一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法
阅读说明：本技术 一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法 (Method for recovering rare earth elements in lutetium yttrium silicate ) 是由 潘务霞 张亮玖 周慧荣 雷利利 庄辉 蓝灵江 马宗云 欧小萍 覃世富 俞志春 李 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法,其取硅酸钇镥置于反应容器中,加入硝酸和氟化氢,所述硅酸钇镥的质量与硝酸的体积比为1g:10ml,所述硝酸与氟化氢的体积比为2:3,然后在温度为100～300℃的条件下加热溶解至近干,接着加入高氯酸继续加热冒烟至溶液体积减少至原体积的1/10,再自然冷却降温至无白烟冒出后得到溶液A,所述高氯酸的加入体积与硝酸加入体积的比为2:1；向溶液A中加入盐酸,并且小火加热溶解至清亮,然后自然冷却降温至60～80℃后进行过过滤,分离除去滤渣得到含有钇镥的氯化钇镥料液。本发明有效解决了现有回收中存在的回收效率低、能耗高的问题。(The invention discloses a method for recovering rare earth elements in lutetium yttrium silicate, which comprises the steps of putting lutetium yttrium silicate into a reaction container, adding nitric acid and hydrogen fluoride, wherein the volume ratio of the mass of lutetium yttrium silicate to nitric acid is 1g to 10ml, the volume ratio of nitric acid to hydrogen fluoride is 2 to 3, heating and dissolving at the temperature of 100-300 ℃ until the lutetium yttrium silicate is nearly dry, adding perchloric acid, continuously heating and smoking until the volume of the solution is reduced to 1/10 of the original volume, naturally cooling until no white smoke is emitted to obtain a solution A, and the ratio of the volume of perchloric acid to the volume of nitric acid is 2 to 1; and adding hydrochloric acid into the solution A, heating with soft fire to dissolve the hydrochloric acid until the solution A is clear, naturally cooling to 60-80 ℃, filtering, and separating to remove filter residues to obtain yttrium lutetium chloride feed liquid containing yttrium lutetium. The invention effectively solves the problems of low recovery efficiency and high energy consumption in the existing recovery.)
技术领域
本发明属于稀土元素资源回收利用技术领域，具体涉及一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法。
背景技术
硅酸钇镥是当今国际最高端、最先进、应用范围极大的大型核医学设备及其他高端设备的高性能闪烁晶体，是各种放射性探测、医学设备、航空设备等领域的重要原料。如硅酸钇镥闪烁晶体（LYSO）以其高光输出、快发光衰减、有效原子序数多、密度大等特性引起国际闪烁晶体界极大关注，并且物化性质稳定、不潮解、对γ射线探测效率高，被认为是综合性能最好的无机闪烁晶体材料，是未来代替NaI（Tl）、BGO的理想SPECT和PET用闪烁晶体。此外，LYSO晶体在高能物理、核物理、油井钻探、安全检查、环境检查等领域也具有广泛的应用。但是在硅酸钇镥晶体的生产或应用过程中产生了至少20％的切割边角料，为了实现稀土资源的高效综合利用和环境协调发展的目的，从硅酸钇镥废料中提取分离有价稀土元素，具有经济和环境的双重效益。
