废弃荧光粉化学分选与水热法合成Y2O3:Eu3+试验研究

摘要

稀土资源是我国的优势战略资源，其中稀土发光材料在照明显示、彩色电视显像管和飞点扫描等领域应用范围最为广泛。Y2O3:Eu3+是一种性能优良的发光材料，其发光效率高，具有较高的色纯度、化学稳定性与光衰特性。而每年因为使用寿命到期和生产不合格而产生的废弃稀土三基色荧光粉都在大量增加，由于红粉Y2O3:Eu3+占到稀土三基色荧光粉配比的60%，所以从废弃荧光粉中回收再生红粉Y2O3:Eu3+将具有很好的经济效益。 本论文在前人探索试验的基础上，针对废弃荧光粉中红粉的高配比和易处理性，采用盐酸浸出、组合试剂除杂、稀土草酸沉淀与水热合成的工艺流程，从废弃荧光粉中回收制备出红粉Y2O3:Eu3+。该工艺流程简单、生产成本低廉、制备出的产物形貌规则，发光强度高，实现了稀土资源的再生利用。具体研究内容如下： 对浙江某照明公司提供的荧光粉进行组成成分分析，表明废弃荧光粉中主要稀土元素为Y和Eu，Y2O3含量为36.47%，Eu2O3含量为6.22%，远高于工业上稀土矿开采边界品位（0.1%~0.5%），极具经济价值。 针对废弃荧光粉中的含硅、铁、铝等杂质矿物，采用盐酸与双氧水优先浸出废弃荧光粉中的Y和Eu，正交试验最佳条件为盐酸浓度为4mol/L，双氧水含量为3mg/L，反应温度为70℃，反应时间为2h。稀土元素Y和Eu的浸出率分别为99.78%与94.55%，实现了废弃荧光粉中红粉成分的充分浸出；组合试剂除杂试验中，控制溶液终点pH为5.0、0.2mol/L硫化钠加入量为3mL，可以完全除去溶液中微量的Al3+、Fe3+、Pb2+、Zn2+，得到深度净化的稀土溶液；对净化溶液采用草酸沉淀稀土的方法，最优试验条件为：草酸用量摩尔比2.4:1，沉淀温度70℃，沉淀时间2h，所得稀土沉淀率与纯度分别为99.13%与97.07%。 水热法合成Y2O3:Eu3+材料试验中，分别采用尿素、柠檬酸钠与HMT作为沉淀剂，合成出不同形貌的Y2O3:Eu3+纳米材料。并对三种水热合成法、高温固相法合成产物与商业红粉进行对比试验研究。结果表明水热法合成产物Y2O3:Eu3+性能优于高温固相法，其中采用柠檬酸钠为沉淀剂合成产物Y2O3:Eu3+性能最强，在水热温度为180℃，水热时间为16h，煅烧温度为1200℃，Eu掺杂量为7%，柠檬酸钠配比与氢氧化钠含量分别为1:1与50mmol的试验条件下，合成的Y2O3:Eu3+为六面体颗粒，分散性良好，无团聚情况，所得Y2O3:Eu3+结晶度为98.44%，晶粒粒度为29.59nm，相对发光亮度为94.7%，荧光寿命为1.34708msec。 盐酸酸浸动力学模型拟合表明，稀土元素Y和Eu在浸出过程中均受化学反应控制，符合化学反应控制收缩模型，Y和Eu的表观活化能分别为42.35 kJ/mol和39.28 kJ/mol。结晶动力学试验结果表明在1000℃下稀土材料Y2O3:Eu3+的拟合度最高，表观活化能?E为-285.354kJ/mol。

目录

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第1章 绪论

1.1 稀土荧光粉概述

1.2 稀土发光材料的分类

1.3 废弃稀土荧光粉稀土回收利用的现状

1.4 稀土发光材料的制备现状

1.5 论文研究的意义、目的及主要内容

第2章 试验及表征

2.1 试验原料

2.2 试验试剂与仪器

2.3 试验工艺流程

2.4 性能表征与测试分析

第3章 废弃荧光粉中回收稀土元素Y和Eu试验研究

3.1 引言

3.2 盐酸浸出正交试验

3.3 净化-除杂试验

3.4 草酸沉淀正交试验

3.5 本章小结

第4章 尿素法水热合成Y2O3:Eu3+发光材料试验研究

4.1 引言

4.2 工艺原理及流程

4.3 尿素配比试验

4.4 水热温度与时间试验

4.5 Eu含量试验

4.6 煅烧温度试验

4.7 pH条件试验

4.8 本章小结

第5章 柠檬酸钠法与HMT法水热合成Y2O3:Eu3+试验研究

5.1 引言

5.2 柠檬酸钠法制备Y2O3:Eu3+

5.3 HMT法制备Y2O3:Eu3+

5.4 对比试验研究

5.5 本章小结

第6章 机理研究

6.1 稀土浸出动力学

6.2 Y2O3:Eu3+结晶动力学

6.3 本章小结

第7章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的主要研究成果