بازیافت لامپ برای استحراج عناصر نادر خاکی ارزشمند
Recycling of Discarded Tubular Lights for Recovery of Rare Earth Values
عناصر نادر خاکی و ترکیبات آن ها از اهمیت بالایی در ادوات الکترونیکی، صنایع دفاعی، تولید انرژی، و صنایع شیمیایی و متالورژی برخوردار هستند. این ترکیبات در تولید محدوده وسیعی از محصولات شامل مگنت های استحکام بالا، ادوات لومینسنس، آلیاژهای مورد استفاده در صنایع هوا و فضا، الکترودهای باطری، کاتالیست های صنایع پالایشگاهی، و سیستم های سونار دریایی به کار می روند. در حال حاضر، چین پیشتاز تولید عناصر نادر خاکی است و 36% از منابع جهانی اکسیدهای عناصر نادر خاکی را در اختیار دارد. افزایش تقاضا برای این عناصر در کاربردهای مختلف موجب شده است که توجه محققین به سمت استخراج از محصولات نهایی، جلب شود. درصد بالای ایتریم و یوروپیم در پوشش های پودری در درون لامپ های فلوئورسنت موجب شده که این لامپ ها به عنوان یک منبع ثانویه عناصر ارزشمند در نظر گرفته شد. به طور کلی، عناصر نادر خاکی فسفرسانس به میزان 2 درصد وزنی در لامپ های فلوئورسنت به کار می روند و مجموع میزان عناصر نادر خاکی نیز در آن ها، نزدیک به 30 درصد وزنی است. مطالعات مختلفی بر روی استخراج عناصر نادر خاکی از ترکیبات فسفرسانس لامپ ها انجام شده است. روش های هیدرومتالورژی مبتنی بر لیچ کردن پودر در اسید نیتریک، اسید کلریدیک، یا سولفوریک اسید هستند و توانسته اند به استخراج ایتریم و یوروپیم برابر با 90% دست یابند. معمولا، روش های لیچینگ شامل لیچ کردن در اسید 4-2 مولار به مدت 1 تا 24 ساعت، در دمای 50 تا 90 درجه سانتیگراد، می شود. افزودن اکسنده هایی مانند آب اکسیژنه به شکل قابل توجهی زمان لیچینگ را کاهش می دهد. در حالی که مطالعات گسترده بر روی استخراج ایتریم و یوروپیم از نمونه های فسفرسانس انجام شده است، استخراج سزیم و تربیم تا کنون بسیار پایین بوده است؛ چون، این عناصر خنثی هستند و حلالیت پایینی در عملیات های هیدرومتالورژی دارند. گزارش شده است که فرایندهای پیرومتالورژی در آزادسازی سزیم و تربیم از فازهای مربوطه، موثر هستند. برخی از مطالعات نشان داده اند که ذوب قلیایی با استفاده از هیدروکسید سدیم در دمای 500 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت، همراه با هضم اسیدی برای بازیابی سزیم و تربیم موثر هستند.
در مقاله ای که در مجله JOM منتشر شده است، محققین با بهینه سازی پارامترهای فرایندی به استخراج کامل عناصر نادر خاکی (ایتریم، یوروپیم، سزیم و تربیم) از لامپ پرداخته اند. به این منظور، در ابتدا لامپ ها خرد شده و سپس دانه بندی می شوند که پودر نهایی از فازهای Y1.90Eu0.10O3 و Al11Ce0.67MgO19Tb0.33 تشکیل شدند و 34% آن را عناصر نادر خاکی تشکیل می دهد. در این مقاله، فرایند استخراج به صورت دو مرحله ای انجام شده است و ابتدا از طریق لیچ کردن، ایتریم و یوروپیم به میزان 95 درصد استخراج شدند و سپس از پسماند حاصل از فرایند لیچینگ ابتدایی، با استفاده از میکروویو و سپس لیچینگ، سزیم به میزان 40% و تربیم به میزان 95% استخراج شدد. لیچینگ ابتدایی برای استخراج ایتریم و یوروپیم با استفاده از نیتریک اسید صورت پذیرفت و ترکیب باقی مانده که دارای سزیم و تربیم بود، همراه با هیدروکسید سیدم در معرض میکروویو قرار گرفت تا فازهای دارای سزیم و تربیم تخریب شوند. نتایج این پژوهش مشخص کرد که می توان 52 گرم اکسیدهای دارای ایتریم و یوورپیم و 7 گرم اکسیدهای ترکیبی تربیم، سزیم، یوروپیم، و ایتریم را با خلوص بالاتر از 99% از 100 لامپ، استخراج کرد که قابل توجه است.
