DE102012017418B4 - Method for obtaining the double salt NaNd (SO4) 2 * H20 from a starting mixture - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Gewinnung des Doppelsalzes NaNd(SO4)2·H2O aus einem vorzerkleinerten Ausgangsgemisch, in dem NdFeB enthalten ist, bei dem eine Magnetscheidung und eine Feinzerkleinerung durchgeführt werden und anschließend ein hydrometallurgischer Aufschluss unter Zugabe von Schwefelsäure, bei gleichzeitiger Bestimmung des während des hydrometallurgischen Aufschlusses freigesetzten Wasserstoffvolumenstroms oder des gesamten freigesetzten Wasserstoffvolumens durchgeführt wird, wobei der freigesetzte Wasserstoffvolumenstrom oder das gesamte Wasserstoffvolumen als Regelgröße für die Menge an zuzugebender Schwefelsäure eingesetzt und/oder zur Bestimmung der Beendigung des hydrometallurgischen Aufschlusses genutzt wird, und im Anschluss daran durch Zugabe einer natriumhaltigen Salzlösung, eines natriumhaltigen Salzes und/oder NaOH das schwerlösliche Doppelsalz NaNd(SO4)2·H2O nach dem hydrometallurgischen Aufschluss ausgefällt wird.Process for recovering the double salt NaNd (SO4) 2 · H2O from a pre-comminuted starting mixture containing NdFeB, which undergoes magnetic separation and comminution followed by hydrometallurgical digestion with the addition of sulfuric acid, while determining the hydrometallurgical digestion released hydrogen volume flow or the total volume of hydrogen released, wherein the released hydrogen volume flow or the total volume of hydrogen is used as a control variable for the amount of sulfuric acid to be added and / or used to determine the completion of the hydrometallurgical digestion, and then by adding a sodium-containing saline solution, of a sodium-containing salt and / or NaOH, the sparingly soluble double salt NaNd (SO4) 2 · H2O is precipitated after hydrometallurgical digestion.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung des Doppelsalzes NaNd(SO4)2·H2O und gegebenenfalls von Nd2O3 aus Ausgangsgemischen/Schrott, in denen NdFeB enthalten ist.The invention relates to a process for obtaining the double salt NaNd (SO 4 ) 2 .H 2 O and optionally from Nd 2 O 3 from starting mixtures / scrap, in which NdFeB is contained.
Neodym ist gegenwärtig das Seltenerdmetall mit der höchsten Nachfrage. Vor allem aufgrund seines vielfältigen Einsatzgebiets in leistungsfähigen NdFeB-Permanentmagneten für Festplatten, Lautsprecher sowie für effiziente Motoren und Generatoren besteht ein hoher Bedarf. Weiterhin findet Neodymoxid (Nd2O3) Verwendung als Dotierungsmittel für Gläser, Laserkristalle, Kondensatoren und als Polymerisationskatalysator zur Polybutadienkautschukherstellung. Aufgrund einer weiter zunehmenden Bedeutung elektrischer Antriebe und Generatoren (Elektromobilität, Windkraft), bei gleichzeitiger Verknappung von Neodym als Rohstoff auf dem Weltmarkt wird ein effizientes, umweltfreundliches und kostengünstiges Recyclingverfahren von Neodym aus Schrott zu einer vordringlichen Aufgabe im Bereich des Recyclings seltener Erden.Neodymium is currently the rare earth metal with the highest demand. Above all due to its diverse field of application in powerful NdFeB permanent magnets for hard disks, loudspeakers as well as for efficient motors and generators, there is a great need. Furthermore, neodymium oxide (Nd 2 O 3 ) is used as a dopant for glasses, laser crystals, capacitors and as a polymerization catalyst for Polybutadienkautschukherstellung. Due to the increasing importance of electric drives and generators (electromobility, wind power) and the simultaneous depletion of neodymium as a raw material on the world market, an efficient, environmentally friendly and cost-effective recycling process of neodymium from scrap becomes an urgent task in the field of recycling of rare earths.
