CN109666801A - 一种高硅低含量钕铁硼废料中回收稀土元素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于稀土废弃资源回收技术领域,尤其涉及一种高硅低含量钕铁硼废料中回收稀土元素的方法。本发明将高硅低稀土含量的钕铁硼废料与高稀土含量的钕铁硼废料和松散剂混合,能够使得预焙烧工艺正常进行,便于后续工艺的进行,从而实现高硅低含量稀土元素的回收;本发明的方法是一种适合高硅低含量钕铁硼废料回收稀土过程,能够有效回收氧化鐠钕、氧化镝、氧化钆及氧化铽,回收率分别可达93%、95%、90%和91%,为全面处理回收钕铁硼废料中的稀土元素开拓了新的途径,使得更广泛的资源得到充分回收利用。
Description
技术领域
本发明涉及稀土废弃资源回收技术领域,尤其涉及一种高硅低含量钕铁硼废料中回收稀土元素的方法。
背景技术
2017年我国钕铁硼的产量超过17万吨,每年产生的钕铁硼废料约为6.5万吨。因加工方式的不同,在生产钕铁硼过程中产生了很多品种的钕铁硼废料,如超细粉、油泥、磨泥、倒角泥、线切割料、干粉、炉渣、料皮、料头、粉料、报废品、残次品、线锯泥、多线泥和扫地灰等等。在现有稀土废弃资源回收过程中,主要采用预焙烧、细磨粉碎、氧化焙烧、优溶提取、中和除杂、萃取分离、草酸沉淀及灼烧工艺技术回收上述钕铁硼废料,但是该工艺技术仅适用于品位高、优质的废料,如超细粉、油泥、炉渣、料头、报废品等。
然而,在回收过程中有约20%以上的特殊废料,尤其对于高硅低含量的钕铁硼废料(如倒角泥、线切割料等含Al及Si等杂质较多,稀土含量1.5%以下的钕铁硼废料),利用现有工艺技术会出现预焙烧工艺无法顺利进行、球团越滚越大的现象,导致现有工艺技术难以有效实施。因此,高硅低含量的钕铁硼废料基本处于无法回收的局面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高硅低含量钕铁硼废料中回收稀土元素的方法,实现钕铁硼废料中高硅低含量废料的高效回收。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种高硅低含量钕铁硼废料中回收稀土元素的方法,包括以下步骤:
将高硅低含量钕铁硼废料、高含量钕铁硼废料和松散剂混合,进行预焙烧,得到细料;
将所述细料进行氧化焙烧,得到氧化料;
将所述氧化料、水和提取剂混合,进行溶解提取,得到提取料液;
将所述提取料液与氧化剂混合,进行氧化除杂,得到氧化料液;
将所述氧化料液进行联动萃取分离,得到单一稀土化合物料液;
将所述单一稀土化合物料液依次进行沉淀和灼烧,得到单一稀土氧化物。
优选的,所述高硅低含量钕铁硼废料、高含量钕铁硼废料和松散剂的质量比为1:1:0.1~1。
优选的,所述松散剂为铁渣、氧化钙或氢氧化钙。
优选的,所述氧化焙烧的温度为400~1000℃,时间为1~5h。
优选的,所述氧化料、水和提取剂的质量比为1:0.05~2.0:0.5~5.0。
优选的,所述提取剂为硝酸、硫酸、盐酸或醋酸。
优选的,所述溶解提取的温度为60~100℃,时间为1~6h,pH值为0.3~5.0。
优选的,所述氧化剂为双氧水、高锰酸钾或氯酸钠;所述氧化除杂的温度为70~95℃,时间为2~8h,pH值为0.5~5.0。
优选的,所述沉淀所用的沉淀剂为草酸或碳酸氢钠。
优选的,所述灼烧的温度为900~1000℃,时间为4~12h。
