硫酸熟化焙烧-酸浸从失效汽车尾气催化剂中提取铈镧(201310)

硫酸熟化焙烧-酸浸从失效汽车尾气催化剂中提取铈镧童伟锋、董海刚、吴晓峰、闫君禺、范兴祥、赵家春、雷云、李博捷、吴跃东（昆明贵金属研究所，贵研铂业股份有限公司，稀贵金属综合利用新技术国家重点试验室，昆明650106））摘要：采用硫酸熟化焙烧-酸浸工艺从失效汽车尾气催化剂中提取铈、镧，主要研究了酸料比、焙烧温度、焙烧时间、浸出温度、浸出酸度、浸出时间等因素对铈、镧浸出率的影响。结果表明，最佳工艺条件为：催化剂粒度-0.074mm大于99%，酸料比0.9，150℃下焙烧3h，浸出液固比4:1，浸出酸浓度为1mol/L，浸出温度为60℃，浸出时间为4h，此时，铈、镧的平均浸出率分别为85.80%和85.01%。关键词：失效汽车尾气催化剂、硫酸熟化焙烧、铈、镧中图分类号：TF845ExtractionofCeriumandLanthanumfromSpentAutomobileCatalystbySulphatingRoasting-AcidLeachingTechniqueTongWei-feng,DongHai-gang,WuXiao-feng,YanJun-yu,FanXing-xiang,ZhaoJia-chun,LeiYun,LIBo-jie,WuYue-dong（KunmingInstituteofPreciousMetals,StateKeyLaboratoryofAdvancedTechnologiesforComprehensiveUtilizationofPlatinumMetals,Sino-platinumMetalsCO,Ltd，Kunming650106,China）Abstract:Inordertoextractceriumandlanthanumfromspentautomobilecatalystusingsulphatingroasting-acidleaching,theeffectsofdifferentexperimentalconditions,suchassulfuricacidconsumption,roastingtemperatureandtime,leachingtemperature,acidconcentrationandleachingtime,ontheleachingofceriumandlanthanumweremainlyinvestigated.Theoptimumconditionswereobtainedas99%materialparticlesizeof0.074mm,acid-materialratioof0.9,roastingtemperatureof150℃,roastingtimeof3h,leachingliquid-solidratioof4:1,acidconcentrationof1mol/L,leachingtemperatureof60℃,leachingtimeof4h.Withtheseoptimumconditions,85.80%ofceriumand85.01%oflanthanumwereextractedfromthespentautomobilecatalyst.Keywords:spentautomobilecatalyst,sulphatingroasting,cerium,lanthanum基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）：含铂族金属废催化剂资源再生技术（2012AA063203）作者简介：童伟锋（1979-），男，上海市人，大学，工程师通信作者：董海刚（1981-），男，甘肃陇南人，博士，副研究员，Email：[e-mail]稀土被誉为现代工业的维他命，被广泛应用于石油、化工、冶金、机械、玻璃、新材料等领域，而世界上的一次稀土资源是有限的[1-2]。