一种液态金属铋萃取回收钕铁硼废料中稀土元素的方法技术

本发明专利技术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。

A Method of Extracting Rare Earth Elements from Nd-Fe-B Waste by Liquid Bismuth Metal

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属铋萃取回收钕铁硼废料中稀土元素的方法
本专利技术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。
技术介绍
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。目前，钕铁硼永磁废料的回收主要有湿法和火法两种处理方法。湿法主要包括4个步骤：①化学试剂溶解废料，使金属离子分布在溶液中，即浸取；②浸取溶液与残渣分离；③用离子交换，溶剂萃取或者其他化学沉淀方法，使浸取液净化和分离；④从净化溶液中提取化合物。基于湿法回收稀土，国内外发展硫酸复盐沉淀法、硫化物沉淀法、盐酸优溶法、盐酸全溶法、草酸沉淀法等。文献(林河成，制取氧化钕的研究，稀有金属与硬质合金，03:4-7,1997)报道采用硫酸-复盐法从钕铁硼废料中回收稀土并制备氧化钕产品。文献(陈云锦，全萃取法回收钕铁硼废渣中的稀土与钴，06:10-12，2004)报道采用盐酸全溶法将钕铁硼废料溶解于盐酸中，通过调节PH值使铁与稀土元素分离。文献(尹小文等，草酸盐沉淀法回收钕铁硼废料中稀土元素的研究，稀有金属，06:1093-1098,2014)报道采用草酸沉淀法将钕铁硼废料溶解于浓盐酸中，将浸取液中加入草酸得到草酸稀土沉淀，使稀土与铁元素分离。此外，专利技术专利(一种从钕铁硼废料中回收提取稀土氧化物的方法，公开号CN107012330A)公布一种从钕铁硼废料中回收提取稀土氧化物的方法，它采用粉碎—焚烧—清洗—酸溶—萃取—焙烧处理工艺后获得稀土氧化物。专利技术专利(一种从钕铁硼废料中回收稀土的方法，公开号CN106319249A)公布一种从钕铁硼废料中回收稀土的方法，它是利用双氧水和氧化性和弱酸性，使钕铁硼废料溶解，然后采用N503先提取溶液中的铁元素，再用P507萃取稀土元素，最后采用草酸和碳酸钾分别沉淀相应的稀土离子。专利技术专利(从钕铁硼废料中回收稀土的方法，公开号CN103146925A)公布从钕铁硼废料中回收稀土的方法，它包括焙烧—酸溶—分离—灼烧等步骤，对滤液采用改性凹凸棒土与双氧水处理，离心去渣、萃取分离、沉淀分离等工艺后获得稀土氧化物。专利技术专利(从钕铁硼废料中回收稀土元素的方法，公开号CN102011020A)公布一种从钕铁硼废料中回收稀土元素的方法，其步骤为：将钕铁硼废料与水混合后研磨，氧化研磨后的钕铁硼，二次研磨氧化产物，加酸浸出，固液分离，萃取除铁，氯化稀土，萃取分离稀土，萃取除铝，沉淀和灼烧等。火法处理主要分为玻璃渣法、合金法、氯化法、选择性氧化法、渣金融分法等。2003年Saito等人采用玻璃渣法，以氧化硼作氧化剂，把钕铁硼废料中的稀土元素氧化为氧化钕，而氧化硼被还原为硼单质进入到铁中形成铁硼合金。2002年Uda以FeCl2为氯化剂，在800℃条件下钕铁硼废料中的稀土元素被氯化，然后采用真空蒸馏的方式回收其中的稀土氯化物。2014年Hua等人提出利用复合熔盐MgCl2-KCl选择性氯化稀土元素的特性，从钕铁硼废料中回收稀土。2003和2004年Takeda等人提出用金属镁或银作提取剂，将钕铁硼固态废料中的稀土元素提取。对获得的镁钕合金，采用蒸馏将镁钕合金中的镁与钕元素分离；对获得银钕合金，采用选择性氧化将稀土钕元素氧化成为固态氧化钕，然后液/固分离得到到氧化钕和熔融的金属银。但是，采用金属银显然很难实现工业化生产。2018年Okabe等人提出将固态钕铁硼废料浸在1000℃的熔融MgCl2中3～12小时，以选择性氯化稀土元素，从而提取钕铁硼固态废料中的稀土元素。该方法处理时间较长，能耗较大。由此可见，上述回收钕铁硼废料中稀土的方法，需要对钕铁硼废料作预处理，存在工艺流程长、化学试剂消耗量大、能耗高，存在二次污染和铁元素回收难等问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种液态金属铋萃取回收钕铁硼废料中稀土元素的方法，其工艺流程短、效率高、无需苛性化学试剂、零排放、环境友好，结合液-液相分离的冶金学特点和多金属组分在液相分离系统中的选择性分配规律，解决钕铁硼废料包括稀土和铁以及硼元素的综合高效回收和循环再利用等问题。本专利技术的技术方案是：一种液态金属铋萃取回收钕铁硼废料中稀土元素的方法，按以下步骤进行：步骤1，将废旧钕铁硼表面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液态金属铋萃取回收钕铁硼废料中稀土元素的方法，其特征在于，按以下步骤进行：步骤1，将废旧钕铁硼表面的污垢清洗干净，并进行干燥处理；步骤2，将废旧钕铁硼与富铋萃取剂构建Fe‑Bi液‑液相分离系统：液态富Fe+液态富Bi；步骤3，将废旧钕铁硼与富铋萃取剂混合料置于氧化铝坩埚中加热熔化，搅拌坩埚中的熔体，使液态富铋萃取剂充分接触液态钕铁硼熔体，废旧钕铁硼中所有的稀土元素一步式全部萃取到富铋萃取剂熔体中；步骤4，氧化铝坩埚中的熔体保温后，将上层的富Fe熔体与下层的富Bi熔体分离。