目前关于从硅酸钇镥废料中综合回收稀土元素的研究较少，主要集是采用片碱与硅酸钇镥在高温条件下焙烧，冷水浸出的方式回收硅酸钇镥中有价稀土元素，该方法存在焙烧温度高，焙烧时间久，焙烧产物坚硬，且黏附在器皿上很难取出，难以过滤且浪费大量的洗水。
发明内容
针对上述不足，本发明公开了一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法，解决现有回收中存在的回收效率低、能耗高的问题。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法，其包括以下步骤：
（1）取硅酸钇镥置于反应容器中，加入硝酸和氟化氢，所述硅酸钇镥的质量与硝酸的体积比为1g:10ml，所述硝酸与氟化氢的体积比为2:3，然后在温度为100～300℃的条件下加热溶解至近干，接着加入高氯酸继续加热冒烟至溶液体积减少至原体积的1/10，再自然冷却降温至无白烟冒出后得到溶液A，所述高氯酸的加入体积与硝酸加入体积的比为2:1；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入盐酸，并且小火加热溶解至清亮，然后自然冷却降温至60～80℃后进行过滤，分离除去滤渣得到含有钇镥的氯化钇镥料液。
本发明是在低温加热条件下，将硅酸钇镥与硝酸、氢氟酸反应生成氟化钇镥，控制硝酸和氟化氢与硅酸钇镥的用量比例，保证硅酸钇镥中的钇镥稀土能够充分转化为氟化稀土；然后定量加入高氯酸冒烟除去杂质硅，除杂后的氟化钇镥加入盐酸缓慢加热进行溶解，转化为氯化镥钇料液，降温至60～80℃后进行过滤除渣，温度过低氯化稀土易析出造成损失，过滤后即可作为下工序合格的原料。其主要方程式如下：
LuY（SiO3）1.5+3HF=LuYF3+1.5H2SiO3；
LuYF3+3HCl=LuYCl3+3HF。
进一步的，所述硝酸的质量分数为50%。
进一步的，所述盐酸的摩尔浓度为6mol/L。
进一步的，所述加热溶解至近干具体是将溶液体积蒸发至原体积的1/10～1/20。这样可以将硅酸钇镥能够充分转化为氟化稀土。
进一步的，在步骤（2）中对溶液A小火加热至100～400℃进行溶解。缓慢加热升温的方法将溶解温度控制在100～400℃之间，促进氯化稀土溶解，有利于后续分离除渣，减少钇镥元素的损失。
本技术方案与现有技术相比较具有以下有益效果：
1、本发明方法采用硝酸、氢氟酸与硅酸钇镥在低温缓慢加热的条件下反应，再用高氯酸冒烟除硅，盐酸转型的方式，回收硅酸钇镥中有价的稀土元素，该方法解决了片碱与硅酸钇镥反应存在的焙烧温度高、焙烧时间长、焙烧产物坚硬、难以过滤洗涤等问题，并且硅酸钇镥晶体绝大部分在硝酸和氢氟酸的作用下可完全打开，从而有利于钇镥稀土的回收。
2、采用本发明所得到的钇镥稀土回收率可达到95%以上，并且本发明方法的工艺简单、可操控性强、工艺时间短，还不需要高温操作，降低了能耗，适合钇镥稀土回收的规模化、工业化生产。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明，但不作为对本发明的限制。下列实施例中未注明的具体实验条件和方法，所采用的技术手段通常为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1：
一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法，其包括以下步骤：
（1）取硅酸钇镥置于反应容器中，加入质量分数为50%的硝酸和氟化氢，所述硅酸钇镥的质量与硝酸的体积比为1g:10ml，所述硝酸与氟化氢的体积比为2:3，然后在温度为200℃的条件下加热溶解至近干，溶液体积蒸发至原体积的1/20，接着加入高氯酸继续加热冒烟至溶液体积减少至原体积的1/10，再自然冷却降温至无白烟冒出后得到溶液A，所述高氯酸的加入体积与硝酸加入体积的比为2:1；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入摩尔浓度为6mol/L的盐酸，并且小火加热至200℃溶解至清亮，然后自然冷却降温至70℃后进行过滤，分离除去滤渣得到含有钇镥的氯化钇镥料液。
实施例2：
一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法，其包括以下步骤：
（1）取硅酸钇镥置于反应容器中，加入质量分数为50%的硝酸和氟化氢，所述硅酸钇镥的质量与硝酸的体积比为1g:10ml，所述硝酸与氟化氢的体积比为2:3，然后在温度为150℃的条件下加热溶解至近干，溶液体积蒸发至原体积的1/10，接着加入高氯酸继续加热冒烟至溶液体积减少至原体积的1/10，再自然冷却降温至无白烟冒出后得到溶液A，所述高氯酸的加入体积与硝酸加入体积的比为2:1；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入摩尔浓度为6mol/L的盐酸，并且小火加热至100℃溶解至清亮，然后自然冷却降温至80℃后进行过滤，分离除去滤渣得到含有钇镥的氯化钇镥料液。
