钕铁硼废料综合利用措施探究

2019-07-13张葆华

探索科学(学术版) 2019年5期

张葆华

山西国营金阳器材厂山西太原 030008

1 引言

钕铁硼是一种具备优良综合磁性的合金材料,在工业、电子、运输等多个领域应用广泛。如今,随着产业技术的不断发展,钕铁硼的市场需求量和市场生产量正在提升。受到工艺技术和设备的影响,钕铁硼生产材料的利用效率不到80%,意味着钕铁硼生产过程中原料的利用仍有上升的空间,提高钕铁硼废料的利用技术对钕铁硼生产企业来说是一条提高生产效益的重要途径。为此,针对钕铁硼废料利用的议题进行研究和探索是十分重要且必要的。

2 钕铁硼废料概述

钕铁硼废料指的是钕铁硼材料在生产过程中产生的废料或损耗。由于当前我国钕铁硼材料的生产工艺主要是烧结工艺,因此本文对钕铁硼废料利用的探讨针对的是烧结生产工艺。在该工艺中,钕铁硼废料的产生来源主要有以下方面：一是钕铁硼原料的预处理环节各种金属原料的损耗;二是钕铁硼材料在氧气环境下发生反应产生的氧化物;三是钕铁硼制粉工艺中剩余或耗费散落的粉料;四是钕铁硼烧结过程中因烧结工艺不当导致的低质量性能的合金产物;五是钕铁硼材料打磨等机械加工过程中产生的边角废料或油泥料;六是钕铁硼表面工艺处理环节的不合格产品。上述这些均属于钕铁硼废料的范畴。

3 钕铁硼废料的利用状况

当前,针对钕铁硼废料的利用技术已经有了一定的经验积累,归纳起来有以下几类技术方法。

全溶剂萃取工艺：该工艺是利用不同的萃取剂对钕铁硼废料中的金属元素和稀土元素进行分离回收。首先将钕铁硼废料用盐酸进行溶解,然后加入双氧水等氧化剂来氧化废料中的金属元素,之后利用N503对氧化后的铁元素进行萃取收集,制得氯化铁,然后向剩余的废液中加入萃取剂P507,分离出废液中的稀土元素,制得稀土元素氧化物(氧化钕、氧化镝),然后向剩余废液中加入Na2CO4,沉淀出废液中的钴元素,制得碳酸钴。

盐酸溶解工艺：该工艺是利用盐酸环境溶解钕铁硼废料中的稀土元素。先对钕铁硼废料进行氧化焙烧,然后在盐酸环境下去除废料中的杂质,对混合物进行萃取分离,最后对分离出的沉淀进行干燥灼烧实现稀土元素的回收。采用该工艺技术得到的稀土元素制品具有很高的纯度,可达99%,另外盐酸溶解工艺具有很好的生产稳定性,因此在实际中得到普遍应用。

硝酸共沉淀工艺：在硝酸溶液中对钕铁硼废料中的金属元素进行回收。根据质量守恒的原理,通过分析软件建立能量守恒的热力学模型,从中得到硝酸共沉淀参数,优化硝酸共沉淀工艺反应条件。其中一个十分重要的反应条件是p H 值,根据软件中模拟的反应酸碱度参数,然后结合实际反应过程和反应效果,进行对比,确定最佳的反应p H 值,获得金属化合物沉淀。对沉淀产物进行分析发现,硝酸共沉淀工艺能够制备符合钕铁硼生产的原料质量要求,可用于二次生产,实现循环利用。

硫酸－沉淀－萃取复合工艺：钕铁硼废料中含有多种金属元素,由于不同的金属元素性质有差别,因此采用硫酸溶解的方式先去除其中的杂质,然后加入Na2SO4对废料中的稀土元素进行沉淀,之后加入NaOH 进行转化,在盐酸环境中去除多余的碱,得到铁的复合沉淀物,进行萃取分离。通过硫酸－沉淀－萃取复合工艺,钕铁硼废料中的钕、钴、镝被有效分离出来,得到金属氧化物,得到的氧化物纯度能够满足工业生产的大部分质量标准要求。

还原工艺：还原工艺又可以分为两种,一种是在反应罐中直接还原,废料金属元素以活性态熔渣的形式重新形成合金,可回收钕铁硼废料中的铁、钴以及含有稀土氧化物的熔渣;另一种是在电场的作用下还原废料,再利用萃取工艺分离和回收废料,废料中的稀土元素可实现97%以上的回收率。

真空熔融工艺：该工艺方法是在真空环境中对钕铁硼废料进行一次或两次熔融,通过熔融过程促进钕铁硼废料中稀土元素再生。在实际生产中又分为废料粉末真空熔融以及废料合金真空熔融,有研究人员进行两种形式的对比实验,发现通过合金的真空熔融方式,钕铁硼的回收率可达到90%,而粉末混合的真空熔融方式下钕铁硼的回收率在60%左右,两种方式下的再生的磁性材料磁性性能均满足钕铁硼生产质量需求。

4 钕铁硼废料分离和利用技术的发展展望

当前,钕铁硼废料的分离回收主要对象是以铁元素和稀土元素为主,而废料中的其他金属元素分离技术还不成熟,分离效率较低。现有的废料分离技术仅仅针对有限的元素分离回收,经济性较弱,还远远达不到综合利用较高的程度。未来,针对钕铁硼废料多种金属元素的分离回收技术研究有很大的发展空间,随着多种元素回收技术的发展,钕铁硼废料的综合利用效率也将得到提升。另一方面,想要实现更好的钕铁硼废料回收利用目标,必须加快构建产业链,通过形成上下游产业链来促进多环节资源和技术的整合,推动钕铁硼废料资源的高效利用。