一种相分离回收钐钴稀土永磁合金废料的方法技术

本发明专利技术属于金属资源回收再利用领域，具体涉及一种相分离回收钐钴稀土永磁合金废料的方法。首先，将金属铋和钐钴稀土永磁合金废料置于加热炉中，液态铋脱合金提取废料中稀土钐，形成铋钐合金熔体，继续加热直至钐钴稀土永磁合金废料熔化，形成钴铁合金熔体，静置保温使钴铁和铋钐两合金熔体发生液

【技术实现步骤摘要】
一种相分离回收钐钴稀土永磁合金废料的方法


[0001]本专利技术属于金属资源回收再利用领域，具体涉及一种相分离回收钐钴稀土永磁合金废料的方法。

技术介绍

[0002]稀土元素是一种不可或缺和再生的战略性关键金属资源，也是制备高新材料的关键基础材料，被誉为“21世纪的战略元素”。稀土元素及其化合物具有异常丰富且独特的光、电、磁、催化、活化等物理和化学特性，广泛应用于清洁能源、航空航天、电动汽车、智能制造以及国防高科技等领域。在众多稀土功能材料中，稀土永磁材料是应用最广泛，同时也是稀土元素消费量最大的功能材料。稀土永磁材料是目前磁性能与综合性能最好的磁性材料，已经成为现代工业制造中不可缺少的基础材料。虽然目前钕铁硼永磁材料市场占有份额较大，但是其可以稳定工作的最高温度为180℃，无法满足一些特殊领域的需求。相对而言，钐钴永磁材料的最大磁能积低于钕铁硼永磁材料，但是其稳定工作的最高温度可达到500℃，而且具有良好的耐腐蚀性及抗氧化性，使其具有不可替代的优势。钴同样也是一种重要的战略金属资源，同时也是重要的能源矿产。在我国钴资源消费结构中，磁性材料的钴消费量占10％左右，其主要应用在电池、磁体、催化剂以及各种合金中。
[0003]钐钴稀土永磁合金废料主要来源于两个方面：钐钴磁体制备过程中产生的废料和使用后失去原有性能的产品而产生的废料。钐钴永磁材料从原材料的预处理到最后成品的检测，每一道工序都不可避免会产生废料，主要有：原料在预处理阶段产生的损耗；各工序过程中产生的废料；机械加工过程中产生的边角料；产品检测过程中产生的各种报废品；合金熔炼过程中产生的金属渣料等。据统计，我国每年钐钴磁性材料的产量约为2500吨，产生的废料约为720吨，其中含稀土Sm元素占约170吨，含Co约340吨，其余元素Fe、Cu、Zr约为210吨。在钐钴永磁材料中稀土元素Sm含量在30％左右，其余主要是金属Co、Fe、Cu、Zr等元素。近年来我国高新技术快速发展，稀土资源需求逐步增长，而原料供应相对紧缺，稀土元素供需矛盾日益显现。大量的钐钴稀土永磁合金废料如果得不到高效绿色回收，不但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，从钐钴稀土永磁合金废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。
[0004]目前，钐钴稀土永磁合金废料的回收主要有湿法和火法两种处理方法。
[0005]湿法是钐钴稀土永磁合金废料的传统回收方法，是采用酸浸溶解、溶剂萃取、选择性沉淀等步骤的方法。其中，酸浸是该方法最重要的一步，它决定了回收金属的提取效率，经常使用的强酸包括H2SO4、HCl、HNO3。文献(王晶晶，钐钴磁性材料废料综合利用技术研究，稀土，05:66
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70,2015)报道采用盐酸溶解废料，经草酸沉淀、氧化除铁及灼烧等方法，回收得到的氧化钐、氧化钴纯度达到95％以上。但该方法在浸出过程中会产生大量废水，对环境造成污染。文献(Xu T，Recovery of rare earth and cobalt from Co
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based magnetic scraps，Journal of Rare Earths，28:485
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488,2010)报道采用H2SO4完全溶解废料，利用草
酸沉淀分离稀土元素与铁、钴等元素，稀土元素的回收率达到96％。该方法的整个流程中需严格控制溶液pH值、沉淀温度等参数，在回收过程中容易造成稀土元素的不必要浪费。文献(Sinha M K，Recovery of value added products of Sm and Co from waste SmCo magnet by hydrometallurgical route，Separation and Purification Technology，179:1
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12,2017)报道采用HCl浸取与溶剂萃取结合从钐钴稀土永磁合金废料中回收氧化钐和氧化钴。文献(Orefice M，Solvometallurgical route for the recovery of Sm,Co,Cu and Fe from Sm Co permanent magnets，Separation and Purification Technology，219:281
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289,2019)报道经盐酸溶解后，利用离子液体萃取浸出液中的过渡金属元素，从而实现稀土元素与过渡金属元素的分离。文献(Onoda H，Recovery of samarium from cobalt
