釹鐵硼廢料綜合利用措施探究

張葆華

山西國營金陽器材廠 山西 太原 030008

1 引言

釹鐵硼是一種具備優(yōu)良綜合磁性的合金材料,在工業(yè)、電子、運輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。如今,隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展,釹鐵硼的市場需求量和市場生產(chǎn)量正在提升。受到工藝技術(shù)和設(shè)備的影響,釹鐵硼生產(chǎn)材料的利用效率不到80%,意味著釹鐵硼生產(chǎn)過程中原料的利用仍有上升的空間,提高釹鐵硼廢料的利用技術(shù)對釹鐵硼生產(chǎn)企業(yè)來說是一條提高生產(chǎn)效益的重要途徑。為此,針對釹鐵硼廢料利用的議題進(jìn)行研究和探索是十分重要且必要的。

2 釹鐵硼廢料概述

釹鐵硼廢料指的是釹鐵硼材料在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料或損耗。由于當(dāng)前我國釹鐵硼材料的生產(chǎn)工藝主要是燒結(jié)工藝,因此本文對釹鐵硼廢料利用的探討針對的是燒結(jié)生產(chǎn)工藝。在該工藝中,釹鐵硼廢料的產(chǎn)生來源主要有以下方面：一是釹鐵硼原料的預(yù)處理環(huán)節(jié)各種金屬原料的損耗;二是釹鐵硼材料在氧氣環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的氧化物;三是釹鐵硼制粉工藝中剩余或耗費散落的粉料;四是釹鐵硼燒結(jié)過程中因燒結(jié)工藝不當(dāng)導(dǎo)致的低質(zhì)量性能的合金產(chǎn)物;五是釹鐵硼材料打磨等機械加工過程中產(chǎn)生的邊角廢料或油泥料;六是釹鐵硼表面工藝處理環(huán)節(jié)的不合格產(chǎn)品。上述這些均屬于釹鐵硼廢料的范疇。

3 釹鐵硼廢料的利用狀況

當(dāng)前,針對釹鐵硼廢料的利用技術(shù)已經(jīng)有了一定的經(jīng)驗積累,歸納起來有以下幾類技術(shù)方法。

全溶劑萃取工藝：該工藝是利用不同的萃取劑對釹鐵硼廢料中的金屬元素和稀土元素進(jìn)行分離回收。首先將釹鐵硼廢料用鹽酸進(jìn)行溶解,然后加入雙氧水等氧化劑來氧化廢料中的金屬元素,之后利用N503對氧化后的鐵元素進(jìn)行萃取收集,制得氯化鐵,然后向剩余的廢液中加入萃取劑P507,分離出廢液中的稀土元素,制得稀土元素氧化物(氧化釹、氧化鏑),然后向剩余廢液中加入Na2CO4,沉淀出廢液中的鈷元素,制得碳酸鈷。

鹽酸溶解工藝：該工藝是利用鹽酸環(huán)境溶解釹鐵硼廢料中的稀土元素。先對釹鐵硼廢料進(jìn)行氧化焙燒,然后在鹽酸環(huán)境下去除廢料中的雜質(zhì),對混合物進(jìn)行萃取分離,最后對分離出的沉淀進(jìn)行干燥灼燒實現(xiàn)稀土元素的回收。采用該工藝技術(shù)得到的稀土元素制品具有很高的純度,可達(dá)99%,另外鹽酸溶解工藝具有很好的生產(chǎn)穩(wěn)定性,因此在實際中得到普遍應(yīng)用。

硝酸共沉淀工藝：在硝酸溶液中對釹鐵硼廢料中的金屬元素進(jìn)行回收。根據(jù)質(zhì)量守恒的原理,通過分析軟件建立能量守恒的熱力學(xué)模型,從中得到硝酸共沉淀參數(shù),優(yōu)化硝酸共沉淀工藝反應(yīng)條件。其中一個十分重要的反應(yīng)條件是p H 值,根據(jù)軟件中模擬的反應(yīng)酸堿度參數(shù),然后結(jié)合實際反應(yīng)過程和反應(yīng)效果,進(jìn)行對比,確定最佳的反應(yīng)p H 值,獲得金屬化合物沉淀。對沉淀產(chǎn)物進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),硝酸共沉淀工藝能夠制備符合釹鐵硼生產(chǎn)的原料質(zhì)量要求,可用于二次生產(chǎn),實現(xiàn)循環(huán)利用。

硫酸－沉淀－萃取復(fù)合工藝：釹鐵硼廢料中含有多種金屬元素,由于不同的金屬元素性質(zhì)有差別,因此采用硫酸溶解的方式先去除其中的雜質(zhì),然后加入Na2SO4對廢料中的稀土元素進(jìn)行沉淀,之后加入NaOH 進(jìn)行轉(zhuǎn)化,在鹽酸環(huán)境中去除多余的堿,得到鐵的復(fù)合沉淀物,進(jìn)行萃取分離。通過硫酸－沉淀－萃取復(fù)合工藝,釹鐵硼廢料中的釹、鈷、鏑被有效分離出來,得到金屬氧化物,得到的氧化物純度能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)的大部分質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

還原工藝：還原工藝又可以分為兩種,一種是在反應(yīng)罐中直接還原,廢料金屬元素以活性態(tài)熔渣的形式重新形成合金,可回收釹鐵硼廢料中的鐵、鈷以及含有稀土氧化物的熔渣;另一種是在電場的作用下還原廢料,再利用萃取工藝分離和回收廢料,廢料中的稀土元素可實現(xiàn)97%以上的回收率。

真空熔融工藝：該工藝方法是在真空環(huán)境中對釹鐵硼廢料進(jìn)行一次或兩次熔融,通過熔融過程促進(jìn)釹鐵硼廢料中稀土元素再生。在實際生產(chǎn)中又分為廢料粉末真空熔融以及廢料合金真空熔融,有研究人員進(jìn)行兩種形式的對比實驗,發(fā)現(xiàn)通過合金的真空熔融方式,釹鐵硼的回收率可達(dá)到90%,而粉末混合的真空熔融方式下釹鐵硼的回收率在60%左右,兩種方式下的再生的磁性材料磁性性能均滿足釹鐵硼生產(chǎn)質(zhì)量需求。

4 釹鐵硼廢料分離和利用技術(shù)的發(fā)展展望

當(dāng)前,釹鐵硼廢料的分離回收主要對象是以鐵元素和稀土元素為主,而廢料中的其他金屬元素分離技術(shù)還不成熟,分離效率較低?，F(xiàn)有的廢料分離技術(shù)僅僅針對有限的元素分離回收,經(jīng)濟(jì)性較弱,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到綜合利用較高的程度。未來,針對釹鐵硼廢料多種金屬元素的分離回收技術(shù)研究有很大的發(fā)展空間,隨著多種元素回收技術(shù)的發(fā)展,釹鐵硼廢料的綜合利用效率也將得到提升。另一方面,想要實現(xiàn)更好的釹鐵硼廢料回收利用目標(biāo),必須加快構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈,通過形成上下游產(chǎn)業(yè)鏈來促進(jìn)多環(huán)節(jié)資源和技術(shù)的整合,推動釹鐵硼廢料資源的高效利用。

5 結(jié)語

隨著新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,市場上對于釹鐵硼材料的需求量正在不斷增長,對于從業(yè)企業(yè)和研究人員來說,加大技術(shù)研究的投入力度,結(jié)合實際的生產(chǎn)狀況,實現(xiàn)實驗理論和工業(yè)實踐緊密融合的模式,才能更好更快地推動釹鐵硼材料產(chǎn)業(yè)健康蓬勃發(fā)展。