稀土永磁材料废料回收利用.docx

1、稀土永磁材料废料回收利用稀土永磁材料废料回收利用第一章 摘要及概论钕铁硼是当今世界发展最快的稀土永磁材料,由于其性能优越,性价比优异,被广泛地应用于国防军工、航空航天、计算机、电子工业、医疗器械等领域,从20世纪80年代初几百吨产量,发展到今天的4 万吨左右,每年递增25以上,是功能材料中发展最快的品种之一。 随着国内和国际对钕铁硼材料需求的快速增长,由此产生了钦铁硼磁体废料的回收问题。最大限度地搞好钕铁硼磁体废料的综合利用,对于节省资源、落实科学的发展观、建设节约型和谐社会,搞好环境保护,提高经济效益,都有十分积极的作用,是我们在搞好循环经济的过程中应该引起重视的一项新课题。 钕铁硼磁体废料

2、是在制作钕铁硼磁体器件的切割、打磨等加工过程中产生的,也有少量的不合格的钕铁硼磁体,这些废料的量约占钕铁硼磁体总量的30左右。以此计算,世界每年钕铁硼磁体废料的总量约在1.5万吨左右, 其中大部分集中在中国和日本, 约占0.5万吨, 其余集中在欧美国家。 钕铁硼磁体废料与钕铁硼磁体器件的成份一样,都是由稀土（以钕为主,其余为镨和镝,部分钕铁硼含鉽、铁和硼组成的,其中稀土含量约为33,硼为1,其余是纯铁。在32的稀土中,钕为24,镨为5,镝为2,鉽为1。从钕铁硼磁体废料的成份中我们可以看到,无论是稀土还是纯铁,都是有充分利用价值的。 我国是稀土资源大国,占世界稀土资源总量的70以上,但由于稀土资

3、源是战略资源,我国为此制定了保护性开采,避免资源浪费和防止环境污染的宏观调控政策。目前,我国已从20世纪末的年产12万吨稀土精矿（以REO计）调整到目前年产7万吨稀土精矿（以REO计）的水平,由于氟碳铈矿中镧铈量占总稀土的78,镨钕量占总稀土的18,生产与市场一方面造成镧铈产品的积压,一方面又使得钕、镨、镝、鉽的供应不足,这种生产与需求的不平衡,也为我们提出了如何提高钕、镨、镝、鉽利用率的问题。 由于全球对钕铁硼磁体需求的快速增长, 钕、镨、镝、鉽的供应短缺约为4000吨/年左右, 如果能将钕铁硼磁体废料加以回收利用, 不仅可以提高经济效益, 而且可以减少环境污染, 这对于落实科学发展观, 建

4、设节约型和谐社会都有着积极的意义。 鉴于日本是世界钕铁硼磁体生产大国,产量仅次于我国,年产量达1.5万吨以上,由于受到我国稀土初级产品、稀土精矿、稀土原料产品类不出口或限制出口的影响,以及生产劳动力成本过高和原辅材料不配套等原因,近十年来该国已停止了对稀土初级产品的加工生产, 其产出的钕铁硼磁体废料回收处理再利用困难,拟向我国出口, 如果以钦铁硼磁体废料3000吨计,若经处理全部回收综合利用,可生产840吨的稀土钕、镨、镝、鉽,其中钕为672吨, 镨为126吨, 镝为51吨,鉽为9吨,并可生产高纯度的氧化铁2520吨,产品依照现行价格计算,产值达2亿元, 利润在5000万元以上, 为国家缴纳税

5、金4000万元以上。由此可以看出,其经济效益是显著的。 我国每年可产生钕铁硼废料约为8000吨。目前,国内钦铁硼废料的回收价格是每吨9000元左右（干吨） ,供不应求,从中可以看出,其潜在的综合利用价值。 第二章 生产技术与物料衡算2.1 钕铁硼废料处理技术 现阶段钕铁硼废料处理生产工艺有：焙烧酸解草酸沉积分离法，焙烧酸解盐析分离法，酸解草酸沉积分离法，酸解盐析分离法。其技术特征介绍如下：A：焙烧酸解草酸沉积分离法 以钕铁硼废料为原料，在焙烧炉中焙烧（600），生成氧化钕和氧化铁，再经20%的硫酸溶解，再用草酸将稀土沉淀下来，经洗涤焙烧（850）即得氧化钕。而铁的回收则是滤液蒸发、浓缩、重结晶

