[发明专利]一种从固体废弃物中提取高纯稀土及锆化合物的生产工艺

说明书

技术领域

本发明属于稀土和有色金属的二次再生资源提取技术领域，涉及从含稀土和锆固体废弃物中提取洁净锆化合物及高纯单一稀土化合物的生产方法。

背景技术

锆是一种重要的金属资源，以其独特的物理和化学性能广泛用于高温结构材料、高温光学元件、氧敏元件、燃料电池、复合陶瓷材料等新材料领域。

近年来，随着全球锆化学制品需求的增长，世界锆英砂等含锆矿物产销量每年以高于5%速度增长。我国锆化学制品和锆英砂的需求和用量也在持续增长，从而造成锆英砂资源紧张，资源出现缺口。我国目前已成为世界第一锆矿资源消费大国，但我国的锆资源有局限，自产锆矿仅占总消费量的40%，大量依靠国外进口。随着对资源综合利用要求的提高，含锆废料资源利用的技术研究日益得到人们的重视。锆废料资源中同时也还有许多稀有金属，如从废宝石及其磨削料、废催化材料和耐火材料废料中回收钇等稀土元素，这些有价元素在废料或渣中得到富集。因此，含锆废料利用也成为锆资源利用的一种重要途径，其综合利用技术对缓解锆资源供应紧张局面会产生积极的影响。

我国高纯锆化合物大都采用化学分解法从锆英砂原料中提纯制取，在锆英砂中加入碱金属氧化物，经加热使锆英砂分解，除去SiO₂等杂质制成高纯锆化合物。    

稀土元素作为高新技术产业的关键元素被列为现代工业的“维生素”，广泛用于高新技术产业及现代工业各领域。稀土资源是不可再生资源。从含稀土及锆固体废弃物中提取高纯稀土化合物可以提高稀土资源综合利用和资源二次开发，增加资源供给。

当今，我国稀土提取分离的生产工艺技术在世界上均属先进水平，研究开发稀土矿冶炼分离清洁化生产工艺,解决三废污染问题,降低单耗,提高稀土资源利用率。在稀土矿产资源开发过程中对共生、伴生矿物及有价元素的综合利用；对稀土矿处理过程中产生的废气、废水、渣进行循环使用、综合回收与合理利用；加强稀土矿产资源综合利用和资源的二次开发的研究工作，解决资源枯竭问题。

发明内容

本发明针对我国含稀土和锆废弃物的资源特点，从工艺的各个环节入手，克服了现行工艺的弊端，提高了锆与稀土提取分离生产效率、降低了生产成本、降低了用水量、实现了废水资源化和避免了污染物的产生，研究开发出无废、少废的稀土和锆废弃物回收的新工艺、新技术，提出将生产工艺与环境保护治理有机结合的相关清洁生产工艺。

本发明提供的从含稀土和锆固体废弃物中提取洁净锆化合物及高纯单一稀土化合物的生产工艺过程是按以下步骤进行的（工艺流程图参见图1）： 

(1) 按照以含稀土和锆固体废弃物为原料回收提取稀土和锆的生产工艺，通过原料的预处理，碱性条件下高温焙烧转化，焙烧转化物经酸洗、酸溶的处理过程，得到含稀土及锆的溶液，经进一步处理获得洁净高纯锆化合物产品，同时将提取锆后的溶液用溶剂萃取分离等方法处理，制备高纯单一稀土化合物。

其中首先将含稀土和锆固体废弃物粉碎制成粉体，按废料粉体、氢氧化钙和CC-助剂溶液质量比为100 ：70－100：1－15的比例进行混合，控制CC-助剂浓度为220－300g/L，混合均匀后，进行焙烧，焙烧温度800－1250℃，反应时间为1－24h，反应完全后,得到焙烧转化物。转化率90－99%。

(2) 将步骤(1)中所得到的焙烧转化物，用0.5-3mol/L的稀盐酸（回收酸）洗去过量的钙、可溶性硅和铁等杂质，然后用水洗涤，静置澄清，固液分离后，得到酸洗焙烧矿转化物； 

(3) 将步骤(2)中得到的酸洗焙烧转化物以盐酸进行溶解，盐酸的酸度6－10mol/L，溶解温度25－100℃，反应时间0.2－12h，过滤后得到稀土和锆混合氯化物溶液和酸溶渣，最终得到的稀土和锆混合氯化物溶液浓度为60～120g/L,酸度1-5 mol/L，酸溶渣无害化处理后堆放。

(4) 步骤(3)中得到的稀土和锆混合氯化物溶液进行加热减压浓缩，控制浓缩料液锆浓度在135-150g/L范围内，冷却结晶，锆以ZrOCL₂·8 H₂O晶体形式析出，稀土留在母液中。经固液分离后得到氯氧化锆（ZrOCL₂·8H₂O）晶体和含稀土的氯化物母液。同时，此过程可回收浓度0.5-3mol/L的稀盐酸溶液，返至步骤(2)中用于酸洗。