專利名稱：一種用冷坩堝感應(yīng)熔煉技術(shù)回收NdFeB廢料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種回收NdFeB廢料的方法。
背景技術(shù)：
稀土是重要的戰(zhàn)略物資，其中的稀土永磁材料NdFeB合金已經(jīng)成為武器、航空航天、計(jì)算機(jī)、汽車、電子、儀表、電機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、音響器材等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心材料。稀土永磁材料NdFeB合金是1982年發(fā)現(xiàn)的迄今為止磁性能最強(qiáng)的永磁材料，其主要化學(xué)成分Nd(釹)、Fe (鐵)、B (硼)，其主相晶胞在晶體學(xué)上為四方結(jié)構(gòu)，分子式為 Ndfei4B。除主相NdJe14B外，NdFeB合金中還含有少量的富Nd相，富B相等其它相。其中主相和富Nd相是決定NdFeB合金永磁特性的最重要的二個(gè)相。今天，NdFeB合金已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、醫(yī)學(xué)器械、通訊器件、電子器件、磁力機(jī)械等領(lǐng)域。我國(guó)每年生產(chǎn)NdFeB磁體約10萬(wàn)噸，每年產(chǎn)生的NdFeB廢料約2萬(wàn)噸，它們包括熔煉殘料、磁體制作和加工過(guò)程的邊角料、不合格的廢品，以及使用過(guò)程的破損件、報(bào)廢件等等。在這些廢料中含有約30%的稀土元素，其中主要是Nd和ft·，還有少量貴重的Dy、Tb 等重稀土。因此，回收這些不可再生的稀土資源不僅有重要的社會(huì)意義，而且能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。過(guò)去回收NdFeB廢料采用的均為化學(xué)方法，包括硫酸一復(fù)鹽沉淀法、全溶法、氧化焙燒一鹽酸溶解法、自然氧化-鹽酸溶解法，等等。這些方法的共同特點(diǎn)是采用化學(xué)處理一一用酸、堿等化學(xué)試劑將NdFeB溶解(或溶解后沉淀)，用化學(xué)法或萃取法去除！^等雜質(zhì)，然后萃取分離得到單一稀土的溶液，最后再沉淀灼燒得到單一稀土的氧化物。如果要制備NdFeB，那還需要先電解得到金屬，再熔煉合金。歸根到底，這些技術(shù)都是把NdFeB廢料當(dāng)作稀土精礦，從頭進(jìn)行前處理、萃取、灼燒和電解、熔煉過(guò)程，完全拋棄了這些廢料已經(jīng)形成的成分狀態(tài)。所以，這些流程都具有工藝復(fù)雜，流程長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高，污染嚴(yán)重，建廠投資大等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有的化學(xué)處理方法回收NdFeB廢料工藝復(fù)雜、成本高、污染嚴(yán)重、投資大的缺陷，提供一種工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染、成本低、投資小的用冷坩堝感應(yīng)熔煉技術(shù)回收NdFeB廢料的方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出以下技術(shù)方案一種用冷坩堝感應(yīng)熔煉技術(shù)回收NdFeB廢料的方法，其包括如下步驟
步驟1 前處理工序先用人工將NdFeB廢料中明顯的異物分揀出去，再用煤油清洗廢料表面的油污，然后將廢料破碎成粒度小于3mm的顆粒，在磁選機(jī)中選出非鐵磁性的雜物， 最后將經(jīng)過(guò)磁選的物料烘干；
