延长反应时间不会使氧化铈产率升高，反而会造成浪费。说明氧化铈的溶解体系初始远离平衡，随反应的进行，逐渐趋于反应完全。因此，实验选择最佳水浴时间为2 h。

2.2.4 水浴温度

在其他条件相同的情况下，经稀盐酸预处理后的实验原料，不同水浴温度对氧化铈产率的影响如图5所示。由图5可见，水浴温度对产率的影响较大，温度越高产率越大，几乎呈线性关系。这说明氧化铈的溶解体系随温度升高而趋于反应完全。由于水浴温度不可能超过100℃，因此选择最佳水浴温度为95℃。

图5 水浴温度对氧化铈产率的影响

3 结论

根据实验得到提取氧化铈的最佳条件为：c（稀盐酸）=2 mol/L、稀盐酸加入量为100 mL、浓盐酸加入量为250 mL、水浴时间为2 h、水浴温度为95℃。

［1］ 徐美君.国际国内废玻璃的回收与利用（上）［J］.建材发展导向，2007，5（1）：51-55.

［2］ 赵苏，李连君，杨合，等.废玻璃的再利用研究［J］.中国资源综合利用，2004（3）：22-24.

［3］ 徐研，王春云，杨中辰.CaO2在紫外吸收玻壳中的应用研究［J］.稀土，2007，28（3）：93-95.

［4］ 张友良，田晖，田英良，等.开展废显像管回收利用研究［J］.中国资源综合利用，2002（9）：24-25.

［5］ 李进.抛光粉制备工艺研究［J］.江西化工，2003（1）：35-38.

［6］ 黄旭，王金玲.化学机械抛光——氧化铈抛光粉的研制［J］.辽宁建材，2010（5）：12-14.

［7］ 曾利群，蒋冬青.废玻璃的合理再利用［J］.山东建材，2000（5）：38-40.

［8］ 韩剑宏，陈荣，王春雨.水晶石废料中二氧化硅的提纯及参数优化［J］.无机盐工业，2009，41（9）：47-49.

Research on extraction cerium dioxide from glass refuse

Zhao Guoyan，Huang Dongfeng，Guo Jinfu，Yuan Weiwei
（School of Chemistry&Chemical Engineering，A nyang Normal University，A nyang 455002，China）

In order to comprehensive utilize glass refuse and get cerium dioxide which has high economic value and low processing cost，cerium dioxide extraction was made with glass refuse from an enterprise as raw material.Firstly the glass refuse was pretreated with diluted hydrochloric acid，and then it was dissolved in concentrated hydrochloric acid to extract cerium dioxide.Influences of concentration and quantity of diluted hydrochloric acid，quantity of concentrated hydrochloric acid，water bath time，and temperature etc.on cerium dioxide yield were studied.The optimal process parameters were obtained as follows：concentration and quantity of diluted hydrochloric acid were 2 mol/L and 100 mL respectively，quantity of concentrated hydrochloric acid was 250 mL，and water bath time and temperature were 2 h and 95℃respectively.

glass refuse；cerium dioxide；yield

TQ13

：A

：1006-4990（2012）05-0037-03

2011-11-28

赵国燕（1978—），女，硕士，讲师，主要研究方向为材料

河南省科技攻关（092102210241）；安阳市科技攻关（253）立项项目。

化学，已公开发表文章10余篇。

联系方式：zgyzwg@163.com