Введение к работе
Актуальность темы. Редкоземельные металлы (РЗМ) и изделия из шх широко используются в самых передовых и наукоемких отраслях тромышленности. Однако, наиболее быстроразвивающейся отраслью (годовой трирост 15-20 %), потребляющей РЗМ, является магнитное производство. Потребность магнитного производства в РЗМ (Nd,Sm,Dy,Tb,Pr,Y) непрерывно возрастает и составляет в настоящее время 4-5 тыс; тонн/год. В России, в гачале 90-х годов, так же существовало более десятка предприятий, ежегодно іроизводящих до 30 тонн редкоземельных магнитов. Однако, после распада UCCP Россия лишилась интегрированного производства РЗМ и все троизводители редкоземельных магнитов оказались перед острой сырьевой троблемой. Создать новое РЗ производство в настоящее время в России гереально. Поэтому весьма актуальным является: во-первых, поиск ільтернативньгх источников РЗ-сырья, в качестве которых предлагается гспользовать отходы магнитного производства, которые содержат один или несколько РЗ элементов и не требуют глубокого поэлементного разделения; jo-вторых, разработать малоотходную технологию регенерации РЗМ и других ценных компонентов из отходов магнитного производства на базе іействующих химических предприятий, в частности, СХК.
Классификация отходов производства РЗ-содержащих сплавов и магнитов, действующего на СХК, представлена на рис. 1. Наиболее богатыми го содержанию РЗМ и легирующих добавок (Со, Ті и др.) являются отходы нлифования заготовок магнитов (шлифотходы), доля которых составляет 10-Ю % от массы готовой продукции.
Представляемая работа посвящена разработке комплексной галоотходной и экологически чистой фторидной технологии регенерации РЗМ і ценных компонентов из шлифотходов магнитного производства.
g 1200 6
л 1000
D Количество металлических РЗМ
Е Общее количество отходов данного вида
Шлаки 8П Шлмфстходы Скрап поел* инд укропного переплава
Брак Отходы
П*О(0СТр)ГЙМ0Й
обработки слитков
Рис. 1.1 - Классификация отходов магнитного производства
Настоящая работа является продолжением исследований и разработок, проводимых СГИ ТПУ совместно с СХК и рядом других организаций, по использованию фторидной технологии для получения редких, РЗ и радиоактивных металлов и сплавов, выполняемых в рамках программ конверсии предприятий министерства Атомной энергии № АШ-П2-31781 от 16.09.93 г. и СХК № 80-12/305 от 10.09.89 г. и № 80/3309 от 01.12.89 г. и в соответствии с планом НИР, госбюджетных и хозяйственных договоров СХК, ТПУ, ВНИИНМ, Минатома РФ и Госкомитета РФ по высшему и среднему образованию с СТИ ТПУ.
Цель работы - разработка технологии переработки шлифотходов производства магнитов на основе Nd-Fe-B с целью получения редкоземельного сырья для магнитного производства, соответствующего современным техническим требованиям.
Для достижения этой цели было необходимо решить следующие задачи:
исследовать физико-химические свойства вторичного сырья -шлифотходов от производства магнитов на основе Nd-Fe-B;
разработать технологию утилизации этих отходов, вписывающуюся в основную технологию производства магнитов на СХК и включающую в себя следующие операции: обезуглероживание, сушку, окисление, фторирование,
восстановление и получение магнитов;
- изучить физико-химические основы этих процессов для
определения влияния различных факторов на скорость их протекания;
провести опытно-промышленную проверку разработанной технологии.
Решение поставленных задач позволило получить ряд теоретических и экспериментальных результатов, определяющих научную новизну работы:
- впервые разработана и испытана в лабораторных и опытно-
промышленных условиях "сухая" фторидная технология переработки
шлифотходов магнитного производства, включающая; операции
обезжиривания, сушки, окисления, фторирования, восстановления, получения
магнитов;
рассчитаны термодинамические, определены кинетические и оптимальные технологические параметры указанных выше процессов;
установлен механизм внепечного обезуглероживания шлифотходов, позволяющий получить продукты с заданной степенью окисления;
- установлен механизм процесса фторирования Nd203, Fe203, их
:месей и окисленных шлифотходов в изотермических условиях. Это
позволило снизить температуру процесса до 250 С при сохранении степени
их фторирования на уровне 96-98 %.
Методика и оборудование для проведения экспериментов. Все исследования проводились на установках СТИ ТПУ, ТПУ и промышленных установках СХК. Состав продуктов контролировали рентгенофазовым, ЯМР, эентгенофлуоресцентным методами, а также химическими методами в таборатории металловедения, лабораториях Химико-металлургического, ^ублиматного заводов СХК, ТПУ и ИХН СО РАН.
Достоверность результатов исследований и научных положений тодтверждена соответствием результатов, полученных различными методами шализов, удовлетворительным совпадением теоретических и
экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях и при промышленных испытаниях.
Практическая значимость. Результаты работы послужили основой для опытно-промышленной проверки на СХК технологии утилизации отходов магнитного производства, основанной на последовательном их окислении в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), фторировании элементным фтором, кальциетермическом восстановлении с получением сплавов, являющихся готовым материалом как для реализации на рынке, так и для изготовления магнитов. Разработанная технология позволяет из шлифотходов вернуть в производство до 95-97 % РЗМ, железа и легирующих добавок.
По данной технологии была переработана опытно-промышленная партия шлифотходов магнитного участка ХМЗ СХК с получением из них магнитных материалов в виде сплавов и лигатур, соответствующих ТУ СХК.
Проведено технико-экономическое обоснование создания на СХК участка по переработке шлифотходов магнитного производства по "сухой" фторидной технологии.
Положения, выносимые на защиту. Результаты исследования физико-химических основ фторидной технологии переработки шлифотходов, включающей процессы: обезжиривания, сушки, магнитной сепарации, фторирования, восстановления, а так же результаты опытно-промышленной переработки партии шлифотходов на СХК.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на: Международной конференции по РЗМ (г. Красноярск, 1995 г.); Областной научно-практической конференции молодежи и студентов (г. Томск, ТПУ,
1996 г.); 15-том Международном симпозиуме по фтору (г. Ванкувер, Канада,
1997 г.); Х11-ой Международной конференции по постоянным магнитам
(г. Владимир, 1997 г.); Х-ом Симпозиуме по химии неорганических фторидов
(Москва, 1998 г.); 5-ой научно-технической конференции СХК (г. Северск,
1998 г.); Международной научной конференции "Металлургия. XXI век: шаг в
будущее" (г. Красноярск, 1998 г.); ХП-ой Международной конференции по постоянным магнитам (Суздаль, 1998 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 17-ти публикациях, в том числе: в 4-х научных отчетах и статьях, сборниках материалов Международных, отраслевых и Российских конференций и :импозиумов, а разработанный способ переработки шлифотходов защищен патентом России.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 242