[发明专利]一种液态金属铋萃取回收钕铁硼废料中稀土元素的方法

说明书

本发明属于金属资源回收再利用领域，具体涉及一种液态金属铋萃取回收钕铁硼废料中稀土元素的方法。首先在感应加热炉中熔化金属铋；再将废旧钕铁硼加入到液态金属铋中，并加热使钕铁硼废料熔化，发生液‑液相分离，形成富铋和富铁两不混溶液相；然后，保温使钕铁硼废料中的稀土元素富集到液态金属铋中，形成铋稀土合金熔体，而富铁液相为铁硼合金熔体；最后，上下完全分层的两合金熔体(上层为富铁硼合金熔体，下层为铋稀土合金熔体)分离。Fe‑B铁硼合金精炼后可循环用作于生产钕铁硼永磁材料；铋稀土合金中的金属Bi、Nd等通过真空蒸发分离。在环境友好条件下，一步式分离钕铁硼中钕等稀土元素，并实现铁、硼元素循环再利用。

技术领域

本发明属于金属资源回收再利用领域，具体涉及一种液态金属铋萃取回收钕铁硼废料中稀土元素的方法。

背景技术

稀土元素具有独特的物理化学性质，在科学技术发展与创新中被广泛应用，进而全球对稀土金属资源的需求逐年提高。尤其近些年来，致力于减少能耗和发展可再生能源的新科技对稀土资源的依赖性显著增强。稀土元素广泛应用于永磁材料、发光材料、储氢合金、镍氢电池电极材料、抛光和催化剂等新材料中。然而，大多数稀土元素应用于稀土永磁材料制备。从1967年研制的第一代稀土永磁钐钴到1983年研制的第三代稀土永磁钕铁硼，这其中使用的稀土元素有钐、镨、钕、铽、镝、镧、铈、钆、钬、铒、钇等。第三代钕铁硼稀土永磁材料因其具有质量轻、体积小、磁性强、磁能极高、原料易得、价格便宜等优点，发展极为迅速，是迄今为止性价比最高的永磁体材料，在磁学界被誉为“磁王”。它被广泛应用于硬盘驱动器、风力发电、电动助力转向、混合动力和电动汽车、电动自行车、电子消费品和家用电器等方面。另外，钕铁硼永磁材料还在升降机、磁选以及磁制冷设备上。当前广泛应用的稀土永磁材料主要有烧结钕铁硼(占91.4％)、粘结钕铁硼(占6.7％)、热压/热变形钕铁硼(占0.6％)和烧结钐钴(占1.3％)四大类。在2017年，全球钕铁硼永磁体产量近20万吨，其中中国约占85％。

废旧钕铁硼主要来源于：①钕铁硼材料制备过程产生的废料和②钕铁硼材料最终随使用器件失效而产生的废料。稀土钕铁硼永磁材料在生产制备过程中主要包括：配料、合金熔炼、氢破碎、气流磨磨粉、磁场取向成型、等静压、剥油、烧结、机加工等环节和工艺。在钕铁硼永磁材料的生产过程中的各道工艺都会产生一定量的废料或废品，主要包括：在原料的预处理工序中产生的原材料损耗、在感应熔炼过程中因严重氧化产生的钕铁硼废料、在制粉过程中产生的超细粉、在制粉过程中被氧化的粉末、在烧结过程中被氧化的钕铁硼块状料、在加工成形过程中产生的大量边角料和表面处理过程中产生的不合格产品等。据统计，在钕铁硼稀土永磁体生产过程中，原料的利用率只有70％左右，产生约30％的废料。另外，钕铁硼稀土永磁材料广泛应用于硬盘驱动器、风力发电机、电动助力转向、混合动力和电动汽车、电动自行车、电子消费品和家用电器等新技术和产品上。这些产品有使用年限，到期失效。例如，音圈电机使用年限为8年、混合动力/电动汽车使用年限为15年、消费电机使用年限为15年、风电电机使用年限为20年等。2017年中国风电装机容量超过188GW，每装机1.5MW容量，约需要1吨钕铁硼永磁体。自2000年以来，我国风电装机容量逐年增加，尤其近10年来增长迅猛。2016年全球报废稀土钕铁硼永磁体总量在5～6万吨，中国占比60％以上，且报废量逐年增加。在钕铁硼稀土永磁材料中镨、钕、镝等稀土元素含量高达25～30％，其余主要是金属铁、钴、镍，以及元素硼等。大量的废旧钕铁硼稀土永磁体如果得不到高效绿色回收，不但将产生大量的污染源和二次污染，而且是资源浪费，有悖循环经济的发展。因此，从废旧钕铁硼稀土永磁材料中回收金属元素不仅有助于生态环境保护，而且可以缓解稀土资源危机和促进资源循环生产，这对环保保护和经济发展都具有重要意义。