一种利用钕铁硼废粉制备钕铁硼磁体的方法与流程

1.本发明属于钕铁硼磁性材料技术领域，具体涉及一种利用钕铁硼废粉制备钕铁硼磁体的方法。


背景技术：

2.钕铁硼永磁体因其优异的磁性能成为目前世界上应用最广泛的稀土磁体，素有“磁王”的称号，应用在电动汽车以及风力发电的电机中可以提高电机和驱动器的效率。
3.但钕铁硼永磁体在生产过程中，不可避免的会产生部分废料。其中，氢破碎是钕铁硼磁性材料制造行业的关键工序，该工序是将钕铁硼铸片氢破碎成一定尺寸的粉末颗粒。氢破碎有两个主要环节，一个是吸氢，一个是脱氢。在脱氢时，会借助真空系统将多余的氢气抽走。由于氢破碎过程中难免会出现颗粒尺寸过细的粉，所以在脱氢环节中会有一部分细粉随氢气气流运动进入过滤器内部，被过滤器从氢气流中分离出来，这部分细粉我们称之为废粉。当脱氢结束后，会发现过滤器会截留少量的废粉,同时由于过滤器不能提供足够的温度，导致这些废粉未完全脱氢。由此产生的大量废粉如何处理，就成为了生产厂家所普遍面临的问题。
4.目前，大部分厂家的处理办法是将废粉收集起来，自燃后进行出售。这种处理废粉的方法会使生产成本相对较高，处理过程产生大量能耗，经济效益低下。
5.综上，如何研发出一种绿色环保的钕铁硼废粉处理方法，是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种利用钕铁硼废粉制备钕铁硼磁体的方法，将钕铁硼磁铁生产工艺的氢破碎过程中，产生的废粉按性能牌号分类收集、脱氢、添加防氧化剂混料、气流磨制细粉、压型、烧结，即可制备完成钕铁硼磁体。
7.以生产加工中废弃物为原料，回收再利用制备成与传统工艺制备的性能相当的钕铁硼磁体，可以大幅降低生产成本，减少废弃物排放，具有节能环保、绿色循环利用的有益效果。
8.为实现上述目的，本发明提供一种利用钕铁硼废粉制备钕铁硼磁体的方法，具体包括以下步骤：
9.s1收集分类：将钕铁硼废粉按性能牌号分类，将不同牌号的钕铁硼废粉分别密封放置于惰性气体保护的无氧环境中；
10.s2脱氢：将s1分类后的钕铁硼废粉预先抽真空处理，然后升温加热至一定温度，保温脱氢，脱氢结束后通入氩气，冷却物料；
11.s3混料：将s2脱氢后的钕铁硼废粉与防氧化剂混匀；
12.s4磨粉：在s3混料后的钕铁硼废粉中加入硼酸三丁酯，充分混匀并磨粉；
13.s5压型：将s4磨粉后的钕铁硼细粉在磁场中取向并冷等静压；
14.s6烧结：将s5压型后的压坯进行烧结、两次回火，即可制备成钕铁硼磁体。
15.在一优选的实施方式中，步骤s1中，所述惰性气体为氮气或者氩气。
16.在一优选的实施方式中，步骤s2中，所述预先抽真空处理为反应罐真空度在5pa以下；所述一定温度为600-620℃，保温时间3-5h；所述脱氢结束的条件为：经600-620℃保温3h以上且反应罐真空度在10pa以下。
17.在一优选的实施方式中，步骤s2中，所述氩气压力范围为0.01-0.03mpa，所述冷却后物料温度在60℃以下即可开始下一步骤。
18.在一优选的实施方式中，步骤s3中，所述防氧化剂为5#钕铁硼专用防氧化剂，防氧化剂与钕铁硼废粉的重量比为(0.03％-0.06％)：1。
19.在一优选的实施方式中，步骤s4中，所述磨粉为采用气流磨将钕铁硼废粉研磨至平均粒度2.7-3μm的细粉。
20.在一优选的实施方式中，步骤s4中，所述硼酸三丁酯与钕铁硼废粉的重量比为(0.03％-0.06％)：1。
21.在一优选的实施方式中，步骤s5中，所述磁场强度在1.3t以上，冷等静压压力范围为160-450mpa，保压时间为180秒。
22.在一优选的实施方式中，步骤s6中，所述烧结温度为1080-1120℃，烧结保温时间240-390min；所述一级回火温度为940℃，时间210-240min；所述二级回火温度为580-640℃，时间420-540min；整个烧结过程中真空小于0.5pa。
23.与现有技术相比，本发明的一种利用钕铁硼废粉制备钕铁硼磁体的方法，具有如下优点：
24.1、本发明中，仅通过按性能牌号分类收集、脱氢、添加防氧化剂混料、气流磨制细粉、压型、烧结几个步骤，即可完成钕铁硼废粉的回收利用，可以大幅降低生产成本，减少废弃物排放，具有节能环保、绿色循环利用的有益效果。