实施例3：
一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法，其包括以下步骤：
（1）取硅酸钇镥置于反应容器中，加入质量分数为50%的硝酸和氟化氢，所述硅酸钇镥的质量与硝酸的体积比为1g:10ml，所述硝酸与氟化氢的体积比为2:3，然后在温度为100℃的条件下加热溶解至近干，溶液体积蒸发至原体积的1/15，接着加入高氯酸继续加热冒烟至溶液体积减少至原体积的1/10，再自然冷却降温至无白烟冒出后得到溶液A，所述高氯酸的加入体积与硝酸加入体积的比为2:1；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入摩尔浓度为6mol/L的盐酸，并且小火加热至150℃溶解至清亮，然后自然冷却降温至60℃后进行过滤，分离除去滤渣得到含有钇镥的氯化钇镥料液。
实施例4：
一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法，其包括以下步骤：
（1）取硅酸钇镥置于反应容器中，加入质量分数为50%的硝酸和氟化氢，所述硅酸钇镥的质量与硝酸的体积比为1g:10ml，所述硝酸与氟化氢的体积比为2:3，然后在温度为220℃的条件下加热溶解至近干，溶液体积蒸发至原体积的1/20，接着加入高氯酸继续加热冒烟至溶液体积减少至原体积的1/10，再自然冷却降温至无白烟冒出后得到溶液A，所述高氯酸的加入体积与硝酸加入体积的比为2:1；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入摩尔浓度为6mol/L的盐酸，并且小火加热至250℃溶解至清亮，然后自然冷却降温至70℃后进行过滤，分离除去滤渣得到含有钇镥的氯化钇镥料液。
实施例5：
一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法，其包括以下步骤：
（1）取硅酸钇镥置于反应容器中，加入质量分数为50%的硝酸和氟化氢，所述硅酸钇镥的质量与硝酸的体积比为1g:10ml，所述硝酸与氟化氢的体积比为2:3，然后在温度为300℃的条件下加热溶解至近干，溶液体积蒸发至原体积的1/10，接着加入高氯酸继续加热冒烟至溶液体积减少至原体积的1/10，再自然冷却降温至无白烟冒出后得到溶液A，所述高氯酸的加入体积与硝酸加入体积的比为2:1；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入摩尔浓度为6mol/L的盐酸，并且小火加热至400℃溶解至清亮，然后自然冷却降温至65℃后进行过滤，分离除去滤渣得到含有钇镥的氯化钇镥料液。
实施例6：
一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法，其包括以下步骤：
（1）取硅酸钇镥置于反应容器中，加入质量分数为50%的硝酸和氟化氢，所述硅酸钇镥的质量与硝酸的体积比为1g:10ml，所述硝酸与氟化氢的体积比为2:3，然后在温度为250℃的条件下加热溶解至近干，溶液体积蒸发至原体积的1/18，接着加入高氯酸继续加热冒烟至溶液体积减少至原体积的1/10，再自然冷却降温至无白烟冒出后得到溶液A，所述高氯酸的加入体积与硝酸加入体积的比为2:1；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入摩尔浓度为6mol/L的盐酸，并且小火加热至300℃溶解至清亮，然后自然冷却降温至75℃后进行过滤，分离除去滤渣得到含有钇镥的氯化钇镥料液。
对比例1：
采用片碱与研磨至100目的硅酸钇镥在600℃下恒温反应6小时，冷水浸泡数天后过滤，再用水洗涤至浸出液pH为7，将用滤渣6mol/L的盐酸溶解得到氯化钇镥溶液。
对比例2：
一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法，其包括以下步骤：
（1）取硅酸钇镥置于反应容器中，加入质量分数为50%的硝酸和氟化氢，所述硅酸钇镥的质量与硝酸的体积比为1g:10ml，所述硝酸与氟化氢的体积比为2:3，然后在温度为200℃的条件下加热溶解至近干，溶液体积蒸发至原体积的1/5，接着加入高氯酸继续加热冒烟至溶液体积减少至原体积的1/10，再自然冷却降温至无白烟冒出后得到溶液A，所述高氯酸的加入体积与硝酸加入体积的比为2:1；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入摩尔浓度为6mol/L的盐酸，并且小火加热至200℃溶解至清亮，然后自然冷却降温至70℃后进行过滤，分离除去滤渣得到含有钇镥的氯化钇镥料液。
