Наведено результати досліджень щодо застосування магнітної сепарації в переробці технологічних відходів від виробництва магнітних сплавів РЗМ-Fe (З) -В і лігатур РЗМ-Fe по фторидної технології. Показана принципова можливість отримання магнітної фракції у вигляді РЗМ-яке містить концентрату з витяганням РЗМ до 60 мас. % Від залишкового вмісту в шлаках відновної плавки фторидів металів.

Анотація наукової статті по промисловим біотехнологій, автор наукової роботи - Софронов Володимир Леонідович, Буйновский Олександр Сергійович, Макасєєв Юрій Миколайович, Макасєєв Андрій Юрійович, Догаєв Віталій Владиславович


The article introduces the results of investigation of applying magnetic separation in processing production wastes of manufacturing REM-Fe (З) -В and REM-Fe magnetic alloys by fluoric technology. The authors show the possibility of obtaining magnetic fraction in the form of REM-containing concentrate at REM extraction to 60 wt. % From residual content of metal fluoride reduction melting in slags.


Область наук:
  • промислові біотехнології
  • Рік видавництва діє до: 2012
    Журнал: Известия Томського політехнічного університету. Інжиніринг ГЕОРЕСУРСИ
    Наукова стаття на тему 'Магнітна сепарація шлаків виробництва сплавів РЗМ-Fe (Co) -b і лігатур РЗМ-Fe'

    Текст наукової роботи на тему «Магнітна сепарація шлаків виробництва сплавів РЗМ-Fe (Co) -b і лігатур РЗМ-Fe»

    ?УДК 622.778: 621.318.2

    МАГНИТНАЯ СЕПАРАЦІЯ ШЛАКІВ ВИРОБНИЦТВА СПЛАВОВ РЗМ-Fe (Co) -B

    І лігатури РЗМ-Fe

    В.Л. Софронов, А.С. Буйновский, Ю.Н. Макасєєв, А.Ю. Макасєєв, В.В. Догаєв

    Сіверський технологічний інститут НІЯУ «МІФІ»

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Наведено результати досліджень щодо застосування магнітної сепарації в переробці технологічних відходів отпроіз-ництва магнітних сплавів РЗМ-Її (З) -В і лігатур РЗМ-Fe по фторидної технології. Показана принципова можливість отримання магнітної фракції у вигляді РЗМ-яке містить концентрату з витяганням РЗМ до 60 мас. % Від залишкового вмісту в шлаках відновної плавки фторидів металів.

    Ключові слова:

    Магніти Nd-Fe-B, фторидна технологія, позапічної відновлення, шлак відновної плавки, рідкісні землі, магнітна сепарація.

    Key words:

    Nd-Fe-B magnets, fluoric technology, out-of-furnace reduction, regenerative smelting slag, rare earth, magnetic separation.

    Новий клас постійних магнітів на основі системи «РЗМ-Бе-В-легирующие добавки» (РЗМ - рідкоземельні метали) використовується практично у всіх сферах людської діяльності [1-4]. Ці матеріали мають найбільш високу енергію з відомих магнітів, тому їх застосування дозволяє значно зменшити масогабаритні характеристики виробів і підвищити ККД обладнання. У зв'язку з цим світовий ринок їх виробництва зростає стрімко [5, 6].

    Основні методи отримання рідкоземельних високоенергетичних постійних магнітів - порошкова металургія та центрифугування з розплаву [2, 4]. Початковою сировиною для отримання магнітів є сплави Ш-Бе-Б, лігатури №-Бе, Бу-Бе і інші. Збільшення коерцитивної сили і підвищення точки Кюрі магнітних матеріалів досягають легированием сплавів Бу, ТЬ і іншими металами. Перспективний спосіб виробництва магнітних сплавів РЗМ-Бе (З) -Б і лігатур РЗМ-Бе - суха фторидна технологія із застосуванням елементного фтору [1-3]. В результаті позапічної відновної плавки (ВП) сумішей фторидів РЗМ (Ш, Рг, Бу, ТЬ), і перехідних металів (Бе, З) з додаванням в шихту порошків металевого заліза, ферробор, легуючих добавок (Со, А1, Т і т. д.) металевим кальцієм утворюються злитки сплавів або лігатур. При цьому неминуче отримання технологічних відходів. На 1 кг сплаву припадає до 1,2 ... 1,5 кг шлаку. При позапічної ВП вихід сплаву в злиток становить 93.98 мас. % І залежить від багатьох факторів, основні з яких - ступінь фторування вихідних оксидів рідкоземельних елементів (РЗЕ), надлишок відновника (Са), термічно шихти і інші [7].

