ทองคำที่ถูกละเลย: ผงขัดแร่หายาก

ผงขัดที่มีส่วนประกอบของเซเรียมแรร์เอิร์ธเป็นผงขัดแรร์เอิร์ธที่ได้รับความนิยมในปัจจุบัน ผงขัดนี้มีประสิทธิภาพในการขัดที่ยอดเยี่ยมและสามารถปรับปรุงพื้นผิวของผลิตภัณฑ์หรือชิ้นส่วนได้ ผงขัดนี้เป็นที่รู้จักในชื่อ “ราชาแห่งผงขัด” อุตสาหกรรมการแปรรูปแก้วและอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์เป็นสาขาการใช้งานหลักของผงขัดแรร์เอิร์ธ ของเสียจากผงขัดแรร์เอิร์ธที่ล้มเหลวหลังการขัดคิดเป็นประมาณ 70% ของผลผลิตในแต่ละปี ส่วนประกอบของเสียส่วนใหญ่มาจากเศษผงขัดแรร์เอิร์ธ ของเหลวเสีย เศษแก้วจากชิ้นงานขัด ผิวเจียร (พอลิเมอร์อินทรีย์) จากผ้าขัด น้ำมัน และสิ่งเจือปนอื่นๆ และสัดส่วนของส่วนประกอบแรร์เอิร์ธคือ 50% วิธีการกำจัดผงขัดแรร์เอิร์ธที่ล้มเหลวได้กลายเป็นปัญหาสำคัญสำหรับบริษัทการใช้งานปลายน้ำ

ปัจจุบัน วิธีการที่ใช้กันทั่วไปในการรีไซเคิลขยะผงขัดแรร์เอิร์ธคือ การแยกทางกายภาพและการแยกทางเคมี

วิธีการแยกทางกายภาพ

(1) วิธีการลอยตัว

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีลอยตัวถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการบำบัดขยะมูลฝอย เนื่องจากความแตกต่างของความชอบน้ำของส่วนประกอบในผงขัดโลหะหายากจากขยะ จึงเลือกใช้สารลอยตัวที่แตกต่างกันเพื่อปรับปรุงความสัมพันธ์ของส่วนประกอบในสารละลายน้ำ โดยปล่อยให้อนุภาคที่ชอบน้ำอยู่ในน้ำ จึงบรรลุวัตถุประสงค์ของการแยก อย่างไรก็ตาม ขนาดของอนุภาคผงขัดมีผลต่ออัตราการคืนตัวจากการลอยตัว และความบริสุทธิ์ในการคืนตัวยังไม่เพียงพอ

ในระหว่างการลอยตัว จะเลือกใช้ตัวรวบรวมที่แตกต่างกัน และผลการกำจัดสิ่งเจือปนจะแตกต่างกันอย่างมาก Yang Zhiren และคณะพบว่าเมื่อค่า pH ของกรดสไตรีนฟอสโฟนิกอยู่ที่ 5 อัตราการกู้คืนของซีเรียมออกไซด์และแลนทานัมออกไซด์หลังจากการลอยตัวจะสูงถึง 95% ในขณะที่อัตราการกู้คืนของแคลเซียมฟลูออไรด์และฟลูออโรอะพาไทต์อยู่ที่สูงสุดเพียง 20% เท่านั้น อนุภาคที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 5 ไมครอนจะต้องถูกแยกเพิ่มเติมเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนอันเนื่องมาจากผลการลอยตัวที่ไม่ดี

(2) วิธีการแยกด้วยแม่เหล็ก

ผงขัดโลหะหายากจากขยะมีแม่เหล็ก จากนี้ Mishima และคณะได้ออกแบบอุปกรณ์ที่มีสนามแม่เหล็กแนวตั้งเพื่อกู้คืนสารละลายขัดเงาของแร่ธาตุหายาก เมื่ออัตราการไหลของสารละลายผงของเสียอยู่ที่ 20 มม./วินาที เวลาในการหมุนเวียนคือ 30 นาที ความเข้มข้นของสารละลายอยู่ที่ 5% และค่า pH ของสารละลายอยู่ที่ 3 ประสิทธิภาพการแยกซีเรียมไดออกไซด์และสารตกตะกอนเหล็กสามารถไปถึง 80% หากเปลี่ยนทิศทางของสนามแม่เหล็กเป็นระดับแนวนอน จากนั้นจึงเติมสารละลาย MnCl2 ลงไป ซิลิกอนไดออกไซด์และอะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กตรงกันข้ามก็สามารถแยกออกจากซีเรียมไดออกไซด์ได้

(3) วิธีการอื่น

Takahashi และคณะได้แช่แข็งสารละลายผงของเสียที่มีอนุภาคจับตัวได้ยากที่อุณหภูมิ -10°C แล้วจึงละลายในสภาพแวดล้อมที่ 25°C สิ่งเจือปนและออกไซด์ของแร่ธาตุหายากจะก่อตัวเป็นชั้น ซึ่งช่วยให้การรวมตัวและการกู้คืนสารที่มีประโยชน์ในของเสียเป็นไปได้ง่ายขึ้น

วิธีการแยกทางเคมี

วิธีการทางเคมีส่วนใหญ่ใช้กระบวนการกู้คืนหลังจากการละลายกรดและการคั่วด้วยด่าง และใช้ตัวรีดิวซ์เป็นรีเอเจนต์เสริมเพื่อให้ได้วัตถุดิบผงขัดแรร์เอิร์ธผ่านการกำจัดสิ่งเจือปน การสกัด และการตกตะกอน วิธีนี้มีอัตราการกู้คืนแรร์เอิร์ธสูง แต่กระบวนการใช้เวลานานและต้นทุนสูง กรดเข้มข้นหรือด่างเข้มข้นมากเกินไปจะก่อให้เกิดน้ำเสียจำนวนมาก (1) การบำบัดด้วยด่าง

อะลูมิเนียมออกไซด์และซิลิกอนไดออกไซด์เป็นสิ่งเจือปนหลักในขยะผงขัดแรร์เอิร์ธ ใช้สารละลาย NaOH ความเข้มข้น 4 โมลต่อลิตรเพื่อทำปฏิกิริยากับขยะผงขัดแรร์เอิร์ธเป็นเวลา 1 ชั่วโมงที่ 60°C เพื่อกำจัดสิ่งเจือปนซิลิกอนไดออกไซด์และอะลูมิเนียมออกไซด์ในขยะผงขัดแรร์เอิร์ธ

(2) การบำบัดด้วยกรด

ในการกู้คืนธาตุแรร์เอิร์ธจากขยะผงขัด มักใช้กรดไนตริก กรดซัลฟิวริก และกรดไฮโดรคลอริกในการชะล้าง ซีเรียมไดออกไซด์ ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของขยะผงขัดโลหะหายาก ละลายได้เล็กน้อยในกรดซัลฟิวริก

(3) การชะล้างด้วยกรดที่มีตัวรีดิวซ์ช่วย

หากชะล้าง CeO2 ด้วยกรดโดยตรง ผลลัพธ์จะไม่ดีนัก หากเติมตัวรีดิวซ์ลงไปเพื่อลด Ce4+ ให้เป็น Ce3+ อัตราการชะล้างโลหะหายากก็จะดีขึ้น การใช้ตัวรีดิวซ์ H2O2 เพื่อช่วยในการชะล้างขยะผงขัดโลหะหายากด้วยกรดไฮโดรคลอริกสามารถปรับปรุงผลการทดลองได้อย่างมาก