Zur Wiedergewinnung von Neodym aus sortenreinem NdFeB-Material kommen bei der Herstellung von NdFeB-Magneten bislang hauptsächlich pulvermetallurgische Verfahren, wie die Wasserstoffversprödung (HD oder auch HDDR-Prozesse) zum Einsatz. Diese Verfahren benötigen jedoch sehr hohe Ausgangsreinheiten der zu recycelnden Ausgangsmaterialien, da ansonsten die Ausbeute unzureichend ist und so gefertigte Magnete nur minderwertige Eigenschaften erreichen. Probleme bereitet insbesondere teilweise korrodiertes Magnetmaterial, das für das Recycling durch Wasserstoffversprödung eine aufwändige vorangehende Entfernung von Oxid- und Hydroxidschichten erfordert. Auf gesinterten NdFeB-Magneten ist außerdem meist eine Schutzschicht aus Zinn, Nickel, Aluminium oder ein Sprüh- bzw. Tauchlack aufgebracht. Dies kann für das Recycling durch Wasserstoffversprödung sehr hohe prozesstechnische Anforderungen bedeuten und verhindert in den meisten Fällen einen Recyclingprozess bei magnetischem Material unterschiedlicher Herkunft und Zusammensetzung. Ein weiteres Problem stellen gebundene Magnete dar, bei denen der ungesinterte NdFeB-Werkstoff in einen Kunststoff, wie z. B. einem Epoxidharz eingebettet ist, was aufgrund der nur eingeschränkten Möglichkeiten zur Stofftrennung durch Wasserstoff-Versprödungsverfahren einen effizienten Recyclingprozess ebenfalls verhindert.For the recovery of neodymium from unmixed NdFeB material, mainly powder metallurgical processes such as hydrogen embrittlement (HD or HDDR processes) have been used in the manufacture of NdFeB magnets. However, these processes require very high initial purities of the starting materials to be recycled, since otherwise the yield is insufficient and thus produced magnets achieve only inferior properties. In particular, there is a problem with partially corroded magnetic material, which requires extensive prior removal of oxide and hydroxide layers for recycling by hydrogen embrittlement. On sintered NdFeB magnets, moreover, a protective layer of tin, nickel, aluminum or a spray or dip is usually applied. This can mean very high process engineering requirements for recycling by means of hydrogen embrittlement and, in most cases, prevents a recycling process for magnetic material of different origin and composition. Another problem is bound magnets in which the unsintered NdFeB material in a plastic, such. B. an epoxy resin is embedded, which also prevents an efficient recycling process due to the limited possibilities for separation by hydrogen embrittlement.
Neben pulvermetallurgischen sind auch verschiedene hydrometallurgische Recyclingprozesse bekannt, die durch nasschemische Verfahrensweisen prinzipbedingt bessere Möglichkeiten der Stofftrennung bieten. Gemäß der Offenbarung von
In
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Eines der Haupthindernisse für das effektive Recycling von Neodym aus magnetischen Altmaterialien durch hydrometallurgische Prozesse ist jedoch eine nicht vorhandene oder nur unzureichende Steuerung des Aufschlusses bei magnethaltigen Materialien unterschiedlicher Herkunft mit wechselnder Beschaffenheit und Zusammensetzung. Dadurch ist die benötigte Zeit für den Aufschluss je nach Zusammensetzung und Beschaffenheit des zu recycelnden Materials sehr lang (z. B. durch Passivierung und Agglomeration, aber auch nicht anderweitig abtrennbare inerte Fremdmaterialien) und sowohl der Aufschluss selbst als auch die nachfolgende Fällung erfordern einen unnötig hohen Einsatz an Chemikalien.One of the main obstacles to the effective recycling of neodymium from waste magnetic materials by hydrometallurgical processes, however, is a lack of or insufficient control of the digestion of magnetically rich materials of varying origin with varying texture and composition. Thus, the time required for digestion, depending on the composition and nature of the material to be recycled, is very long (eg, by passivation and agglomeration, but also not otherwise separable inert foreign materials) and both the digestion itself and the subsequent precipitation require unnecessary high use of chemicals.
