阅读说明：本技术 一种利用废稀土抛光粉中的杂质铁制备硫酸铁的方法及系统 (Method and system for preparing ferric sulfate by using impurity iron in waste rare earth polishing powder ) 是由 解付兵 刘宜德 刘力玮 曹莹 翟海军 陈人可 粟鑫 于 2020-08-13 设计创作，主要内容包括：一种利用废稀土抛光粉中的杂质铁制备硫酸铁的方法,包括如下步骤：1)将经过预处理的废稀土抛光粉与强酸一起加入反应釜中反应,铁、铝和稀土转移至溶液中而得到浸出液,氧化硅粉留在浸出渣中；2)反应结束后将反应釜中的浸出液排出并过滤得到滤液,余下的氧化硅粉留在滤渣中；3)将步骤2)得到的滤液用液碱调节PH值到1.0～3.0后反应0.5～2小时,过滤,得到氢氧化铁滤渣,稀土盐和铝盐留在滤液中；4)将氢氧化铁滤渣加入浓硫酸溶解反应后得到硫酸铁溶液,将硫酸铁溶液烘干后得到硫酸铁粉。本发明将废稀土抛光粉中的杂质铁进行了有效回收,形成硫酸铁粉,铁的回收率达到95％,硫酸铁的纯度达到98％,提高了废稀土抛光粉的经济价值。(A method for preparing ferric sulfate by using impurity iron in waste rare earth polishing powder comprises the following steps: 1) adding the pretreated waste rare earth polishing powder and strong acid into a reaction kettle for reaction, transferring iron, aluminum and rare earth into a solution to obtain a leaching solution, and keeping silicon oxide powder in leaching residues; 2) after the reaction is finished, discharging the leaching solution in the reaction kettle and filtering to obtain filtrate, and leaving the rest silicon oxide powder in the filter residue; 3) adjusting the pH value of the filtrate obtained in the step 2) to 1.0-3.0 by using liquid alkali, reacting for 0.5-2 hours, filtering to obtain iron hydroxide filter residue, and leaving rare earth salt and aluminum salt in the filtrate; 4) adding concentrated sulfuric acid into the ferric hydroxide filter residue to dissolve and react to obtain a ferric sulfate solution, and drying the ferric sulfate solution to obtain ferric sulfate powder. According to the invention, the impurity iron in the waste rare earth polishing powder is effectively recovered to form ferric sulfate powder, the recovery rate of iron reaches 95%, the purity of ferric sulfate reaches 98%, and the economic value of the waste rare earth polishing powder is improved.)

一种利用废稀土抛光粉中的杂质铁制备硫酸铁的方法及系统

技术领域

本发明涉及固体废物循环利用技术领域，具体涉及一种利用废稀土抛光粉中的杂质铁制备硫酸铁的方法及系统。

背景技术

近年来，随着手机的快速普及、更新换代和平板显示屏以及汽车中控屏的广泛使用，由于手机视窗防护玻璃、触屏玻璃面板、触控功能玻璃面板、3D曲面玻璃、触控功能玻璃面板、TFT-LCD、PDP、OLED、FED平板显示屏、3D显示屏及显示屏等生产制备而产生的废稀土抛光粉越来越多，每年产生的废稀土抛光粉固体废料超过10万吨，并且传统的水晶灯饰抛光工序产生的废稀土抛光粉、光学玻璃抛光工序产生的废稀土抛光粉也在逐年增加。这些废稀土抛光粉除含氧化硅30～60％、氧化铝30～60％，稀土氧化物15～50％外，如采用合理的工序将稀土抛光粉中的氧化硅、氧化铝和稀土氧化物分离出来，可综合利用废稀土抛光粉中的大部分有价物，从而提高废稀土抛光粉的综合回收和经济价值。

申请号为201811404138.2的中国专利为本申请人前期研发的技术方案，其包括如下步骤：(1)在预处理后的废稀土抛光粉中加强酸，将铝、稀土溶解，氧化硅粉留在浸出渣中；(2)将含有氧化硅粉的浸出渣洗涤和纯化，得到氧化硅粉；(3)在浸出液中加入沉淀剂将稀土沉淀、过滤得到稀土盐和铝盐溶液；(4)将铝盐溶液中和后，静置沉降2～12小时，得到含铝产品；(5)将稀土盐经过氟化和灼烧，制备稀土抛光粉，该制备方法可很好地将稀土抛光粉中的硅、铝和稀土进行综合回收，形成超细氧化硅粉、铝盐和稀土抛光粉，然而由于废稀土抛光粉在研磨等工序中带入了部分杂质铁，经检测，废稀土抛光粉中的铁含量达到2～6％，这些杂质铁在上述工艺中不仅没有得到很好的回收和利用，其经济价值得不到开发，且这些杂质铁在工艺操作过程中还混入并以不可控地量分布在最终的超细氧化硅粉、铝盐和稀土抛光粉产品中，造成产品的质量不稳定等问题，因此本发明旨在开发一种能将废稀土抛光粉中的杂质铁制备成硫酸铁粉且不影响其它三种主要成分回收的工艺，从而更好的满足实际生产需要。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种利用废稀土抛光粉中的杂质铁制备硫酸铁的方法及系统，以解决现有技术中废稀土抛光粉中铁元素得不到充分利用的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种利用废稀土抛光粉中的杂质铁制备硫酸铁的方法，包括如下步骤：

