从废弃荧光粉中浸出稀土及其动力学分析

邓庚凤，徐 鹏，廖春发

（江西理工大学 冶金与化学工程学院，江西赣州 341000）

荧光粉生产过程中产出大量工艺废粉，其中含有大量稀土，是重要的二次资源。从废弃荧光材料或工艺废粉中回收稀土已得到广泛关注［1-2］。从废弃荧光粉中浸出稀土，可以用硫酸、盐酸等［3-7］，但由于荧光粉制备过程比较特殊，从废弃荧光粉中回收稀土时，稀土浸出率都较低。试验研究了用盐酸从荧光灯生产过程中产出的废弃荧光粉中浸出稀土，并研究了浸出动力学。

1 试验部分

1．1 试验材料

试验所用盐酸为分析纯。试验所用废弃荧光粉为荧光灯生产过程中的工艺废粉，其组成见表1，经过烘干、研磨处理。

表1 废弃荧光粉的组成 %

1．2 试验方法

浸出试验在烧杯中进行。用一定浓度的盐酸，按一定的液固体积质量比加入废弃荧光粉，常温下搅拌浸出。浸出液中的稀土质量浓度用ICP法（FWS-1000型）测定。

2 试验结果与讨论

2．1 稀土浸出

2．1．1 浸出时间对稀土浸出率的影响

液固体积质量比为5∶1，盐酸浓度为4 mol／L，室温下浸出。浸出时间对稀土浸出率的影响试验结果见表2。

表2 浸出时间对稀土浸出率的影响试验结果

从表2看出：随反应时间延长，稀土浸出率增大；浸出6h时，稀土浸出率达92．71%，之后再延长浸出时间，稀土浸出率变化不大。综合考虑生产周期及经济效益，反应时间选择为6h。

2．1．2 盐酸浓度对稀土浸出率的影响

液固体积质量比为5∶1，反应时间为6h，反应温度为室温。盐酸浓度对稀土浸出率的影响试验结果见表3。可以看出：随盐酸浓度增大，稀土浸出率提高；盐酸浓度为1mol／L时，稀土浸出率为14．61%；盐酸浓度为5mol／L时，稀土几乎全部浸出。随盐酸浓度增大，单位体积内盐酸分子数增多，反应速度加快；但酸浓度过高，不仅对反应设备要求高，而且对后面的萃取工序有影响。综合考虑，盐酸浓度确定为4mol／L。

表3 盐酸浓度对稀土浸出率的影响试验结果

2．1．3 液固体积质量比对稀土浸出率的影响

盐酸浓度为4mol／L，反应时间为6h，反应温度为室温。液固体积质量比对稀土浸出率的影响试验结果见表4。

表4 液固体积质量比对稀土浸出率的影响试验结果

由表4看出：随液固体积质量比增大，稀土浸出率升高；液固体积质量比为7∶1时，稀土浸出率接近100%。在盐酸浓度不变前提下，随液固体积质量比增大，液固两相接触更充分，酸浸反应进行的更顺利；但液固体积质量比过大会导致浸出和液固分离设备负荷加大，浸出剂损耗加大：综合考虑，液固体积质量比确定以5∶1较为适宜。

2．1．4 温度对稀土浸出率的影响

盐酸浓度为4mol／L，液固体积质量比为5∶1，反应时间为6h。温度对稀土浸出率的影响试验结果见表5。

表5 反应温度对稀土浸出率的影响试验结果

从表5看出：随温度升高，稀土浸出率升高；室温下，稀土浸出率为92．71%；90℃时，稀土浸出率接近100%。温度升高，对设备的要求提高，而且能耗加大，综合考虑，确定稀土浸出在常温下进行。

2．2 稀土浸出动力学分析

不同温度、不同浸出时间条件下的盐酸浸出稀土试验结果见表6。其他浸出条件：盐酸浓度2．0mol／L，液固体积质量比5∶1。

表6 不同温度、不同浸出时间下的稀土浸出试验结果

将表6数据（x）对应浸出时间（t）分别用［1-（1-x）1／3］-t和［1-2／3x-（1-x）2／3］-t方程进行线性拟合，结果如图1、2所示。

可以看出：在25～90℃范围内，［1-（1-x）1／3］-t的线性相关系数R≥0．93（图1），［1-2／3x-（1-x）2／3］-t的线性相关系数R≥0．95（图2）。由此初步判断，从废荧光粉中浸出稀土过程受扩散控制，符合收缩核心模型。

图1 不同温度下的［1-（1-x）1／3］-t关系

图2 不同温度下的［1-2／3x-（1-x）2／3］-t关系

［1-2／3x-（1-x）2／3］-t拟合所得直线的线性回归方程见表7。根据直线斜率（即表观速率常数k）与温度（T）的关系，绘制lnk对1／T关系曲线，如图3所示。

表7 不同温度下的［1-2／3x-（1-x）2／3］-t关系

图3 稀土浸出过程中lnk与1／T的关系

由图3看出，lnk与1／T呈线性关系（相关系数R＝0．94），斜率为-3 033．9。根据 Arrhrnius公式［10］，求得反应活化能为：

稀土浸出反应的表观活化能在8～30kJ／mol范围内，浸出过程的确受扩散控制，反应动力学遵循未反应核收缩模型。

3 结论

用盐酸可以从废弃荧光粉中浸出稀土。室温下，用浓度为4mol／L的盐酸浸出6h，控制液固体积质量比为5∶1，稀土浸出率可以达到92．71%。对于未经活化预处理的工艺废荧光粉，在25～90℃范围内，稀土浸出过程受扩散控制，反应动力学过程遵循未反应核收缩模型，反应的活化能为25．22kJ／mol。

［1］涂雅洁，王霞辉，梅光军，等．从废弃稀土荧光粉中萃取分离Y和Eu［J］．现代矿业，2012（8）：29-31．

［2］毛林春，曾斌，余攀，等．从废弃荧光粉中提取稀土试验研究［J］．湿法冶金，2013，32（6）：395-397．

［3］傅丽．废旧稀土荧光灯中稀土金属分离试验的研究［D］．北京：首都经济贸易大学，2008：11-12．

［4］李洪枚．从废稀土荧光粉中酸浸回收稀土的研究［J］．稀有金属，2010，34（6）：898-904．

［5］Takahashi Tooru，Takano Aketomi，Saito Takayuki，et al．Separation and Recovery of Rare Earth Elements From Phosphor Sludge in Processing Plant of Waste Fluorescent Lamp by Pneumatic Classification and Sulfuric Acidic Leaching［J］．Journal of the Mining and Materials Processing Institute of Japan，2001，117（7）：579-585．

［6］Takahashi Tooru，Takano Aketomi，Saito Takayuki，et al．Synthesis of Red Phosphor （Y2O3，Eu3＋）From Waste Phosphor Sludge by Coprecipitation Process［J］．Journal of the Mining and Materials Processing Institute of Japan，2002，118（6）：413-418．

［7］李洪枚．用硫酸从废旧稀土荧光粉中浸出稀土［J］．湿法冶金，2010，29（3）：188-190．