对比例3：
一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法，其包括以下步骤：
（1）取硅酸钇镥置于反应容器中，加入质量分数为50%的硝酸和氟化氢，所述硅酸钇镥的质量与硝酸的体积比为1g:10ml，所述硝酸与氟化氢的体积比为2:3，然后在温度为200℃的条件下加热溶解至近干，溶液体积蒸发至原体积的1/2，接着加入高氯酸继续加热冒烟至溶液体积减少至原体积的1/10，再自然冷却降温至无白烟冒出后得到溶液A，所述高氯酸的加入体积与硝酸加入体积的比为2:1；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入摩尔浓度为6mol/L的盐酸，并且小火加热至200℃溶解至清亮，然后自然冷却降温至70℃后进行过滤，分离除去滤渣得到含有钇镥的氯化钇镥料液。
对比例4：
一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法，其包括以下步骤：
（1）取硅酸钇镥置于反应容器中，加入质量分数为50%的硝酸和氟化氢，所述硅酸钇镥的质量与硝酸的体积比为1g:10ml，所述硝酸与氟化氢的体积比为2:3，然后在温度为200℃的条件下加热溶解至近干，溶液体积蒸发至原体积的1/30，接着加入高氯酸继续加热冒烟至溶液体积减少至原体积的1/10，再自然冷却降温至无白烟冒出后得到溶液A，所述高氯酸的加入体积与硝酸加入体积的比为2:1；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入摩尔浓度为6mol/L的盐酸，并且小火加热至200℃溶解至清亮，然后自然冷却降温至25℃后进行过滤，分离除去滤渣得到含有钇镥的氯化钇镥料液。
对比例5：
一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法，其包括以下步骤：
（1）取硅酸钇镥置于反应容器中，加入质量分数为50%的硝酸和氟化氢，所述硅酸钇镥的质量与硝酸的体积比为1g:10ml，所述硝酸与氟化氢的体积比为2:3，然后在温度为200℃的条件下加热溶解至近干，溶液体积蒸发至原体积的1/20，接着加入高氯酸继续加热冒烟至溶液体积减少至原体积的1/10，再自然冷却降温至无白烟冒出后得到溶液A，所述高氯酸的加入体积与硝酸加入体积的比为2:1；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入摩尔浓度为6mol/L的盐酸，并且小火加热至200℃溶解至清亮，然后自然冷却降温至50℃后进行过滤，分离除去滤渣得到含有钇镥的氯化钇镥料液。
对比例6：
一种回收硅酸钇镥中稀土元素的方法，其包括以下步骤：
（1）取硅酸钇镥置于反应容器中，加入质量分数为50%的硝酸和氟化氢，所述硅酸钇镥的质量与硝酸的体积比为1g:10ml，所述硝酸与氟化氢的体积比为2:3，然后在温度为200℃的条件下加热溶解至近干，溶液体积蒸发至原体积的1/20，接着加入高氯酸继续加热冒烟至溶液体积减少至原体积的1/10，再自然冷却降温至无白烟冒出后得到溶液A，所述高氯酸的加入体积与硝酸加入体积的比为2:1；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入摩尔浓度为6mol/L的盐酸，并且小火加热至200℃溶解至清亮，然后自然冷却降温至40℃后进行过滤，分离除去滤渣得到含有钇镥的氯化钇镥料液。
实验例：
按照实施例1～6和对比例1～6所述方法从硅酸钇镥晶体中回收稀土元素，钇镥稀土的回收率见表1。
表1 钇镥稀土的回收率
钇镥稀土的回收率（%）
实施例1
96.45
实施例2
96.02
实施例3
96.11
实施例4
96.33
实施例5
95.23
实施例6
95.76
对比例1
88.70
对比例2
91.24
对比例3
90.89
对比例4
89.77
对比例5
90.25
对比例6
90.63
由上述数据可见，采用本发明方法进行硅酸钇镥的回收，钇镥稀土的回收率在95%以上，而采用对比例1所述片碱与硅酸钇镥反应的方法得到的钇镥稀土回收率只有88.70%，并且本发明方法不用冷水浸泡，相对于对比例1的操作时间明显的缩短，所以本发明与现有技术相比较具有明显的进步，同时对比例2～4按照本发明所述方法，区别是对加入了硝酸和氟化氢的硅酸钇镥溶液加热溶解至原体积的1/5、1/2或1/30时，使得钇镥稀土不能完全转化为氟化稀土，从而使得钇镥稀土的回收率在91%左右，与现有技术相比较相差不大，仅是节省了工艺操作时间；对比例4～6按照本发明所述方法，区别是对于加入盐酸溶解后的溶液降温至50℃以下进行过滤，使得氯化稀土在过低温度下部分析出造成损失，所以其得到的钇镥稀土回收率在90%左右，与现有技术相比较相差不大，仅是仅是节省了工艺操作时间。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。