本发明提供了一种高硅低含量钕铁硼废料中回收稀土元素的方法,由于废料内含有10~25%左右较高的硅,极易形成球状物,球状物的主要成分是铁橄榄石(2FeO·SiO2),铁橄榄石为岛状结构矿物,其中的硅氧四面体阴离子通过Fe2+连接,本发明将高硅低含量钕铁硼废料与高含量钕铁硼废料和松散剂混合,利用松散剂(含有Ca2+、Mg2+、Na+和Fe3+)进入铁橄榄石晶格中破坏Fe2+连接,使其岛状结构解体,确保焙烧料符合工艺生产要求,使得预焙烧工艺正常进行,从而实现高硅低含量钕铁硼废料中稀土元素的回收;
本发明精确控制氧化料的提取条件以及氧化焙烧和氧化除杂的条件,能够使得回收有效成分后得到的废渣中的稀土含量降低;控制联动萃取分离和沉淀分离过程的有效杂质(变价元素铈等、Al3+及少量的Ca2+)情况,能够提高产品质量;
本发明的方法适合钕铁硼废料回收稀土的过程,能够有效回收氧化鐠钕、氧化镝、氧化铽及氧化钆,回收率分别可达93%、95%、90%和91%,为全面处理回收钕铁硼废料中的稀土元素开拓了新的方法,使得更广泛的资源得到充分回收利用。
附图说明
图1为本发明高硅低含量钕铁硼废料中回收稀土元素的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种高硅低含量钕铁硼废料中回收稀土元素的方法,包括以下步骤:
将高硅低含量钕铁硼废料、高含量钕铁硼废料和松散剂混合,进行预焙烧,得到细料;
将所述细料进行氧化焙烧,得到氧化料;
将所述氧化料、水和提取剂混合,进行溶解提取,得到提取料液;
将所述提取料液与氧化剂混合,进行氧化除杂,得到氧化料液;
将所述氧化料液进行联动萃取分离,得到单一稀土化合物料液;
将所述单一稀土化合物料液依次进行沉淀和灼烧,得到单一稀土氧化物。
本发明将高硅低含量钕铁硼废料、高含量钕铁硼废料和松散剂混合,进行预焙烧,得到细料。在本发明中,所述高硅低含量钕铁硼废料具体是指稀土含量为10%以下的钕铁硼废料,如倒角泥、线切割料、线锯泥、多线泥和扫地灰;所述高含量钕铁硼废料具体是指稀土含量为15%以上的钕铁硼废料,如油泥、料头、超细粉、炉渣、报废品等。在本发明中,所述钕铁硼废料的来源优选包括真空熔炼过程产生的炉渣,制粉过程产生的超细粉,打磨过程产生的磨泥,打孔、倒角、切割过程产生的边角料,在生产钕铁硼过程中形成的钕铁硼合金(如料头、报废品)等。本发明利用高含量废料提高低含量钕铁硼废料焙烧后的氧化料中的稀土含量,以符合下道工艺对料液稀土含量的要求。
在本发明中,所述松散剂优选为铁渣、氧化钙或氢氧化钙。在本发明中,所述高硅低含量钕铁硼废料、高含量钕铁硼废料和松散剂的质量比优选为1:1:0.1~1,更优选为1:1:0.2~0.8,最优选为1:1:0.25~0.3。本发明对所述混合的过程没有特殊的限制,选用本领域技术人员熟知的方式进行混合,能够使得物料混合均匀即可。本发明利用松散剂破坏废料形成的球状物中铁橄榄石晶格,使得废料不能形成岛状结构矿物的铁橄榄石,从而使得预焙烧工艺正常进行。
在本发明中,所述预焙烧的温度优选为450~1200℃,更优选为600~900℃,时间优选为1~5h,更优选为2~4h。本发明优选在空气气氛中进行所述预焙烧,在预焙烧过程中,钕铁硼废料(合金)燃烧。本发明通过预焙烧将钕铁硼废料所含油泥中的油、水等液体杂物去除,并将钕铁硼合金中的金属全部氧化为其氧化物,为后续回收工艺提供符合工艺要求的物料。
完成所述预焙烧后,本发明优选将预焙烧所得粗料进行破碎、研磨,得到细料;所述细料的粒度优选为150~300目,更优选为180~250目。本发明对所述破碎和研磨的方式没有特殊的限制,选用本领域技术人员熟知的方式进行破碎和研磨即可。
