способ переработки отходов постоянных магнитов

Формула изобретения

1. Способ переработки отходов постоянных магнитов на основе лигатуры неодим-железо-бор, включающий растворение отходов и последующее осаждение фторидов редкоземельных элементов, отличающийся тем, что растворение проводят смесью трибутилфосфата и тетрахлоэтилена при концентрации трибутилфосфата 5-80 об.%, насыщенной хлором до концентрации его в смеси 0,5-4,0 моль/л, а осаждение фторидов проводят непосредственно из органической фазы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение проводят водными растворами фторидов щелочных металлов и аммония.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу переработки отходов производства постоянных магнитов. В процессе производства постоянных магнитов образуются отходы и бракованные постоянные магниты, содержащие ценные редкоземельные элементы (РЗЭ), в частности лигатуры Nd-Fe-B, содержащие неодим.

Переработка отходов постоянных магнитов осуществляется в настоящее время в основном высокотемпературными методами: пирометаллургическим (заявка РФ № 2005128982, кл. С22В 7/00, 2005 г., патент США № 6533837, МПК⁷ 75/348, 2000 г.), фторированием (патент РФ 2111833, Кл. С22В 7/00, 1996 г.) и гидрометаллургическими методами (патент США № 4964997, Кл. В01D 11/04, 1990 г., патент РФ № 2097330, кл. C01F 17/00, 1996 г.).

Одним из гидрометаллургических способов переработки отходов производства постоянных магнитов является способ (патент РФ № 2097330, кл. С01F 17/00, 1996 г), включающий термообработку отходов при 80-700°С, растворение их в азотной кислоте, экстракция в 100% трибутилфосфат (ТБФ) из раствора, содержащего 0,4-3,0 М НNO₃, с последующей двухстадийной реэкстракцией индивидуальных РЗЭ азотной кислотой.

Несмотря на оригинальную идею двухстадийной реэкстракции, сама экстракция в 100%-ный ТБФ из азотнокислого раствора и последующая реэкстракции будут испытывать определенные технологические затруднения вследствие большой вязкости ТБФ. При предварительной прокалке отходов постоянных магнитов вследствие возможного выделения токсичных газов необходима газоочистка. Если в дальнейшем использовать выделенные РЗЭ для получения лигатур постоянных магнитов, то большой необходимости в разделении индивидуальных РЗЭ нет. При этом для получения металлических РЗЭ предпочтительнее использовать фториды (Химия и технология редких и рассеянных элементов, ч.II, под ред. К.А.Большакова, М., Высшая школа, 1976 г., стр.140).

Наиболее близким известным способом переработки отходов постоянных магнитов, содержащих лигатуру Nd-Fe-B, является способ (заявка Японии № 62187112, С01F 17/00, 1986 г.), включающий растворение отходов в 35% соляной кислоте при 50-60°С при перемешивании и осаждение фторидов редкоземельных элементов 55% HF.

Отфильтрованный осадок сушился и подвергался электроплавке при 800°C с получением металлических лигатур.

К недостаткам рассматриваемого способа можно отнести выделение водорода при растворении в соляной кислоте и использование для осаждения коррозионноактивной 55% плавиковой кислоты.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в отсутствии выделения взрывоопасных газов, сокращении числа операций в процессе, уменьшении коррозионной активности реагентов на стадии осаждения, минимизации водооборота и водных сбросов. Органический растворитель после осаждения фторида неодима вновь направляется на растворение отходов постоянных магнитов.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки отходов постоянных магнитов, включающем растворение отходов и последующее осаждение фторидов редкоземельных элементов, растворение проводят смесью трибутилфосфата и тетрахлорэтилена при концентрации трибутилфосфата 5-80 об.%, насыщенных хлором до концентрации его в смеси 0,5-4,0 моль/л, а осаждение фторидов проводят непосредственно из органической фазы. Осаждение проводят водными растворами фторидов щелочных металлов и аммония.

Использование в качестве растворителя смеси трибутилфосфата и тетрахлорэтилена, насыщенной хлором, позволяет совместить стадии растворения и экстракции, увеличить концентрацию окислителя в жидкой фазе и интенсифицировать действие окислителя - хлора - за счет образования активных комплексов с переносом заряда. Использование твердофазной реэкстракции (осаждения) для выделения фторида неодима из органической фазы позволит разделить неодим и железо на стадии твердофазной реэкстракции. Кроме того, совмещение стадий растворения и экстракции и стадий осаждения и реэкстракции позволит интенсифицировать процесс переработки отходов постоянных магнитов.

