Способ переработки отходов люминофоров на основе сульфида цинка, содержащих иттрий и европий

Изобретение относится к металлургии редких и редкоземельных металлов, а именно к способу переработки люминофоров на основе сульфида цинка, и может быть использовано для получения обогащенного по иттрию и европию концентрата. Способ включает сушку сырья при температуре 150÷320°C в течение 2-3 часов. Затем ведут хлорирование при температуре 800-900°C в расплаве хлористых солей иттрия и европия. Причем хлорирование проводят при массовом соотношении хлорида иттрия к хлориду европия 1:(0,1÷0,3). Техническим результатом изобретения является упрощение процесса за счет сокращения количества операций, упрощение аппаратурного оформления процесса, а также снижение энергоемкости процесса получения концентрата редкоземельных элементов. 1 пр.

 

Изобретение относится к металлургии редких и редкоземельных металлов, а именно к технологии переработки люминофоров на основе сульфида цинка, и может быть использовано для получения обогащенного по иттрию и европию концентрата.

Отходы люминофоров являются перспективной сырьевой базой для извлечения редкоземельных металлов и их дальнейшего использования в различных отраслях промышленности: металлургической, стекольной и керамической, ядерной технике, радиотехнической, электронной и текстильной.

Учитывая то обстоятельство, что редкоземельные металлы являются остродефицитным продуктом, решение вопроса создания технологии переработки отходов люминофоров является достаточно актуальным.

Известен способ извлечения оксидов редкоземельных элементов из отработанных люминофоров различных видов сырья (люминесцентных ламп, ламп электронно-лучевых трубок и др.), включающий обработку исходного сырья щелочью (литий, калий, натрий или их комбинация). Параметры процесса зависят от состава исходного сырья, поступающего на переработку, и варьируются в следующих пределах:

- массу отходов к массе расплава щелочи берут в соотношении 1:(1÷20);

- температура обработки сырья от 400°C до 900°C и от 200°C до 1200°C;

- продолжительность процесса взаимодействия реагентов от 5 минут до 6 часов и от 15 минут до 1 часа.

В результате проведения щелочного процесса основа исходного сырья переходит в растворимую форму в виде анионов натрия и фосфатов, а также силикатов, алюминатов, хлоридов, ванадатов, фторидов.

Редкоземельные элементы не взаимодействуют с щелочью и концентрируются в твердом нерастворимом остатке в виде оксидов европия, эрбия, тербия, церия и иттрия. Полученный щелочной расплав охлаждают и подвергают выщелачиванию. Пульпу фильтруют, твердый остаток, содержащий оксиды редкоземельных элементов, подвергают обработке с целью получения индивидуальных оксидов элементов, а фильтрат (щелочной раствор) передают на стадию извлечения ценных продуктов, например фосфата натрия.

Рассматриваемый процесс позволяет перерабатывать сырье с выделением редкоземельных элементов в самостоятельный продукт (WO 2014/071510, МПК С22В 3/04, опубл. 15.05.2014).

К недостаткам способа следует отнести:

- высокая температура осуществления процесса, приводит к испарению щелочи и ее потере с газовой фазой;

- большие энергетические затраты;

- высокий расход щелочи на единицу получаемой продукции.

Известен способ переработки отходов люминофоров, содержащих цинк, кадмий, иттрий, европий и другие элементы, путем их растворения в минеральных кислотах, например соляной кислоте, с переводом составляющих сырья в растворимую форму. Пульпу фильтруют, фильтрат подвергают процессу экстракции с применением органических реагентов с целью извлечения иттрия и европия (WO 200658508, МПК С22В 7/00, С22В 59/00, опубл. 08.06.2006).

Недостатки способа:

- способ не обеспечивает комплексную переработку компонентов исходного сырья;

- повышенный расход соляной кислоты на единицу выпускаемой продукции.

Известен способ переработки лопаритового концентрата, содержащего редкоземельные элементы, хлорированием его в присутствии углерода в виде брикетов. Лопаритовый концентрат, содержащий оксиды титана, тантала, ниобия, кремния, алюминия, железа, сумму РЗЭ и углерод, измельчают, затем в определенных пропорциях смешивают, добавляют связующее в виде сульфатно-целлюлозного щелока и брикетируют. Брикеты коксуют при температуре 800-850°C для удаления летучих соединений и придания брикетам высокой прочности. Коксованные брикеты хлорируют в шахтной электропечи при температуре 800-900°C.

