Переработка шлифотходов от производства постоянных магнитов на основе Nd-Fe-B с целью извлечения неодима
И.А. Лучко, ведущий инженер по экологии и охране труда ОХТЗ АО «ВНИИХТ»
Потребность современной российской промышленности в неодиме и его оксиде исчисляется десятками тысяч тонн в год. На сегодняшний день положение с добычей, производством и потреблением неодима в России можно характеризовать как катастрофическое. В современных рыночных условиях неодим и продукцию, сделанную на его основе, зачастую дешевле и проще завезти из-за границы, несмотря на их высокую стоимость. Для того чтобы избежать потери драгоценного металла при производстве продукции необходимо перерабатывать шлифотходы с целью их повторного использования
Научно-технический прогресс во многом связан с широким применением редкоземельных элементов (лантаинодов), использование которых вызвало к жизни новые области современной промышленности, науки и техники. В наши дни все сверхмагнитные, сверхлегкие, сверхтвердые, сверхжаростойкие и высокопрочные конструкционные материалы создаются на основе или с использованием редких элементов. Ресурсо- и энергосберегающие технологии неосуществимы без применения лантаинодов.
Запасы редкоземельных металлов обеспечивают России второе место в мире после Китая. Почти три четверти их сконцентрировано в Мурманской области, еще около 16% – в Республике Саха (Якутия). Редкоземельные металлы обладают уникальными свойствами, благодаря чему используются в различных сферах современной промышленности, особенно в наукоемких, и являются показателем научно-технического развития той или иной отрасли. Уровень их применения способствует: экономии минерального сырья, улучшению экологической обстановки, обеспечению национальной безопасности. В то же время редкоземельное минеральное сырье относится к числу не восполняемых в природных условиях ресурсов, его запасы ограничены. Одним из наиболее востребованных редкоземельных элементов является неодим, особенно в производстве жестких дисков и сверхмагнитов.
Nd (неодим) – «новый близнец» – является вторым по распространенности среди редкоземельных элементов. Одним из важнейших его соединений является оксид неодима (Nd2O3). Он достаточно доступен, дешев и обладает такими физико-химическими свойствами, которые определяют его применение. Так, Nd2O3 находит применение в электрических приборах как диэлектрик, отличающийся минимальными коэффициентами теплового расширения.
Фторид неодима (NdF3) применяется при производстве высококачественного стекловолокна для волоконной оптики. Теллурид неодима (Nd2Te3) – очень хороший термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов, которым придает повышенную прочность и улучшает электрофизические характеристики (термоЭДС 170 мкВ/К).
Важнейшей областью применения неодима является производство мощных постоянных магнитов неодим-железо-бор (Nd-Fe-B). Следует отметить, что РЗМ-магниты на основе Nd-Fe-B являются более перспективными, чем магниты на основе Sm-Co. Во-первых, они имеют более высокие магнитные и механические характеристики, во-вторых, являются более дешевыми и доступными за счет имеющейся сырьевой базы. Устройства на основе неодимовых магнитов сразу же нашли применение во многих областях. Помимо традиционных потребителей новейших материалов – военно-промышленного комплекса и ядерной промышленности, в их число входят стройиндустрия и нефтегазовый комплекс, химическая и металлургическая промышленность, медицина и микробиология, теплоэнергетика и машиностроение, деревообрабатывающая и пищевая промышленность, радиоэлектроника и наружная реклама. Это далеко не полный список областей применения неодимовых магнитов.
Спектр устройств на постоянных магнитах чрезвычайно широк:
- первая группа – это подъемно-транспортное и погрузочно-разгрузочное оборудование на основе постоянных магнитов;
- вторая группа – это сепарационные системы, использующиеся на горно-обогатительных предприятиях, сепараторы для сыпучих и текучих веществ, устанавливаемые обычно в трубопроводах или под конвейерами (так называемые линии магнитной задержки) для различных предприятий стройиндустрии, пищевой, химической промышленности, предприятий по утилизации промышленного, бытового и строительного мусора;
- в третью группу изделий входят роторы двигателей и микродвигателей, тормозные системы, герметичные муфты и т.д.;
- в отдельную группу можно выделить установки, где неодимовые магниты используются в качестве различного рода магнитных линз для фокусировки, отклонения заряженных частиц в радиоэлектронике, в некоторых областях науки, медицине (томографы, ЯМР-спектрометры).
Для получения 450 г неодима нужно отработать 1 т руды, а количество шлифотходов от производства постоянных магнитов составляет 15–40% от массы самих магнитов, это огромные потери драгоценного сырья. На сегодняшний день существует множество высокорентабельных способов переработки шлифотходов с получением на выходе высокоценного стратегического материала для повторного использования.
