烧结钕铁硼永磁块体废料的回收和再利用技术研究

发布时间：2020-11-05 00:14

　　 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Pr_(70)Cu_(30)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1~1.5 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Fe_2B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。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TF845;X705
【部分图文】：

图 1-1 不同种类永磁体的磁能积及其随温度变化关系[1,2]Fig. 1-1 The energy product and its temperature dependence for different types of permanent magnets.2.2钕铁硼永磁钕铁硼（Nd-Fe-B）永磁材料是继 1:5 型和 2:17 型 Sm-Co 永磁材料后的第三代稀磁材料。1983 年 Sagawa 等人[9]用粉末冶金的方法制备出 Nd-Fe-B 系永磁材料，磁磁 Br=1.23 T，内禀矫顽力 Hci=960 kA/m，最大磁能积(BH)max=290 kJ/m3。这种永磁硬磁主相为 Nd2Fe14B 化合物，其单晶体在 295 K 下的的饱和磁化强度 Ms=1.6 T，各向异性 HA=73 kOe，居里温度 Tc=585 K[10]，根据其饱和磁化强度可以算出 Nd2Fe1室温下的理论最大磁能积上限为 64 MGOe，而 2006 年实验室制备的 Nd-Fe-B 永磁大磁能积已达 59.6 MGOe，工业生产的商品磁体也超过 55 MGOe[11]。Nd-Fe-B 永磁具有最高的永磁性能，如图 1-1 所示，故被称为“磁王”。Nd-Fe-B 永磁材料面世后，不同研究者相继发表了关于添加不同合金元素后，

2相或富硼相）和富钕相三个相组成。图1-2为某钕铁硼样品的微观组织照片，图中展示了T1相和富钕相的形态。其中 Nd2Fe14B 相为钕铁硼永磁材料最主要和最重要的组成部分，是钕铁硼永磁中唯一的磁性主相，它的性质直接决定磁体的磁性能。T1主相通常以大小为 10 μm 左右的单晶

图 1-3 Nd2Fe14B 晶胞结构Fig. 1-3 The crystal structrure of Nd2Fe14B phase.相记为 T2相，因其含 B 量较高，故又称富硼相，再次为制备钕铁硼时为了避免软磁 Nd2Fe17相的出现而在室温下是顺磁性的，所以在保证不出现软磁相的的含量。晶体结构已被检测出[28,29]，结果表明该相由 Fe 亚点方结构，后者平均亚点阵为体心四方结构。两个亚 与 Fe 或 B 的原子比例并不固定，Nd/Fe= (1+ε)/4，使维无公度相，或者可以理解为该相是在 c 轴方向具其他稀土形成的 RE1+εFe4B4也有类似结构。
【参考文献】

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本文编号：2870819