從廢玻璃渣中提取氧化鈰的研究*

趙國(guó)燕，黃東楓，郭金福，原偉偉

（安陽(yáng)師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，河南安陽(yáng)455002）

環(huán)境·健康·安全

從廢玻璃渣中提取氧化鈰的研究*

趙國(guó)燕，黃東楓，郭金福，原偉偉

（安陽(yáng)師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，河南安陽(yáng)455002）

為了實(shí)現(xiàn)玻璃生產(chǎn)過(guò)程中廢玻璃的綜合利用，得到經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、加工成本低的氧化鈰。以某企業(yè)的廢玻璃為原料，經(jīng)稀鹽酸預(yù)處理后溶解于濃鹽酸中提取氧化鈰。分別研究了稀鹽酸的濃度和加入量、濃鹽酸的加入量、水浴時(shí)間和溫度等因素對(duì)氧化鈰產(chǎn)率的影響，并得出了最佳提取條件：稀鹽酸濃度為2 mol/L、稀鹽酸加入量為100 mL、濃鹽酸加入量為250 mL、水浴時(shí)間為2 h、水浴溫度為95℃。

玻璃渣；氧化鈰；產(chǎn)率

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，玻璃已成為日常生活、科研生產(chǎn)以及尖端科技技術(shù)不可或缺的新材料［1-2］，氧化鈰稀土拋光粉因其獨(dú)特的化學(xué)機(jī)械作用而具有高拋光效率，成為玻璃拋光材料的首選，被廣泛用于鏡片、光學(xué)元件（透鏡、棱鏡）、彩電玻殼、平板顯示器用電子玻璃、硅片、磁盤(pán)玻璃基片等產(chǎn)品的拋光加工中［2-5］。玻璃生產(chǎn)過(guò)程中不可避免會(huì)產(chǎn)生大量的廢玻璃，如何對(duì)廢玻璃進(jìn)行合理再利用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［6-7］。鈰是價(jià)格較高的稀土金屬元素，若大量的鈰流失會(huì)造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)與土壤污染，帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染和安全隱患。筆者采用某企業(yè)在電視顯示屏制備過(guò)程中以氧化鈰作拋光劑產(chǎn)生的廢玻璃為原料，能夠得到經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、價(jià)格昂貴、加工成本低的氯化鈰，氯化鈰經(jīng)氧化處理得到氧化鈰產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了固體廢物的資源化利用，變廢為寶。該工藝簡(jiǎn)單、方便、可行性高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃主要成分二氧化硅的提純，實(shí)現(xiàn)了玻璃渣的綜合利用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料、試劑與儀器

原料與試劑：濃鹽酸（AR）、玻璃渣（主要化學(xué)成分見(jiàn)表1）。

表1 玻璃渣的主要化學(xué)成分 %

儀器：HG101-2（2A/2AL）型電熱鼓風(fēng)干燥箱、X射線熒光光譜儀、UltimaⅢ型X射線衍射儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

用稀鹽酸對(duì)玻璃渣除雜，攪拌2 h、放置4 h、過(guò)濾后取濾餅，加入濃鹽酸水浴加熱一段時(shí)間，過(guò)濾后取濾液，再經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶、干燥得到產(chǎn)品。

實(shí)驗(yàn)中每次取玻璃渣原樣20.000 g，產(chǎn)生的廢酸可以多次循環(huán)利用。CeO2的產(chǎn)率以最終產(chǎn)品中氯化鈰折算的CeO2與原料中CeO2的質(zhì)量比來(lái)表示。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)原理

玻璃渣中SiO2、CeO2不與稀鹽酸反應(yīng)［8］，其他雜質(zhì)都與稀鹽酸反應(yīng)，而SiO2不與濃鹽酸反應(yīng)，CeO2與濃鹽酸反應(yīng)，在濃酸中將放出氧，變?yōu)槿齼r(jià)離子，將濃鹽酸氧化放出氯氣。

2 結(jié)果與討論

2.1 試樣的表征

圖1是玻璃渣原樣和提取物的XRD譜圖。從圖1a中可見(jiàn)，在2θ=34.6°處有明顯的特征峰，與CeO2的PDF標(biāo)準(zhǔn)卡片（44-1001）的主要峰一致，說(shuō)明玻璃渣原樣中含有CeO2，經(jīng)比對(duì)發(fā)現(xiàn)鈰的氧化物中還含有少量CeO和Ce2O3。另外比對(duì)玻璃渣原樣X(jué)RD衍射峰可知，樣品中含有鉀、鈉、鈣、鎂、鋁、鐵等元素的硅酸鹽等，這與X射線熒光光譜分析結(jié)果一致。由于CeO2、CeO、Ce2O3都與濃鹽酸反應(yīng)，所以得到的產(chǎn)品是氯化鈰。從圖1b中可見(jiàn)，在2θ=25.1、35.2、42.5、57.5、66.9°處都有明顯的特征峰，與CeCl3的PDF標(biāo)準(zhǔn)卡片（9-68）的峰一致，表明實(shí)驗(yàn)提取出的產(chǎn)品是氯化鈰。

圖1 玻璃渣原樣和提取物氯化鈰的XRD譜圖

2.2 實(shí)驗(yàn)條件對(duì)氧化鈰產(chǎn)率的影響

2.2.1 稀鹽酸濃度

圖2為在其他條件相同的情況下，不同濃度的稀鹽酸對(duì)氧化鈰產(chǎn)率的影響。

圖2 稀鹽酸濃度對(duì)氧化鈰產(chǎn)率的影響

從圖2可見(jiàn)，稀鹽酸濃度為2 mol/L時(shí)氧化鈰產(chǎn)率最大，稀鹽酸濃度越高，氧化鈰產(chǎn)率越低，說(shuō)明稀鹽酸濃度高時(shí)溶解了部分產(chǎn)品，而稀鹽酸濃度低時(shí)雜質(zhì)除不凈，會(huì)消耗下一步濃鹽酸的體積，影響氧化鈰產(chǎn)率，所以實(shí)驗(yàn)選擇最佳稀鹽酸濃度為2 mol/L。