Процесс хлорирования брикетов сопровождается образованием парогазовой смеси, состоящей SiCl4, TiCl4, хлоридов ниобия, тантала, СО, СО2 и других соединений, переходящей в аппараты конденсационной системы, где они фракционно улавливаются.

Нелетучие хлориды редкоземельных металлов, натрия, калия и кальция при температуре процесса 800-900°C плавятся и стекают на подину печи и время от времени выпускаются. Плав хлоридов является исходным продуктом для извлечения редкоземельных металлов в самостоятельный продукт (концентрат) (Зеликман А.Н. «Металлургия редких металлов», Москва, Металлургия, 1973 г., с. 190). Способ принят за прототип.

Недостатком способа являются высокие энергетические и эксплуатационные затраты, так как присутствует стадия коксования брикетов при высоких температурах.

Техническим результатом изобретения является упрощение процесса за счет сокращения количества операций, упрощение аппаратурного оформления процесса, а также снижение энергоемкости процесса получения концентрата РЗЭ.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки отходов люминофоров, содержащих редкоземельные элементы, включающем подготовку сырья и его хлорирование при температуре 800÷900°C с получением концентрата редкоземельных элементов, согласно изобретению исходный материал подвергают сушке при температуре 150÷320°C в течение 2-3 часов, а хлорирование проводят в расплаве хлористых солей иттрия и европия при соотношении хлористых солей иттрия к хлористым солям европия 1:(0,1÷0,3).

Сущность способа заключается в следующем.

Проведение сушки отходов люминофоров на основе сульфида цинка, содержащих редкоземельные элементы, при температуре 150÷320°C в течение 2-3 часов сопровождается удалением влаги и летучих соединений из пор исходного материала, что на стадии хлорирования положительно отражается на скорости и полноте вскрытия сырья.

Хлорирование в расплаве хлористых солей иттрия и европия способствует вскрытию отходов с переводом в газовую фазу хлорида цинка и хлоридов летучих соединений примесных элементов, а также концентрированию (накоплению) хлоридов иттрия и европия в исходном хлоридном расплаве.

Хороший тепло- и массообмен между хлором, сырьем и хлоридным расплавом обеспечивает высокую скорость хлорирования сырья и полноту его вскрытия.

Заявленный способ существенно снижает энергоемкость процесса и упрощает его аппаратурное оформление за счет исключения стадии коксования материала.

Обоснование режимов.

Проведение процесса сушки исходного материала при температуре ниже 150°C приводит к снижению полноты удаления влаги и других летучих соединений.

Сушка исходного сырья при температуре выше 320° приводит к повышению расхода электроэнергии на единицу продукции.

Продолжительность процесса сушки исходного сырья менее 2-х часов не способствует получению высоких показателей полноты удаления летучих соединений из пор сырья.

Продолжительность сушки более 3-х часов сопровождается снижением производительности оборудования и перерасходом электроэнергии.

Выбор хлоридного расплава - смеси хлоридов иттрия и европия объясняется тем, что данные хлориды не взаимодействуют и не образуют с хлоридом цинка комплексных соединений, в результате чего хлорид цинка полностью переходит в газовую фазу и является техническим продуктом, который используется в различных отраслях промышленности, например в текстильном производстве, обеспечивая тем самым комплексное использование исходного сырья, т.е. отходов люминофоров на основе сульфида цинка.

Хлорирование сырья при весовом соотношении иттрия к европию менее 1:0,1 не оказывает эффективного воздействия на вскрытие материала и не приводит к улучшению показателей хлорирования сырья.

При весовом соотношении иттрия к европию более 1:0,3 ведет к повышению вязкости расплава хлористых солей, что ухудшает тепло- и массообмен между реагентами процесса хлорирования. Что может привести к снижению скорости вскрытия сырья и, следовательно, производительности реактора.

Пример осуществления способа

Отходы люминофоров массой 50 г, химический состав, % масс.: иттрий - 12,0; европий - 1,2; сульфид цинка - 43,0; влага, летучие соединения - 31,0; остальное (Al, Fe, Si и др.) - 12,8, сушили в электропечи при температуре 230°C и в течение 2,5 часов. Выход продукта - 70%, т.е. 35 г.