Weiterhin ist es problematisch, dass NdFeB-haltiger Schrott/Abfall aus verschiedenen Quellen stark unterschiedliche Verunreinigungen enthalten kann, die in sortenreinen Prozessabfällen bei der Magnetherstellung so nicht vorkommen – darunter fallen z. B. andere Seltenerdmagneten wie SmCo. Nach dem Stand der Technik wird in diesem Fall beispielsweise nur die Fällung eines gemischten Doppelsalzes wie NaNd1-xSm(SO4)2·H2O mit anschließender Lösemittelextraktion bzw. Ionentausch zur Separation der Seltenerden vorgenommen. Dieses Vorgehen ist jedoch sehr aufwändig und verhindert einen einfachen Recyclingprozess. Andere Separationswege während des Aufschlusses, wie z. B. durch Wasserstoff-Flotationsverfahren (
Keines der bekannten Recyclingverfahren kann gemischte, nicht sortenreine magnetische Materialien, die Schwankungen in Zusammensetzung und Beschaffenheit unterliegen, effizient recyceln.None of the known recycling processes can efficiently recycle mixed, non-grade magnetic materials that are subject to variations in composition and texture.
Ein weiteres Verfahren zur Rückgewinnung von Elementen aus einer Seltenerd-Nickel-Legierung, bei dem Elemente aus Abfällen in Salpetersäure gelöst werden.Another method of recovering rare earth-nickel alloy elements by dissolving elements of waste in nitric acid.
Aus
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für eine effektive Wiedergewinnung von Neodymoxid anzugeben, um aus unsortiertem Abfall/Schrott einen hohen Anteil mit verringertem Aufwand erreichen zu können.It is therefore an object of the invention to provide opportunities for effective recovery of neodymium oxide in order to achieve a high proportion of unsorted waste / scrap with reduced effort.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of the claim. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be achieved with features described in the subordinate claims.
Die vorliegende Erfindung löst das Recyclingproblem nicht sortenrein vorliegender NdFeB-Magnetmaterialien mit veränderlicher Zusammensetzung und Beschaffenheit durch eine Kombination verschiedener Verfahrensschritte, die im Folgenden detailliert beschrieben sind.The present invention solves the recycling problem of non-grade NdFeB magnetic materials of variable composition and nature by a combination of various process steps, which are described in detail below.
Zunächst kann eine Vorzerkleinerung des zu recycelnden Materialgemisches, in dem NdFeB enthalten ist, erfolgen.First of all, pre-comminution of the material mixture to be recycled, in which NdFeB is contained, can take place.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Ausgangsgemisch, in dem NdFeB enthalten ist, einem hydrometallurgischen Aufschluss unter Zugabe von Schwefelsäure unterzogen. Gleichzeitig wird die Bestimmung des während des hydrometallurgischen Aufschlusses freigesetzten Wasserstoffvolumenstroms oder des gesamten freigesetzten Wasserstoffvolumens durchgeführt, wobei der freigesetzte Wasserstoffvolumenstrom oder das gesamte Wasserstoffvolumen als Regelgröße für die Menge an zuzugebender Schwefelsäure eingesetzt und/oder zur Bestimmung der Beendigung des hydrometallurgischen Aufschlusses genutzt wird.In the process according to the invention, a starting mixture in which NdFeB is present is subjected to hydrometallurgical digestion with the addition of sulfuric acid. At the same time, the determination of the hydrogen volume flow released during the hydrometallurgical digestion or of the total released hydrogen volume is carried out, the released hydrogen volume flow or the entire volume of hydrogen being used as a controlled variable for the amount of sulfuric acid to be added and / or used to determine the completion of the hydrometallurgical digestion.
So kann der Anstieg des freigesetzten Wasserstoffvolumenstroms ermittelt werden und, wenn dieser Anstieg auf einen vorgebbaren Schwellwert abgefallen ist, kann entsprechend reagiert werden.Thus, the increase of the released hydrogen volume flow can be determined and, if this increase has dropped to a predefinable threshold, can be reacted accordingly.