    Основними компонентами шлаків є СаБ2 і СаО змістом 85.90 і 6.10 мас. % Відповідно. Концентрація рідкоземельних елементів (РЗЕ) у відходах досягає 4.6 мас. %, Знаходяться вони у вигляді наступних сполук: невосстановлен-

    ні оксиди, оксифториди і фториди, включення сплавів РЗМ-Бе (З) -Б і лігатур РЗМ-Бе.

    КНР - єдина країна в світі, що здійснює поставки всіх видів рідкоземельної продукції - від сировини до готових продуктів. Однак викликає тривогу заяву уряду КНР в березні 2010 р про те, що, починаючи з 2011 р, вводяться жорсткі квоти на видобуток РЗМ-містять руд і їх реалізацію за кордон [8].

    У зв'язку з такою заявою з боку Китаю набуває особливої ​​актуальності переробка технологічних відходів з високим вмістом РЗЕ. Мета справжніх досліджень - вивчення можливості вилучення цінних компонентів зі шлаків виробництва магнітних сплавів №-Бе-Б і лігатур Бу-Бе за допомогою магнітної сепарації. Раніше роботи подібного плану не проводились.

    Магнітне збагачення засновано на комбінованій дії сил - магнітних, тяжкості і тертя. На якість і ефективність магнітного збагачення впливають такі фактори як розміри частинок магнітного матеріалу, швидкість подачі, товщина потоку на магніті, властивості баластних матеріалів в потоці, обсяг отсепарирован магнітної фракції, напруженість магнітного поля та інші [9]. Магнітна сепарація не вимагає витрат реагентів, але для її проведення необхідно подрібнення вихідного матеріалу до оптимального грансостава і його розсівання. Сплави і лігатури мають досить високу магнітну сприйнятливість в порівнянні з фторидами і оксидами, тому частина з'єднань РЗМ, що знаходяться в шлаках у вигляді корольків або більш дрібних включень сплавів або лігатур можна виділити за допомогою магнітної сепарації [10, 11]. Питома магнітна сприйнятливість деяких з'єднань, які можуть бути присутніми у складі шлаків від ВП, представлена ​​в [12].

    В [9, 13] досить докладно описаний метод магнітного збагачення матеріалів і його примі-

    ня в переробці технологічних відходів. Чим більше магнітна сприйнятливість, тим більше сила тяжіння даного з'єднання до магніту.

    З [12] можна відзначити, що з відходів магнітного виробництва, що містять в основному флюорит СаБ2, мабуть, можна витягати шляхом магнітної сепарації сплави різних складів на основі Ш-Бе-Б, а також оксиди складного складу, в які перетворюються магнітні сплави і лігатури.

    Дослідження процесу магнітної сепарації шлаків від ВП проводили на лабораторному барабанному сепараторі, малюнок. Він має обертовий зовнішній барабан - 1, виготовлений з немагнітного матеріалу, всередині якого нерухомо закріплений магнітний барабан складається з високоенергетичних магнітів №-БГ-Б з магнітопро-водом зі сталі марки Ст.3. Кут заповнення барабана магнітами дорівнює 210 °. Магніти забезпечують індукцію на поверхні барабана на рівні

    0,25.0,35 Тл. Барабан приводиться в обертання від електроприводу - 9.