得到细料后,本发明将所述细料进行氧化焙烧,得到氧化料。在本发明中,所述氧化焙烧的温度优选为400~1000℃,更优选为600~800℃,时间优选为1~5h,更优选为2~4h。本发明通过氧化焙烧将预焙烧阶段未氧化的少量金属变成氧化物。
得到氧化料后,本发明将所述氧化料、水和提取剂混合,进行溶解提取,得到提取料液。在本发明中,所述提取剂优选为硝酸、硫酸、盐酸或醋酸。在本发明中,所述氧化料、水和提取剂的质量比优选为1:0.05~2.0:0.5~5.0,更优选为1:0.1~2.0:1.0~4.5,最优选为1:0.5~1.5:2.0~3.0。本发明优选将提取剂加入到氧化料和水的混合物中,在加入过程中保持pH值为0.3~5.0。本发明优选将氧化料、水和提取剂通过搅拌的方式进行混合。本发明对所述搅拌的方式没有特殊的限制,选用本领域技术人员熟知的方式即可。在本发明中,所述溶解提取的温度优选为60~100℃,更优选为70~85℃;时间优选为1~6h,更优选为2~5h;pH值优选为0.3~5.0,更优选为2.0~4.0。
完成所述溶解提取后,本发明将所得体系保温0.5~5h,保持pH值为0.5~5.0。本发明控制pH值为0.5~5.0能够控制铁不被溶解出来,保证铁以固体形式存在。本发明通过保温过程将少量未溶出的稀土溶解出来,达到高的收率,溶出后的稀土以液体氯化稀土(RECl3)等形式存在。
完成所述保温后,本发明将所得料浆进行过滤,得到提取料液(料液1)和第一铁渣(铁渣1),本发明优选使用高压压滤机进行过滤,所述过滤的温度优选为60~90℃,更优选为70~80℃。
得到提取料液后,本发明将所述提取料液与氧化剂混合,进行氧化除杂,得到氧化料液。本发明优选根据检测Fe2+的数量情况,在所述提取料液中加入氧化剂。在本发明中,所述氧化剂优选为双氧水、高锰酸钾或氯酸钠;所述提取料液与氧化剂的质量比优选为1:0.02~0.25,更优选为1:0.1~0.2。在本发明中,所述氧化除杂的温度优选为70~95℃,更优选为80~90℃;时间优选为2~8h,更优选为4~6h;pH值优选为0.5~5.0,更优选为1.5~3.0。本发明通过氧化除杂过程将提取料液中的二价铁氧化成三价铁,并以Fe(OH)3沉淀形式去除溶液中的铁,为下道工序提供合格料液(铁含量小于0.1g/L的料液)。
得到第一铁渣后,本发明优选将所述第一铁渣和水在50~70℃条件下进行洗涤过滤,得到第一滤液(滤液1)和第二铁渣(铁渣2);所述第一铁渣和水的质量比优选为1:0.2~2;本发明优选将所述第一滤液进行收缩富集,将所得固体返回到溶解提取步骤进行溶解(不参与氧化料溶解的比例配料);本发明优选根据铁渣2中的稀土含量将所述铁渣2重复进行洗涤过滤步骤(铁渣中的稀土含量0.3%以下,即停止重复洗涤步骤),然后将所得产品综合利用,用于开发新产品或外销等。
完成所述氧化除杂后,本发明优选将所得体系进行过滤,得到滤渣和氧化料液(料液2);本发明优选将所述滤渣返回至预焙烧步骤进行重新处理。
得到料液后,本发明将所述料液进行联动萃取分离,得到单一稀土化合物料液。本发明优选先将所述料液进行静置处理,然后将所得体系进行联动萃取分离,得到单一稀土化合物料液。在本发明中,所述静置处理的过程优选为将第二溶液置于静置罐内,并将所得上清液送到下道工序进行联动萃取分离;底部的混浊物仍返回溶解提取步骤重新回收处理。本发明通过联动萃取分离有目的地控制体系,能够达到控制产品纯度的目的,并获得相应的单一稀土化合物料液。本发明对所述联动萃取分离的条件没有特殊的限制,选用本领域技术人员熟知的条件进行联动萃取分离即可。在本发明中,所述单一稀土化合物具体为氧化镨钕、氧化镝、氧化铽和氧化钆。