Bei Unterschreitung eines vorgebbaren Schwellwertes für den Wasserstoffvolumenstrom kann der hydrometallurgische Aufschluss beendet werden, da zumindest der größte Teil einer durch chemische Reaktion in Nd3+ umsetzbaren chemischen Verbindung, in der Neodym enthalten ist, umgesetzt worden ist.If the hydrogen volume flow falls below a predeterminable threshold value, the hydrometallurgical digestion can be ended, since at least the major part of a chemical reaction in which Nd 3+ can be converted into a chemical compound in which neodymium is present has been reacted.
Es ist vorteilhaft möglich, die zuzugebende Menge an Säure mittels des Anstiegs des freigesetzten Wasserstoffvolumenstroms und/oder seines Integrals zu regeln.It is advantageously possible to control the amount of acid to be added by means of the increase of the released hydrogen volume flow and / or its integral.
Bei der Erfindung kann auch mindestens eine Magnetscheidung durchgeführt werden. Dabei kann entmagnetisierter NdFeB aus einem Ausgangsgemisch/Schrott abgetrennt werden. Dazu werden nur ferro- und ferrimagnetische Materialien abgetrennt.In the invention, at least one magnetic separation can be performed. In this case, demagnetized NdFeB can be separated from a starting mixture / scrap. For this purpose, only ferro- and ferrimagnetic materials are separated.
Alternativ kann eine Abtrennung aller magnetisierten Materialien im Schrott erfolgen. Zur Abtrennung kann Magnetscheidetechnik eingesetzt werden, die bevorzugt nicht selektiv für alle ferromagnetischen Materialien ist, sondern nur für magnetisierte (remanente) ferro- und ferrimagnetische Materialien, wie insbesondere NdFeB- oder SmCo-Magneten. Im Anschluss an diese Magnetscheidung bzw. ggf. im Anschluss an eine weitere Magnetscheidung kann eine Feinzerkleinerung und Homogenisierung des angereicherten und entmagnetisierten und NdFeB enthaltenden Teils des Ausgangsgemischs/Schrotts mit dem sich daran anschließenden hydrometallurgischen Aufschluss durchgeführt werden.Alternatively, a separation of all magnetized materials in the scrap can take place. For separation, magnetic separation technique can be used, which is preferably not selective for all ferromagnetic materials, but only for magnetized (remanent) ferromagnetic and ferrimagnetic materials, in particular NdFeB or SmCo magnets. Subsequent to this magnetic separation or, if appropriate, subsequent to a further magnetic separation, fine comminution and homogenization of the enriched and demagnetized and NdFeB-containing part of the starting mixture / scrap can be carried out with the subsequent hydrometallurgical digestion.
Die Magnetscheidung kann durch eine technisch vergleichsweise einfache Anpassung konventioneller Magnetscheider durch Substitution der Scheidemagneten oder -spulen durch weichmagnetische ferromagnetische Abscheider (z. B. aus Eisen) realisiert werden. Diese Vorsortierung des magnethaltigen Schrotts ermöglicht zudem die Abtrennung aller nicht gebundenen super-para-, para- und diamagnetischen Fremdstoffe von den Magneten, wie beispielsweise von Kunststoffen. Der Vorteil dieses Verfahrensschritts besteht damit in einer starken Anreicherung von NdFeB, was die benötigten Chemikalienmengen für den nachfolgenden hydrometallurgischen Aufschluss deutlich verringert und dessen Anfälligkeit für eventuell störende Fremdmaterialien erheblich reduziert. Zudem wird die Zeitdauer für den Aufschluss stark reduziert, da weniger Fremdmaterialien und Fremdstoffe mit aufgeschlossen werden müssen.The magnetic separation can be realized by a technically comparatively simple adaptation of conventional magnetic separators by substitution of the separator magnets or coils by soft magnetic ferromagnetic separators (eg of iron). This pre-sorting of the metal-containing scrap also allows the separation of all unbound super-para-, para- and diamagnetic foreign matter from the magnets, such as plastics. The advantage of this As a result, NdFeB accumulates heavily, which significantly reduces the amount of chemicals required for subsequent hydrometallurgical digestion and significantly reduces its susceptibility to potentially interfering foreign materials. In addition, the time required for digestion is greatly reduced because less foreign matter and foreign matter must be digested with.
