الذهب المهمل: مسحوق تلميع المعادن النادرة
مسحوق التلميع المصنوع من السيريوم الأرضي النادر هو مسحوق التلميع السائد حاليًا. يتميز بأداء تلميع ممتاز، ويمكنه تحسين تشطيب أسطح المنتجات أو القطع. يُعرف بأنه “ملك مساحيق التلميع”. تُعدّ صناعة معالجة الزجاج وصناعة الإلكترونيات من أهم مجالات استخدام مسحوق التلميع الأرضي النادر. تُشكّل نفايات مسحوق التلميع الأرضي النادر التي تتلف بعد التلميع حوالي 70% من الإنتاج سنويًا. تتكون مكونات النفايات بشكل رئيسي من بقايا نفايات مسحوق التلميع الأرضي النادر، وسوائل النفايات، وشظايا الزجاج من قطع التلميع، وطبقة الطحن (البوليمر العضوي) من قماش التلميع، والزيت، والشوائب الأخرى، وتبلغ نسبة مكونات التربة النادرة 50%. أصبح التخلص من مسحوق التلميع الأرضي النادر الفاشل مشكلة رئيسية لشركات التطبيقات اللاحقة.
حاليًا، الطرق الشائعة لإعادة تدوير نفايات مسحوق التلميع الأرضي النادر هي الفصل الفيزيائي والفصل الكيميائي.
طريقة الفصل الفيزيائي
(1) طريقة التعويم
في السنوات الأخيرة، استُخدمت تقنية التعويم على نطاق واسع في معالجة النفايات الصلبة. نظرًا لاختلاف قابلية مكونات مسحوق تلميع المعادن النادرة المهدورة للماء، يتم اختيار عوامل تعويم مختلفة لتحسين تقارب المكونات في المحلول المائي، مما يُبقي الجزيئات المحبة للماء في الماء، وبالتالي تحقيق هدف الفصل. ومع ذلك، يؤثر حجم جزيئات مسحوق التلميع على معدل استخلاص التعويم، ونقاء الاستخلاص غير كافٍ.
أثناء التعويم، يتم اختيار مجمعات مختلفة، ويختلف تأثير إزالة الشوائب بشكل كبير. وجد يانغ جيرين وآخرون أنه عندما يكون الرقم الهيدروجيني لحمض ستايرينفوسفونيك 5، فإن معدل استخلاص أكسيد السيريوم وأكسيد اللانثانوم بعد التعويم يصل إلى 95%، بينما لا يتجاوز معدل استخلاص فلوريد الكالسيوم وفلوروأباتيت 20%. تحتاج الجزيئات التي يقل قطرها عن 5 ميكرون إلى مزيد من الفصل لإزالة الشوائب نظرًا لضعف تأثير التعويم.
(2) طريقة الفصل المغناطيسي
يتميز مسحوق تلميع المعادن النادرة المهدورة بالمغناطيسية. بناءً على ذلك، صمم ميشيما وزملاؤه جهازًا بمجال مغناطيسي رأسي لاستعادة ملاط تلميع المعادن النادرة. عندما يكون معدل تدفق ملاط مسحوق النفايات 20 مم/ثانية، وزمن دورانه 30 دقيقة، وتركيزه 5%، ودرجة حموضته 3، يمكن أن تصل كفاءة فصل ثاني أكسيد السيريوم ومادة تخثر الحديد إلى 80%. عند تغيير اتجاه المجال المغناطيسي إلى تدرج أفقي، ثم إضافة محلول MnCl2، يمكن فصل ثاني أكسيد السيليكون وأكسيد الألومنيوم ذوي الخواص المغناطيسية المعاكسة عن ثاني أكسيد السيريوم.
(3) طرق أخرى
جمّد تاكاهاشي وزملاؤه ملاط مسحوق النفايات، الذي يصعب ترسيب جزيئاته عند درجة حرارة -10 درجات مئوية، ثم أذابوه في بيئة درجة تجمدها 25 درجة مئوية. شكّلت الشوائب وأكاسيد المعادن النادرة طبقة، مما سهّل تجميع المواد المفيدة في النفايات واستعادتها.
طريقة الفصل الكيميائي
تعتمد الطريقة الكيميائية بشكل رئيسي على عملية الاستعادة بعد الإذابة الحمضية والتحميص القلوي، وتستخدم عامل اختزال كعامل مساعد للحصول على مواد خام من مسحوق تلميع المعادن النادرة من خلال إزالة الشوائب، والاستخلاص، والترسيب. تتميز هذه الطريقة بمعدل استعادة مرتفع، إلا أن العملية طويلة وتكلفة عالية. ينتج عن الإفراط في استخدام الأحماض القوية أو القلويات القوية كمية كبيرة من مياه الصرف. (1) المعالجة القلوية
يُعد أكسيد الألومنيوم وثاني أكسيد السيليكون الشوائب الرئيسية في نفايات مسحوق تلميع المعادن النادرة. استخدم محلول هيدروكسيد الصوديوم بتركيز 4 مول/لتر للتفاعل مع نفايات مسحوق تلميع المعادن النادرة لمدة ساعة واحدة عند درجة حرارة 60 درجة مئوية لإزالة شوائب ثاني أكسيد السيليكون وأكسيد الألومنيوم من نفايات مسحوق تلميع المعادن النادرة.
(2) المعالجة الحمضية
عند استعادة العناصر الأرضية النادرة من نفايات مسحوق التلميع، غالبًا ما يُستخدم حمض النيتريك وحمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك للاستخلاص. ثاني أكسيد السيريوم، المكون الرئيسي لنفايات مسحوق تلميع المعادن النادرة، قابل للذوبان بشكل طفيف في حمض الكبريتيك.
(3) الاستخلاص الحمضي بمساعدة عامل اختزال
في حال استخلاص ثاني أكسيد السيريوم (CeO2) مباشرةً باستخدام الحمض، فإن النتيجة ليست مثالية. أما إذا أُضيف عامل اختزال لاختزال Ce4+ إلى Ce3+، فيمكن تحسين معدل استخلاص المعادن النادرة. ويمكن أن يُحسّن استخدام عامل الاختزال H2O2 للمساعدة في استخلاص حمض الهيدروكلوريك من نفايات مسحوق تلميع المعادن النادرة بشكل كبير من النتائج التجريبية.