得到单一稀土化合物料液后,本发明将所述单一稀土化合物料液依次进行沉淀和灼烧,得到单一稀土氧化物。在本发明中,所述沉淀的沉淀剂优选为草酸或碳酸氢钠。本发明对所述沉淀的过程没有特殊的限定,使用本领域技术人员熟知的方式进行沉淀即可,在本发明的实施例中,所述沉淀剂的实际使用量优选为其理论量的1.15倍。
完成所述沉淀后,本发明优选将沉淀所得体系进行过滤洗涤,得到单一稀土酸盐化合物和第二滤液(滤液2)。在本发明中,所述过滤洗涤的温度优选为55~65℃,时间优选为1~2h:所述第二滤液为生产废水,将所述第二滤液采用常规方法进行稀土回收后,将所得废水进行综合处理,符合环保要求后达标排放。本发明对所述稀土回收和废水综合处理的方法没有特殊的限制,采用本领域技术人员熟知的方式即可。
得到单一稀土酸盐化合物后,本发明将所述单一稀土酸盐化合物进行灼烧,得到单一稀土氧化物产品。在本发明中,所述灼烧的温度优选为900~1000℃,更优选为950℃;时间优选为4~12h,更优选为6~10h。
图1为本发明高硅低含量钕铁硼废料中回收稀土元素的工艺流程图,由图可知,本发明将高硅低含量钕铁硼废料、高含量钕铁硼废料和松散剂按比例混合后进行预焙烧,将所得粗料进行破碎、研磨,并将所得细料进行氧化焙烧,得到氧化料;然后将氧化料、水和提取剂混合,进行溶解提取,并将所得提取浆料进行过滤,得到料液1和铁渣1;将铁渣1和水混合进行洗涤过滤,得到滤液1和铁渣2;所述滤液1经过收缩富集,形成固体返回到溶解提取步骤;将所述铁渣2重复洗涤过滤步骤,并将所得产品进行综合利用,用于开发新产品或外销等;
将料液1中加入氧化剂,进行氧化除杂并将所得料液进行过滤除渣,获得滤渣和料液2;所述滤渣返回预焙烧步骤进行重新处理;所述料液2进行联动萃取分离,并将所得单一稀土化合物料液进行沉淀,然后将所得沉淀体系进行过滤洗涤,得到单一稀土酸盐化合物和滤液2;所述滤液2进行综合回收;所述单一稀土酸盐化合物进行灼烧后,得到单一稀土氧化物产品,即氧化鐠钕、氧化镝、氧化钆和氧化铽。
下面结合实施例对本发明提供的高硅低含量钕铁硼废料中回收稀土元素的方法进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将高硅低含量钕铁硼废料(倒角泥)、高含量钕铁硼废料(油泥)和松散剂铁渣(质量比为1:1:1)混合,在600℃下进行预焙烧2h,得到粗料;将所述粗料进行破碎、研磨至粒度为200目的细料;将所述细料在500℃条件下进行氧化焙烧2h,得到氧化料;使用提取装置将氧化料和水混合调浆,边搅拌边加热,待到60℃时,加入提取剂硝酸(氧化料、水和提取剂质量比为1:0.05:0.5),充分搅拌1h,控制pH值为2.0,进行溶解提取,保持pH值2.0不变,保温2h,得到提取浆料;将所述提取浆料在60℃条件下用高压压滤机进行过滤,得到料液1和铁渣1;将铁渣1和水(质量比1:0.2)在50℃下进行洗涤过滤,得到滤液1和铁渣2;所述滤液1经过收缩富集,形成固体返回到溶解提取步骤,不参与氧化料溶解的比例配料;根据铁渣中的稀土含量,将所述铁渣2重复洗涤过滤步骤,并将所得产品进行综合利用,用于开发新产品或外销等;
将料液1和双氧水混合,所述料液1与氧化剂的质量比为1:0.02,在温度为70℃、pH值为0.5条件下,进行氧化除杂2h,得到料液,所述料液经过检测合格后,进行过滤除渣,获得滤渣1和料液2;所述滤渣1返回预焙烧步骤进行重新处理;所述料液2静置处理后,提供到联动萃取分离,得到硝酸稀土料液;将所述硝酸稀土料液进行草酸沉淀,并将所得沉淀体系进行过滤洗涤1h,得到单一草酸稀土化合物和滤液2;所述滤液2为生产废水,经环保处理符合环保要求达标排放;所述单一草酸稀土化合物在950℃条件下进行灼烧4h,得到单一稀土氧化物产品。