1)将经过预处理的废稀土抛光粉与强酸一起加入反应釜中反应，铁、铝和稀土转移至溶液中而得到浸出液，氧化硅粉留在浸出渣中；

2)反应结束后将反应釜中的浸出液排出并过滤得到滤液，余下的氧化硅粉留在滤渣中；

3)将步骤2)得到的滤液用液碱调节PH值到1.0～3.0后反应0.5～2小时，过滤，得到氢氧化铁滤渣，稀土盐和铝盐留在滤液中；液碱可用碳酸钠替代，液碱优先与铁离子反应生成沉淀；

4)将氢氧化铁滤渣加入浓硫酸溶解反应后得到硫酸铁溶液，将硫酸铁溶液烘干后得到硫酸铁粉。

进一步地，步骤1)中，反应釜中整个反应温度控制为140～180℃，压力为0.4～1MPa，反应时间1～3h。

进一步地，步骤1)中，所述强酸为浓盐酸或浓硫酸，所述废稀土抛光粉与浓酸的质量比为1：(3～7)，整个反应过程中浓酸的含量不低于4M。

进一步地，步骤2)中，过滤在离心过滤机中进行，离心过滤机转速控制在50～200rpm。

进一步地，步骤3)反应时以80～120rpm的转速持续搅拌。

进一步地，步骤3)中，过滤在离心过滤机中进行，离心过滤机转速控制在50～200rpm。

进一步地，步骤4)中，溶解反应时控制反应温度80～95℃，反应0.5～3小时。

进一步地，步骤4)中，硫酸铁溶液在滚筒烘干机中烘干，烘干温度180～220℃。

进一步地，将步骤1)得到的浸出渣和步骤2)得到的滤渣合并后，经过洗涤和净化得到氧化硅粉。

进一步地，将步骤3)得到的滤液进一步处分离得到铝产品。

本发明利用将浸出液进一步过滤、中和反应、进一步过滤等操作得到营养化铁沉淀，将氢氧化铁溶解得到硫酸铁，硫酸铁烘干得到硫酸铁粉，硫酸铁可出售。

一种利用废稀土抛光粉中的杂质铁制备硫酸铁的系统，包括反应釜、第一过滤机、第一反应槽、第二过滤机、第二反应槽、烘干机、第一储料罐和第二储料罐；所述反应釜上设置有进料斗，反应釜的排液口与第一过滤机连接，反应釜的排渣口与第一储料罐连接；所述第一过滤机的排液口与第一反应槽连接，第一过滤机的排渣口与第一储料罐连接；所述第一反应槽连接第二过滤机，第二过滤机的排液口与第二储料罐连接，第二过滤机的排渣口与第二反应槽连接，第二反应槽连接烘干机；反应釜上设置有泄压用的蒸汽管，蒸汽管与所述第二反应槽连接，反应釜泄压产生的热蒸汽通过蒸汽管输送至第二反应槽。

进一步地，所述第一过滤机为离心过滤机，离心过滤机为不锈钢材质，适合高温溶液过滤的需要，第二过滤机为板框过滤机，板框过滤机对温度低于70℃的溶液，其过滤效果更佳。

进一步地，所述第一反应槽中设置有搅拌装置。

进一步地，所述第二反应槽为耐高温玻璃钢槽。

进一步地，所述烘干机为滚筒烘干机，滚筒烘干机一侧设置有硫酸铁收集罐，滚筒烘干机与硫酸铁收集罐连接。

进一步地，所述第一储料罐欲外部氧化硅粉提纯系统连接。

进一步地，所述第二储料罐与外部分离系统连接，分离系统用于分离并提纯铝离子和稀土离子。

有益效果：1)本发明将废稀土抛光粉中的杂质铁进行了有效回收，形成硫酸铁粉，铁的回收率达到95％，硫酸铁的纯度达到98％，提高了废稀土抛光粉的经济价值；

2)本发明将铁全部回收后，配合申请号为201811404138.2的中国专利中公布的技术方案，可得到经济价值较好的硫酸铁的同时，不影响氧化硅、氧化铝和稀土氧化物的回收，且回收后氧化硅粉、铝盐和稀土抛光粉中基本检测不到铁元素，进一步提高了这三种回收物的质量和稳定性；适合工业化推广和生产，从而可使每年十几万吨的废弃稀土抛光粉资源得到很好的回收和利用，相较于申请号为201811404138.2的中国专利中公布的技术方案而言，整体经济收益将提高10％以上；