2.2.2 鹽酸加入量

在其他條件相同的情況下，稀鹽酸（2 mol/L）加入量對(duì)氧化鈰產(chǎn)率的影響見(jiàn)圖3a。由圖3a可見(jiàn)，隨著稀鹽酸加入量的增大，氧化鈰產(chǎn)率先增大后減小，在100 mL時(shí)產(chǎn)率最大。說(shuō)明稀鹽酸加入量少時(shí)雜質(zhì)除不凈，會(huì)消耗下一步濃鹽酸的體積，影響氧化鈰產(chǎn)率，稀鹽酸加入量多時(shí)會(huì)損耗產(chǎn)品，使氧化鈰產(chǎn)率降低。因此，實(shí)驗(yàn)選擇最佳稀鹽酸加入量為100 mL。

在其他條件相同的情況下，將經(jīng)稀鹽酸預(yù)處理后的實(shí)驗(yàn)原料加入不同體積的濃鹽酸，氧化鈰的產(chǎn)率見(jiàn)圖3b。由圖3b可見(jiàn)，氧化鈰產(chǎn)率隨著濃鹽酸的體積增大而增大，到250 mL時(shí)產(chǎn)率最大，250 mL后，隨著濃鹽酸的加入量增加氧化鈰產(chǎn)率減小。這說(shuō)明濃鹽酸的用量大，有利于氧化鈰的溶解反應(yīng)，而濃鹽酸過(guò)多時(shí)會(huì)損耗產(chǎn)品，使產(chǎn)率降低。因此，實(shí)驗(yàn)選擇最佳濃鹽酸加入量為250 mL。

圖3 稀鹽酸（a）、濃鹽酸（b）加入量對(duì)氧化鈰產(chǎn)率的影響

2.2.3 水浴時(shí)間

圖4 水浴時(shí)間對(duì)氧化鈰產(chǎn)率的影響

在其他條件相同的情況下，經(jīng)稀鹽酸預(yù)處理后的實(shí)驗(yàn)原料，加濃鹽酸后水浴不同時(shí)間對(duì)氧化鈰產(chǎn)率的影響如圖4所示。由圖4可見(jiàn)，水浴時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)產(chǎn)率的影響較大，水浴時(shí)間越長(zhǎng)，氧化鈰產(chǎn)率越高，超過(guò)2 h后產(chǎn)率趨于平衡，說(shuō)明反應(yīng)趨于穩(wěn)定，繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間不會(huì)使氧化鈰產(chǎn)率升高，反而會(huì)造成浪費(fèi)。說(shuō)明氧化鈰的溶解體系初始遠(yuǎn)離平衡，隨反應(yīng)的進(jìn)行，逐漸趨于反應(yīng)完全。因此，實(shí)驗(yàn)選擇最佳水浴時(shí)間為2 h。

2.2.4 水浴溫度

在其他條件相同的情況下，經(jīng)稀鹽酸預(yù)處理后的實(shí)驗(yàn)原料，不同水浴溫度對(duì)氧化鈰產(chǎn)率的影響如圖5所示。由圖5可見(jiàn)，水浴溫度對(duì)產(chǎn)率的影響較大，溫度越高產(chǎn)率越大，幾乎呈線性關(guān)系。這說(shuō)明氧化鈰的溶解體系隨溫度升高而趨于反應(yīng)完全。由于水浴溫度不可能超過(guò)100℃，因此選擇最佳水浴溫度為95℃。

圖5 水浴溫度對(duì)氧化鈰產(chǎn)率的影響

3 結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到提取氧化鈰的最佳條件為：c（稀鹽酸）=2 mol/L、稀鹽酸加入量為100 mL、濃鹽酸加入量為250 mL、水浴時(shí)間為2 h、水浴溫度為95℃。

［1］ 徐美君.國(guó)際國(guó)內(nèi)廢玻璃的回收與利用（上）［J］.建材發(fā)展導(dǎo)向，2007，5（1）：51-55.

［2］ 趙蘇，李連君，楊合，等.廢玻璃的再利用研究［J］.中國(guó)資源綜合利用，2004（3）：22-24.

［3］ 徐研，王春云，楊中辰.CaO2在紫外吸收玻殼中的應(yīng)用研究［J］.稀土，2007，28（3）：93-95.

［4］ 張友良，田暉，田英良，等.開(kāi)展廢顯像管回收利用研究［J］.中國(guó)資源綜合利用，2002（9）：24-25.

［5］ 李進(jìn).拋光粉制備工藝研究［J］.江西化工，2003（1）：35-38.

［6］ 黃旭，王金玲.化學(xué)機(jī)械拋光——氧化鈰拋光粉的研制［J］.遼寧建材，2010（5）：12-14.

［7］ 曾利群，蔣冬青.廢玻璃的合理再利用［J］.山東建材，2000（5）：38-40.

［8］ 韓劍宏，陳榮，王春雨.水晶石廢料中二氧化硅的提純及參數(shù)優(yōu)化［J］.無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，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

趙國(guó)燕（1978—），女，碩士，講師，主要研究方向?yàn)椴牧?/p>

河南省科技攻關(guān)（092102210241）；安陽(yáng)市科技攻關(guān)（253）立項(xiàng)項(xiàng)目。

化學(xué)，已公開(kāi)發(fā)表文章10余篇。

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