技术领域
本申请涉及固废处理技术领域，尤其涉及一种脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法。
背景技术
稀土抛光粉由于其理想的抛光效果，广泛应用于一些光学玻璃器件的抛光及精密仪器的精磨等方面。在抛光磨削的过程中，被加工部件的表面磨削下来的玻璃颗粒、石英、金属材料等进入到抛光粉中，而使得抛光粉的性能减弱而失效。随着抛光粉用量的增加，大量的稀土抛光粉作为固体废弃物堆存下来。稀土资源不可再生，且地壳中含量不集中，导致其加工成本高。在欧盟、美国和日本，稀土资源目前已被列为“紧缺”资源。虽然中国的稀土资源位居世界前列，但其作为重要的战略资源以及其不可替代性，稀土资源越来越受到人们的重视。通过废弃抛光粉的再利用，不仅可以回收稀土，而且还可以减弱废弃抛光粉对环境的影响。
从废弃抛光粉中沉淀分离稀土元素时，废弃抛光粉中的主要杂质Si和Al会影响分离效果。因此，有必要先将废弃抛光粉中的Si和Al杂质脱除。针对硅铝杂质的脱除，传统技术有采用物理化学法去除废旧稀土荧光粉中的玻璃杂质，包括前段300-800℃焙烧，后续热碱浸出硅铝的工艺。传统技术还有预先高温处理(950℃)，再进行低温碱浸实验使粉煤灰中硅和铝杂质分步溶出。传统技术还有采用了中温(250℃)碱浸并添加激发剂的方法回收硅铝，平均溶出率为88.70％。传统技术有利用低温碱浸的方式处理废弃抛光粉，得到新生抛光粉。上述这些方法均存在高温焙烧工序或反应温度条件较高，或其反应溶剂对环境影响较大，而且硅铝脱除效果有待进一步提高。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种反应温度较低，且对环境影响小，硅铝脱除效果好的脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法。
一种脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法，包括：
提供含有硅铝杂质的废弃抛光粉；
提供浓度为0.25摩尔/升至1.75摩尔/升的碱溶液，并将所述废弃抛光粉加入所述碱溶液中进行浸出反应，浸出反应时间为65分钟至105分钟，浸出反应温度为85摄氏度至95摄氏度，所述碱溶液中的碱与所述废弃抛光粉的质量比为0.75～1.5；
将浸出反应后的混合液降温至室温，从而获得反应后的浸出液；以及
对所述浸出液进行过滤处理，过滤得到脱除出所述硅铝杂质的废弃抛光粉。
在其中一个实施例中，所述提供含有硅铝杂质的废弃抛光粉包括：
提供含有硅铝杂质的稀土抛光粉；
在80摄氏度至110摄氏度干燥处理所述含有硅铝杂质的稀土抛光粉以去除水分；
对干燥处理后的所述含有硅铝杂质的稀土抛光粉进行研磨以及过筛处理从而获得所述含有硅铝杂质的废弃抛光粉。
在其中一个实施例中，在所述提供含有硅铝杂质的稀土抛光粉之后，所述方法进一步包括：对所述硅铝杂质的稀土抛光粉进行破碎处理。
在其中一个实施例中，所述碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述将所述经干燥处理的废弃抛光粉加入所述碱溶液中进行浸出反应的步骤包括：
提供反应容器，将浓度为0.25摩尔/升至1.75摩尔/升的碱溶液以及废弃抛光粉加入所述反应容器中，所述碱溶液中的碱与所述废弃抛光粉的质量比为0.75～1.5；
加热所述反应器使得所述反应器内的温度为85摄氏度至95摄氏度，使所述反应容器中发生浸出反应，浸出反应时间为65分钟至105分钟。
在其中一个实施例中，所述浸出反应过程中，所述碱溶液中的碱与所述废弃抛光粉的质量比为0.75-1.25，所述浸出反应时间为80分钟至100分钟，所述碱溶液的浓度为1摩尔/升至1.25摩尔/升。
在其中一个实施例中，所述浸出反应过程中，所述碱溶液中的碱与所述废弃抛光粉的质量比为1，所述浸出反应温度为90摄氏度，所述浸出反应时间为90分钟，所述碱溶液的浓度为1摩尔/升。
在其中一个实施例中，所述将浸出反应后的混合液降温至室温，从而获得反应后的浸出液包括：
提供温度为0摄氏度至10摄氏度的清洗水；
将所述清洗水通入所述反应容器中，以将浸出反应后的混合液降温至室温从而获得反应后的浸出液。
在其中一个实施例中，所述所述将浸出反应后的混合液降温至室温，从而获得反应后的浸出液中，所述浸出反应后的混合液在5分钟至10分钟内降温至室温。
在其中一个实施例中，所述对所述浸出液进行过滤处理，过滤得到脱除所述含硅铝杂质的废弃抛光粉包括：
