钕铁硼回收 热力学分析.ppt

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1、稀土永动机队2014年10月20日分析NdFeB废料中的稀土元素在焙烧过程中各元素的热力学行为及吸放热情况潘荣选黄彬黄超毛振强刘帆郭欢王宗俊目录123344论题背景及意义讨论方法处理结果结论钕铁硼(NdFeB)作为第三代磁性材料，具有磁能积高、体积小的特点，由于其优异的磁性而被称为“磁王”，被广泛应用到多个领域，广泛应用于各类电机、核磁共振成像装置、磁悬列车及其他光、电等技术领域。随着现代科学技术的迅猛发展,稀土金属的应用范围不断扩大,现已成为高科技新材料不可缺少的原材料其中稀土永磁材料利用了稀土的特殊磁性能,可制造各类超

2、级永磁体论题背景及意义1.1讨论背景1.1讨论背景20世纪90年代以来,稀土永磁材料的用量在国际上一直保持15%～20%且国内则大于30%的年递增速度。钕铁硼的产量已超过10万吨，产生钕铁硼废料约2万吨。1.在NdFeB材料的生产过程中,有许多边角料、残次品和切磨下来的废料,总损耗高达30%以上,因此,加强NdFeB废料回收的研究与生产,有着重要的现实意义。2.加强NdFeB废料的回收不仅合理的利用了资源,同时也减少了环境污染，对钕铁硼废料资源化综合利用十分必要并会产生显著的了节约社会效益和可观的经济效。1.1讨论背景这其

3、中，酸溶沉淀工艺和盐酸优溶工艺都要经历氧化焙烧这一过程，这里重点介绍盐酸优溶工艺。工艺流程见下图：工艺名称优点缺点使用情况酸溶沉淀工艺流程短、工艺稳定稀土收率较低很少采用复盐转化工艺得到稀土氧化物程度高流程长，收率低部分使用盐酸优溶工艺流程较简、收率高、生产成本低/逐渐推广1.2讨论意义工艺流程图将钕与铁转化为氧化物，B氧化成气体形式回收，从而有利于下一步的酸分解加盐酸溶解，使之转化为氯化物溶液利用环烷酸萃取除铁得到氯化稀土溶液1.2.1氧化焙烧氧化焙烧是盐酸优溶工艺的关键工序，通过一条件的严格控制，使废料中稀土元素完全转

4、变成化价态的形式存在，铁变成氧化铁的形态存在。生产实践表明：如果条件控制不好，致使物料氧化不完全，将会增大酸耗，影响收率，增大生产成本。所以熔烧的工艺条件控制是正常生产的关键。目录123344论题背景及意义讨论方法处理结果结论2.研究的主要方法1、了解NdFeB废料中各元素的种类和质量百分率以及焙烧过程中各元素的化学反应。2、运用HSC软件对NdFeB氧化焙烧多元、多相、多反应的复杂体系进行氧化平衡组份的计算与分析，确定焙烧过程中各元素的热力学行为。3、运用冶金热力学知识确定反应吸放热情况。目录123344论题背景及意义讨

5、论方法处理结果结论3.1NdFeB废料的主要化学组成及含量氧化焙烧主要化学反应式4Fe+3O2=2Fe2O34Nd+3O2=2Nd2O34B+3O2=2B2O34Dy+3O2=2Dy2O3w%元素REOBNd2O3Pr6O11La2O3CeO2Dy2O3CoFe含量%331.195.30.350.0110.0124.34.161.83.2运用HSC软件的分析先用HSCChemistry软件分别计算各反应的吉布斯自由能ΔG随温度T变化情况通过比较各反应的ΔG变化趋势，得出各反应式进行的相对难易程度,所得结果如图所示由图可以有

6、以下结论：NdFeB废料中各种成分氧化焙烧反应的ΔGθ都小于零，说明反应均可自发进行。由图可得，控制焙烧温度为700～1100K最好。兼顾了反应速率和运行费用，最为经济可行。1000K下氧化顺序为：Pr6O110时吸热，ΔrH<0时放热。对于纯固体或纯液体，处于标准压力Pθ和温度为T的状态为标准态，此时反应焓称为标准焓变，记为ΔrHθ，单位KJ/mol。3.3.1计算所需

7、要的公式=+ΔrcpdTΔrcp=ΔCp=Δa+ΔbT+ΔcT2+Δc’3.3.2计算查资料可知：4Fe(S)+3O2(g)=2Fe2O3(S)4B(S)+3O2(g)=2B2O3(g)Fe、O2、Fe2O3的ΔrHθ各为0、0、-825.50KJ/mol;Fe、O2、Fe2O3的cp中的a、b、c、c’各为：元素abcc’Fe17.4924.77×10-300O229.964.184×10-30-1.67×105Fe2O398.2877.82×10-30-14.85×1053.3.2计算4Fe(S)+3O2(g)=

8、2Fe2O3(S)∵ΔCp=Δa+ΔbT+ΔcT2+Δc’∴ΔCp（Fe2O3）=98.28+77.82×10-3T-14.85×105/T2ΔCp（O2）=29.96+4.184×10-3T-1.67×105/T2ΔCp（Fe）=17.49+24.77×10-3T又∵Δrcp=∴Δrcp=2×（98.