分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法技术

本发明专利技术涉及一种分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法，包括步骤：将切割后的钕铁硼合金废料直接作为阳极，通过控制阳极电位使得合金中的稀土元素选择性溶解，并通过控制阳极电流密度使钕铁硼合金废料形成开孔的微观结构，从而促进合金内部的稀土元素快速溶解进入电解质；由于电解质中只存在稀土离子和锂离子，因此可通过电解直接制备稀土金属。本发明专利技术提供的方法不仅能够有效的从钕铁硼合金废料中分离稀土元素，而且可以直接制备稀土金属，同时阳极反应不产生气体，避免了传统生产稀土金属过程中生成的阳极气体对环境造成的污染，具有良好的环境效益、社会效益和经济效益。

Separation of Rare Earth Elements from Nd-Fe-B Alloy Waste and Direct Preparation of Rare Earth Metals

The invention relates to a method for separating rare earth elements from Nd-Fe-B alloy waste and directly preparing rare earth metals, including steps: the cut Nd-Fe-B alloy waste is directly used as an anode, the rare earth elements in the alloy are selectively dissolved by controlling the anode potential, and the microstructure of Nd-Fe-B alloy waste is formed by controlling the anode current density, thus promoting the combination. Rare earth elements in gold dissolve rapidly into the electrolyte; because only rare earth ions and lithium ions exist in the electrolyte, rare earth metals can be prepared directly by electrolysis. The method provided by the invention not only can effectively separate rare earth elements from Nd-Fe-B alloy waste, but also can directly prepare rare earth metals. At the same time, the anodic reaction does not produce gas, thus avoiding the environmental pollution caused by the anodic gas generated in the traditional process of producing rare earth metals, and has good environmental, social and economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法
本专利技术涉及钕铁硼废料回收
，具体涉及一种分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法。
技术介绍
自1983年Sagawa等专利技术了钕铁硼磁性材料以来，钕铁硼仍是磁能积最大的磁性材料，因此在许多领域得到了广泛的应用。目前全球已经生产了150多万吨钕铁硼磁性材料，其中我国的产量就超过了100万吨，而且产量仍然以每年10％左右的速度增加。普通钕铁硼磁性材料的使用寿命在6-8年，高性能钕铁硼的使用寿命在20年左右。这些报废的钕铁硼合金废料中含有约30％的稀土元素，主要为稀土钕和镨，高性能钕铁硼材料中还包括少量的稀土铽和镝。回收钕铁硼合金废料中的稀土元素可以有效减少对稀土一次资源的依赖，减少固体废弃物所形成的“城市矿山”，并会产生显著的社会效益和可观的经济效益。目前，钕铁硼合金废料中稀土元素的回收工艺大多采用如下生产工序：氧化焙烧→酸溶→除杂→萃取分离→沉淀→灼烧，所得到的稀土产品多为稀土氧化物。该方法稀土回收率高，但流程复杂，而且会产生含酸或碱的废液，存在一定的环境问题。同时回收产品为稀土氧化物，而目前稀土市场需求最大的稀土产品为稀土金属，因此需要对稀土产品进行二次加工。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术目的在于提供一种分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法，该方法不仅能够有效的从钕铁硼合金废料中分离稀土元素，而且可以直接制备稀土金属，同时阳极反应不产生气体，避免了传统生产稀土金属过程中生成的阳极气体对环境造成的污染，具有良好的环境效益、社会效益和经济效益。为实现上述目的，本专利技术提供了一种分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法，该方法是将钕铁硼合金废料直接作为阳极，通过控制阳极电位使得钕铁硼合金废料中的稀土元素选择性氧化，并通过控制阳极电流密度使钕铁硼合金废料形成开孔的微观结构，促进钕铁硼合金废料内部的稀土元素快速溶解进入电解质，并通过电解直接制备稀土金属。本专利技术提供的分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法具体包括步骤：将切割后的钕铁硼合金废料放入阳极篮中，阳极篮通过钼丝与直流电源的阳极相连；用钨丝作为阴极，铂丝作为参比电极，干燥的LiF和NdF3作为电解质进行电解。优选地，钕铁硼合金废料是以金属相为主的钕铁硼合金废料。优选地，切割后的钕铁硼合金废料为10mm×10mm×10mm的块体。优选地，阳极篮是采用钼丝制备而成。优选地，NdF3的质量是LiF和NdF3质量和的0～80％。