从阴极射线管荧光粉中回收稀土元素 第二部分：基于析因实验设计构建经验模型作为响应面法核心工具优化回收条件

《Separation and Purification Technology》：Recovery of rare earth elements from CRT phosphors. Part II: Selection of optimal recovery conditions by using factorial design of experiments to develop empirical models as the main tool of a response surface methodology approach

　　

研究人员针对废弃阴极射线管(CRT)荧光粉中含有关键稀土元素(REEs)但缺乏高效回收策略的问题，采用筛分、浸出、沉淀及煅烧的湿法冶金路线开展工艺优化研究。研究以低能耗、低成本试剂为核心目标，通过析因实验设计考察固液比(SL)、温度(T)及酸类型(L)对钇(Y)和铕(Eu)浸出回收率及锌(Zn)溶出的影响，结合响应面法(RSM)构建经验模型。结果表明：低温可抑制Zn共溶从而提升REE选择性，固液比升高可提高总金属回收率，酸类型无显著影响，最终选用符合CHON原则的硝酸(HNO3)。草酸沉淀可在15分钟内无需调节pH实现REE完全回收，而Zn共沉淀在高pH条件下更易发生。最终Y和Eu的回收率分别达68%和56%，产物纯度为77.9%。该工艺多在室温下进行，显著提升了能效、安全性与经济性，为电子废弃物中稀土资源的循环利用提供了技术支撑。

本研究针对废弃阴极射线管(CRT)荧光粉中稀土元素(REEs)回收效率不足及工艺复杂的问题，由葡萄牙里斯本大学Filipe M.J. Figueiredo、Fernando O. Dur?o与José P. Sardinha团队开展系统性工艺优化研究，成果发表于《Separation and Purification Technology》。研究旨在通过简化湿法冶金流程，降低能耗与试剂成本，同时提高钇(Y)和铕(Eu)的回收选择性，减少锌(Zn)等杂质共回收，为电子废弃物资源循环提供可行方案。

研究人员采用三个关键技术方法：首先基于3²×2混合析因实验设计，以固液比(SL)、温度(T)及酸类型(L)为变量，通过三水平三因素组合开展浸出实验；其次运用响应面法(RSM)构建Y、Eu及Zn回收率的二次多项式经验模型，并通过方差分析(ANOVA)验证模型显著性；最后通过模拟溶液与真实浸出液对比，优化草酸(OA)沉淀过程的药剂剂量、反应时间及pH调控条件，结合X射线衍射(XRD)与电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)表征产物物相与纯度。

研究结果部分：在3.1节CRT荧光粉浸出研究中，通过单因素与模型分析发现，温度升高会同步促进Zn溶解，25°C时Zn回收率仅为24%–40%，而Y和Eu回收率仍保持68%以上，分离因子β最高可达2.86；固液比从5 g/L提升至20 g/L可使Y回收率从71%增至84%，但对选择性影响较小；酸类型(HNO₃与H₂SO₄)无统计显著差异，选用HNO₃因其符合CHON绿色化学原则。3.2节沉淀研究表明，草酸沉淀在15分钟内即可实现REE完全回收，Zn共沉淀随pH升高而增强；当草酸剂量为2.25 mol/mol REE时，即使在4.5 g/L Zn浓度下仍能保持99%以上REE回收率。3.3节pH优化实验证实，无需碱调节的原液pH≈0.4条件下，Zn与硫共沉淀率最低，可简化工艺流程。3.4节产物表征显示，煅烧后获得立方相Y₂O₃晶体，Eu以固溶体形式共存，最终氧化物纯度为77.9%，Y和Eu总回收率分别为68%与56%。

讨论部分指出，该工艺首次实现了室温下HNO₃/H₂O₂体系对CRT荧光粉的选择性浸出，避免了传统工艺的加热能耗与高浓度酸使用；草酸沉淀无需pH调节的特性进一步降低了操作复杂度与试剂成本。研究构建的经验模型可有效预测不同条件下的金属回收行为，为放大试验提供数据基础。结论强调，该路线在能效、经济性与环境友好性方面均优于现有方法，后续需重点验证硝酸再生循环与规模化生产的稳定性，以实现工业应用。