实施例2
将高硅低含量钕铁硼废料(线锯泥)、高含量钕铁硼废料(炉渣)和松散剂氧化钙(质量比为1:1:6)混合,在800℃下进行预焙烧3h,得到粗料;将所述粗料进行破碎、研磨至粒度为200目的细料;将所述细料在800℃条件下进行氧化焙烧3h,得到氧化料;使用提取装置将氧化料和水混合调浆,,边搅拌边加热,待到70℃时,开始加入提取剂硫酸(氧化料、水和提取剂质量比为1:0.05:0.5),充分搅拌1.5h,控制pH值为2.0,进行溶解提取,保持pH值3.0不变,保温3h,得到提取浆料;将所述提取浆料在80℃条件下用高压压滤机进行过滤,得到料液1和铁渣1;将铁渣1和水(质量比1:1)在60℃下进行洗涤过滤,得到滤液1和铁渣2;所述滤液1经过收缩富集,形成固体返回到溶解提取步骤,不参与氧化料溶解的比例配料;根据铁渣中的稀土含量,将所述铁渣2重复洗涤过滤步骤,并将所得产品进行综合利用,用于开发新产品或外销等;
将料液1和高锰酸钾混合,所述料液1与氧化剂的质量比为1:0.15,在温度为80℃、pH值为3.0的条件下,进行氧化除杂5h,得到料液,所述料液经过检测合格后,进行过滤除渣,获得滤渣1和料液2;所述滤渣1返回预焙烧步骤进行重新处理;所述料液2静置处理后,提供到联动萃取分离,得到硫酸稀土料液;将所述硫酸稀土料液进行碳酸氢钠沉淀,并将所得沉淀体系进行过滤洗涤2h,得到单一碳酸稀土化合物和滤液2;所述滤液2为生产废水,经环保处理符合环保要求达标排放;所述单一碳酸稀土化合物在950℃条件下进行灼烧6h,得到单一稀土氧化物产品。
实施例3
将高硅低含量钕铁硼废料(扫地灰)、高含量钕铁硼废料(超细粉)和松散剂氢氧化钙(质量比为1:1:10)混合,在1200℃下进行预焙烧5h,得到粗料;将所述粗料进行破碎、研磨至粒度为300目的细料;将所述细料在1000℃条件下进行氧化焙烧5h,得到氧化料;使用提取装置将氧化料和水混合调浆,边搅拌边加热,待到95℃时,开始加入提取剂盐酸(氧化料、水和提取剂质量比为1:0.05:0.5),充分搅拌2h,控制pH值为5.0,进行溶解提取,保持pH值5.0不变,保温5h,得到提取浆料;将所述提取浆料在90℃条件下用高压压滤机进行过滤,得到料液1和铁渣1;将铁渣1和水(质量比1:2)在70℃下进行洗涤过滤,得到滤液1和铁渣2;所述滤液1经过收缩富集,形成固体返回到溶解提取步骤,不参与氧化料溶解的比例配料;根据铁渣中的稀土含量,将所述铁渣2重复洗涤过滤步骤,并将所得产品进行综合利用,用于开发新产品或外销等;
将料液1和氯酸钠混合,所述料液1与氧化剂的质量比为1:0.25,在温度为95℃、pH值为5.0的条件下,进行氧化除杂8h,得到料液,所述料液经过检测合格后,进行过滤除渣,获得滤渣1和料液2;所述滤渣1返回预焙烧步骤进行重新处理;所述料液2静置处理后,提供到联动萃取分离,得到氯化稀土料液;将所述氯化稀土料液进行草酸沉淀,并将所得沉淀体系进行过滤洗涤2h,得到单一草酸稀土化合物和滤液2;所述滤液2为生产废水,经环保处理符合环保要求达标排放;所述单一草酸稀土化合物在950℃条件下进行灼烧12h,得到单一稀土氧化物产品。
计算实施例1~3回收得到的单一稀土氧化物产品的回收率,结果见表1。
表1实施例1~3回收得到的单一稀土氧化物产品的回收率(%)