【技术特征摘要】
1.一种液态金属铋萃取回收钕铁硼废料中稀土元素的方法，其特征在于，按以下步骤进行：步骤1，将废旧钕铁硼表面的污垢清洗干净，并进行干燥处理；步骤2，将废旧钕铁硼与富铋萃取剂构建Fe-Bi液-液相分离系统：液态富Fe+液态富Bi；步骤3，将废旧钕铁硼与富铋萃取剂混合料置于氧化铝坩埚中加热熔化，搅拌坩埚中的熔体，使液态富铋萃取剂充分接触液态钕铁硼熔体，废旧钕铁硼中所有的稀土元素一步式全部萃取到富铋萃取剂熔体中；步骤4，氧化铝坩埚中的熔体保温后，将上层的富Fe熔体与下层的富Bi熔体分离。2.按照权利要求1所述的液态金属铋萃取回收钕铁硼废料中稀土元素的方法，其特征在于，步骤1所回收处理的废旧钕铁硼的化学组成主要包含过渡金属元素，以及轻稀土元素和重稀土元素。3.按照权利要求2所述的液态金属铋萃取回收钕铁硼废料中稀土元素的方法，其特征在于，过渡金属元素为Fe、Co、Ni、Cu，轻稀土元素为Nd、Pr，重稀土元素为Dy或Tb。4.按照权利要求1所述的液态金属铋萃取回收钕铁硼废料中稀土元素的方法，其特征在于，步骤2所采用的富铋萃取剂为：纯度99wt％以上的金属Bi；或者，富Bi的Bi合金，其中Bi含量不低于50wt％。5.按照权利要求1所述的液态金属铋萃取回收钕铁硼废料中稀土元素的方法，其特征在于，步骤3废旧钕铁硼与富铋萃取剂混合配料中，金属Bi的重量百分含量15％～60％。6.按照权利要求1所述的液态金属铋萃取回收钕铁硼废料中稀土元素的方法，其特征在于，步骤3加热熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：何杰，陈斌，马浩博，赵九洲，江鸿翔，张丽丽，郝红日，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21