优选地，电解的温度为850～1100℃。优选地，相对于铂丝参比电极，阳极的电位在-2.00V至-0.29V之间。优选地，阳极的电流密度为0.22～0.61A/cm2。优选地，电极的距离为27～33mm。与现有技术相比，本专利技术处理钕铁硼合金废料的方法具有如下的优势：(1)本专利技术所提供的方法工艺流程短，不引入杂质元素，在电解炉内将钕铁硼合金废料中的稀土元素一步转化为稀土金属；(2)本专利技术所提供的方法不引入消耗性化学试剂，避免产生新的污染。同时阳极反应不产生气体，避免引起环境问题，该方法具有良好的环境效益、社会效益和经济效益；(3)本专利技术所提供的方法所得到的产品为稀土金属，不需要对产品二次加工即可直接应用。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为本专利技术实施例1中LiF电解质中检测到镨离子和钕离子的循环伏安曲线图；图2为本专利技术实施例1中稀土元素分离前后钕铁硼合金废料的XRD图谱；图3为本专利技术实施例1中稀土元素分离后钕铁硼合金废料截面的SEM照片。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。本专利技术提供一种分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法，包括步骤：将钕铁硼合金废料切割为10mm×10mm×10mm的块体，放置于钼丝制成的阳极篮中，阳极篮用钼丝与直流电源的阳极相连；以钨丝为阴极，与直流电源的阴极相连，铂丝作为参比电极；将LiF和NdF3在400℃真空干燥24小时后混合均匀，其中NdF3的质量分数为0～80％；将均匀混合的氟化物放在氮化硼坩埚中，然后置于真空电解炉内；控制温度在850～1100℃，待坩埚内物料熔融后，通直流电进行电解；其中，控制阳极电流密度为0.22～0.61A/cm2，控制阳极电位在-2.00V至-0.29V之间(相对于Pt参比电极)，电极距离为27～33mm。结果：经过1～4小时的电解，钕铁硼合金废料中稀土钕的分离效率为91.6％～93.9％，稀土镨的分离效率为98.3％～98.4％。在阴极附近收集到稀土金属，其中钕的质量分数为44.8％～89.1％，镨的质量分数为10.1％～10.9％。下面结合具体实施例对本专利技术提供的分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法作进一步说明。实施例1本实施例提供一种分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法，包括步骤：将钕铁硼合金废料切割为10mm×10mm×10mm的块体，放置于钼丝制成的阳极篮中，阳极篮用钼丝与直流电源的阳极相连；其中，通过电感耦合等离子体发生光谱仪(ICP-AES)分析钕铁硼合金废料中各成分的质量分数为Nd27.1％、Pr8.1％、Fe63.7％和B1.1％；以钨丝为阴极，与直流电源的阴极相连，铂丝作为参比电极；将LiF在400℃真空干燥24小时后放在氮化硼坩埚中，然后置于真空电解炉内；控制温度在850℃，待坩埚内物料熔融后，通直流电进行电解；其中，控制阳极电流密度为0.22A/cm2，控制阳极电位在-2.00V至-0.29V之间(相对于Pt参比电极)，电极距离为27mm。结果：经过1小时的电解，通过电化学工作站在电解质中检测到钕离子和镨离子；图1为LiF电解质中检测到镨离子和钕离子的循环伏安曲线图。对稀土离子分离前后的钕铁硼合金废料进行了X射线衍射(XRD)分析，分析得出钕铁硼合金废料在稀土元素分离后已经不能检测到稀土相；图2为稀土元素分离前后钕铁硼合金废料的XRD图谱。对分离后的阳极产物进行了ICP-AES分析，得出阳极产物中各成分的质量分数为Nd3.4％、Pr0.2％、Fe94.8％以及B1.6％，计算得出钕的分离效率为91.6％，镨的分离效率为98.3％。采用扫描电子显微镜(SEM)对分离后钕铁硼合金废料的微观结构进行了表征，证明钕铁硼合金废料形成了开孔的微观结构；图3为稀土元素分离后钕铁硼合金废料截面的SEM照片。在阴极未收集到析出物。实施例2本实施例提供一种分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法，包括步骤：将钕铁硼合金废料切割为10mm×10mm×10mm的块体，放置于钼丝制成的阳极篮中，阳极篮用钼丝与直流电源的阳极相连；其中，通过电感耦合等离子体发生光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法，其特征在于：所述方法是将钕铁硼合金废料直接作为阳极，通过控制阳极电位使得所述钕铁硼合金废料中的稀土元素选择性氧化，并通过控制阳极电流密度使所述钕铁硼合金废料形成开孔的微观结构，促进所述钕铁硼合金废料内部的稀土元素快速溶解进入电解质，并通过电解直接制备稀土金属。

【技术特征摘要】
1.一种分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法，其特征在于：所述方法是将钕铁硼合金废料直接作为阳极，通过控制阳极电位使得所述钕铁硼合金废料中的稀土元素选择性氧化，并通过控制阳极电流密度使所述钕铁硼合金废料形成开孔的微观结构，促进所述钕铁硼合金废料内部的稀土元素快速溶解进入电解质，并通过电解直接制备稀土金属。2.一种分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法，其特征在于，包括步骤：将切割后的钕铁硼合金废料放入阳极篮中，所述阳极篮通过钼丝与直流电源的阳极相连；用钨丝作为阴极，铂丝作为参比电极，干燥的LiF和NdF3作为电解质进行电解。3.根据权利要求2所述的分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法，其特征在于：所述钕铁硼合金废料是以金属相为主的钕铁硼合金废料。4.根据权利要求2所述的分离钕铁硼合金废料中稀土元素并直接制备稀土金属的方法，其特征在于：所述切割后的钕铁硼合金废料为10mm×10...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨育圣，兰超群，赵增武，孙鹤，李保卫，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15