25.2、经实际应用统计，现有技术中钕铁硼磁体制备过程中，收得率为99.83％，0.17％为产出废粉，本发明提供一种回收再利用的方法，可以将0.17％的废粉转换成合格粉利用，收率总体达100％。而且，本发明制备的钕铁硼磁体性能与非废粉制备得到的钕铁硼磁体性能一致。
附图说明
26.从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
27.图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
28.本发明提供一种利用钕铁硼废粉制备钕铁硼磁体的方法，具体包括以下步骤：
29.s1收集分类：将钕铁硼废粉按性能牌号分类，将不同牌号的钕铁硼废粉分别密封放置于惰性气体保护的无氧环境中；
30.在一优选的实施方式中，所述钕铁硼废粉来源为脱氢环节中，过滤器截留的细粉，按gb/t13560-2000中的性能牌号标准进行分类收集。
31.在一优选的实施方式中，步骤s1中，所述惰性气体为氮气或者氩气，通过惰性气体保护可防止钕铁硼废粉氧化影响脱氢效果，密封则可为钕铁硼废粉提供无氧空间，对密封材料和装置无特殊要求，以本领域技术人员常规选择即可。
32.s2脱氢：将s1分类后的钕铁硼废粉预先抽真空处理，然后升温加热至一定温度，保温脱氢，脱氢结束后通入氩气，冷却物料；
33.在一优选的实施方式中，将s1分类后的钕铁硼废粉置于反应罐中，预先将反应罐真空度控制在5pa以下，然后升温加热反应罐至600-620℃，持续保温时间3-5h，经600-620℃保温3h以上且反应罐真空度在10pa以下时，即可停止脱氢，向反应罐内通入氩气，氩气的压力范围为0.01-0.03mpa，待反应罐中物料温度在60℃以下即可开始下一步骤。
34.本步骤中，对抽真空的装置无特殊要求，以本领域技术人员常规选择即可；优选的，可以选择罗茨真空泵。
35.以600-620℃保温3h，即可以将废粉中的氢含量脱干净，又可以减少长时间处理造成能源浪费。控制氩气压力范围可以在无其他制冷操作下，仅通过通入氩气帮助粉料冷却。反应罐物料温度控制60以下，可以防止出料时粉料氧化燃烧，增加操作安全性。
36.本步骤中，对冷却物料方式无特殊要求，以本领域技术人员常规选择即可；优选的，可以充入氩气后，打开炉门自冷60分钟，自冷完成后，还可以再对反应罐进行水冷，冷却过程中确保罐内压力≥0.02mpa。
37.s3混料：将s2脱氢后的钕铁硼废粉与防氧化剂混匀；
38.在一优选的实施方式中，防氧化剂为5#钕铁硼专用防氧化剂，防氧化剂与钕铁硼废粉的重量比为(0.03％-0.06％)：1，混匀装置以及方法无特殊要求，以本领域技术人员常规选择即可；优选的，可以选择专用混料架混料1-2小时，以钕铁硼废粉与防氧化剂充分混合均匀为准。
39.s4磨粉：在s3混料后的钕铁硼废粉中加入硼酸三丁酯，充分混匀并磨粉；
40.在一优选的实施方式中，所述磨粉为采用气流磨将钕铁硼废粉研磨至平均粒度2.7-3.0μm的细粉，在废粉中加入硼酸三丁酯，硼酸三丁酯与钕铁硼废粉的重量比为(0.03％-0.06％)：1，以本领域技术人员所知的任意方法混匀硼酸三丁酯和钕铁硼废粉；优选的，可以选择专用混料架混料6-8小时，以钕铁硼废粉与硼酸三丁酯充分混合均匀为准。
41.加防氧化剂是保护粉料在倒罐、气流磨及成型过程中不被氧化，若氧化会造成钕铁硼产品性能不合格；加硼酸三丁酯则可增加粉料流动性，利于成型；硼酸三丁酯添加量过多会影响成型及尺寸，添加量过少无法增加粉料流动性；而粉料粒度分布会影响产品性能一致性和烧结相态，经研究发现，粒度分布在2.7-3.0μm的细粉烧结后，产品性能一致性最好，提高钕铁硼产品磁性。
42.s5压型：将s4磨粉后的钕铁硼细粉在磁场中取向并冷等静压；
43.在一优选的实施方式中，磁场强度在1.3t以上，冷等静压压力范围为160-450mpa，保压时间为180秒。
44.s6烧结：将s5压型后的压坯进行烧结、两次回火，即可制备成钕铁硼磁体。
45.在一优选的实施方式中，将成型好的压坯依次经过1080-1120℃的烧结处理，保温时间240-390min；烧结后，在940℃进行一级回火处理210-240min，在二级580-640℃进行回火处理420-540min。
46.若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
47.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