步驟2 粗提純工序在冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備中加熱NdFeB廢料，熔化后加大功率使料液翻騰，去除易揮發(fā)雜質(zhì)，然后降低功率使雜質(zhì)渣漂浮到料液的表面，去掉溢流管的管塞，使料液的表層流出水冷銅坩堝，進(jìn)入水冷銅坩堝側(cè)面的廢液罐中，然后向下拉動(dòng)水冷銅坩堝下方的拉桿，使連在拉桿上的坩堝塞向下落到模具的底部，使經(jīng)過(guò)粗提純的料液注入模具中；
步驟3 精提純工序利用冷坩堝定向凝固設(shè)備，使經(jīng)過(guò)粗提純的物料在管狀的水冷銅坩堝中熔化，然后利用水冷的拉桿向下拉水冷的坩堝底，使料液向下移出高溫區(qū)并且凝固； 在料液凝固過(guò)程中，原來(lái)溶解在金屬中分配系數(shù)小于1的雜質(zhì)原子就從凝固相的表面排斥到料液中，凝固相就得到了提純；隨著坩堝底繼續(xù)向下移動(dòng)和加料器持續(xù)向水冷銅坩堝加入粗提純料，精提純后凝固的料棒的數(shù)量不斷增加。上述技術(shù)方案的進(jìn)一步限定在于，在步驟3之后，還有如下步驟4 混合重熔工序 在大型冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備或大型中頻真空感應(yīng)爐中進(jìn)行混合重熔后分析成分，然后進(jìn)行再重熔，在再重熔的過(guò)程補(bǔ)加合金元素，令其具有標(biāo)準(zhǔn)成分。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出以下第二個(gè)技術(shù)方案一種用冷坩堝感應(yīng)熔煉技術(shù)回收NdFeB廢料的方法，其包括如下步驟
步驟1 前處理工序先用人工將NdFeB廢料中明顯的異物分揀出去，再用煤油清洗廢料表面的油污，然后將廢料破碎成粒度小于3mm的顆粒，在磁選機(jī)中選出非鐵磁性的雜物， 最后將經(jīng)過(guò)磁選的物料烘干；
步驟2 粗提純工序在冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備中加熱NdFeB廢料，熔化后加大功率使料液翻騰，去除易揮發(fā)雜質(zhì)，然后降低功率使雜質(zhì)渣漂浮到料液的表面，去掉溢流管的管塞，使料液的表層流出水冷銅坩堝，進(jìn)入水冷銅坩堝側(cè)面的廢液罐中，然后向下拉動(dòng)水冷銅坩堝下方的拉桿，使連在拉桿上的坩堝塞向下落到模具的底部，使經(jīng)過(guò)粗提純的料液注入模具中；
步驟3 混合重熔工序在大型冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備或大型中頻真空感應(yīng)爐中進(jìn)行混合重熔后分析成分，然后進(jìn)行再重熔，在再重熔的過(guò)程補(bǔ)加合金元素，令其具有標(biāo)準(zhǔn)成分。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出以下第三個(gè)技術(shù)方案一種用冷坩堝感應(yīng)熔煉技術(shù)回收NdFeB廢料的方法，其包括如下步驟
步驟1 前處理工序先用人工將NdFeB廢料中明顯的異物分揀出去，再用煤油清洗廢料表面的油污，然后將廢料破碎成粒度小于3mm的顆粒，在磁選機(jī)中選出非鐵磁性的雜物， 最后將經(jīng)過(guò)磁選的物料烘干；
步驟2 精提純工序利用冷坩堝定向凝固設(shè)備，使經(jīng)過(guò)粗提純的物料在管狀的水冷銅坩堝中熔化，然后利用水冷的拉桿向下拉水冷的坩堝底，使料液向下移出高溫區(qū)并且凝固； 在料液凝固過(guò)程中，原來(lái)溶解在金屬中分配系數(shù)小于1的雜質(zhì)原子就從凝固相的表面排斥到料液中，凝固相就得到了提純；隨著坩堝底繼續(xù)向下移動(dòng)和加料器持續(xù)向水冷銅坩堝加入粗提純料，精提純后凝固的料棒的數(shù)量不斷增加；