Данный продукт хлорировали в кварцевом реакторе, обогреваемом электропечью, возгоны хлоридов (цинка и др. элементов) улавливали в кварцевом конденсаторе, а отходящие газы нейтрализовали раствором щелочи.

Хлорирование проводили следующим образом: в реактор с расплавленной исходной массой 50 г хлоридов иттрия и европия при их массовом соотношении 1:0,15 после установления требуемой температуры (850°C) подавали хлор и одновременно через штуцер, расположенный в верхней части реактора, равномерными порциями загружали отходы люминофоров в течение 1,5 часа.

После окончания процесса хлорирования отключали подачу хлора, отсоединяли конденсатор и из хлоратора сливали плав хлоридов в кварцевую изложницу. Плав охлаждали, взвешивали, анализировали. Из конденсатора выгружали хлорид цинка. Химический анализ возгонов показал, что в хлориде цинка иттрий и европий отсутствуют, т.е. последние полностью концентрируются в плаве хлоридов. Масса твердого плава хлоридов - 75,6 г. Содержание иттрия в этом продукте 43,0%, европия - 4,3%.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет получить следующий положительный эффект

1. Организовать процесс переработки отходов люминофоров на основе сульфида цинка с получением двух продуктов: возгонов техничского хлорида цинка и плава хлоридов иттрия и европия. Последний является исходным сырьем для получения индивидуальных редкоземельных металлов.

2. Снизить энергозатраты, исключив высокотемпературную термообработку отходов.

3. Упростить аппаратурное оформление процесса.

Способ переработки отходов люминофоров на основе сульфида цинка, содержащих иттрий и европий, включающий обработку с получением концентрата указанных редкоземельных элементов (РЗЭ), отличающийся тем, что перед обработкой исходное сырье сушат при температуре 150÷320°С в течение 2-3 часов, а обработку высушенного сырья ведут хлорированием при температуре 800-900°С в расплаве хлористых солей иттрия и европия при массовом соотношении хлорида иттрия к хлориду европия 1:(0,1-0,3) с улавливанием возгонов хлорида цинка и концентрированием хлоридов РЗЭ в плаве хлоридов.



 

Похожие патенты:

Изобретения относятся к способам извлечения по меньшей мере одного редкоземельного элемента. Способы включают получение кислой композиции, содержащей по меньшей мере один редкоземельный элемент и по меньшей мере один редкий металл.
Изобретение относится к способу переработки техногенных отходов металлургических и горно-обогатительных производств. Способ включает выщелачивание в присутствии окислителя и ионов трехвалентного железа.

Изобретение относится к способу комплексной механико-термической переработки алюминиевых отходов. Способ включает удаление посторонних включений и органических примесей, по меньшей мере двухэтапное измельчение и классификацию, при этом отходы перед измельчением подвергают сепарации, классификацию осуществляют с получением частиц крупностью не более 20 мм, после классификации полученные массы измельченного сырья дозированно загружают в смеситель с последующей подачей в накопительный бункер брикетировочного пресса и прессуют валкованием при удельном давлении более 1000 кг/см2 с получением брикета неправильной геометрической формы с наибольшей стороной не более 100 мм.
Изобретение относится к цветной металлургии. Способ переработки полупродуктов свинцового производства, содержащих свинец, медь и цинк, включает загрузку в шахтную печь упомянутых полупродуктов, кокса в качестве восстановителя, сульфидизатора и кварцевой руды в качестве флюса и их плавку при подаче кислородсодержащего дутья с получением чернового свинца, медного штейна и цинксодержащего шлака.

Изобретение относится к брикетам для легирования при выплавке алюминиевых сплавов. Брикет содержит стружку сплава алюминия с медью и частицы меди в количестве 20-40 мас.% от общей массы брикета.
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к технологии переработки красных шламов с получением синтетического алюминиевого чугуна (синтегаля). Способ включает смешивание шлама с известью в количестве 7-10 мас.% от массы шлама, сушку полученной шихты, плавку шихты в дуговой печи при температуре 1500-1580°С в присутствии катализатора в виде чугуна или стали с обеспечением восстановления оксидов железа, и введение в полученный расплав алюминия в количестве 1,5-4,0% от массы расплава.

Изобретение относится к способу переработки титанового лома. Способ заключается в том, что в нагретый до температуры от 673 до 773 К реактор помещают титановый лом на кварцевой лодочке, подкладывая под него углеродное волокно.