3)本发明通过反应釜中的反应温度、压力、酸浓度和反应时间的综合控制和作用，可将废稀土抛光粉中99％以上的铁、90％以上的铝和稀土从固体废渣中转移到浸出液中，氧化硅粉留在浸出渣中，从而利于铁的充分回收并保证其余产品回收的质量。

4)本发明在步骤3)中，通过控制反应的pH值和进程，从而使铁盐最大程度地转化为氢氧化铁滤渣，稀土盐和铝盐留在滤液中，对最终铁元素的回收率具有重要作用，步骤3)的难点在于如何控制条件使铁盐充分反应，防止铁盐残留而继续进入滤液中影响稀土盐和铝盐的进一步提纯，同时还要控制进度，使铝盐和稀土盐不至于在铁盐反应结束后进一步反应而影响最终硫酸铁产品的纯度；在步骤4)中，通过控制溶解反应中温度和时间，从而使氢氧化铁最大程度的溶解和转化；步骤3)和步骤4)的条件探索极为重要，其对最终硫酸铁的产量和纯度具有极为重要的影响，在开发阶段占据了研发人员大量的时间和精力。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的示意图。

其中：1、筛选装置；2、反应釜；3、第一过滤机；4、第一反应槽；5、第一储料罐；6、第二储料罐；7、第二过滤机；8、第二反应槽；9、烘干机；10、硫酸铁收集罐；11、搅拌装置；12、蒸汽管。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。

实施例1

本实施例所述的利用废稀土抛光粉中的杂质铁制备硫酸铁的方法，包括如下步骤：

预处理工序：去除废稀土抛光粉中的编织袋等杂物，并破碎。

1)将经过预处理的废稀土抛光粉与浓盐酸一起加入反应釜中反应，废稀土抛光粉与浓盐酸的质量比为1：(3～7)，整个反应过程中通过浓盐酸的含量不低于4M，反应釜中整个反应温度控制为140～180℃，压力为0.4～1MPa，反应时间1～3h，铁、铝和稀土转移至溶液中而得到浸出液，氧化硅粉留在浸出渣中；

2)反应釜开启卸压阀，压力释放完毕后，降温到95℃，将浸出液排出，浸出液进入离心过滤机过滤，过滤在离心过滤机中进行，离心过滤机转速控制在50～200rpm，过滤后得到滤渣和滤液，过滤在于使浸出液中余下的氧化硅粉去除并进入滤渣中，转速的控制在于保证最终的铁的回收率，该步骤中，滤液主要含铁离子、铝离子和稀土离子；

3)将步骤2)得到的滤液用液碱调节PH值到1.0～3.0后反应0.5～2小时，该反应在反应槽中进行，反应过程中以80～120rpm的转速持续搅拌，搅拌完成后过滤，过滤在板框过滤机中进行，板框过滤时过滤压力为0.5～1.0MPa，得到氢氧化铁滤渣，稀土盐和铝盐留在滤液中；

4)将氢氧化铁滤渣加入浓硫酸溶解反应后得到硫酸铁溶液，溶解反应在酸溶槽中进行，溶解反应时控制反应温度80～95℃，反应0.5～3小时，反应过程中的温度维持热量来源于步骤2)中反应釜卸压时的高温蒸汽以及浓硫酸反应放热，从而该步骤基本上不需要额外的热量维持，节约能源，反应结束后将得到的硫酸铁溶液在滚筒烘干机中烘干后得到硫酸铁粉，滚筒烘干机的烘干温度为180～220℃。

本实施例中，步骤1)得到的浸出渣和步骤2)得到的滤渣合并后，采用申请号为201811404138.2的中国专利中公布的方法，经过洗涤和净化得到氧化硅粉。

步骤3)得到的滤液富含铝离子和稀土离子，采用申请号为201811404138.2的中国专利中公布的方法，进一步处分离得到铝产品和稀土抛光粉。

实施例2

本实施例所述的利用废稀土抛光粉中的杂质铁制备硫酸铁的方法，包括如下步骤：

预处理工序：去除废稀土抛光粉中的编织袋等杂物，并破碎。

1)将经过预处理的废稀土抛光粉与浓盐酸一起加入反应釜中反应，废稀土抛光粉与浓盐酸的质量比为1：(3～7)，整个反应过程中通过浓盐酸的含量不低于4M，反应釜中整个反应温度控制为140～180℃，压力为0.4～1MPa，反应时间1～3h，铁、铝和稀土转移至溶液中而得到浸出液，氧化硅粉留在浸出渣中；