Nach Erhitzen des abgetrennten magnetisierten Materials über die Curietemperatur von NdFeB (583 K) kann im Anschluss optional eine erneute Magnetscheidung analog zum ersten Verfahrensschritt erfolgen, um Werkstoffe mit höherer Curie-Temperatur (z. B. SmCo, AlNiCo) vom entmagnetisierten NdFeB abzutrennen und damit den NdFeB-Gehalt im Ausgangsmaterialgemisch (Schrott) weiter anzureichern. Eventuell vorhandene Anhaftungen von NdFeB an noch magnetisierte Materialien stören diesen Prozess nicht wesentlich, da solche Materialien meist Minoritätsbestandteile des Ausgangsmaterialgemischs/Schrotts sind. Diese physikalische Abtrennung von insbesondere SmCo noch vor dem hydrometallurgischen Aufschluss ist technisch deutlich einfacher zu realisieren, als eine aufwändige chemische Trennung der verschiedenen Seltenerden mittels Lösemittelextraktion bzw. Ionenaustausch nach dem Aufschlussprozess. Sind außer NdFeB keine weiteren Seltenerdmagneten im Ausgangsgemisch/Schrott enthalten, kann die Entmagnetisierung statt durch Erhitzen über die Curie-Temperatur auch mittels eines elektromagnetischen Wechselfeldes erfolgen. Eine Entmagnetisierung sollte jedoch für die nachfolgende Feinzerkleinerung und den hydrometallurgischen Aufschluss zur Verhinderung eines Zusammenhaftens der gemahlenen Partikel durchgeführt werden.After the separated magnetized material has been heated above the Curie temperature of NdFeB (583 K), another magnetic separation can optionally be carried out analogously to the first method step in order to separate materials with a higher Curie temperature (eg SmCo, AlNiCo) from the demagnetized NdFeB and thus to further enrich the NdFeB content in the starting material mixture (scrap). Any buildup of NdFeB on magnetized materials will not interfere significantly with this process, since such materials are usually minority constituents of the feedstock mix / scrap. This physical separation of, in particular, SmCo even before the hydrometallurgical digestion is technically much easier to implement than a complex chemical separation of the various rare earths by means of solvent extraction or ion exchange after the digestion process. If no other rare earth magnets are present in the starting mixture / scrap apart from NdFeB, the demagnetization can also take place by means of an alternating electromagnetic field instead of by heating above the Curie temperature. However, demagnetization should be performed for the subsequent comminution and hydrometallurgical digestion to prevent coalescence of the ground particles.
Im nächsten Schritt kann die Feinzerkleinerung und Homogenisierung des angereicherten und entmagnetisierten Schrotts erfolgen. In vielen Versuchen wurde die Partikelgrößenverteilung des gemahlenen Schrotts für einen optimierten Aufschluss untersucht. Dabei haben sich mittlere Partikelgrößen im Bereich von 100 μm bis 250 μm als günstig für den hydrometallurgischen Aufschluss hinsichtlich einer geringen Mahldauer, einer großen Aufschlussgeschwindigkeit und einer optimalen Ausbeute erwiesen. Da sich die Sprödigkeit des NdFeB im Ausgangsgemisch/Schrott jedoch stark von der Sprödigkeit vorhandener Fremdmaterialien (z. B. Ni) unterscheidet, sollten die Mahlparameter für einen optimierten Aufschluss individuell an die Zusammensetzung des Ausgangsgemischs/Schrotts angepasst werden. In der vorliegenden Erfindung können die Mahlparameter erstmals im laufenden Prozess für die jeweilige aktuelle Schrottzusammensetzung optimiert werden. Als regelungstechnische Messgröße kann dabei der freigesetzte Wasserstoffvolumenstrom bzw. der über einen bestimmten Zeitraum integrierte Wasserstoffvolumenstrom (VH2) aus dem nachfolgend beschriebenen hydrometallurgischen Aufschlussprozess genutzt werden.In the next step, the fine comminution and homogenization of the enriched and demagnetized scrap can take place. In many experiments, the particle size distribution of the milled scrap was investigated for optimized digestion. Average particle sizes in the range from 100 μm to 250 μm have proved favorable for the hydrometallurgical digestion with regard to a short grinding time, a high digestion rate and an optimum yield. However, since the brittleness of the NdFeB in the starting mixture / scrap is very different from the brittleness of foreign materials (eg Ni), the grinding parameters should be adapted individually to the composition of the starting mixture / scrap for optimized digestion. In the present invention, the grinding parameters can be optimized for the first time in the current process for each current scrap composition. In this case, the control unit used may be the released hydrogen volume flow or the hydrogen volume flow (V H2 ) integrated over a certain period of time from the hydrometallurgical pulping process described below.