步驟3 混合重熔工序在大型冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備或大型中頻真空感應(yīng)爐中進(jìn)行混合重熔后分析成分，然后進(jìn)行再重熔，在再重熔的過(guò)程補(bǔ)加合金元素，令其具有標(biāo)準(zhǔn)成分。本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵是采用真空懸浮熔煉技術(shù)，這種技術(shù)是一種使被熔材料呈懸浮或準(zhǔn)懸浮狀態(tài)的新技術(shù)，它在排除氣氛分子對(duì)材料污染的基礎(chǔ)上進(jìn)一步消除了坩堝材料引起的污染，所以，它是一種理想的熔煉技術(shù)，屬于當(dāng)代最先進(jìn)的材料制備技術(shù)中之一。得到實(shí)際應(yīng)用的真空懸浮熔煉技術(shù)是冷坩堝真空感應(yīng)熔煉技術(shù)，它“將分瓣的水冷銅坩堝置于交變電磁場(chǎng)內(nèi)，利用電磁場(chǎng)產(chǎn)生的渦流加熱坩堝中的金屬使其熔化，依靠電磁力使熔融金屬與坩堝壁保持軟接觸或非接觸狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)爐料的懸浮熔煉術(shù)。，，
本發(fā)明具有如下有益效果
1、用物理冶金法代替以前的化學(xué)處理法回收NdFeB廢料，克服化學(xué)回收法的各種缺點(diǎn)，在冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備中將NdFeB廢料加熱熔化，使廢料中的渣料漂浮到液相表面，使溶解在金屬中的金屬和非金屬雜質(zhì)(Si、Al、C、S、P、0、N、H等)在定向凝固的過(guò)程中從凝固相的表面排斥到液相，從而實(shí)現(xiàn)金屬純化。2、在整個(gè)回收方法中，物料中NdFeB的分子組成基本保持不變，狀態(tài)變化小，能量消耗少；
3、除了前處理之外，主要工序都在真空設(shè)備中進(jìn)行，不使用酸、堿、鹽等化工產(chǎn)品，幾乎沒(méi)有廢液、廢氣、粉塵產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有污染；
4、產(chǎn)品是NdFeB的坯料，其中狗、Co、ft·、Dy、Tb等合金元素仍然存在，生產(chǎn)NdFeB磁體可以直接使用，至多再進(jìn)行熔煉，做輕微的成分調(diào)整；
5、技術(shù)簡(jiǎn)單，工藝流程短，生產(chǎn)線只需要幾臺(tái)設(shè)備，少數(shù)工人，所以建設(shè)投資小，生產(chǎn)成本低，實(shí)際上，生產(chǎn)過(guò)程的消耗主要只是電能；
6、與傳統(tǒng)的化學(xué)方法相比，用懸浮熔煉技術(shù)回收NdFeB廢料具有工藝簡(jiǎn)單，流程短，生產(chǎn)成本低，污染小，建廠投資小等優(yōu)點(diǎn)。7、本發(fā)明的技術(shù)也可以用于回收稀土超磁致伸縮合金TbDyi^e的廢料，回收其它各種稀土金屬和稀土合金的廢料。


圖1為步驟1在冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備中的示意圖。圖2為步驟2在冷坩堝定向凝固設(shè)備中的示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1至圖2，本發(fā)明提出一種用冷坩堝感應(yīng)熔煉技術(shù)回收NdFeB廢料的方法，以回收處理NdFeB廢料1500噸/年為例，該回收方法包括如下步驟
