烧结钕铁硼永磁块体废料的回收和再利用技术研究

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烧结钕铁硼(Nd-Fe-B)材料性能优异,广泛应用于电子信息、汽车、医疗、家电、风电等领域,是目前最为重要的一类永磁材料。近年来,电子信息产业、风电和新能源汽车等领域蓬勃发展,钕铁硼的需求量越来越大,年产量也逐步提高,2016年全球钕铁硼产量已达14.6万吨。在这些钕铁硼的制造过程中会产生大量的生产废料。与此同时,越来越多的含有钕铁硼磁体的机电设备开始报废,也产生了大量的钕铁硼使用废料。由于钕铁硼材料中稀土元素含量占三分之一以上,其废料具有较高的回收价值,因此对钕铁硼废料进行回收再利用具有重要的实际意义。本论文工作围绕烧结钕铁硼的块体废料的回收利用,在对块体废料进行全面分析的基础上,利用晶界扩散(GBD)技术提高废料的矫顽力、利用粘结成型技术将废料磁粉制备城各向异性粘结磁体,和利用熔融金属提取法(LME)回收稀土元素。论文主要研究内容与研究结果如下:首先对块体废料,包括生产线上产生的块体废料和报废硬盘的取出的废旧磁体,进行较为全面的分析检测,结果表明,这些体废料具有氧化程度较低,晶界结构较为完整的特点。其中生产废料的外观存在缺陷,磁性能较低且有一定的分布范围,同一废料不同位置的磁性能差别不大。其中镀膜工序废料的镀层结合良好,但厚度不均匀。废旧磁体外观无破损,镀层结合良好,磁性能和微观组织无明显变化。在此基础上,论文首先尝试将晶界扩散工艺用于改善废料的矫顽力。使用价格比重稀土低的轻稀土Pr和金属Cu的合金矫顽力较低的块体废料进行晶界扩散处理,提高了其矫顽力,从而达到再利用的目的。研究了晶界扩散工艺对矫顽力提高效果的影响。结果表明,经过Pr70Cu30晶界扩散处理后,磁体微观组织得到优化,矫顽力得到提升,其提升幅度为51.9%,从原本的7.88 kOe提升至11.97 kOe。扩散后,磁体的剩磁温度稳定性下降,但矫顽力温度稳定性则提高。这种方法具有流程简单、成本较低、效果显著,可以作为对低矫顽力块体废料的一种有效的回收方法。其次,论文对块体废料制备各向异性再生粘结磁体进了研究。将块体废料破碎筛分后直接用于制备粘结磁体,在磁场下取向、压制后固化,制得了剩磁为0.52 T,内禀矫顽力为5.50 kOe,最大磁能积为3.4 MGOe的各向异性再生粘结磁体。结果还表明,为了获得更好的磁性能,废料粉末颗粒尺寸应该大些、固化时间在11.5 h以内,并且应在保护气氛或真空下固化。研究还发现,废料颗粒尺寸为中等粒度(80-200目)时制得的磁体具有最高的各向异性。该研究为块体废料的低成本快速回收利用提供了参考借鉴。最后,本论文还探索了熔融金属提取法回收废料中的稀土元素的方法。利用铜作为提取介质,研究了相关的工艺参数,结果发现,提取温度为1200°C时稀土提取率要优于1100°C,这与高温时Fe和Fe2B共晶熔化为不与铜液共溶的液态,增强了稀土的提取效果有关。减小铜/废料比例有利于增强稀土和铁元素的分离效果。废料颗粒越小,铜液更容易包围浸润颗粒,从而获得更好的提取效果。在1100°C下提取时,提取时间不应超过2 h,避免提取产物(富铜区)中Fe含量的升高。这一工作对探索干法回收废料稀土元素有一定的意义。
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