提供离心装置和真空抽滤装置；
将所述反应后的浸出液倒入所述离心装置中，对所述反应后的浸出液进行离心处理；以及
将离心处理后的所述浸出液倒入所述真空抽滤装置中，对所述浸出液进行抽滤处理。
本申请提供的脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法，通过浸出反应来脱除硅铝杂质。通过提供浓度为0.25摩尔/升至1.75摩尔/升的碱溶液，并将所述废弃抛光粉加入所述碱溶液中进行浸出反应，浸出反应时间为65分钟至105分钟，浸出反应温度为85摄氏度至95摄氏度，所述碱溶液中的碱与所述废弃抛光粉的质量比为0.75～1.5。上述方法在较低的温度下通过将所述废弃抛光粉加入所述碱溶液中进行浸出反应，从而脱除废弃抛光粉中的硅铝杂质。由于没有引入反应溶剂，从而具有反应温度条件低，且对环境影响小，硅铝脱除效果好的的优点。
附图说明
图1为本申请一个实施例中的脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法的流程图；
图2为本申请一个实施例中的脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法中碱比对脱除杂质的影响图；
图3为本申请一个实施例中的脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法中浸出时间对脱除杂质的影响图；
图4为本申请一个实施例中的脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法中温度对杂质脱除的影响图；
图5为本申请一个实施例中的脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法中碱浓度对杂质脱除的影响图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
请参见图1，本申请实施例提供一种脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法，包括：
S102，提供含有硅铝杂质的废弃抛光粉；
S104，提供浓度为0.25摩尔/升至1.75摩尔/升的碱溶液，并将所述废弃抛光粉加入所述碱溶液中进行浸出反应，浸出反应时间为65分钟至105分钟，浸出反应温度为85摄氏度至95摄氏度，所述碱溶液中的碱与所述废弃抛光粉的质量比为0.75～1.5；
S106，将浸出反应后的混合液降温至室温，从而获得反应后的浸出液；
S108，对所述浸出液进行过滤处理，过滤得到脱除出所述硅铝杂质的废弃抛光粉。
步骤S102中，所述含有硅铝杂质的废弃抛光粉可以直接从抛光工厂获得。所述含有硅铝杂质的废弃抛光粉中的硅来自于抛光过程中，进入抛光粉中的微细玻璃粉末。废弃抛光粉中的铝则是来自抛光过程中加入的沉淀剂氯化铝的水解产物氢氧化铝。具体地，所述含有硅铝杂质的废弃抛光粉中，除含有硅铝杂质外，还含有一定比例的稀土元素。可以理解，所述硅铝杂质的废弃抛光粉可以是块材也可以是粉状，还可以是液态的浆料。
步骤S104中，所述废弃抛光粉加入所述碱溶液中进行浸出反应，从而使得所述废弃抛光粉中的硅铝杂质溶于所述碱溶液中。所述碱溶液可以是氢氧化钾或氢氧化钠溶液中的一种，或者两者的混合。
步骤S106中，所述将浸出反应后的混合液降温至室温的方式不限。当所述浸出反应在较大体积的反应器中进行时，可以通过向所述反应器中通入冷水的方式使得浸出反应后的混合液降温。当所述浸出反应在较小体积的反应器中进行时，也可以通过直接给所述反应器的外壁冲冷水以给所述浸出反应后的混合液降温。
步骤S108中，通过对所述浸出液进行过滤处理，可以得到脱除出硅铝杂质的废弃抛光粉。由于硅铝杂质已经溶解在所述浸出液中，过滤后的所得到的固态物质就是去除硅铝杂质的抛光粉。可以理解，本发明的脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方还可以用于废弃抛光粉的回收利用。
本实施例中，通过提供浓度为0.25摩尔/升至1.75摩尔/升的碱溶液，并将所述废弃抛光粉加入所述碱溶液中进行浸出反应，浸出反应时间为65分钟至105分钟，浸出反应温度为85摄氏度至95摄氏度，所述碱溶液中的碱与所述废弃抛光粉的质量比为0.75～1.5。上述方法在较低的温度下通过将所述废弃抛光粉加入所述碱溶液中进行浸出反应，从而脱除废弃抛光粉中的硅铝杂质。由于没有引入反应溶剂，从而具有反应温度条件低，且对环境影响小，硅铝脱除效果好的的优点。