Vorteilhaft ist eine mögliche Echtzeit-Reaktionskontrolle des sauren hydrometallurgischen Aufschlusses. Je nach chemischer Zusammensetzung des Ausgangsgemisches/Schrotts (verschiedene Anteile von NdFeB, Fe, Ni, Kunststoffen etc.) werden für einen optimierten Aufschluss jeweils entsprechend geeignete Mengen einer starken Säure benötigt, und je nach Ausgangsgemisch-/Schrottbeschaffenheit (Partikelgrößen, Agglomerationsverhalten etc.) aber auch Umgebungsbedingungen (z. B. Säuretemperatur) erfordert der hydrometallurgische Aufschluss unterschiedlich lange Zeiträume. Obwohl sowohl Ausgangsgemisch-/Schrottzusammensetzung als auch -beschaffenheit starken Schwankungen unterliegen können, wurde eine Messgröße gefunden, die überraschenderweise eine zuverlässige und reproduzierbare Regelung zahlreicher wichtiger Prozessparameter zulässt. Durch die kontinuierliche Messung des Wasserstoffvolumenstromes (dVH2/dt), des während des hydrometallurgischen Aufschlusses freigesetzten Wasserstoffs, und dem Vergleich dieser Größe mit ihrem zeitlichen Verlauf lässt sich die jeweilige Menge und Konzentration der für den Aufschluss benötigten Säure genau regeln. Auf diese Weise kann nicht nur die eingesetzte Säuremenge stark reduziert, sondern auch der Zeitbedarf für den hydrometallurgischen Aufschluss deutlich verringert werden, da auch das Reaktionsende der Aufschlussreaktion bestimmt werden kann. Die Leistungsfähigkeit dieses Verfahrensschritts zeigt sich zum Beispiel im direkten Vergleich mit dem Aufschlussprozess, der in
Beim hydrometallurgischen Aufschluss wird H2SO4 als Säure zugegeben.In the case of hydrometallurgical digestion, H 2 SO 4 is added as acid.
Nach Reaktionsende werden im nächsten Schritt analog zum Stand der Technik nicht gelöste Bestandteile aus der Reaktionsmischung abgetrennt und ein Doppelsalz, beispielsweise der Zusammensetzung NaNd(SO4)2·H2O, durch Zugabe einer neutralen natriumhaltigen Salzlösung und/oder eines natriumhaltigen Salzes, insbesondere gesättigter Na2SO4-Lösung, und/oder durch Zugabe von NaOH, bevorzugt im Überschuss, ausgefällt werden kann. Das so abgetrennte Doppelsalz kann bei einer Wärmebehandlung geglüht werden, bis Nd2O3 erhalten worden ist.After the end of the reaction, in the next step analogous to the prior art, undissolved constituents are separated from the reaction mixture and a double salt, for example the Composition NaNd (SO 4 ) 2 · H 2 O, by adding a neutral sodium-containing salt solution and / or a sodium-containing salt, in particular saturated Na 2 SO 4 solution, and / or by addition of NaOH, preferably in excess, can be precipitated. The thus-separated double salt may be annealed in a heat treatment until Nd 2 O 3 is obtained.
