高强度聚焦超声辅助低共熔溶剂绿色高效浸出废弃稀土荧光粉中钇元素的研究

为解决深共熔溶剂(DES)高粘度导致的传质限制问题，昆明理工大学团队创新设计聚焦超声浸出装置，在ChCl-MA（氯化胆碱-丙二酸）DES体系中实现废弃荧光粉中钇(Y)的高效回收。该技术通过超声变幅杆直接浸入产生高温热场（90℃）、颗粒破碎（10μm→2μm）及胶体分散等协同效应，将浸出时间从12小时缩短至40分钟，效率提升至90.13%，为稀土资源绿色回收提供新方案。

　　

稀土元素(REEs)作为战略资源，在清洁能源与高科技领域需求激增，预计2030年全球需求量将上涨41%。废弃荧光灯中的稀土荧光粉含有高达23wt.%的钇(Y)、铕(Eu)等关键元素，但中国每年产生的9.3万吨含稀土废弃物仅4%被回收。传统湿法冶金依赖强酸浸出，面临高腐蚀、高能耗及环境污染等问题；而新兴的深共熔溶剂(DES)虽具绿色优势，却因高粘度导致传质效率低下，制约其工业化应用。

昆明理工大学的研究团队针对这一技术瓶颈，开发了高强度聚焦超声辅助DES浸出系统。通过将超声变幅杆直接浸入ChCl-MA（氯化胆碱-丙二酸）DES体系，实现了三重协同效应：局部高温热场（90℃）、颗粒粒径从10μm破碎至2μm、以及体系胶体化分散。这些效应使钇浸出时间从传统超声浴的12小时锐减至40分钟，能耗显著降低，浸出效率提升至90.13%，较超声浴法（35.68%）实现质的飞跃。

关键技术包括：1）定制化聚焦超声装置设计，能量密度达常规超声浴100倍；2）优化操作参数（240W功率、80:1液固比）；3）DES循环性能测试。研究通过动力学分析发现，聚焦超声使表观活化能降低，突破传质限制。

主要结果揭示：1）装置设计：直接浸入式变幅杆避免能量损耗，产生空化效应破坏颗粒表面钝化层；2）条件优化：在40分钟、90℃条件下达到90.13%浸出率；3）机理：超声促进DES中金属离子扩散，表观活化能从48.2kJ/mol降至31.5kJ/mol；4）可持续性：DES循环使用5次后仍保持80%以上效率。

该研究发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》，为稀土回收提供了绿色高效的离子冶金新范式。其意义在于：1）解决DES工业化应用的传质瓶颈；2）避免传统酸法污染；3）推动"城市矿山"资源化。未来可拓展至其他战略金属回收领域，助力实现"双碳"目标。