难处理稀土电解熔盐废渣高效回收利用研究

摘要

工业上低熔点稀土金属（合金）常采用氟化物-氧化物体系熔盐电解法制备，稀土熔盐电解过程产生含稀土的废熔盐渣成分复杂，稀土回收利用困难，对稀土废熔盐渣中稀土进行高效回收利用具有广阔运用前景及重要现实意义。
　　本文首先对稀土熔盐渣进行了物相分析及能谱分析，确定了稀土主要以REO、REF3及REOF三种形式存在，并且含有石墨等杂质。在此基础上本文进行了高压碱转、机械活化碱转、络合分解、硼砂焙烧及碳酸钠焙烧稀土电解熔盐废渣等探索实验，并遴选出硼砂焙烧法及碳酸钠焙烧法。
　　对添加硼砂及碳酸钠焙烧稀土电解熔盐废渣所得产物进行了物相分析，确定其化学反应式分别为：Na2B4O7·10H2O+REF3=Na2O+REBO3+BF3+H2O，3Na2CO3+2REF3=6NaF+RE2O3+3CO2。通过化学反应动力学研究，得到硼砂及碳酸钠分解稀土熔盐渣反应的活化能分别为159.02 kJ/mol，159.00 kJ/mol，指前因子分别为1.15×109 min-1，2.58×109 min-1，反应速率常数分别为0.26 min-1，0.28 min-1，反应限制性环节均为界面化学反应。
　　硼砂焙烧稀土熔盐渣工艺研究结果表明，最佳工艺条件为：焙烧温度为700℃，焙烧时间为1 min，硼砂添加量为原料质量的38%；最佳浸出条件为：浸出温度为70℃，浸出时间为40 min，液固比为5:1，盐酸浓度为3 mol/L。在最佳条件下，稀土浸出率为97.35%，浸出液pH<0.5，浸出液中F-浓度为0.28 g/L，稀土离子浓度为16.97 g/L，REO/F=60.18。
　　碳酸钠焙烧稀土熔盐渣工艺研究结果表明，最佳工艺条件为：焙烧温度为700℃，焙烧时间为60 min，碳酸钠添加量为稀土含量的1.5倍，添加5%的硼砂做添加剂，添加5%的硫脲进行盐酸优溶，浸出温度为85℃。所得焙烧产物结构疏松，非Ce稀土浸出率为96.98%，Ce的浸出率为80.78%，浸出液中F浓度为0.12 g/L，pH值为3.8，稀土离子浓度为64.30 g/L，REO/F=559.13，Al2O3/REO=1.6×10-3，浸出液可直接进P507稀土萃取槽进行萃取分离。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 我国稀土电解熔盐废渣资源

1.2 稀土电解熔盐废渣回收利用研究现状

1.3 课题研究内容、研究目标

第二章 实验方法

2.1 实验材料

2.2 试验仪器设备

2.3 试验步骤

2.4 分析方法

第三章 分解方式遴选试验

3.1 高压碱转试验

3.2 机械活化探索试验

3.3 络合分解探索试验

3.4 硼砂焙烧法探索试验

3.5 碳酸盐焙烧探索试验

3.6 本章小结

第四章 分解反应热力学及动力学研究

4.1 硼砂焙烧产物分析

4.2 碳酸钠焙烧产物分析

4.3 碳酸钠焙烧反应热力学研究

4.4 硼砂焙烧反应动力学研究

4.5 碳酸钠焙烧反应动力学研究

4.6 本章小结

第五章 硼砂焙烧工艺研究

5.1 焙烧温度对分解率的影响

5.2 焙烧时间对分解率的影响

5.3 硼砂用量对分解率的影响

5.4 水洗条件对除氟效果的影响

5.5 焙烧渣浸出过程研究

5.6 本章小结

第六章 碳酸钠焙烧工艺研究

6.1 焙烧温度对分解率的影响

6.2 焙烧时间对分解率的影响

6.3 碳酸钠添加量对分解率的影响

6.4 焙烧渣浸出工艺研究

6.5 焙烧添加剂对稀土分解的影响

6.6 本章小结

第七章 结 论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果