6、德硫酸铁。该反应的特点能耗大（两部高温焙烧），原材料消耗大，焙烧产生的粉尘和废气多。主要反应：焙烧过程：Nd+O2=Nd2O3 Fe+O2=Fe2O3酸解过程：Nd2O3+H2SO4=Nd2(SO4)3+H2O Fe2O3+H2SO4=Fe2(SO4)3+H2O草酸分离：Nd2(SO4)3+H2C2O4= Nd2(C2O4)3 + H2SO4焙烧过程：Nd2(C2O4)3=Nd2O3+CO2 B：焙烧酸解盐析分离法 以钕铁硼废料为原料，在焙烧炉中焙烧（600），生成氧化钕和氧化铁，再经20%的硫酸溶解，在倒入硫酸钠得稀土硫酸钠沉淀，将沉淀溶解加入氢氧化钠后产生氢氧化钕，再经煅烧（400）即可得

7、到纯的氧化钕，同时此工艺的硫酸铁经冷凝结晶后可得较纯的硫酸铁。到这种工艺同样耗能较高（要煅烧），焙烧产生的粉尘和废气多。主要反应：焙烧过程：Nd+O2=Nd2O3 Fe+O2=Fe2O3酸解过程：Nd2O3+H2SO4=Nd2(SO4)3+H2O Fe2O3+H2SO4=Fe2(SO4)3+H2O盐析：Nd2(SO4)3+ Na2SO4+xH2O= Nd2(SO4)3 Na2SO4xH2O碱转换：Nd2(SO4)3+ NaOH= Nd (OH)2 + Na2SO4焙烧：Nd (OH)2= Nd2O3+H2OC：酸解草酸沉积分离法由于钕铁硼废料的成分都易溶于酸，故用酸解法不仅可以省下煅烧法消耗的

8、大量能量，还可以得到大量的副产品氢气，降低成本，增加效益。本法用30%硫酸将钕铁硼废料溶解，将产生的氢气收集储存，所得溶液经过滤后，再用草酸将稀土沉淀下来，经洗涤焙烧（850）即得氧化钕。该反应的特点能耗大（850高温焙烧），硫酸亚铁品位低。主要反应：酸解过程：Nd+H2SO4=Nd2(SO4)3+H2 Fe+H2SO4=FeSO4+H2草酸分离：Nd2(SO4)3+H2C2O4= Nd2(C2O4)3 + H2SO4焙烧过程：Nd2(C2O4)3=Nd2O3+CO2D：酸解盐析分离法本法用30%硫酸将钕铁硼废料溶解，将产生的氢气收集储存，所得溶液经过滤后，在倒入硫酸钠得稀土硫酸钠沉淀，将沉淀

9、溶解加入氢氧化钠后产生氢氧化钕，再经煅烧（400）即可得到纯的氧化钕，同时此工艺的硫酸亚铁经冷凝结晶后可得较纯的硫酸亚铁。此方法的特点是能耗低，产生的废气少，且Na2SO4可循环使用。主要反应：酸解过程：Nd+H2SO4=Nd2(SO4)3+H2 Fe+H2SO4=FeSO4+H2盐析：Nd2(SO4)3+ Na2SO4+xH2O= Nd2(SO4)3 Na2SO4xH2O碱转换：Nd2(SO4)3+ NaOH= Nd (OH)2 + Na2SO4焙烧：Nd (OH)3= Nd2O3+H2O2.2本项目生产技术选择本项目采用酸解盐析分离法，此方法的特点是在同样的算消耗下，得到大量的氢气，提高了

10、经济效益，并且在整个工艺中节约能源，减少了废气及废水的排放，整体上做到了绿色循环经济。2.3 物料衡算 本项目原材料特点得出本项目生产工艺物料平衡表与物料与水平衡图：生产工艺物料平衡表投 入产 出物料名称投入量（吨/年）物料名称产品（吨/年）钕铁硼废料3000Nd2O31119.732298%硫酸4505.6382FeSO45467.5671氢氧化钠532.448氢气85.2962水11782硫酸钠1418.0732硫酸钠472.6411水7476合 计20292.727314566.6687溶液放入硫酸钠复盐沉降中再利用30NaOH：1773t硫酸钠473t30硫酸15016t水5t水30t

