Polieren von seltenen Erden auf Cerbasis Pulver ist das beliebteste Polierpulver für Seltene Erden. Es bietet hervorragende Poliereigenschaften und verbessert die Oberflächenglätte. Es gilt als „König der Polierpulver“. Die Glasverarbeitung und die Elektronikindustrie sind die wichtigsten nachgelagerten Anwendungen. Jährlich fallen etwa 701 Tonnen Polierpulverabfälle durch Polierfehler an. Der Abfall besteht hauptsächlich aus Seltenerdpulver Rückstände, Abfallflüssigkeiten, Glasfragmente und Poliertuchrückstände. Der Seltenerdgehalt im Abfall liegt bei etwa 50%. Der Umgang mit dem Abfall-Polierpulver aus Seltenen Erden ist für nachgelagerte Unternehmen zu einer großen Herausforderung geworden. Derzeit sind die gängigen Methoden zum Recycling von Abfall-Polierpulver aus Seltenen Erden die physikalische Trennung und chemisch Trennung.
Physische Trennung
Flotation
In den letzten Jahren wurde die Flotationstechnologie in der Abfallbehandlung weit verbreitet eingesetzt. Die hydrophilen Unterschiede in den Komponenten des Abfalls Polierpulver aus seltenen Erden werden eingesetzt. Durch die Auswahl verschiedener Flotationsreagenzien wird die Affinität der Komponenten in wässriger Lösung verbessert. Hydrophile Partikel verbleiben im Wasser und ermöglichen so eine Trennung. Die Partikelgröße des Polierpulvers beeinträchtigt die Flotationsausbeute und die Reinheit ist unzureichend.
Bei der Auswahl verschiedener Kollektoren variiert die Wirkung der Verunreinigungsentfernung erheblich. Untersuchungen haben ergeben, dass bei einem pH-Wert von 5 mit Styrolphosphonsäure die Rückgewinnungsrate von Cer- und Lanthanoxid 95% erreichte. Die Rückgewinnungsrate von Calciumfluorid und Fluorapatit betrug lediglich 20%. Partikel kleiner als 5 Mikrometer müssen aufgrund schlechter Flotation weiter abgetrennt werden, um Verunreinigungen zu entfernen.
Magnetische Trennung
Abfall-Polierpulver aus Seltenen Erden ist magnetisch, was seine Rückgewinnung ermöglicht. Mishima und andere entwickelten ein Gerät mit vertikalem Magnetfeld zur Rückgewinnung von Polierschlamm aus Seltenen Erden. Bei einer Fließgeschwindigkeit des Schlamms von 20 mm/s, einer Zykluszeit von 30 Minuten, einer Schlammkonzentration von 5% und einem pH-Wert von 3 kann die Trennleistung von Ceroxid und Eisenflockungsmittel 80% erreichen. Wird die Magnetfeldrichtung auf einen horizontalen Gradienten geändert und MnCl₂-Lösung hinzugefügt, können Siliziumdioxid und Aluminiumoxid mit entgegengesetzten magnetischen Eigenschaften von Ceroxid getrennt werden.
Andere Methoden
Der Abfallschlamm, in dem sich Partikel nur schwer absetzen können, wird bei -10 °C eingefroren. Nach dem Auftauen bei 25 °C bilden sich Schichten aus Verunreinigungen und Seltenerdoxiden. Dieser Prozess erleichtert die Sammlung und Rückgewinnung der wertvollen Stoffe aus dem Abfall.
Chemische Trennung
Chemische Verfahren nutzen zur Rückgewinnung hauptsächlich Säurelaugung und alkalische Röstung mit Reduktionsmitteln als Hilfsmittel. Nach der Entfernung von Verunreinigungen, Extraktion und Fällung erhält man Seltenerd-Polierpulver. Dieses Verfahren weist eine hohe Rückgewinnungsrate für Seltene Erden auf, ist jedoch langwierig und kostspielig. Zu starke Säuren oder Laugen erzeugen große Mengen Abwasser, und die Reinheit des Polierpulvers ist gering. Infolgedessen ist die Polierleistung suboptimal.