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samarium solution using phosphoric acid，Journal of Environmental Chemical Engineering，2015,3(4):2825
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2828)提出采用磷酸回收钐钴磁体，在合适的pH值以及离子浓度比范围内，稀土钐元素回收率达到99％。上述文献报道的几种溶剂萃取法虽然对稀土元素的回收效果显著，但是由于萃取剂通常价格昂贵，一些萃取剂通常含有毒性、易燃易爆，而且难以回收，对于环境污染较大，大多都处于研究阶段，难以实现大规模生产应用。
[0006]火法回收工艺是通过冶金的物理化学反应来实现稀土元素的分离与回收。文献(Murase K，ecovery of rare metals from scrap of rare earth intermetallic material by chemical vapour transport，Journal of Alloys Compound，2:218
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225,1995)报道采用Cl2与AlCl3作为氯化剂回收钐钴磁体中的稀土元素，回收过程需要严格控制体系温度，稀土氯化物的纯度高于99％。虽然该方法回收产物纯度较高，但是回收率较低，而且稀土氯化物由于其吸潮特性难以储存，需进一步处理得到稀土氧化物。文献(Stanton CW，Sulfation Roasting and Leaching of Samarium
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Cobalt Magnet Swarf for Samarium Recovery，2016)报道采用浓硫酸溶解复合焙烧工艺处理钐钴稀土永磁合金废料，使得钐元素以离子形式留在溶液中，而过渡金属以氧化物形式被过滤分离，钐元素用草酸沉淀后以稀土草酸盐的形式回收。该方法在回收过程中需要消耗大量硫酸，从环境保护与经济性方面考虑可行性较低。此外，公开号为CN102978401A的中国专利技术专利，提出一种回收钕铁硼和钐钴磁性材料废料中稀土元素和其它金属方法，将废料经粉碎干燥后进行氧化焙烧，再加入碳粉进行选择性还原、熔分，获得稀土氧化物相与过渡金属相。该方法虽然避免了化学试剂的使用，但是由于引入了还原剂导致回收产物中产生杂质，且回收过程中需维持较高温度，能耗较高。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相分离回收钐钴稀土永磁合金废料的方法，其特征在于，按以下步骤进行：步骤1，将钐钴稀土永磁合金废料主组元Co与金属铋构建Co
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Bi合金基液
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液相分离系统，使Co
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Fe和Bi
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Sm两合金液相共存且互不混溶；步骤2，将钐钴稀土永磁合金废料与金属铋的混合物料置于坩埚中加热熔化，搅拌坩埚中的熔体，使液态金属铋充分接触钐钴和合金熔体，钐钴合金中的稀土Sm元素被捕集到金属铋熔体中，静置分层后，将上层的Co
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Fe合金熔体与下层的Bi
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Sm合金熔体分离；步骤3，将获得的Co
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Fe合金熔体与液态镁锌合金构建固
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液脱合金相分离系统，使Co
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Fe合金熔体中的组元Co被捕集到液态镁锌合金中，而Co
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Fe合金熔体中铁、锆元素仍以固相残留形式存在，保温结束后使固态残留与液态镁锌合金熔体分离；步骤4，将获得的Bi
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Sm合金熔体采用选择性氧化将金属铋与稀土Sm元素分离得到金属铋和Sm氧化物，将获得的含有Co的镁锌合金熔体采用真空蒸馏分离得到金属Co和镁锌合金，捕集剂金属Bi以及镁锌合金循环使用。2.按照权利要求1所述的相分离回收钐钴稀土永磁合金废料的方法，其特征在于，步骤1所回收处理的钐钴稀土永磁合金废料的化学组成主要包含过渡金属元素Co、Fe、Zr、Cu，以及稀土Sm元素。3.按照权利要求1所述的相分离回收钐钴稀土永磁合金废料的方法，其特征在于，步骤2钐钴稀土永磁合...

【专利技术属性】
技术研发人员：何杰，杨鹏举，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：