    Малюнок. Схема лабораторного магнітного сепаратора: 1) барабан; 2) постійні магніти ив-Ре-В; 3) віброживильники; 4) бункер; 5) подає жолоб; 6) привід живильника; 7) порошок для сепарації; 8) блок управління обертанням барабана; 9) привід барабана; 10,11) збірники немагнітної і магнітної фракцій

    Вихідний порошок шлаку - 7 з бункера -4 подавали на віброживильники - 3 і потім на обертовий барабан. Віброживильники має пульт управління, що дозволяє регулювати амплітуду коливання живильника 1.10 мм. Це забезпечує різну швидкість (товщину шару) подачі вихідного матеріалу на обертовий барабан і як наслідок, різні умови виділення магнітної фракції. Магнітна фракція з порошку шлаку в зоні дії магнітів притягується до поверхні барабана і утримується на ній. Після виходу барабана із зони дії магнітів магнітна фракція обсипається до збірки - 11, а немагнітна - до збірки - 10. Збірники -

    10 і 11 являють собою спільну рухливу конструкцію, що необхідно при сепарації матеріалу з різним гранулометричним складом.

    Установка збірок по висоті і місцю щодо осі обертового барабана визначає вихід і якість магнітної фази. При такій конструкції сепаратора великий вплив на ефективність розділення шлаку на магнітну і немагнітну фракції надають швидкість обертання барабана, положення дільника фракцій під барабаном, що забезпечує «чистоту» фракцій, і склад шлаку.

    Шлаки ВП виробництва сплаву М-Ре-В

    У серії експериментів використовували шлаки від ВП виробництва магнітних сплавів на основі системи Ш-Ре-В складу 32.34Ш-1В-Ре, попередньо подрібнені до фракції (-0,5) мм. Зміст цінних компонентів у відходах наступне, мас. %: (Ш + Рг) - 2,2, Ре - 0,2, В - 0,02.

    Показники дослідів по магнітної сепарації шлаків і зміст Ш, Ре і В у магнітної фракції наведені в табл. 1. Подача шлаку в перших трьох експериментах становила 1500.1800 г / ч, в четвертому і п'ятому - 3900 г / год.

    Таблиця 1. Показники дослідів по магнітної сепарації шлаків отпроізводства сплавів Ш? Е-Б

    Початкове кількість шлаку, г Кількість магнітної фракції, мас. % Содер менто ної з жание еле-в в магніт-зракціі, г Витяг в магнітну фракцію, мас. %

    г мас. % Ш + Рг Ре В № + Рг Ре В

    1000 64,6 6,46 2,80 1,30 0,14 12,9 64,8 70,8

    1000 102,5 10,25 3,01 1,42 0,18 13,8 71,2 90,2

    1500 124 8,27 3,85 2,01 0,24 11,8 67,1 78,6

    325 8,1 2,49 0,51 0,22 0,06 7,2 33,5 87,1

    423 12,9 3,05 0,79 0,30 0,07 8,6 34,7 80,6

    З даних табл. 1 видно, що вихід шлаку в магнітну фракцію незначний - не більше

    11 мас. %. Це можна пояснити тим, що магнітних сполук у складі шлаків відносно мало. Мабуть, до 90 мас. % № в шлаку знаходиться в вигляді фториду і оксифторида.

    Бор витягується в магнітну фракцію практично повністю, т. К. Його вводили в шихту для ВП у вигляді магнітного матеріалу ферробор марки ФБ0-20. Тому концентрація бору в немагнітної фракції шлаку знижується до 0,001.0,007 мас. %.

    Залізо витягується на 65.71 мас. % При подачі шлаку 1500.1800 г / ч і тільки на 34 мас. % При подачі шлаку 3900 г / год. Мабуть, велика частина Ре в шлаку знаходиться в вигляді оксиду, менша - у вигляді фториду і оксифторида.

