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废弃稀土功能材料的综合回收利用(稀土永磁材料)
时间:2020年09月25日     【 字体:

1983 年日本和美国科学家几乎同时发现NdFeB 为基体的稀土永磁合金以来,其所具有的磁能积高、体积小等特点,使其迅速引起了世界永磁材料市场的巨大变化,目前已广泛应用于各类电机、核磁共振成像装置、磁悬浮列车及其他光、电等技术领域。众所周知,在制作钕铁硼磁体器件的切割、打磨等加工过程中会产生钕铁硼磁体废料,也有少量不合格的钕铁硼磁体,这些废料的量约占钕铁硼磁体总量的 15% ~ 20% 。还有一个重要来源就是钕铁硼器件报废后产出的废旧磁体,钕铁硼磁体废料中 REO 含量约为 33% ,Fe 含量约为 50% ~ 60% ,B 含量约为 1% ~ 1.5% ,钴镍微量。因此,从钕铁硼磁体废料中回收稀土元素,具有重要的现实意义。钕铁硼废料回收工艺主要有硫酸复盐法、酸溶沉淀法、盐酸优溶法等。

1. 硫酸复盐法硫酸复盐法工艺流程包括浸出溶解、复盐沉淀、转化焙烧三个部分: ( 1) 浸出溶解: 将钕铁硼废料筛分后用硫酸溶解,使钕和铁生成硫酸盐; ( 2) 复盐沉淀: 将硫酸钠在一定温度加入到溶解后的溶液中,反应生成硫酸钕复盐沉淀并析出; ( 3) 转化焙烧: 将硫酸钕复盐沉淀加入到草酸溶液中,反应生成草酸钕并析出,然后煅烧得到氧化钕,其工艺流程如图 1 所 示。

林河成等采用硫酸复盐法回收钕铁硼废料,得到 Nd2O3 纯度≥95% 、Nd2O3 回收率≥85% 的产品。硫酸复盐沉淀工艺的缺点是能耗大、工艺流程较长,因此难以实现规模化生产,并且在硫酸溶解时Fe 全部转化为硫酸亚铁,未能回收,会造成水污染。 


废弃稀土功能材料的综合回收利用(稀土永磁材料)

2. 酸溶沉淀法

酸溶沉淀法工艺流程包括浸出溶解、除铁、萃取分离、沉淀灼烧四个部分: ( 1) 浸出溶解: 将钕铁硼废料破碎、筛分后,加入到适当浓度的盐酸溶液中,在常温下溶解,使铁和稀土转化为离子形态; ( 2) 除 铁: 关键是将 Fe2 + 氧化为 Fe3 + ,综合考虑选用双氧水作为氧化剂,然后利用萃取剂 N503 除铁; ( 3) 萃取分离: 除铁后的溶液萃取分离得到单一的稀土氯化物,萃取剂采用 50% P507  煤油体系; ( 4) 沉淀灼烧: 经氨水中和、草酸沉淀灼烧后得到稀土氧化物,其工艺流程如图 2 所示。

陈云锦等采用酸溶沉淀法回收 NdFeB 废料中的稀土与钴,经过 60 级的串级分段萃取试验,分别获得品位 99% 的 Nd2O3  98% 的 Dy2O3。酸溶沉淀法工艺简单,易于实现规模化生产,但在萃取分离过程使用氨水作为皂化剂,使废水中氨氮浓度升高,造成环境污染。

 

 废弃稀土功能材料的综合回收利用(稀土永磁材料)


3. 盐酸优溶法

盐酸优溶法工艺流程包括氧化焙烧、分解除杂、萃取分离、沉淀灼烧四个部分: ( 1) 氧化焙烧: 为该工艺的关键步骤,目的是让稀土通过焙烧最终以氧化物的形态存在,铁以 Fe2O3 的形态存在; ( 2) 分解除杂: 在反应器中分次加入适量的水、盐酸和物料,要注意防止冒槽及稀土浓度和 pH 值的控制,使稀土优先溶出,控制残渣中 REO 含量小于 0.6% ; ( 3)萃取分离: 对除杂后的氯化稀土溶液采用 P507  盐酸体系萃取分离稀土元素,萃余液中含有 Pr、Nd,反 萃液为 DyCl3 溶液; ( 4) 沉淀灼烧: 将萃取分离液打入沉淀槽进行沉淀,沉淀剂可用草酸或碳酸氢铵,得

到草酸稀土或者碳酸稀土沉淀,然后灼烧得到稀土氧化物,其工艺流程如图 3 所示。

王毅军等采用盐酸优溶工艺回收 NdFeB 废料中的稀土元素,制取的氧化镝的纯度大于 99% ,稀土总收率大于 92% 。盐酸优溶法若能控制好氧化焙烧条件,使物料充分氧化,可使浸出时酸耗降低,稀土回收率提高,同时在萃取分离时使用烧碱或者石灰水替代氨水作为皂化剂,能有效降低废水中的氨氮含量。

从经济和环境保护的角度看,采用盐酸优溶法能获得更好的经济价值,同时能够保护环境。


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