淺談稀土三基色熒光粉回收利用

劉乃華 (惠州市技師學院 廣東 惠州 516003)

淺談稀土三基色熒光粉回收利用

劉乃華 (惠州市技師學院 廣東 惠州 516003)

稀土是許多高新材料的支撐材料。廢舊材料中回收稀土資源具有重要意義。希望通過探討尋找切實的手段來解決廢舊熒光燈中稀土金屬的浪費問題，和給周圍環(huán)境帶來的危害。

稀土；三基色熒光粉；氯化物；回收分離

近年來，由于熒光燈省電節(jié)能，其發(fā)光效率是白熾燈的7～10倍，因此在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應用。據(jù)中國照明協(xié)會統(tǒng)計,就我國而言每年熒光燈產(chǎn)量約為8億支,報廢的熒光燈為4億多支。熒光燈中主要成分就是稀土熒光粉，隨著大量熒光燈的報廢，稀土熒光粉也相應的形成了極大的浪費。稀土三基色熒光粉含有寶并且貴的稀土資源，如:T b,Ce,Eu,Y等。

一、稀土三基色熒光粉簡介

稀土由鑭系元素氧化物以及與鑭系元素化學性質(zhì)相似的鈧（Sc）和釔（Y）等17個元素組成。稀土三基色熒光粉是以銪激活的氧化釔、以鈰鋱激活的堿土金屬鋁酸鹽、以低價銪激活的堿土金屬鋁酸鹽,在253.7 nm紫外線激發(fā)下分別發(fā)射紅色、綠色、藍色熒光的熒光粉,由這3種光按不同的比例可以合成為照明用白光，俗稱“三基色熒光燈”。

二、稀土分離的主要方法

1.稀土分離方法簡介

由于稀土元素的電子結(jié)構(gòu)相近、化學性質(zhì)相似,又總以共生礦的形式混合存在,因而分離十分困難。

目前主要采用離子交換與溶劑萃取等方法進行稀土的分離和提純,20世紀70年代徐光憲教授發(fā)現(xiàn)稀土溶劑萃取體系大多具有恒定混合萃取比的基本規(guī)律、開拓性地提出并創(chuàng)立串級萃取理論以來,該理論對稀土分離和稀土材料的發(fā)展起到了很好的推動作用。直至20世紀90年代,串級萃取理論已拓展到非恒定混合萃取比體系,其在稀土分離領域已能普適于輕、中、重全部稀土元素。此外，20世紀90年代以來,繼人們利用2-乙基己基膦酸單2-乙基己酯(P507)進行重稀土分離之后,又有采用二(2,4,4-三甲基戊基)膦酸(Cyanex272)進行銩、鐿、镥的分離。

2.干法回收熒光粉的原理

上述濕法分離往往伴隨許多重復操作,因此 ,迫切需要尋找一種高效廣譜的分離方法。稀土氯化物的蒸氣壓多數(shù)較低,但在高溫下可以和其他金屬氯化物如AlCl3,ACl(A=堿金屬)等形成氣態(tài)配合物[1]?；谶@一原理,Adachi等利用化學氣相傳輸法將稀土元素從稀土礦中分離出,均取得較好的結(jié)果。在此之前，此方法被廣泛使用，例如：化學氣相傳輸法制取無水Eu-Cl3，ErCl3和LnCl3。稀土氧化物為原料，無水氯化鋁為氯化劑和傳輸介質(zhì)。Ln2O3與過量的氯化鋁在300℃反應，生成LnCl3。LnCl3在高溫與氯化鋁反應生成氣態(tài)配合物，該配合物在低溫分解?？刂七m當?shù)臏囟忍荻葓觯蓪崿F(xiàn)LnCl3與其他固體分離。殘余氯化鋁在200℃加熱除去。產(chǎn)物回收率>90%，純度>99.5%，利用化學氣相傳輸法可獲得高純度較高的無水LnCl3。該法還用于生長ZnO，其原理是將位于源區(qū)的ZnO粉高溫加熱變?yōu)闅怏w,傳輸至溫度低的生長區(qū)實現(xiàn)晶體生長[2]。

而熒光粉燈中的主要成分就是熒光粉中的稀土氧化物的混合物金屬，其中稀土元素的分離回收類似稀土礦石中提取分離稀土。因此該方法應該可以用于熒光粉中的稀土回收，但目前尚無文獻報道。

三、干法回收熒光粉簡介

由于處理廢棄三基色熒光燈在經(jīng)濟和環(huán)境方面都具有潛在的價值，因此，探索如何最大化的回收再利用熒光粉中的稀土金屬，開發(fā)“第二資源”，具有重要的現(xiàn)實意義。本文以采用化學氣相傳輸法即干法，人工模擬配制的三基色熒光燈中的三基色熒光粉為原料，熒光粉中的稀土。利用化學氣相傳輸法即干法，分離回收其中的稀土元素。

首先模擬三基色熒光燈中熒光粉的比例，人工配制混合三基色熒光粉。將三種熒光粉（藍粉、紅粉、綠粉）按熒光燈中熒光粉的比例混合均勻，以達到熒光燈中熒光粉的應有比例。該比例為：紅粉39.56%，綠粉36.13%，藍粉24.3%。根據(jù)不同實驗條件，配制混合熒光粉和所需NaCl為反應原料。

可以通過實驗考察固體氯化劑（NaCl）加入量對氣相傳輸法分離稀土三基色熒光粉的影響。通過對三基色熒光粉中的稀土和非稀土金屬進行氯化，生成相應的氯化產(chǎn)物，氯化產(chǎn)物之間相互絡合，從而得到并分離出稀土和非稀土金屬。涉及到以下反應：

1.氧化物的氯化反應

Ln2O3(固)+3C(固)+3Cl2(氣) → 2LnCl3(液或固)+3CO(氣)(Ln=Ce,Eu,T b,Y)

M eO+C(固)+Cl2(氣) → M eCl2(液或固)+CO(氣)(M e=B a,M g)

Al2O3(固)+3C(固)+3Cl2(氣)→ 2AlCl3(液或固)+3CO(氣)

2.交換反應

3.氣態(tài)絡合反應

4.絡合物低溫分解

由于各種氧化物的氯化能力不同，生成的不同氯化物的蒸汽壓也不同，從而揮發(fā)性不同，各種氯化物之間的絡合能力也不同，這些因素都導致了三基色熒光粉中的稀土和非稀土金屬可以被提取出來，并且分離開來。

四、結(jié)語

稀土是許多高新材料的支撐材料，廢舊材料中回收稀土資源具有重要意義。但是由于稀土元素的化學性質(zhì)和電子結(jié)構(gòu)相似,又總以共生礦的形式混合存在,因而很難進行分離。然而,高純度單一元素的稀土材料才是更被需要的，導致稀土分離成為其廣泛應用的瓶頸。通過進一步分析考察實際生產(chǎn)生活中的廢舊熒光燈中有無其他影響該實驗條件和結(jié)果的物理化學等因素，如果有，做進一步的實驗研究，以降低干擾因素的影響，完善該實驗方法，切實解決廢舊熒光燈中稀土資源的浪費問題和給周圍環(huán)境帶來的危害。

[1]劉虹,高匕.近年國內(nèi)外綠色照明新進展[J].照明工程學報,2006,17(2):6-12.

[2]謝解峰.廢棄熒光燈無害化、資源化回收處理研究[J].武漢理工大學,2007.11:44-46.

劉乃華，生于1986年10月，女，廣東博羅人，助理講師，本科，主要從事化學環(huán)保教育教學和研究工作。