    Шлаки ВП від виробництва лігатури Dy-Fe

    У серії експериментів використовували шлаки від ВП виробництва лігатур 50Бу-Ре. З огляду на специфічних властивостей диспрозия (висока температура плавлення), а також щодо низького ступеня фторування його оксиду (90.93 мас.%) Вихід лігатури в злиток при відновної плавці БуР3 і РеР3 відносно невисокий -

    80,7 ... 87,6 мас. %, А вихід диспрозия -78,3.81,8 мас. %. У зв'язку з цим частину диспрозия залишається в шлаках як у вигляді Бу203, БуБ3, БуОБ, так і у вигляді лігатури Бу-Бе. Це вказує на необхідність оптимізації умов відновлення (вибір грануляционного складу Тріфтьї-ріда диспрозия, кількості відновника, тривалості перемішування шихти, тримаючи-ності шихти і т. Д.).

    «Бобишки» шлаків зберігали на повітрі після їх отримання протягом 1,5 міс., Потім подрібнили на щековой дробарці, відсівали фракцію (-0,5) мм. Цю фракцію використовували для досліджень. Результати хімічних аналізів проби шлаку наступні, мас. %: Бу - 6,6, Бе - 0,56. Розподіл диспрозия в складі шлаку у вигляді різних сполук наступне, мас. %: Бу2О3 - 20,5, Бу-Бе -34,5, БуБ3 - 45,0. З огляду на високу магнітну сприйнятливість Бу2О3 (табл. 1), з шлаків від виробництва лігатур Бу-Бе в магнітну фракцію, мабуть, можна витягти до 55 мас. % Диспрозия. Швидкість подачі шлаку з вибропитателя на барабан магнітного сепаратора становила 4900.5000 г / ч.

    Результати дослідів по магнітної сепарації шлаків представлені в табл. 2.

    Таблиця 2. Показники дослідів по магнітної сепарації шлаку від виробництва лігатур Dy-Fe

    Початкове кількість шлаку, г Кількість магнітної фракції Результати аналізів, мас. % Вилучено в магнітну фракцію

    г мас. %

    г мас. % Dy Ре Dy Ре Dy Ре

    3050 250 8,20 49,76 6,64 124,40 16,60 61,8 97,2

    3815 360 9,44 42,24 5,90 152,08 21,26 60,4 99,5

    3900 305 7,82 51,65 6,93 157,53 21,14 61,2 96,8

    4215 412 9,77 42,61 5,64 175,54 23,23 63,1 98,4

    5370 595 11,08 38,42 4,93 239,23 29,35 62,5 97,6

    Вихід шлаку в магнітну фракцію змінювався від 8,2 до 11,1 мас. %.

    Ступінь вилучення заліза в магнітну фракцію при сепарації шлаку від виробництва лігатури Бу-Бе досягає 100 мас. %; ступінь вилучення диспрозия помітно нижче і становить 60.63 мас. %. Склад магнітної фракції істотно відрізняється від складу вихідної шихти, особливо за вмістом заліза. У вихідній шихті концентрація заліза приблизно 50 мас. %.

    У немагнітної фракції шлаку практично не залишається заліза, що вказує на відсутність в ньому корольків лігатур Бу-Бе. Тому можна припустити, що в немагнітної фракції діспрозій присутній тільки у вигляді оксиду, оксифторида або фториду.

    Виділений магнітний концентрат шлаку додавали в шихту для ВП з ​​отриманням лігатури з концентрацією Бу 19,6 мас. %.

    Шлаки ВП від виробництва сплаву Еу-Со-Ре-В

    Зміст цінних компонентів в шлаку, що утворився в серії відновлювальних плавок фторидів металів при отриманні магнітних сплавів складу 17Бу-4СО-7,5Б-Ре, наступне, мас. %: Бу - 3,70, З - 0,10, Бе - 0,62, Б - 0,02.

    В експериментах по магнітної сепарації використовували шлаки від ВП, попередньо подрібнені до фракції (-0,5) мм. Подача шлаку становила 1500.1800 г / ч. Результати розподілу Бу, З, Бе, Б в продуктах магнітної сепарації наведені в табл. 3.