Dieses Doppelsalz kann auch durch eine Halogenierung mit HF oder HCl und anschließender metallothermischer, elektrolytischer oder anderweitiger Reduktion des Neodymhalogenids zu elementarem Neodym umgewandelt werden.This double salt can also be converted to elemental neodymium by halogenation with HF or HCl followed by metallothermal, electrolytic or otherwise reduction of the neodymium halide.
Wie sich in vielen Versuchen gezeigt hat, ist im Gegensatz zum Stand der Technik in der vorliegenden Erfindung eine problematische Messung und gezielte Einstellung des pH-Werts für die Fällungsreaktion nicht mehr erforderlich, da die Säurekonzentration durch die vorangegangene in situ-Optimierung des hydrometallurgischen Aufschlusses bereits im optimalen Bereich in Hinblick auf Produktreinheit und Ausbeute liegt. Ferner kann die benötigte Menge an Fällungsreagenzien (und die Säurekonzentration) über das beim Aufschluss gemessene Gesamtwasserstoffvolumen berechnet werden, was zu einer weiteren Reduzierung der für den Prozess benötigten Chemikalienmengen führt. Das quantitave Ausfällen kann auch bei sehr niedrigen pH-Werten erreicht werden.As has been shown in many experiments, in contrast to the prior art in the present invention, a problematic measurement and targeted adjustment of the pH for the precipitation reaction is no longer necessary because the acid concentration by the previous in situ optimization of hydrometallurgical digestion already in the optimum range in terms of product purity and yield. Furthermore, the required amount of precipitating reagents (and acid concentration) can be calculated from the total volume of hydrogen measured at digestion, resulting in a further reduction in the amount of chemicals needed for the process. The quantitative precipitation can also be achieved at very low pH values.
Im Anschluss an die Fällung des Doppelsalzes wird dieses abgetrennt. Es kann zur weiteren Aufreinigung je nach benötigter Produktreinheit gewaschen und umkristallisiert werden.Following the precipitation of the double salt this is separated. It can be washed and recrystallized for further purification depending on the required product purity.
Im letzten Schritt kann das Doppelsalz nach Stand der Technik entweder durch die oben beschriebene mehrstufige Aufarbeitung zu elementarem Neodym reduziert werden, was aber die bereits beschriebenen Probleme impliziert.In the last step, the prior art double salt can be reduced to elemental neodymium either by the multi-step work-up described above, but this implies the problems already described.
Verfahrenstechnisch sehr viel leichter realisierbar ist hingegen die direkte thermische Zersetzung von NaNd(SO4)2·H2O zu Nd2O3 sowie Na2O, SO3 und H2O, wobei man im Unterschied zu
Durch eine Kombination einer Magnetscheidung und thermischer Endmagnetisierungsstufen in Verbindung mit einer Echtzeit-Steuerung der mechanischen Vorbehandlung (Mahlung) des angereicherten Ausgangsgemischs/Schrotts sowie des hydrometallurgischen Aufschlussprozesses und des Fällungsprozesses (Reaktionsdauern, Chemikalienmengen, Konzentrationen), wobei eine in situ-Messung des Wasserstoffvolumenstroms, des beim Aufschluss generierten Wasserstoffs besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann, ist eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik erreichbar. Der Aufwand kann reduziert und die Ausbeute sowie die Produktreinheit können erheblich erhöht werden.By a combination of a magnetic separation and final thermal magnetization stages in conjunction with a real-time control of the mechanical pre-treatment (refining) of the enriched starting mixture / scrap and the hydrometallurgical digestion process and the precipitation process (reaction times, chemical quantities, concentrations), wherein an in situ measurement of the hydrogen volume flow, the hydrogen generated in the digestion can be used particularly advantageously, a significant improvement over the prior art can be achieved. The effort can be reduced and the yield and product purity can be significantly increased.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. Dabei können einzelne Merkmale unabhängig vom jeweiligen Beispiel miteinander kombiniert werden. Merkmale sind nicht zwingend an das jeweilige Beispiel gebunden.The invention will be explained in more detail by way of example in the following. Individual features can be combined independently of each other. Characteristics are not necessarily bound to the respective example.
