碳热还原—渣金融分法实现钕铁硼废料中铁与稀土的富集分离

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钕铁硼废料中含有钕、铽、镝、铈、镨等稀土元素和铁、硼等有价金属元素,具有很高的综合回收利用价值。现普遍采用钕铁硼废料回收工艺为“回转窑焙烧—酸浸—萃取分离—沉淀—灼烧”,存在工艺流程长、稀土回收率低、铁渣难处理、铁资源浪费等缺陷亟待工艺技术的创新。论文开展“碳热还原-渣金融分”钕铁硼废料回收技术研究,对提升钕铁硼废料综合回收产业技术水平具有理论意义和实践价值。在分析钕铁硼废料化学和物相组成的基础上,依据铁氧化物和稀土氧化物还原性差异,对钕铁硼废料氧化得到的“焙砂”开展碳热还原理论和技术研究,分析了钕铁硼焙砂碳热还原热力学,得到了碳热还原热力学条件,并研究了还原介质种类、物料粒度、反应时间、反应温度、物料配碳比、物料厚度对焙砂还原状况的影响。结果表明,碳热还原可将钕铁硼废料焙砂中的铁氧化物还原成海绵铁,而稀土氧化物不被还原;在还原介质种类为焦炭、反应时间为4h、反应温度为1200℃、物料配碳比为30%、物料厚度为22mm的情况下,焙砂中铁氧化物还原率为88.08%,为钕铁硼废料中稀土与铁的分离富集回收提供了一种有效方法。在碳热还原的基础上,系统研究了钕铁硼废料焙砂还原产物的渣金融分技术,考察了渣金融分的反应热力学,研究了反应温度、反应时间、物料配碳比和物料厚度对渣金融分效果的影响,分析了铁块、富稀土渣中杂质来源与分布。结果表明,可以创造热力学条件使得高温下铁单质与稀土氧化物尽可能分离,当反应温度为1500℃、反应时间为3h、配碳比为50%、物料厚度为26mm时,铁元素和稀土富集率分别达93.05%和97.52%,稀土与铁分离富集效果良好。铁块中主要杂质元素有Pr、Ce、Nd、C、S、O等,富稀土渣中主要杂质元素有Al、Si、Fe、C、S、Ca等,这些杂质主要来自焦炭灰分。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
第一章 绪论第9-20页
    1.1 钕铁硼及其废料产生第9-12页
        1.1.1 钕铁硼物理化学性质第9页
        1.1.2 钕铁硼生产与消费现状第9-11页
        1.1.3 钕铁硼废料产生步骤第11-12页
    1.2 钕铁硼废料综合回收工艺研究现状第12-17页
        1.2.1 湿法处理第12-14页
        1.2.2 火法处理第14-17页
        1.2.3 不同回收工艺比较第17页
    1.3 钕铁硼氧化机理研究现状第17-18页
    1.4 论文研究意义和主要内容第18-20页
        1.4.1 研究意义第18-19页
        1.4.2 研究内容第19-20页
第二章 试验原料与方法第20-28页
    2.1 试验原料第20-21页
    2.2 试验仪器和试剂第21-24页
        2.2.1 试验主要设备第21-23页
        2.2.2 试验主要试剂第23-24页
    2.3 试验方法第24-25页
        2.3.1 试验研究方案第24-25页
        2.3.2 碳热还原试验方法第25页
        2.3.3 渣金融分试验方法第25页
    2.4 分析检测方法第25-28页
        2.4.1 检测方法第25-26页
        2.4.2 计算公式第26-28页
第三章 碳热还原试验研究第28-44页
    3.1 碳热还原热力学第28-33页
        3.1.1 还原反应第28页
        3.1.2 碳的气化反应第28-29页
        3.1.3 铁氧化物还原热力学第29-30页
        3.1.4 焙砂还原热力学计算第30-33页
    3.2 还原介质种类对钕铁硼焙砂还原度的影响第33-36页
    3.3 物料粒度对钕铁硼焙砂还原度的影响第36-38页
        3.3.1 还原介质粒度对钕铁硼焙砂还原度的影响第36-37页
        3.3.2 焙砂粒度对钕铁硼焙砂还原度的影响第37-38页
    3.4 反应时间对钕铁硼焙砂还原度的影响第38-39页
    3.5 反应温度对钕铁硼焙砂还原度的影响第39-41页
    3.6 配碳比对钕铁硼焙砂还原度的影响第41-42页
        3.6.1 理论配碳比计算第41页
        3.6.2 不同配碳比对焙砂还原度的影响第41-42页
    3.7 物料厚度对钕铁硼焙砂还原度的影响第42-43页
    3.8 碳热还原最佳条件试验第43页
    3.9 本章小结第43-44页
第四章 渣金融分试验研究第44-65页
    4.1 渣金融分热力学分析第44-46页
        4.1.1 还原产物的蒸汽压第44页
        4.1.2 含铁氧化物熔体还原热力学第44-46页
    4.2 反应温度对融分效果的影响第46-48页
    4.3 反应时间对融分效果的影响第48-50页
    4.4 物料配碳比对融分效果的影响第50-53页
    4.5 物料厚度对融分效果的影响第53-56页
    4.6 渣金融分最佳条件试验第56页
    4.7 铁块中杂质来源与分配第56-60页
    4.8 富稀土渣中杂质来源与分配第60-63页
    4.9 本章小结第63-65页
第五章 结论第65-66页
参考文献第66-70页
致谢第70-71页
攻读学位期间的研究成果第71-72页
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