    Вихід магнітної фракції становить 22,1.35,4 мас. %. Бор витягується в магнітну фракцію на 84.90 мас. % Подібно експериментів зі шлаками від виробництва сплавів Ш-Бе-Б, Бе - на 73.76 мас. %, Со - на 46.50 мас. %.

    Витяг Бу з шлаків в магнітну фракцію складає 34.39 мас. %. Причину неповного вилучення цінних компонентів можна пояснити тим, що при зберіганні вихідних шлаків на відкритому повітрі відбувається окислення сплавів, що залишаються в шлаках після ВП. Діспрозій, мабуть, переходить в з'єднання з меншою питомою магнітною сприйнятливістю.

    Виділений магнітний концентрат шлаку додавали в шихту для ВП з ​​отриманням магнітного сплаву Бу-Со-Бе-Б.

    Окислені шлаки ВП від виробництва сплаву Ш-Ре-В

    У виробничих умовах шлаки від ВП зберігаються в залізних негерметичних бочках ємністю 40.80 л, тому при зберіганні шлаків протягом 2.3 міс. відбувається їх повна гідратація і подрібнення до розмірів менше 2,5 мм. З верхніх частин бочок відбирали партію шлаку, сушили при температурі 400 ° С протягом 3 год. Потім були взяті дві паралельні проби для проведення аналізів на вміст Ш, Бу, Бе. Результати такі, мас. %: Ш - 3,0, Бу - 0,2, Бе - 0,3.

    Таблиця 3. Показники дослідів по магнітної сепарації шлаку отпроізводства сплавів Еу-Со-Ре-В

    Початкове коліче- Кількість магнітної фракції Зміст елемента, г Вилучено в магнітну фракцію, мас. %

    ство шлаку, г г мас. % Dy З Ре В Dy З Ре В

    730 161,5 22,1 9,53 0,34 3,30 0,13 35,3 46,4 73,0 90,1

    850 251,6 29,6 12,11 0,43 3,81 0,15 38,5 50,4 72,3 87,5

    970 306,3 31,6 14,03 0,48 4,55 0,16 39,1 49,8 75,7 84,4

    1040 368,2 35,4 13,31 0,48 4,63 0,18 34,6 46,5 71,8 87,1

    1052 372,4 35,4 14,21 0,48 4,83 0,18 36,5 45,8 74,1 86,5

    Шлак під час сепарації не поглинає вологу, не змінював сипкість і не налипав на барабан магнітного сепаратора. Швидкість обертання барабана становила у всіх дослідах 12 об / хв; швидкість подачі шлаку на барабан сепаратора також була незмінною і становить 2400 г / год, табл. 4.

    Таблиця 4. Показники дослідів по магнітної фракції окисленого шлаку від виробництва сплаву Ш-Ре-В

    Початкове кількість шлаку, г Кількість магнітної фракції Зміст елемента, г Вилучено в магнітну фракцію, мас. %

    г мас. % Nd Dy Fe Nd Dy Fe

    5430 570,1 10,5 70,4 3,5 11,9 43,2 32,3 73,0

    5700 484,5 8,5 78,0 4,4 12,4 45,6 38,5 72,3

    7240 695,0 9,6 95,4 5,0 16,2 43,9 34,7 74,8

    7300 905,2 12,4 97,9 5,7 16,6 44,7 39,1 75,7

    7450 920,5 12,4 95,7 5,5 16,8 42,8 36,7 75,2

    З даних, представлених в табл. 4, можна відзначити, що рівень вилучення Nd, Dy і Fe в магнітну фракцію відносно стабільний в усіх досвідчених операціях. Це говорить про хорошу відтворюваності результатів досліджень. Однак витяг РЗМ з шлаків в магніт-

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Савченко А.Г. Магніти Nd-Fe-B і перспективні технології їх виробництва // Науково-технологічне забезпечення діяльності підприємств, інститутів і фірм. - М .: Изд-во МГУІ, 2003. - С. 503-539.

    2. Буйновский А.С., Софронов В.Л. Технологія і обладнання для виробництва постійних магнітів. - Сіверськ: СТІ ТПУ, 1997. - 226 с.