步驟1 前處理工序先用人工將NdFeB廢料中明顯的異物分揀出去，再用煤油清洗廢料表面的油污，然后將廢料破碎成粒度小于3mm的顆粒，在磁選機(jī)中選出非鐵磁性的雜物， 最后將經(jīng)過(guò)磁選的物料烘干；
步驟2 粗提純工序如圖1所示，在冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備1中加熱NdFeB廢料，熔化后加大功率使料液7翻騰，去除易揮發(fā)雜質(zhì)，然后降低功率使雜質(zhì)渣8漂浮到料液7的表面，去掉溢流管9的管塞(圖未示)，使料液7的表層流出水冷銅坩堝2，進(jìn)入水冷銅坩堝2側(cè)面的廢液罐(圖未示)中，然后向下拉動(dòng)水冷銅坩堝2下方的拉桿5，使連在拉桿5上的坩堝塞4向下落到模具6的底部，使經(jīng)過(guò)粗提純的料液7注入模具6中；
上述冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備1應(yīng)設(shè)計(jì)得具有在不破壞真空的條件下可以為下一爐加料，鑄造的錠可以翻出使模具能繼續(xù)使用。這樣，不破壞真空的條件下可以在完成第一爐粗提純后進(jìn)行第二、第三爐，以及更多爐的粗提純。在該實(shí)施例中，使用的冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備1的規(guī)格是150kg/爐，30min/爐， 電源的功率是800kw。使用該設(shè)備每日工作16小時(shí)可以處理4. 8噸的廢料，每年處理的廢料約1500噸。步驟3 精提純工序如圖2所示，利用冷坩堝定向凝固設(shè)備10，使經(jīng)過(guò)粗提純的物料在管狀的水冷銅坩堝12中熔化，然后利用水冷的拉桿15向下拉水冷的坩堝底11，使料液7向下移出高溫區(qū)并且凝固；在料液凝固過(guò)程中，原來(lái)溶解在金屬中分配系數(shù)小于1的雜質(zhì)原子13就從凝固相17的表面排斥到料液7中，凝固相就得到了提純；隨著坩堝底11繼續(xù)向下移動(dòng)和加料器15持續(xù)向水冷銅坩堝12加入粗提純料16，精提純后凝固的料棒14的數(shù)量不斷增加。該實(shí)施例中，使用的冷坩堝定向凝固設(shè)備10，其電源的功率是500kw，水冷銅坩堝 12的內(nèi)徑是300mm，坩堝底11的移動(dòng)速度是lOmm/min，該設(shè)備每小時(shí)能處理340kg的粗純料，一天12小時(shí)可以處理4噸，一年的處理量超過(guò)1200噸。步驟4 混合重熔工序在規(guī)格為1噸/爐，電源功率為300kw的大型中頻真空感應(yīng)爐(圖未示)中進(jìn)行混合重熔后分析成分，然后進(jìn)行再重熔，在再重熔的過(guò)程補(bǔ)加合金元素，令其具有標(biāo)準(zhǔn)成分。在此需要強(qiáng)調(diào)的是
1、如果廢料不是特別臟，可以省略步驟2即粗提純工序，前處理之后直接進(jìn)入精提純工序；
2、如果對(duì)成品的純度的要求不是很高，則可以省略步驟3即精提純工序，以步驟2粗提純之后的物料作為NdFeB坯料產(chǎn)品；
3、如果廢料的來(lái)源比較一致，或者對(duì)產(chǎn)品NdFeB坯料成分的一致性要求不高，還可以省略步驟4即混合重熔工序。4、雖然在普通的真空感應(yīng)熔煉爐中，在熔融狀態(tài)下，雜質(zhì)與金屬也能分離，但是它采用的陶瓷坩堝與NdFeB廢料中的稀土元素會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反應(yīng)，所以只有懸浮熔煉設(shè)備如冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備1適合于這種回收方法。本發(fā)明的有益效果包括
1、在整個(gè)回收方法中，物料中NdFeB的分子組成基本保持不變，狀態(tài)變化小，能量消耗