2)反应釜开启卸压阀，压力释放完毕后，降温到95℃，将浸出液排出，浸出液进入离心过滤机过滤，过滤在离心过滤机中进行，离心过滤机转速控制在50～200rpm，过滤后得到滤渣和滤液，过滤在于使浸出液中余下的氧化硅粉去除并进入滤渣中，转速的控制在于保证最终的铁的回收率，该步骤中，滤液主要含铁离子、铝离子和稀土离子；

3)将步骤2)得到的滤液用液碱调节PH值到1.0～3.0后反应0.5～2小时，该反应在反应槽中进行，反应过程中以80～120rpm的转速持续搅拌，搅拌完成后过滤，过滤在板框过滤机中进行，板框过滤时过滤压力为0.5～1.0MPa，得到氢氧化铁滤渣，稀土盐和铝盐留在滤液中；

4)将氢氧化铁滤渣加入浓硫酸溶解反应后得到硫酸铁溶液，溶解反应在酸溶槽中进行，溶解反应时控制反应温度80～95℃，反应0.5～3小时，反应过程中的温度维持热量来源于步骤2)中反应釜卸压时的高温蒸汽以及浓硫酸反应放热，从而该步骤基本上不需要额外的热量维持，节约能源，反应结束后将得到的硫酸铁溶液在滚筒烘干机中烘干后得到硫酸铁粉，滚筒烘干机的烘干温度为180～220℃。

本实施例中，步骤1)得到的浸出渣和步骤2)得到的滤渣合并后，采用申请号为201811404138.2的中国专利中公布的方法，经过洗涤和净化得到氧化硅粉。

步骤3)得到的滤液富含铝离子和稀土离子，采用申请号为201811404138.2的中国专利中公布的方法，进一步处分离得到铝产品和稀土抛光粉。

将实施例1、实施例2和申请号为201811404138.2的中国专利中公布的技术方案为对照实施例，其对比结果如表一

表一

由表一可知，本工艺可以将铁以硫酸铁的形式回收，提高了经济价值，同时，主要产品稀土抛光粉中的铁含量大幅度下降，提高了抛光粉的产品质量。

实施例1和实施例2的实施基于利用废稀土抛光粉中的杂质铁制备硫酸铁的系统，参见图1所示，包括反应釜2、第一过滤机3、第一反应槽4、第二过滤机7、第二反应槽8、烘干机9、第一储料罐5和第二储料罐6；其中，反应釜2上设置有进料斗，进料斗和筛选装置1连接，筛选装置1用于去除废稀土抛光粉中的编织袋等杂物，反应釜2的排液口与第一过滤机3连接，第一过滤机3为离心过滤机，第一过滤机3的排液口与第一反应槽4连接，第一反应槽4中设置有搅拌装置11，用于保证反应的充分进行，第一反应槽4连接第二过滤机7，第二过滤机7为板框过滤机，第二过滤机7的排渣口与第二反应槽8连接，第二反应槽8为耐高温玻璃钢槽，第二反应槽8连接烘干机9，烘干机9为滚筒烘干机，滚筒烘干机一侧设置有硫酸铁收集罐10，滚筒烘干机与硫酸铁收集罐10连接。

本实施例中，反应釜2的排渣口与第一储料罐5连接，第一过滤机3的排渣口同样与第一储料罐5连接，第一储料罐5用于盛放氧化硅粉渣，第一储料罐5与外部氧化硅粉提纯系统连接，为外部氧化硅粉提纯系统提供原料；而第二过滤机7的排液口与第二储料罐6连接，第二过滤机7的排液口排出的液体主要含铝盐和稀土盐，连接外部分离系统进一步分离可得到铝产品和稀土抛光粉。

本实施例中，反应釜2上设置有泄压用的蒸汽管12，蒸汽管12与第二反应槽8连接，反应釜2泄压产生的热蒸汽通过蒸汽管12输送至第二反应槽8，从而为第二反应槽8中的反应提供热量，利于节约能源。

本实施例通过反应釜中的反应温度、压力、酸浓度和反应时间的综合控制和作用，可将废稀土抛光粉中99％以上的铁、90％以上的铝和稀土从固体废渣中转移到浸出液中，氧化硅粉留在浸出渣中，进一步在第一反应槽4中沉淀反应，通过控制反应的pH值和进程，从而使铁盐最大程度地转化为氢氧化铁滤渣，稀土盐和铝盐留在滤液中，将氢氧化铁滤渣进一步在第二反应槽8中溶解反应并烘干后，可得到硫酸铁产品。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。