在一个实施例中，所述步骤S102还可以包括以下步骤：
S202，提供含有硅铝杂质的稀土抛光粉；
S202，在80摄氏度至110摄氏度干燥处理所述含有硅铝杂质的稀土抛光粉以去除水分；以及
S202，对干燥处理后的所述含有硅铝杂质的稀土抛光粉进行研磨以及过筛处理从而获得所述含有硅铝杂质的废弃抛光粉。
通过对所述含有硅铝杂质的稀土抛光粉进行干燥处理，可以脱除所述含有硅铝杂质的稀土抛光粉中的水分。当所述含有硅铝杂质的稀土抛光粉的水分被脱除后，就可以避免所述含有硅铝杂质的稀土抛光粉由于含水量大易于结团。通过对所述干燥后的含有硅铝杂质的稀土抛光粉进行研磨以及过筛处理，可以获得粒度分布相对均匀的稀土抛光粉，并且细粒有利于后续与溶液充分接触，确保反应更彻底。由于所述含有硅铝杂质的稀土抛光粉具有较小的且分布均匀的粒径，所述含有硅铝杂质的稀土抛光粉可以与所述碱溶液充分接触以及反应，从而提高了反应的效率，进一步可以提高硅铝杂质的脱除效率。上述的研磨处理，可以通过各种方式进行。所述过筛处理可以采用30～60目筛进行。
可以理解，当所述硅铝杂质的稀土抛光粉中包括较大的颗粒时，所述步骤S202之后，还可以包括对所述硅铝杂质的稀土抛光粉进行破碎处理的步骤。经过破碎处理，可以使的脱水干燥过程中水分脱除的更加彻底。
在一个实施例中，所述步骤S104可以包括以下步骤：
S302，提供反应容器，将浓度为0.25摩尔/升至1.75摩尔/升的碱溶液以及废弃抛光粉加入所述反应容器中，所述碱溶液中的碱与所述废弃抛光粉的质量比为0.75～1.5；
S304，加热所述反应器使得所述反应器内的温度为85摄氏度至95摄氏度，使所述反应容器中发生浸出反应，浸出反应时间为65分钟至105分钟。
所述反应容器不限，可以根据实际反应的废弃抛光粉的量选择磁力搅拌恒温加热器。选择具有加热功能的反应容器，以便于加热。
在一个实施例中，所述浸出反应过程中，所述碱溶液中的碱与所述废弃抛光粉的质量比为0.75-1.25，所述浸出反应时间为80分钟至100分钟，所述碱溶液的浓度为1摩尔/升至1.25摩尔/升。本实施例中，上述浸出反应过程中的参数选择，可以使得本实施例中的脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法具有较高的硅铝脱除率。
在一个实施例中，所述步骤S106可以通过通入冷水的方式给所述浸出反应后的混合液降温。当所述浸出反应在反应容器中发生时，所述步骤S106包括以下步骤：
S402，提供温度为0摄氏度至10摄氏度的清洗水；
S404，将所述清洗水通入所述反应容器中，以将浸出反应后的混合液降温至室温从而获得反应后的浸出液。
所述清洗水优选为去离子水，或者自来水，避免引入铝离子，影响了硅铝杂质的脱除效率。所述清洗水通入所述反应容器中，可以快速将所述浸出反应后的混合液降温。优选地，控制所述浸出反应后的混合液在5分钟至10分钟内降温至室温。在反应温度较高的情况下(90℃左右)，随时间的增长，硅铝会发生“二次沉淀”反应。因此，通过控制所述浸出反应后的混合液降温的时间在5分钟至10分钟内，可以避免溶液中的硅铝再次结合生成硅铝沉淀，从而提高硅铝的脱除效率。可以理解，在给所述浸出反应后的混合液降温时，可以先停止对所述反应容器加热。
在一个实施例中，所述步骤S108可以包括以下步骤：
S502，提供离心装置和真空抽滤装置；
S504，将所述反应后的浸出液倒入所述离心装置中，对所述反应后的浸出液进行离心处理；以及
S506，将离心处理后的所述浸出液倒入所述真空抽滤装置中，对所述浸出液进行抽滤处理。
所述离心装置为低速离心分离机，用于将所述反应后的浸出液在低速离心机中，转速3000-5000r/min进行离心处理10-15min，从而可以实现所述反应后的浸出液中的固液分离。所述真空抽滤装置为真空泵与抽滤瓶相结合，用于对所述浸出液进行抽滤处理。所述反应后的浸出液先经过离心处理后，再进行抽滤处理可以提高所述硅铝杂质的脱除效率。可以理解，在工业生产中，可以不经过离心，直接进行抽滤，或者输送至板框压滤机，滤去水分。
在一个实施例中，所述碱溶液为氢氧化钠溶液，所述废弃抛光粉除了硅铝杂质外，还含有一定比例的稀土元素。具体地，所述废弃抛光粉的成分组成如下表：
