從廢玻璃渣中提取氧化鈰的研究*

趙國燕，黃東楓，郭金福，原偉偉

（安陽師范學院化學化工學院，河南安陽455002）

環境·健康·安全

從廢玻璃渣中提取氧化鈰的研究*

趙國燕，黃東楓，郭金福，原偉偉

（安陽師范學院化學化工學院，河南安陽455002）

為了實現玻璃生產過程中廢玻璃的綜合利用，得到經濟價值高、加工成本低的氧化鈰。以某企業的廢玻璃為原料，經稀鹽酸預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、水浴時間和溫度等因素對氧化鈰產率的影響，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、水浴時間為2 h、水浴溫度為95℃。

玻璃渣；氧化鈰；產率

隨著科學技術的迅速發展，玻璃已成為日常生活、科研生產以及尖端科技技術不可或缺的新材料［1-2］，氧化鈰稀土拋光粉因其獨特的化學機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、光學元件（透鏡、棱鏡）、彩電玻殼、平板顯示器用電子玻璃、硅片、磁盤玻璃基片等產品的拋光加工中［2-5］。玻璃生產過程中不可避免會產生大量的廢玻璃，如何對廢玻璃進行合理再利用，具有重要的現實意義［6-7］。鈰是價格較高的稀土金屬元素，若大量的鈰流失會造成資源嚴重浪費與土壤污染，帶來嚴重的環境污染和安全隱患。筆者采用某企業在電視顯示屏制備過程中以氧化鈰作拋光劑產生的廢玻璃為原料，能夠得到經濟價值高、價格昂貴、加工成本低的氯化鈰，氯化鈰經氧化處理得到氧化鈰產品，實現了固體廢物的資源化利用，變廢為寶。該工藝簡單、方便、可行性高，同時實現對玻璃主要成分二氧化硅的提純，實現了玻璃渣的綜合利用。

1 實驗部分

1.1 原料、試劑與儀器

原料與試劑：濃鹽酸（AR）、玻璃渣（主要化學成分見表1）。

表1 玻璃渣的主要化學成分 %

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

1.2 實驗過程

1.2.1 實驗步驟

用稀鹽酸對玻璃渣除雜，攪拌2 h、放置4 h、過濾后取濾餅，加入濃鹽酸水浴加熱一段時間，過濾后取濾液，再經蒸發結晶、干燥得到產品。

實驗中每次取玻璃渣原樣20.000 g，產生的廢酸可以多次循環利用。CeO2的產率以最終產品中氯化鈰折算的CeO2與原料中CeO2的質量比來表示。

1.2.2 實驗原理

玻璃渣中SiO2、CeO2不與稀鹽酸反應［8］，其他雜質都與稀鹽酸反應，而SiO2不與濃鹽酸反應，CeO2與濃鹽酸反應，在濃酸中將放出氧，變為三價離子，將濃鹽酸氧化放出氯氣。

2 結果與討論

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，在2θ=34.6°處有明顯的特征峰，與CeO2的PDF標準卡片（44-1001）的主要峰一致，說明玻璃渣原樣中含有CeO2，經比對發現鈰的氧化物中還含有少量CeO和Ce2O3。另外比對玻璃渣原樣XRD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果一致。由于CeO2、CeO、Ce2O3都與濃鹽酸反應，所以得到的產品是氯化鈰。從圖1b中可見，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標準卡片（9-68）的峰一致，表明實驗提取出的產品是氯化鈰。

圖1 玻璃渣原樣和提取物氯化鈰的XRD譜圖

2.2 實驗條件對氧化鈰產率的影響

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氧化鈰產率的影響。

圖2 稀鹽酸濃度對氧化鈰產率的影響

從圖2可見，稀鹽酸濃度為2 mol/L時氧化鈰產率最大，稀鹽酸濃度越高，氧化鈰產率越低，說明稀鹽酸濃度高時溶解了部分產品，而稀鹽酸濃度低時雜質除不凈，會消耗下一步濃鹽酸的體積，影響氧化鈰產率，所以實驗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）加入量對氧化鈰產率的影響見圖3a。由圖3a可見，隨著稀鹽酸加入量的增大，氧化鈰產率先增大后減小，在100 mL時產率最大。說明稀鹽酸加入量少時雜質除不凈，會消耗下一步濃鹽酸的體積，影響氧化鈰產率，稀鹽酸加入量多時會損耗產品，使氧化鈰產率降低。因此，實驗選擇最佳稀鹽酸加入量為100 mL。

在其他條件相同的情況下，將經稀鹽酸預處理后的實驗原料加入不同體積的濃鹽酸，氧化鈰的產率見圖3b。由圖3b可見，氧化鈰產率隨著濃鹽酸的體積增大而增大，到250 mL時產率最大，250 mL后，隨著濃鹽酸的加入量增加氧化鈰產率減小。這說明濃鹽酸的用量大，有利于氧化鈰的溶解反應，而濃鹽酸過多時會損耗產品，使產率降低。因此，實驗選擇最佳濃鹽酸加入量為250 mL。

圖3 稀鹽酸（a）、濃鹽酸（b）加入量對氧化鈰產率的影響

2.2.3 水浴時間

圖4 水浴時間對氧化鈰產率的影響

在其他條件相同的情況下，經稀鹽酸預處理后的實驗原料，加濃鹽酸后水浴不同時間對氧化鈰產率的影響如圖4所示。由圖4可見，水浴時間的長短對產率的影響較大，水浴時間越長，氧化鈰產率越高，超過2 h后產率趨于平衡，說明反應趨于穩定，繼續延長反應時間不會使氧化鈰產率升高，反而會造成浪費。說明氧化鈰的溶解體系初始遠離平衡，隨反應的進行，逐漸趨于反應完全。因此，實驗選擇最佳水浴時間為2 h。

2.2.4 水浴溫度

在其他條件相同的情況下，經稀鹽酸預處理后的實驗原料，不同水浴溫度對氧化鈰產率的影響如圖5所示。由圖5可見，水浴溫度對產率的影響較大，溫度越高產率越大，幾乎呈線性關系。這說明氧化鈰的溶解體系隨溫度升高而趨于反應完全。由于水浴溫度不可能超過100℃，因此選擇最佳水浴溫度為95℃。

圖5 水浴溫度對氧化鈰產率的影響

3 結論

根據實驗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、水浴時間為2 h、水浴溫度為95℃。

［1］ 徐美君.國際國內廢玻璃的回收與利用（上）［J］.建材發展導向，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用研究［J］.稀土，2007，28（3）：93-95.

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

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

［6］ 黃旭，王金玲.化學機械拋光——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優化［J］.無機鹽工業，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

趙國燕（1978—），女，碩士，講師，主要研究方向為材料

河南省科技攻關（092102210241）；安陽市科技攻關（253）立項項目。

化學，已公開發表文章10余篇。

聯系方式：zgyzwg@163.com