Dabei zeigen:Showing:
1. Beispiel (Magnetscheidung):1st example (magnetic separation):
Zur Abtrennung von Sm aus einem Ausgangsgemisch verschiedener seltenerdhaltiger Magnetwerkstoffe wurde ein vorzerkleinertes Gemisch bestehend aus 14.8 g unbeschichteter, gesinterter SmCo-Magneten sowie 144.8 g mit Nickel beschichteter, gesinterter NdFeB-Magneten unter Stickstoffatmosphäre auf 375°C erhitzt (Aufheizrate 3 K/min, Haltedauer 60 min). Die danach noch magnetisierten SmCo-Magnetbruchstücke wurden durch eine umgekehrte Aushebemagnetscheidung mittels eines 100 × 100 × 2.5 mm3 Eisenblechs hinter einem Aushebeband abgetrennt. Es wurden 86.6 g sortenreine NdFeB-Magnete sowie 73.0 g SmCo-Magnete mit NdFeB-Anhaftungen erhalten.To separate Sm from a starting mixture of various rare earth magnetic materials, a pre-shredded mixture consisting of 14.8 g of uncoated sintered SmCo magnets and 144.8 g of nickel-plated, sintered NdFeB magnets was heated to 375 ° C. under a nitrogen atmosphere (heating rate 3 K / min, holding time 60 minutes). The magnetized SmCo magnetic fragments thereafter were separated by reverse magneto-magnetic separation by means of a 100 × 100 × 2.5 mm 3 iron sheet behind a lift-off belt. 86.6 g of unmixed NdFeB magnets and 73.0 g of SmCo magnets with NdFeB adhesions were obtained.
2. Beispiel (Recycling):2nd example (recycling):
200 g mit Nickel beschichtete, gesinterte NdFeB-Magnete aus Festplatten-Servos wurden durch Erhitzen auf 375°C (Aufheizrate 3 K/min, Haltedauer 60 min) unter Stickstoffatmosphäre entmagnetisiert. 25 g der entmagnetisierten Magneten wurden im Anschluss in einer Scheibenschwingmühle unter Luft 60 s lang gemahlen. 1000 mg der gemahlenen Magneten wurden dann durch Zugabe von 6 ml 2 M H2SO4 bei 24°C unter Messung des freigesetzten Wasserstoffvolumenstroms aufgeschlossen. Dabei wurde jeweils beim Abflachen der Reaktion (Verringerung des freigesetzten Wasserstoffvolumenstroms auf weniger als 20 ml/min) so lange 1 ml 2 M H2SO4 hinzugegeben, bis sich auch nach erneuter Säurezugabe weniger als 1 ml/Minute an Wasserstoff frei gesetzt wurde (Vges[H2] = 440 ml, Vges[H2SO4] = 8 mL). Die Gesamtdauer für Mahlung und Aufschluss betrug 5 min. Das Reaktionsgemisch wurde filtriert, und durch Zugabe gesättigter Na2SO4-Lösung im Überschuss (10 mL) wurde bei pH = 0,5 das schwerlösliche Doppelsalz NaNd(SO4)2·H2O innerhalb von 20 min quantitativ auskristallisiert. Das Doppelsalz wurde abfiltriert, mit Wasser gewaschen, bei 80°C vorgetrocknet und dann bei 1350°C 10 h lang in strömender Luft geglüht. Es wurden 293 mg röntgenographisch homogenes Nd2O3 erhalten (Ausbeute 99% unter Einbeziehung von 5 Masse-% Nickel im gemahlenen Ausgangsgemisch). Eisenhaltige Verunreinigungen betrugen weniger als 350 ppm.200 g of nickel-coated, sintered NdFeB magnets from disk servos were demagnetized by heating to 375 ° C. (heating rate 3 K / min, holding time 60 min) under a nitrogen atmosphere. Twenty-five grams of the demagnetized magnets were then ground in a disk vibratory mill under air for 60 seconds. 1000 mg of the milled magnets were then digested by adding 6 ml of 2 MH 2 SO 4 at 24 ° C. while measuring the volume of hydrogen released. In each case when flattening the reaction (reduction of the released hydrogen volume flow to less than 20 ml / min) as long 1
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