48.本发明实施例中，所用防氧化剂为5#防氧化剂，购自天津悦圣新材料研究所；所用硼酸三丁酯购自宿迁南翔化学品制造有限公司。
49.实施例1
50.原料：40h性能钕铁磁废粉；
51.制备方法：
52.s1收集氢破碎过程中产生的40h废粉密封存放在氩气环境中，当废粉重量达到600公斤时，装到反应罐中。
53.s2预先将反应罐真空度控制在5pa以下，然后升温加热反应罐至610℃，启动罗茨泵持续保温，进行脱氢处理。当反应罐在610℃条件下保温超过3小时且真空度在10pa以下，即可停止脱氢。向反应罐内通入氩气，保持氩气压力范围为0.01-0.03mpa，充入氩气后，打开炉门自冷60分钟，自冷完成后对反应罐进行水冷，冷却过程中确保罐内压力≥0.02mpa。
54.s3待反应罐中物料温度在60℃以下时，将脱氢后的废粉放到转粉容器中，以废粉质量的0.03％添加防氧化剂，即添加0.18kg防氧化剂，将废粉和防氧化剂充分混料2小时。
55.s4将混料后的废粉中加入废粉质量的0.04％的硼酸三丁酯，即0.24kg硼酸三丁酯，充分混匀，置于气流磨装置中制粉，研磨至平均粒度2.9μm的细粉，气流磨粉结束后继续混料8小时。
56.s5将混好的废粉放在磁场中取向并等静压，磁场强度为1.3t，等静压压力为190mpa，等压时间为35秒，形成压坯。
57.s6使成型好的压坯在真空度0.4pa条件下，依次经过1120℃烧结，保温时间240min、940℃一级回火处理210min、620℃二级回火处理420min，即可得到钕铁硼磁体。
58.制备得到的钕铁硼磁体性能指标如下：
59.磁体剩余磁感应强度(br)为1.23-1.245t,内禀矫顽力(hcj)为15.2-15.8koe,hk为14.0-15.0koe。
60.实施例2
61.原料：n40钕铁磁废粉；
62.制备方法：
63.s4将混料后的废粉中加入废粉质量的0.035％的硼酸三丁酯，即0.21kg硼酸三丁酯，充分混匀，置于气流磨装置中制粉，研磨至平均粒度2.9μm的细粉，气流磨粉结束后继续混料8小时。
64.s6中，使成型好的压坯在真空度0.3pa条件下，依次经过1080℃烧结，保温时间390min、940℃一级回火处理210min、620℃二级回火处理420min，即可得到钕铁硼磁体。
65.制备得到的钕铁硼磁体性能指标如下：
66.磁体剩余磁感应强度(br)≥1.29t,内禀矫顽力(hcj)≥12.00koe,hk≥10.50koe。
67.对比例1
68.原料：40h性能钕铁磁原料；
69.制备方法：
70.s1将熔炼好的原料，40h性能钕铁磁鳞片600kg装到反应罐中。
71.s2预先将反应罐真空度控制在5pa以下，然后升温加热反应罐至350℃持续保温，保温时间≥2小时，预热完毕开始充氢，当反应罐压力升至正压后，保持氢气压力范围为0.04-0.05mpa，充氢从开始到结束的时间为3.5小时，充氢结束后准备脱氢，抽真空同时启动加热系统，升温加热反应罐至610℃，当温度升至610℃后启动罗茨泵并保持4小时至10pa以下，脱氢结束后，打开氩气按扭向反应罐内充入氩气，保持氩气压力范围为0.01-0.03mpa，打开炉门自冷60分钟。自冷完成后对反应罐进行水冷，冷却过程中确保罐内压力≥0.02mpa。
72.s3待反应罐中物料温度在60℃以下时，将氢破好的粉料放到转粉容器中，以粉料质量的0.03％添加防氧化剂，即添加0.18kg防氧化剂，并充分混料2小时。
73.s4将混料后的粉料置于气流磨装置中制粉，研磨至平均粒度2.9μm的细粉，气流磨粉结束后在粉罐中加入粉料质量的0.045％的硼酸三丁酯，即0.27kg硼酸三丁酯，充分混料8小时。
74.s5将混好的粉料放在磁场中取向并等静压，磁场强度为1.3t，等静压压力为190mpa，等压时间为35秒，形成压坯。
75.s6使成型好的压坯依次经过真空度0.4pa，1120℃烧结，保温时间390min、940℃一级回火处理210min、630℃二级回火处理240min，即可得到钕铁硼磁体。
76.制备得到的钕铁硼磁体性能指标如下：
77.磁体剩余磁感应强度(br)≥1.24t,内禀矫顽力(hcj)15.5-16.5koe,hk14.5-15.5koe。
78.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。