Использование растворов хлора в системе ТБФ-ТХЭ с концентрацией хлора менее 0,5 моль/л приведет к значительному снижению эффективности растворения постоянных магнитов. Использование растворов ТБФ-ТХЭ с концентрацией хлора более 4,0 моль/л будет приводить к увеличению скорости побочной реакции хлорирования растворяющей системы.

Согласно изобретению переработку отходов производства постоянных магнитов осуществляют следующим образом: в обогреваемый реактор загружают навеску постоянного магнита, заливают его растворяющей смесью ТБФ-ТХЭ, предварительно насыщенной хлором, и перемешивают. После окончания растворения нерастворившийся остаток отделяют, а к органическому раствору прибавляют водный раствор фторида щелочного металла или аммония. Раствор перемешивают, отфильтровывают образовавшийся осадок фторида неодима. Жидкую фазу разделяют на водную и органическую составляющие. Органическую фазу насыщают хлором и подают в голову процесса на растворение отходов производства постоянных магнитов. Водную фазу донасыщают фторидом щелочного металла или аммония и используют для последующих твердофазных реэкстракции.

Пример 1.

10 г отходов постоянных магнитов на основе лигатуры Nd-Fe-B растворяли в 50 мл системы ТБФ (30 об.%) - ТХЭ (70 об.%) при 40°С, насыщенной хлором до концентрации 1,0 моль/л, в течение 60 минут. Органическую фазу отделяли от нерастворившегося остатка и обрабатывали при перемешивании раствором фторида натрия. Из органического раствора осаждался комплексный фторид неодима, который отфильтровали. Водную и органическую фазы разделяли.

Пример 2

20 г отходов постоянных магнитов на основе лигатуры Nd-Fe-B растворяли в 100 мл системы ТБФ (50 об.%) - ТХЭ (50 об.%) при 40°С, насыщенной хлором до концентрации 0,5 моль/л, в течение 60 минут. Органическую фазу отделяли от нерастворившегося остатка и обрабатывали при перемешивании раствором фторида калия. Из органического раствора осаждался комплексный фторид неодима, который отфильтровали. Водную и органическую фазы разделяли.

Пример 3

20 г отходов постоянных магнитов на основе лигатуры Nd-Fe-B растворяли в 100 мл системы ТБФ (20 об.%) - ТХЭ (80 об.%) при 40°С, насыщенной хлором до концентрации 3,5 моль/л в течение 60 минут. Органическую фазу отделяли от нерастворившегося остатка и обрабатывали при перемешивании раствором фторида аммония. Из органического раствора осаждался комплексный фторид неодима, который отфильтровали. Водную и органическую фазы разделяли.

Пример 4

5 г отходов постоянных магнитов на основе лигатуры Nd-Fe-B растворяли в 50 мл системы ТБФ (80 об.%) - ТХЭ (20 об.%) при 50°С, насыщенной хлором до концентрации 4,0 моль/л, в течение 90 минут. Органическую фазу отделяли от нерастворившегося остатка и обрабатывали при перемешивании раствором фторида натрия. Из органического раствора осаждался комплексный фторид неодима, который отфильтровали. Водную и органическую фазы разделяли.

Пример 5.

10 г отходов постоянных магнитов на основе лигатуры Nd-Fe-B растворяли в 200 мл системы ТБФ (5 об.%) - ТХЭ (95 об.%) при 50°С, насыщенной хлором до концентрации 0,75 моль/л, в течение 90 минут. Органическую фазу отделяли от нерастворившегося остатка и обрабатывали при перемешивании раствором фторида аммония. Из органического раствора осаждался комплексный фторид неодима, который отфильтровали. Водную и органическую фазы разделяли.

Таким образом, предлагаемый способ переработки отходов производства постоянных магнитов на основе лигатуры Nd-Fe-B позволяет интенсифицировать процесс утилизации отходов путем совмещения операций растворения и экстракции в одну стадию, применения неводной растворяющей системы. На стадии выделения фторида неодима из раствора применена твердофазная реэкстракция, позволяющая совместить операции осаждения и реэкстракции, с отделением неодима от железа.