少；
2、除了前處理之外，主要工序都在真空設(shè)備中進(jìn)行，不使用酸、堿、鹽等化工產(chǎn)品，幾乎沒(méi)有廢液、廢氣、粉塵產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有污染；
3、產(chǎn)品是NdFeB的坯料，其中狗、Co、ft·、Dy、Tb等合金元素仍然存在，生產(chǎn)NdFeB磁體可以直接使用，至多再進(jìn)行熔煉，做輕微的成分調(diào)整；
4、技術(shù)簡(jiǎn)單，工藝流程短，生產(chǎn)線只需要幾臺(tái)設(shè)備，少數(shù)工人，所以建設(shè)投資小，生產(chǎn)成本低，實(shí)際上，生產(chǎn)過(guò)程的消耗主要只是電能；
5、與傳統(tǒng)的化學(xué)方法相比，用懸浮熔煉技術(shù)回收NdFeB廢料具有工藝簡(jiǎn)單，流程短，生產(chǎn)成本低，污染小，建廠投資小等優(yōu)點(diǎn)。下面具體分析投資和收益
在該實(shí)施例中，成材率按70%計(jì)，它的產(chǎn)量超過(guò)1000噸/年，銷售額超過(guò)20000萬(wàn)元(售價(jià)按20萬(wàn)元/噸計(jì))。生產(chǎn)成本包括以下4方面
1、原料成本=NdFeB廢料按照5萬(wàn)元/噸計(jì)，原料總成本為7500萬(wàn)元/年。2、電費(fèi)生產(chǎn)線的總電容量是2000kw，設(shè)實(shí)際用量1500kw，每日開(kāi)爐的平均時(shí)間 15小時(shí)，加熱電源的工作時(shí)間是10小時(shí)計(jì)，其電能消耗是15000度/日，4500000度/年 (按300天/年計(jì))，合450萬(wàn)元/年(按1元/度計(jì))。3、人工費(fèi)生產(chǎn)線員工總數(shù)為40人，按3000元/人/月計(jì)，人工費(fèi)合計(jì)144萬(wàn)元。4、其它如其它材料費(fèi)、辦公費(fèi)、營(yíng)銷費(fèi)等，按照206萬(wàn)元計(jì)。由此得到的結(jié)果是，生產(chǎn)成本總計(jì)8300萬(wàn)元/年，利稅總額為11700萬(wàn)元。
權(quán)利要求
1.一種用冷坩堝感應(yīng)熔煉技術(shù)回收NdFeB廢料的方法，其特征在于，其包括如下步驟 步驟1 前處理工序先用人工將NdFeB廢料中明顯的異物分揀出去，再用煤油清洗廢料表面的油污，然后將廢料破碎成粒度小于3mm的顆粒，在磁選機(jī)中選出非鐵磁性的雜物， 最后將經(jīng)過(guò)磁選的物料烘干；步驟2 粗提純工序在冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備中加熱NdFeB廢料，熔化后加大功率使料液翻騰，去除易揮發(fā)雜質(zhì)，然后降低功率使雜質(zhì)渣漂浮到料液的表面，去掉溢流管的管塞，使料液的表層流出水冷銅坩堝，進(jìn)入水冷銅坩堝側(cè)面的廢液罐中，然后向下拉動(dòng)水冷銅坩堝下方的拉桿，使連在拉桿上的坩堝塞向下落到模具的底部，使經(jīng)過(guò)粗提純的料液注入模具中；步驟3 精提純工序利用冷坩堝定向凝固設(shè)備，使經(jīng)過(guò)粗提純的物料在管狀的水冷銅坩堝中熔化，然后利用水冷的拉桿向下拉水冷的坩堝底，使料液向下移出高溫區(qū)并且凝固； 在料液凝固過(guò)程中，原來(lái)溶解在金屬中分配系數(shù)小于1的雜質(zhì)原子就從凝固相的表面排斥到料液中，凝固相就得到了提純；隨著坩堝底繼續(xù)向下移動(dòng)和加料器持續(xù)向水冷銅坩堝加入粗提純料，精提純后凝固的料棒的數(shù)量不斷增加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用冷坩堝感應(yīng)熔煉技術(shù)回收NdFeB廢料的方法，其特征在于， 在步驟3之后，還有如下步驟4 混合重熔工序在大型冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備或大型中頻真空感應(yīng)爐中進(jìn)行混合重熔后分析成分，然后進(jìn)行再重熔，在再重熔的過(guò)程補(bǔ)加合金元素，令其具有標(biāo)準(zhǔn)成分。