Alkalische Behandlung
Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Siliciumdioxid (SiO₂) sind die Hauptverunreinigungen in Polierpulverabfällen aus Seltenen Erden. Bei einer Temperatur von 60 °C werden die Siliciumdioxid- und Aluminiumoxidverunreinigungen durch eine einstündige Reaktion der Polierpulverabfälle aus Seltenen Erden mit einer 4 mol/l NaOH-Lösung entfernt.
Die Faktoren, die das Alkalilaugungsverfahren zur Entfernung von Verunreinigungen beeinflussen, werden wie folgt eingestuft: Das Massenverhältnis von Alkali zu Polierpulverabfall > Die Auslaugungsreaktionszeit > Die Auslaugungsreaktionstemperatur > Die Konzentration des Alkali.
Säurebehandlung
Bei der Rückgewinnung von Seltenerdelementen aus Polierpulverabfällen werden häufig Salpetersäure, Schwefelsäure und Salzsäure zur Laugung verwendet. Ceroxid, der Hauptbestandteil von Seltenerd-Polierpulverabfällen, ist in Schwefelsäure schwer löslich. Eine Erhöhung der Reaktionstemperatur, der Schwefelsäurekonzentration und des Gewichtsverhältnisses von Ceroxid zu Schwefelsäure beschleunigt die Reaktion. Dies kann die Auflösungsrate von Ceroxid erhöhen. Mit zunehmender Partikelgröße wird die Auflösung von Ceroxid in Schwefelsäure erschwert.
Reduktionsmittelunterstützte Säurelaugung
Wird Säure direkt zum Auslaugen von CeO₂ verwendet, ist der Effekt nicht optimal. Die Zugabe eines Reduktionsmittels zur Reduzierung von Ce⁴⁺ zu Ce³⁺ kann jedoch die Auslaugungsrate der Seltenen Erden verbessern. Die Verwendung des Reduktionsmittels H₂O₂ zur Unterstützung der Salzsäurelaugung von Abfällen aus Seltenerd-Polierpulvern verbessert den Prozess deutlich. Neben H₂O₂ haben auch Eisenpulver, KMnO₄ und Thioharnstoff die gleiche Wirkung. Die Verwendung von Eisenpulver oder KMnO₄ als Reduktionsmittel führt jedoch neue Verunreinigungselemente ein.
Bei Verwendung von Thioharnstoff zur Unterstützung der Salzsäurelaugung bei 80 °C, 0,2 g/g Thioharnstoff, 3,5 mol/l Salzsäure und einer Reaktionszeit von 150 Minuten kann die Ceroxid-Rückgewinnungsrate 91,23% erreichen. Thioharnstoff als Reduktionsmittel für die Säurelaugung von Seltenerd-Polierpulverabfällen hat jedoch Nachteile. In stark saurer Umgebung zersetzt sich Thioharnstoff leicht und erzeugt Harnstoff, H₂S und Abgase.
Abschluss
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Polierpulver aus Seltenen Erden aufgrund ihrer hervorragenden Polierleistung in verschiedenen Branchen, insbesondere in der Glas- und Elektronikindustrie, eine entscheidende Rolle spielt. Recycling und Abfallbehandlung bleiben jedoch weiterhin eine große Herausforderung. Verschiedene Methoden, darunter Flotation, chemisches Auslaugen und der Einsatz von Reduktionsmitteln, wurden untersucht, um die Rückgewinnungsraten zu verbessern und die Umweltbelastung zu minimieren. Kontinuierliche Innovationen im Bereich der Recyclingtechnologien sind unerlässlich, um die Nachhaltigkeit von Polierpulvern aus Seltenen Erden zu verbessern und Abfall zu reduzieren.
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