如何高效、合理地利用稀土资源已成为当今世界急需解决的问题。因此，稀土二次资源的回收越来越受到世界各工业国家的重视，国内针对稀土二次资源的回收也进行了很多研究，而针对从失效汽车尾气催化剂中回收稀土的研究较少[3-10]。汽车尾气催化剂作为稀土主要的应用领域之一，每年消耗大量稀土的同时又产生大量失效汽车尾气催化剂[11]。因此，从失效汽车尾气催化剂中提取稀土具有巨大社会经济效益。目前国内稀土提取工艺主要为湿法技术，主要包括酸溶法[12-13]、氧化焙烧-酸浸法[14-15]和浓硫酸低温分解法[15-16]。现行的湿法技术存在工艺复杂，流程长，酸耗高等问题。基于此，本文采用硫酸熟化焙烧-酸浸技术从失效汽车尾气催化剂中提取铈、镧，以期获得高效的稀土提取技术。1实验原料及研究方法1.1实验原料本研究的原料为-0.074mm占99%以上的失效汽车尾气催化剂粉末，其化学成分见表1所示：表1失效汽车尾气催化剂化学成分Table1Chemicalcompositionofwasteautomobilecatalyst元素CeLaSiO2Al2O3MgOZr含量（%）1.210.08725.955.9715.673.931.2实验方法实验称取一定量失效汽车尾气催化剂粉末，与浓硫酸按一定酸料比混匀，倒入瓷舟中，将瓷舟放入箱式电阻炉进行焙烧，在一定温度下焙烧至指定时间后，取出冷却；在一定的条件下，将焙烧产物用稀硫酸浸出，浸出结束后过滤洗涤，滤液及渣取样分析铈、镧含量，并计算铈、镧的浸出率。2结果与讨论2.1焙烧酸料比对铈、镧浸出率的影响在焙烧温度300℃、焙烧时间5h、浸出酸浓度1mol/L、浸出温度85℃、浸出液固比L:S=4：1、搅拌速度250r/min、浸出时间6h的条件下，研究了焙烧酸料比对铈、镧浸出率的影响，结果见图1。0.60.91.21.57880828486CeLa酸料比浸出率/%图1酸料比对铈、镧浸出率的影响Fig.1Effectofacidtomaterialratioonleachingrateofceriumandlanthanum由图1可知，随硫酸用量的增加，铈镧的浸出率快速上升。当酸料比为0.9时，铈浸出率为84.60%，钴浸出率为84.76%，当继续增加硫酸用量时，铈镧的浸出率变化则趋于平缓。因此，确定最佳的酸料比为0.9。2.2焙烧温度对铈、镧浸出率的影响在焙烧酸料比0.9、焙烧时间5h、浸出酸浓度1mol/L、浸出温度85℃、浸出液固比L:S=4：1、搅拌速度250r/min、浸出时间6h的条件下，研究了焙烧温度对铈、镧浸出率的影响，结果见图2。0501001502002503003505060708090CeLa焙烧温度/℃浸出率/%图2焙烧温度对铈、镧浸出率的影响Fig.2Effectofroastingtemperatureonleachingrateofceriumandlanthanum由图2可知，随着焙烧温度的升高，铈、镧的浸出率快速上升。当焙烧温度为150°℃时，铈的浸出率为87.05%，镧的浸出率为86.90%，继续升高焙烧温度，铈、镧的浸出率浸出率变化则趋于平缓。因此，确定最佳的焙烧温度为150℃。2.3焙烧时间对铈、镧浸出率的影响在焙烧酸料比0.9、焙烧温度150℃、浸出酸浓度1mol/L、浸出温度85℃、浸出液固比L:S=4：1、搅拌速度250r/min、浸出时间6h的条件下，研究了焙烧时间对铈、镧浸出率的影响，结果见图3。01234567828384858687CeLa焙烧时间/h浸出率/%图3焙烧时间对铈、镧浸出率的影响Fig.3Effectofroastingtimeonleachingrateofceriumandlanthanum由图3可知，随着酸化焙烧时间延长，铈、镧的浸出率快速上升。当焙烧时间为3h时，铈的浸出率为86.38%，镧的浸出率为85.82%，继续延长焙烧时间，铈、镧的浸出率浸出率变化则趋于平缓。因此，确定最佳的焙烧时间为3h。