3.一種用冷坩堝感應(yīng)熔煉技術(shù)回收NdFeB廢料的方法，其特征在于，其包括如下步驟 步驟1 前處理工序先用人工將NdFeB廢料中明顯的異物分揀出去，再用煤油清洗廢料表面的油污，然后將廢料破碎成粒度小于3mm的顆粒，在磁選機(jī)中選出非鐵磁性的雜物， 最后將經(jīng)過(guò)磁選的物料烘干；步驟2 粗提純工序在冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備中加熱NdFeB廢料，熔化后加大功率使料液翻騰，去除易揮發(fā)雜質(zhì)，然后降低功率使雜質(zhì)渣漂浮到料液的表面，去掉溢流管的管塞，使料液的表層流出水冷銅坩堝，進(jìn)入水冷銅坩堝側(cè)面的廢液罐中，然后向下拉動(dòng)水冷銅坩堝下方的拉桿，使連在拉桿上的坩堝塞向下落到模具的底部，使經(jīng)過(guò)粗提純的料液注入模具中；步驟3 混合重熔工序在大型冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備或大型中頻真空感應(yīng)爐中進(jìn)行混合重熔后分析成分，然后進(jìn)行再重熔，在再重熔的過(guò)程補(bǔ)加合金元素，令其具有標(biāo)準(zhǔn)成分。
4.一種用冷坩堝感應(yīng)熔煉技術(shù)回收NdFeB廢料的方法，其特征在于，其包括如下步驟 步驟1 前處理工序先用人工將NdFeB廢料中明顯的異物分揀出去，再用煤油清洗廢料表面的油污，然后將廢料破碎成粒度小于3mm的顆粒，在磁選機(jī)中選出非鐵磁性的雜物， 最后將經(jīng)過(guò)磁選的物料烘干；步驟2 精提純工序利用冷坩堝定向凝固設(shè)備，使經(jīng)過(guò)粗提純的物料在管狀的水冷銅坩堝中熔化，然后利用水冷的拉桿向下拉水冷的坩堝底，使料液向下移出高溫區(qū)并且凝固； 在料液凝固過(guò)程中，原來(lái)溶解在金屬中分配系數(shù)小于1的雜質(zhì)原子就從凝固相的表面排斥到料液中，凝固相就得到了提純；隨著坩堝底繼續(xù)向下移動(dòng)和加料器持續(xù)向水冷銅坩堝加入粗提純料，精提純后凝固的料棒的數(shù)量不斷增加；步驟3 混合重熔工序在大型冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備或大型中頻真空感應(yīng)爐中進(jìn)行混合重熔后分析成分，然后進(jìn)行再重熔，在再重熔的過(guò)程補(bǔ)加合金元素，令其具有標(biāo)準(zhǔn)成分。
5. 一種用冷坩堝感應(yīng)熔煉技術(shù)回收NdFeB廢料的方法，其特征在于，這種方法也可以用于回收稀土超磁致伸縮合金TbDyi^e的廢料，回收其它各種稀土金屬和稀土合金的廢料。
全文摘要
一種用冷坩堝感應(yīng)熔煉技術(shù)回收NdFeB廢料的方法，其包括如下步驟步驟1前處理工序；步驟2粗提純工序；步驟3精提純工序；步驟4混合重熔工序。本發(fā)明用冷坩堝感應(yīng)熔煉技術(shù)回收NdFeB廢料的方法工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染、成本低、投資小。
文檔編號(hào)C22B59/00GK102492848SQ20111043383
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者李碚 申請(qǐng)人:張森