图2为本申请一个实施例中的脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法中碱比对脱除杂质的影响图。图2中的碱比为碱溶液中的碱与所述废弃抛光粉的质量比。图2中，碱浓度为2mol/L，反应温度为60℃，反应时间为30min。当碱比为1时，硅和铝的脱除率均达到最大值，分别为33.66％和95.28％。碱比过低时，溶液中的OH－不足以与样品中的硅铝反应。在碱比为0.5时，硅铝的脱除率仅为20.25％和63.46％。随着碱比的升高，OH－分别于硅铝化合物进行充分反应，脱除率呈升高的趋势，并在碱比为1时达到最大值。碱比为1时，溶解到溶液中Al浓度较高，达到95.28％。碱比继续增加，硅、铝脱除率均有下降趋势，铝脱除率的下降趋势较为明显。根据阿布拉莫夫的Na2O-Al2O3-CaO-SiO2-H2O系相图可知，铝的存在会影响硅的溶解度，导致硅的脱除率并不理想。同时碱比增大，由相图知，硅铝会反应形成结晶，而使得两者的脱除率均有所下降。因此，将碱比设定为1，即能得到相对理想的脱除效果。
图3为本申请一个实施例中的脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法中浸出时间对脱除杂质的影响图。图3中，碱浓度2mol/L，碱比1，反应温度90℃。由图3可以得出，在碱浸过程中，在10～90min反应时间内，随反应时间延长，硅铝脱除率变化趋势相似，均不断升高。在反应时间为90min时，废弃抛光粉中的硅铝杂质与氢氧化钠的反应就已经接近平衡，硅铝脱除率达到最大值(52.35％、76.85％)。继续延长反应时间，硅铝脱除率不再升高，且有下降的趋势。在碱比，温度和碱浓度不变的条件下，反应时间过长(超过90min)，会使得硅铝结合形成“二次沉淀”。因此，反应时间确定为90min较为适宜。
图4为本申请一个实施例中的的脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法中温度对杂质脱除的影响图。图4中，碱浓度2mol/L，碱比2，反应时间为30min。由图4可知，在0-90℃范围内，随温度升高，氢氧化钠浸出液中离子运动加剧，对硅铝脱除率有促进作用。反应温度在90℃时，硅和铝的脱除率达到最大值，分别为57.57％，75.10％。温度继续升高，硅铝脱除率呈现下降趋势。主要是由于，在100℃时，硅铝杂质会与NaOH生成类似于沸石的结构，导致废弃抛光粉中的Si和Al脱除率降低。
SiO2(s,非晶质)+2OH-(aq)→SiO3-(aq)+H2O(l) (1)
根据温元凯文算法，可以计算出不同温度下相应反应的吉布斯能变。在30℃～130℃以上，硅铝杂质与NaOH的反应的吉布斯自由能变始终为负值。而反应(3)随吉布斯自由能变会随温度升高而急剧减小，因此，较高的温度会使溶液中的溶解的硅铝化合物离子，又重新结合生成硅铝复盐。因此，在90℃浸出效果相对理想，温度过高，不仅对设备要求高，而且增加能耗，经济成本相应增加。基于上述理由，温度在85℃～95℃范围内最为合适。优选的温度为90℃。
图5为本申请一个实施例中的脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法中碱浓度对杂质脱除的影响图。图5中，反应时间为90min，碱比为1，反应温度为90℃。由图5可知，当碱浓度在0-0.5mol/L之间，随着碱浓度的升高，体系中OH-浓度增大，样品与碱接触反应的几率就越大，硅铝脱除率明显升高。样品中铝杂质溶于碱生成AlO2-，废弃抛光粉样品中的硅以硅酸钠形式进入溶液。当Na2SiO3浓度超过溶液的平衡浓度后，如果溶液中有足够浓度的AlO2-，就会生成水合铝硅酸钠结晶沉淀物，而使得硅铝杂质的在溶液中溶解率下降。
Na2O·nSiO2+2NaAlO2+H2O→Na2O·A2O3·nSiO2+NaOH (4)
在碱浓度为0.5mol/L时，硅脱除率达到最大(98.71％)。铝脱除率在碱浓度为1mol/L时，达到最大值97.93％。为实现同样理想的硅铝脱除效果，将NaOH浓度确定在1mol/L时，硅铝脱除率分别达到95.37％、97.93％。
综合以上内容，本发明一个实施例中的脱除废弃抛光粉中硅铝杂质的方法，所述浸出反应过程中，所述碱溶液中的碱与所述废弃抛光粉的质量比为1，所述浸出反应温度为90摄氏度，所述浸出反应时间为90分钟，所述碱溶液的浓度为1摩尔/升。在上述条件下，硅铝脱除率分别为95.37％、97.93％。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。