2.4浸出温度对铈、镧浸出率的影响在焙烧酸料比0.9、焙烧温度150℃、焙烧时间3h、浸出酸浓度1mol/L、浸出液固比L:S=4：1、搅拌速度250r/min、浸出时间6h的条件下，研究了浸出温度对铈、镧浸出率的影响，结果见图4。1530456075908082848688CeLa浸出温度/℃浸出率/%图4浸出温度对铈、镧浸出率的影响Fig.4Effectofleachingtemperatureonleachingrateofceriumandlanthanum由图4可知，随着浸出温度的升高，铈、镧的浸出率逐渐提高。当浸出温度为60°℃时，铈的浸出率为87.05%，镧的浸出率为86.90%，继续升高温度，铈、镧的浸出率浸出率增幅不明显。因此，确定最佳的浸出温度为60℃。2.5浸出酸浓度对铈、镧浸出率的影响在焙烧酸料比0.9、焙烧温度150℃、焙烧时间3h、浸出温度60℃、浸出液固比L:S=4：1、搅拌速度250r/min、浸出时间6h的条件下，研究了浸出酸度对铈、镧浸出率的影响，结果见图5。0.00.30.60.91.21.51.88283848586CeLa浸出率/%硫酸浓度/（mol·L-1）图5浸出酸浓度对铈、镧浸出率的影响Fig.5Effectofacidconcentrationonleachingrateofceriumandlanthanum由图5可知，随着浸出酸浓度的提高，铈、镧的浸出率逐渐提高。当浸出酸浓度为1mol/L时，铈的浸出率为85.75%，镧的浸出率为84.99%，继续提高酸浓度，铈、镧的浸出率变化则趋于平缓。因此，确定最佳的浸出酸度为1mol/L。2.6浸出时间对铈、镧浸出率的影响在焙烧酸料比0.9、焙烧温度150℃、焙烧时间3h、浸出温度60℃、浸出酸浓度1mol/L、浸出液固比L:S=4：1、搅拌速度250r/min的条件下，研究了浸出时间对铈、镧浸出率的影响，结果见图6。01234567767880828486CeLa浸出时间/h浸出率/%图6浸出时间对铈、镧浸出率的影响Fig.6Effectofleachingtimeonleachingrateofceriumandlanthanum由图6可知，随着浸出时间的延长，铈、镧的浸出率逐渐提高。当浸出时间为4h时，铈的浸出率为85.76%，镧的浸出率为85.00%，继续延长时间，铈、镧的浸出率浸出率变化则趋于平缓。因此，确定最佳的浸出时间为4h。2.7综合试验结果按照上述单因素试验结果确定的最佳条件：原料粒度在-0.074mm以下占99%，按酸料比0.9配料拌匀，150℃焙烧3h，浸出液固比4:1，浸出酸浓度为1mol/L，浸出温度为60℃，浸出时间为4h。在该条件下进行3次平行验证试验，铈浸出率分别为86.02%、86.06%、85.31%，平均85.80%，镧浸出率分别为84.84%、85.08%、85.10%，平均85.01%3结论采用硫酸熟化焙烧-酸浸技术从失效汽车尾气催化剂中提取铈、镧，在催化剂粒度-0.074mm大于99%，焙烧酸料比0.9，150℃下焙烧3h，浸出液固比4:1，浸出酸浓度为1mol/L，浸出温度为60℃，浸出时间为4h的条件下，铈、镧的平均浸出率分别为85.80%和85.01%。参考文献：[1]熊家齐.全球稀土市场现状及发展趋势[J].稀土，2006，27(3)：98-101.[2]周喜,韩晓英.我国稀土产业现状及发展趋势（上）[J].稀土，2010，31(5):96-101.[3]杨幼明，邓声华，谢芳浩，等.从荧光粉废料中提取稀土工艺研究[J].有色金属（冶炼部分），2012（10）：23-26.[4]李洪枚.废旧稀土荧光灯资源综合利用技术现状[J].稀土，2008（5）：97-101.[5]赵文怡，孟志军，刘海蛟，等.废抛光粉中稀土的回收[J].稀土，2012，33（6）:75-77.[6]张丽清，张风春，关瑾,等.从超导材料废料分离回收稀土元素钕的研究[J].沈阳化工学院学报，2003，17（4）：317