由以上实施例可知,本发明提供了一种高硅低含量钕铁硼废料中回收稀土元素的方法,将高硅低含量钕铁硼废料与高含量钕铁硼废料和松散剂混合,能够使得预焙烧工艺正常进行,便于后续工艺的进行,从而实现高硅低含量稀土元素的回收;本发明是一种适合从高硅低含量钕铁硼废料中回收稀土元素的方法,能够有效回收氧化鐠钕、氧化镝、氧化钆及氧化铽,回收率分别可达93%、95%、90%和91%,为全面处理回收低含量钕铁硼废料中的稀土元素开拓了新的方法,使得更广泛的资源得到充分回收利用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高硅低含量钕铁硼废料中回收稀土元素的方法,包括以下步骤:
将高硅低含量钕铁硼废料、高含量钕铁硼废料和松散剂混合,进行预焙烧,得到细料;
将所述细料进行氧化焙烧,得到氧化料;
将所述氧化料、水和提取剂混合,进行溶解提取,得到提取料液;
将所述提取料液与氧化剂混合,进行氧化除杂,得到氧化料液;
将所述氧化料液进行联动萃取分离,得到单一稀土化合物料液;
将所述单一稀土化合物料液依次进行沉淀和灼烧,得到单一稀土氧化物。
2.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,所述高硅低含量钕铁硼废料、高含量钕铁硼废料和松散剂的质量比为1:1:0.1~1。
3.根据权利要求1或2所述的回收方法,其特征在于,所述松散剂为铁渣、氧化钙或氢氧化钙。
4.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,所述氧化焙烧的温度为400~1000℃,时间为1~5h。
5.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,所述氧化料、水和提取剂的质量比为1:0.05~2.0:0.5~5.0。
6.根据权利要求1或5所述的回收方法,其特征在于,所述提取剂为硝酸、硫酸、盐酸或醋酸。
7.根据权利要求1或5所述的回收方法,其特征在于,所述溶解提取的温度为60~100℃,时间为1~6h,pH值为0.3~5.0。
8.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,所述氧化剂为双氧水、高锰酸钾或氯酸钠;所述氧化除杂的温度为70~95℃,时间为2~8h,pH值为0.5~5.0。
9.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,所述沉淀所用的沉淀剂为草酸或碳酸氢钠。
10.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,所述灼烧的温度为900~1000℃,时间为4~12h。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of invention: A method for recovering rare earth elements from high silicon low content neodymium iron boron waste Granted publication date: 20200825 Pledgee: Shandong Liangshan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHONGXI TIANMA NEW MATERIAL TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2024980042664 |