    3. Буйновский А.С., Софронов В.Л., Макасєєв Ю.Н. Фторидна переробка шлаків магнітного виробництва // Хімічна технологія. - 2004. - № 3. - С. 22-26.

    4. Савушкін Е.М. Сплави рідкоземельних металів. - М .: АН СРСР, 1962. - 36 с.

    5. Карташов О.Ю. Технологія подрібнення РЗМ-містять лігатур методом гідрування: дис. ... канд. техн. наук. - Се-Версько, 2006. - 157 с.

    6. Kozawa S. Trends and Problems in Research of Permanent Magnets for Motors - Addressing Scarcity Problem of Rare Earth Elements // Science & Technology Trends. - 2011. - №38. -P. 40-54.

    7. Буйновский А.С., Софронов В.Л., Макасєєв Ю.М., Штефан Ю.П., Кобзар Ю.Ф. Отримання з фторидів магнітних

    ву фракцію вийшло неповним. Мабуть, при зберіганні вихідних шлаків на відкритому повітрі протягом 2-3 місяців відбувається окислення сплавів і лігатур, що залишаються в шлаках після ВП. У продуктах окислення залишається тільки одне магнітне з'єднання - ШБе03 (шпінель). Оксид неодиму практично не витягується в магнітну фракцію.

    висновки

    1. Доведено принципову можливість застосування магнітної сепарації в переробці технологічних відходів від виробництва магнітних сплавів РЗМ-Бе (З) -В і лігатур РЗМ-Бе по фторидної технології.

    2. Встановлено, що за допомогою магнітного переділу в магнітну фракцію можна виділити корольки сплавів і лігатур, а також оксиди РЗЕ, що мають високі значення магнітної сприйнятливості. Магнітні фракції можна використовувати для виробництва магнітних сплавів шляхом подшіхтовкі в відновної плавці. Робота виконана в рамках державного контракту

    П509 від 14 травня 2010 р Федеральну цільову програму «Наукові та науково-педагогічні кадри інноваційної Росії» на 2009-2013 рр.

    матеріалів на основі Ш-Бе-Б // Метали. - 1996. - № 2. -С. 107-116.

    8. Косинкін ​​В.Д., Глєбов В.А. Відродження російського виробництва рідкоземельних металів - найважливіше завдання вітчизняної економіки // Функціональні наноматеріали і високочисті речовини: Матер. III Міжнар. конф. -р. Суздаль, 4-8 жовтня 2010 року - Суздаль 2010.

    9. Кармазін В.В., Кармазін В.І. Магнітні, електричні та спеціальні методи збагачення корисних копалин. Т. 1. - М .: Изд-во Моск. держ. гірничого ун-ту, 2005. - 669 с.

    10. Кравець К.І., Тимофєєва Н.І. Кисневі сполуки РЗМ / Довідник. - М: Металургія, 1986. - 480 с.

    11. Єрьомін Н.І. Неметалеві корисні копалини. -2-е изд., Испр. і доп. - М .: Изд-во МГУ; ІКЦ «Академкнига», 2007. - 459 с.

    12. Вонсовський С.В. Магнетизм. - М .: Наука, 1984. - 208 с.

    13. Скороходов В.Ф., Хохуля М.С. Підвищення ефективності поділу техногенних відходів залізних руд // Вісник МГТУ. - 2009. - № 4. - С. 619-623.

    Надійшла 30.11.2011 р.


    Ключові слова: МАГНІТИ ND-FE-B / фторидно ТЕХНОЛОГІЯ / позапічної ВІДНОВЛЕННЯ / ШЛАК ВІДНОВЛЮВАЛЬНОЇ ПЛАВКИ / РІДКІСНІ ЗЕМЛІ / МАГНИТНАЯ СЕПАРАЦІЯ / ND-FE-B MAGNETS / FLUORIC TECHNOLOGY / OUT-OF-FURNACE REDUCTION / REGENERATIVE SMELTING SLAG / RARE EARTH / MAGNETIC SEPARATION

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити