一种锌化焙烧分离回收钕铁硼废料的方法
阅读说明：本技术 一种锌化焙烧分离回收钕铁硼废料的方法 (Method for separating and recycling neodymium iron boron waste materials through zinc roasting ) 是由 彭如振 刘子帅 雷翔 马文俊 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及稀土回收技术领域,特别涉及一种锌化焙烧分离回收钕铁硼废料的方法；在本发明内,将钕铁硼废料与锌化剂混合均匀后焙烧,使钕铁硼废料中的稀土转化为易溶于稀酸的稀土氧化物,使钕铁硼废料中的铁转化为不易溶于稀酸的铁酸锌,然后采用稀酸浸出稀土,过滤分离获得稀土浸出液和铁酸锌；获得含铁离子较低的稀土浸出液,可直接用于萃取分离生产线回收稀土；获得的副产品铁酸锌可用于吸波材料,从而使稀土和铁的高效分离；本发明具有流程简单、成本低廉、污染少、选择性高、可综合回收稀土和铁的特点。(The invention relates to the technical field of rare earth recovery, in particular to a method for recovering neodymium iron boron waste materials by zinc roasting separation; in the invention, neodymium iron boron waste materials and zinc agents are uniformly mixed and then are roasted, so that rare earth in the neodymium iron boron waste materials is converted into rare earth oxide which is easy to dissolve in dilute acid, iron in the neodymium iron boron waste materials is converted into zinc ferrite which is not easy to dissolve in dilute acid, then the rare earth is leached by the dilute acid, and the rare earth leachate and the zinc ferrite are obtained by filtering and separating; obtaining rare earth leaching solution with lower iron ions, which can be directly used for the extraction separation production line to recover rare earth; the obtained by-product zinc ferrite can be used for wave-absorbing materials, so that the rare earth and the iron are efficiently separated; the method has the characteristics of simple process, low cost, less pollution, high selectivity and capability of comprehensively recovering rare earth and iron.)
技术领域
本发明涉及稀土回收技术领域，特别涉及一种锌化焙烧分离回收钕铁硼废料的方法。
背景技术
钕铁硼磁性材料广泛应用于硬盘驱动器、风机、混合动力汽车、水电涡轮发电机；根据应用领域不同，其生命周期从电子产品的2~3年到风机20~30年不等，同时，在钕铁硼磁体生产过程中会产生30%左右的废料；钕铁硼废料中含有稀土27%~32%，铁67%~73%，因此，综合回收钕铁硼废料可以实现稀土和铁资源化利用，减少环境污染，实现稀土磁性材料可持续发展。
钕铁硼废料回收常用的湿法工艺有盐酸优溶法，盐酸全溶法，硫酸复盐沉淀法，草酸沉淀法等；如，高习贵（高习贵, 林平, 李瑞宏. 富铈钕铁硼废料回收稀有元素研究[J]. 中国资源综合利用, 2019, (2): 1-3.）采用盐酸优溶法回收钕铁硼废料中稀土元素，首先是钕铁硼废料粉碎后氧化焙烧，加入31%盐酸溶液浸出，然后在一定酸度条件下加入氯酸钠氧化亚铁离子，使Fe2+氧化成Fe3+，加入氧化镁调节pH值至3.5，加入高分子凝集剂沉淀分离铁。如，尹小文（尹小文, 刘敏, 赖伟鸿, 董传博, 岳明, 索红莉. 草酸盐沉淀法回收钕铁硼废料中稀土元素的研究 [J]. 稀有金属, 2014, 38(006): 1093-1098.）采用草酸沉淀回收钕铁硼废料中稀土元素，将钕铁硼废料溶于4mol/L盐酸中，加入草酸，获得稀土草酸盐。如，李军（“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，将钕铁硼废料与水混合研磨，800℃~950℃条件下氧化焙烧，加酸浸出，萃取除铁，萃取分离稀土，沉淀稀土，煅烧。
在上述常用湿法工艺中存在一些不足：稀土溶出的同时伴随大量铁溶出，酸消耗量大；浸出液需要沉铁处理，消耗大量试剂并产生废液；未考虑浸出渣回收利用，堆存对环境造成二次危害，因此，开发一种高效选择性浸出工艺，对钕铁硼废料综合回收具有重要意义。
发明内容
为了克服上述所述的不足，本发明的目的是提供一种锌化焙烧分离回收钕铁硼废料的方法，将钕铁硼废料与锌化剂混合均匀后焙烧，使钕铁硼废料中的稀土转化为易溶于稀酸的稀土氧化物，使钕铁硼废料中的铁转化为不易溶于稀酸的铁酸锌，然后采用稀酸浸出稀土，过滤分离获得稀土浸出液和铁酸锌；获得含铁离子较低的稀土浸出液，可直接用于萃取分离生产线回收稀土；获得的副产品铁酸锌可用于吸波材料，从而使稀土和铁的高效分离。
本发明解决其技术问题的技术方案是：
一种锌化焙烧分离回收钕铁硼废料的方法，其中，包括如下步骤：
步骤S1、将钕铁硼废料与锌化剂混合均匀，进行焙烧，得到钕铁硼焙砂；
步骤S2、将钕铁硼焙砂与浸出剂混合搅拌后，再过滤得到稀土浸出液和铁酸锌。
作为本发明的一种改进，在步骤S2内，将所述钕铁硼焙砂与浸出剂混合，在40℃~80℃条件下搅拌60min~180min，过滤，得到稀土浸出液和铁酸锌。
作为本发明的进一步改进，所述浸出剂为稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸、稀醋酸中的至少一种。
作为本发明的更进一步改进，所述浸出剂的浓度为0.5mol/L~3mol/L。
作为本发明的更进一步改进，在步骤S1内，将钕铁硼废料与锌化剂混合均匀后直接进行焙烧。
作为本发明的更进一步改进，在步骤S1内，将钕铁硼废料与锌化剂混合均匀后，再压制成压块，然后进行焙烧。
作为本发明的更进一步改进，在步骤S1内，焙烧温度为600℃~1100℃，焙烧时间为60min~240min。
作为本发明的更进一步改进，在步骤S1内，按照铁与锌的摩尔比为（1.8~2.1）:1，将钕铁硼废料与锌化剂混合。
作为本发明的更进一步改进，在步骤S1内，所述锌化剂为氧化锌、氢氧化锌、碱式碳酸锌中的至少一种。
在本发明内，将钕铁硼废料与锌化剂混合均匀后焙烧，使钕铁硼废料中的稀土转化为易溶于稀酸的稀土氧化物，使钕铁硼废料中的铁转化为不易溶于稀酸的铁酸锌，然后采用稀酸浸出稀土，过滤分离获得稀土浸出液和铁酸锌；获得含铁离子较低的稀土浸出液，可直接用于萃取分离生产线回收稀土；获得的副产品铁酸锌可用于吸波材料，从而使稀土和铁的高效分离；本发明具有流程简单、成本低廉、污染少、选择性高、可综合回收稀土和铁的特点。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
图1为本发明的步骤框图；
图2为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2所示，本发明的一种锌化焙烧分离回收钕铁硼废料的方法，包括如下步骤：
步骤S1、将钕铁硼废料与锌化剂混合均匀，进行焙烧，得到钕铁硼焙砂；
步骤S2、将钕铁硼焙砂与浸出剂混合搅拌后，再过滤得到稀土浸出液和铁酸锌。
在本发明内，将钕铁硼废料与锌化剂混合均匀后焙烧，使钕铁硼废料中的稀土转化为易溶于稀酸的稀土氧化物，使钕铁硼废料中的铁转化为不易溶于稀酸的铁酸锌，然后采用稀酸浸出稀土，过滤分离获得稀土浸出液和铁酸锌；获得含铁离子较低的稀土浸出液，可直接用于萃取分离生产线回收稀土；获得的副产品铁酸锌可用于吸波材料，从而使稀土和铁的高效分离；本发明具有流程简单、成本低廉、污染少、选择性高、可综合回收稀土和铁的特点。
为了更好地分离获得稀土浸出液和铁酸锌，在步骤S2内，将所述钕铁硼焙砂与浸出剂混合，在40℃~80℃条件下搅拌60min~180min，过滤，得到稀土浸出液和铁酸锌，其中，浸出剂为稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸、稀醋酸中的至少一种，所述浸出剂的浓度为0.5mol/L~3mol/L。
在本发明内，在步骤S1内，钕铁硼废料与锌化剂的焙烧方式有两种，分别为将钕铁硼废料与锌化剂混合均匀后直接进行焙烧和将钕铁硼废料与锌化剂混合均匀后，再压制成压块，然后进行焙烧；其中，焙烧温度为600℃~1100℃，焙烧时间为60min~240min。
为了更好地焙烧，使钕铁硼废料中的稀土转化为易溶于稀酸的稀土氧化物，使钕铁硼废料中的铁转化为不易溶于稀酸的铁酸锌，按照铁与锌的摩尔比为（1.8~2.1）:1，将钕铁硼废料与锌化剂混合；锌化剂为氧化锌、氢氧化锌、碱式碳酸锌中的至少一种。
具体地讲，在锌化焙烧过程中，钕铁硼废料中稀土转化为稀土氧化物，铁转化为铁酸锌，相关反应如下：
4Nd + 3O<sub>2 </sub>==== 2Nd<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
(1)
4Fe + 3O<sub>2 </sub>==== Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
(2)
ZnO + Fe<sub>2</sub>O<sub>3 </sub>==== ZnFe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>
(3)
Zn(OH)<sub>2</sub> + Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> ==== ZnFe<sub>2</sub>O<sub>4</sub> + H<sub>2</sub>O
(4)
2ZnCO<sub>3</sub>·3Zn(OH)<sub>2</sub> +5Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> ==== 5ZnFe<sub>2</sub>O<sub>4</sub> + 3H<sub>2</sub>O + 2CO<sub>2</sub>
(5)
钕铁硼废料经锌化焙烧后，焙砂中存在的主要物相为稀土氧化物和铁酸锌，其中稀土氧化物在稀酸中容易浸出，铁酸锌在稀酸中难以浸出，从而实现稀土和铁的高选择性分离，获得的稀土溶液铁含量低，纯度高，不需要沉铁工序，可直接用于稀土萃取分离生产线，获得的副产品铁酸锌，含酸少，纯度高，可作为吸波材料应用；本发明流程简单，成本低廉，减少污染，能够实现稀土低酸高选择性浸出，获得铁酸锌可回收利用，实现资源综合利用。
为了更好地进行说明，本发明提供几个实施例，如下：
实施例一
取5.08 g钕铁硼废料（Fe含量为44 wt%），粒度<30μm，加入2.01 g 氧化锌，两种物料混合均匀后，在20Mpa压力下制成φ30mm的柱状块，将柱状块放入刚玉坩埚中，刚玉坩埚置入马弗炉中焙烧，马弗炉温度从室温以10℃/min升温至900℃，保温4小时，保温结束后，钕铁硼焙砂随炉冷却至室温，取出钕铁硼焙砂研磨，将研磨钕铁硼焙砂置入烧杯中，加入2mol/L HCl的50ml，水浴加热至80℃，以200rpm搅拌2小时，过滤分离，获得稀土浸出液和铁酸锌，得到结果为，稀土浸出率为96.34%，Fe浸出率为1.34%，Zn浸出率为2.01%。
实施例二
取5.05 g钕铁硼废料（Fe含量为44 wt%），粒度<30μm，加入1.80 g 氧化锌，两种物料混合均匀后，在30Mpa压力下制成φ30mm的柱状块，将柱状块放入刚玉坩埚中，刚玉坩埚置入马弗炉中焙烧，马弗炉温度从室温以10℃/min升温至1100℃，保温3小时，保温结束后，钕铁硼焙砂随炉冷却至室温，取出钕铁硼焙砂研磨，将研磨钕铁硼焙砂置入烧杯中，加入1.2 mol/L HCl的60ml，水浴加热至80℃，以200rpm搅拌2小时，过滤分离，获得稀土浸出液和铁酸锌，得到结果为，稀土浸出率为95.35%，Fe浸出率为1.24%，Zn浸出率为0.56%。
实施例三
取5.00 g钕铁硼废料（Fe含量为44 wt%），粒度<30μm，加入2.10 g 氧化锌，两种物料混合均匀后，放入刚玉坩埚中，刚玉坩埚置入马弗炉中焙烧，马弗炉温度从室温以10℃/min升温至1100℃，保温4小时，保温结束后，钕铁硼焙砂随炉冷却至室温，取出钕铁硼焙砂研磨，将研磨钕铁硼焙砂置入烧杯中，加入3 mol/L H2SO4的70ml，水浴加热至60℃，以200rpm搅拌2小时，过滤分离，获得稀土浸出液和铁酸锌，得到结果为，稀土浸出率为95.2%，Fe浸出率为0.73%，Zn浸出率为0.35%。
实施例一至三的结果对比如下：
实施例一
实施例二
实施例三
稀土浸出率
96.34%
95.35%
95.2%
铁浸出率
1.34%
1.24%
0.73%
锌浸出率
2.01%
0.56%
0.35%
实施例一至三，稀土浸出率均达到了95%以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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