Изобретение относится к переработке мелкодисперсного красного шлама на основе оксидов металлов и кремниевых соединений. В предложенном способе измельчение производят с одновременным разделением красного шлама на оксиды металлов и оксиды кремния путем пропускания красного шлама через дезинтегратор с вращающимся электромагнитным полем с частотой вращения в диапазоне от 110 до 130 Гц и напряженностью от 100 до 160 А/м.

Изобретение относится к способу переработки фторуглеродсодержащих отходов производства алюминия электролизом расплавленных солей. Способ включает высокотемпературную обработку отходов в присутствии кислородсодержащего газа с получением вторичного сырья для производства алюминия, обработку отходов осуществляют путем газификации с получением горючего фторсодержащего синтез-газа и твердых продуктов газификации.

Изобретение относится к способу обработки содержащего загрязнения углеродсодержащего сыпучего материала. Техническим результатом является повышение эффективности обработки углеродсодержащего материала.

Изобретения относятся к способам извлечения по меньшей мере одного редкоземельного элемента. Способы включают получение кислой композиции, содержащей по меньшей мере один редкоземельный элемент и по меньшей мере один редкий металл.

Изобретение относится к способу переработки редкометального сырья. Способ включает подготовку шихты в две стадии, на первой усредняют состав фосфатно-силикатного минерального сырья по содержанию основных компонентов.

Изобретение относится к переработке фосфогипса. После водной обработки фосфогипс выщелачивают серной кислотой с переводом концентрата редкоземельных элементов (РЗЭ) и примесных компонентов в раствор.

Настоящее изобретение относится к обработке алюминийсодержащего материала, в частности к извлечению редкоземельных элементов из алюминийсодержащего материала.

Изобретение относится к технологии получения редкоземельных металлов из низкоконцентрированного или вторичного сырья на стадии разделения суммы лантаноидов. Способ разделения эрбия, самария и празеодима из нитратно-хлоридных растворов включает контакт экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, использование олеиновой кислоты в качестве экстрагента в инертном разбавителе.

Изобретение относится к получению редкоземельных металлов (РЗМ) или их оксидов из бедного или техногенного сырья с помощью метода флотоэкстракции. Способ извлечения гольмия (III) из водных фаз включает флотоэкстракцию с использованием органической фазы и собирателя.

Изобретение относится к технологии извлечения скандия из различных видов сырья и техногенных отходов и может быть использовано для избирательного извлечения скандия из отходов производства алюминия (красные шламы), титана (отработанные расплавы), диоксида титана (гидролизная серная кислота или солянокислые раствора), циркония, олова, вольфрама, урана.
Изобретение относится к области металлургии редких металлов. Способ очистки скандия от тория, циркония и железа включает их экстракцию путем контактирования водного раствора, содержащего скандий, торий, цирконий и железо, азотную кислоту и хлорид лития с экстрагентом, в качестве которого используют трибутилфосфат (ТБФ) или триизоамилфосфат (ТиАФ).

Изобретение относится к металлургии редких металлов, а именно к извлечению скандия из красного шлама, который является отходом производства глинозема. Способ включает выщелачивание скандия раствором серной кислоты при нагревании в течение 2 часов и фильтрацию пульпы.
Изобретение относится к способу извлечения редкоземельных и благородных металлов из золошлаков. Способ включает смешение их с выщелачивающими растворами, накопление биомассы микроорганизмов рода Acidithiobacillales, бактериальное выщелачивание редкоземельных и благородных металлов.

Изобретение относится к способу переработки титанового лома. Способ заключается в том, что в нагретый до температуры от 673 до 773 К реактор помещают титановый лом на кварцевой лодочке, подкладывая под него углеродное волокно.

Изобретение относится к металлургии редких и редкоземельных металлов, а именно к способу переработки люминофоров на основе сульфида цинка, и может быть использовано для получения обогащенного по иттрию и европию концентрата. Способ включает сушку сырья при температуре 150÷320°C в течение 2-3 часов. Затем ведут хлорирование при температуре 800-900°C в расплаве хлористых солей иттрия и европия. Причем хлорирование проводят при массовом соотношении хлорида иттрия к хлориду европия 1:. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса за счет сокращения количества операций, упрощение аппаратурного оформления процесса, а также снижение энергоемкости процесса получения концентрата редкоземельных элементов. 1 пр.

Наверх