11、NdFeB废料制取Nd2O3和硫酸亚铁天物料衡算第三章 工程的主要内容3.1 工程项目组成 项目组成表序号工程类别工序名称规模备注1 主要生产工程NdFeB废料的反应回收工段3000吨/年氢气压缩工段83吨/年2公用工程变配电80KVA给排水消防3储运工程氢气储存区400m2氧化钕储存区200m2硫酸亚铁储存区200 m2硫酸储存区300 m2氢氧化钠储存区300 m2NdFeB原料储存区200 m23.2生产工艺流程水溶液放入硫酸钠复盐沉降中再利用NaOH水硫酸钠硫酸NdFeB废料制取Nd2O3和氧化铁天流程图3.3生产工艺流程简述该项目以NdFeB废料为原料，采酸解法对NdFeB废料进行分

12、离提纯，主要工艺流程为：先将NdFeB废料磨碎；用30H2SO4溶解；将产生的氢气通入氢气压缩机内储存；得到的溶液过滤；向滤液中加入硫酸钠的稀土复盐沉淀；将得到的复盐沉淀进行过滤洗涤，沉淀再经溶解，再用氢氧化钠沉淀，将沉淀过滤洗涤，的氢氧化钕，氢氧化钕经干燥焙烧（400）即得纯氧化钕，而滤液则利用焙烧产生的热量蒸发结晶得硫酸钠；而前面复盐过滤产生的滤液由于主要含有硫酸亚铁，经蒸发、冷凝重结晶后得硫酸亚铁，剩余溶液含有大量的硫酸钠，利用这些硫酸钠还可以再一步将稀土沉降下来，是整个工艺中的硫酸钠循环使用。3.4主要原、辅材料及水、电、消耗指标 主要原、辅材料及水、电、蒸汽消耗指标类别名称单耗t/t

13、产品（以Nd2O3）年耗量(t/a)来源备注原料NdFeB废料2.67923000外购辅料浓硫酸4.01674505.6382外购辅料硫酸钠0.4221反应所得辅料氢氧化钠0.7132532.448水软水5.35846000自来水电100度/吨300000度3.5 主要设备主要设备一栏表序号设 备 名 称规 格 型 号材料单位数量备 注1NdFeB废料粉碎机组合件台210KW防爆电机2酸解反应槽塑料台43氢气收集压缩机IH-50-32-160组合件台23KW防爆电机4压滤机碳钢台45反应器碳钢台46焙烧炉搪玻璃台27加料泵IH50-32-360组合件台28水洗塔&400/&800碳钢台19中间

14、罐组合件台110水洗泵IH65-40-160不锈钢台24KW防爆电机11成品储罐VN50M3碳钢台212变压器80KVA组合件台113配电柜GGD2-01组合件台214蒸发器&15002500碳钢台115给排水设备16环保与安全设备3.6总平面布置本项目厂区内占地面积50亩，分NdFeB废料的分离回收工段、氢气压缩工段、储运工程、公用工程等。厂区总平面布置图详见项目建设初步设计图纸。主要设计指标如下表总平面布置主要设计指标序号项目单位 数量备注1生产区占地面积m2300002建（构）筑物占地面积m2102713厂区建筑面积m2102714厂区道路用地m2166335厂区绿化面积m289546娱

15、乐休闲区m216007厂区绿化率%29.853.7土建工程项目工程项目建（构）物一览表序号建构筑物名称长宽高mmm建筑面积m2层数结构类型防火等级1NdFeB粉碎车间161562401砖混结构甲2NdFeB酸解车间301564501砖混结构乙3氢气的收集车间201563001砖混结构甲4过滤及盐析车间201563001混凝土围堰丙5氢氧化钕沉淀车间201563001混凝土围堰丙6氢氧化钕焙烧车间152563751混凝土围堰甲7硫酸亚铁回收车间201563001砖混结构丙8硫酸钠回收车间202064001混凝土围堰丙9NdFeB存放区2015103001混凝土围堰丙10氢气储罐区15256375

16、1混凝土围堰丙11氧化钕存放区2010102001砖混结构丙12硫酸亚铁存放区2010102001砖混结构丙13硫酸储罐区201563001砖混结构甲14氢氧化钠存放区201563001砖混结构甲15硫酸钠存放区2010102001砖混结构丙16配电房864481砖混结构乙18生活用房5020450005砖混结构丙19办公室12842883砖混结构丙20污水处理池2515375 露天21水井20 露天平 面 布 置 图3.8工程项目运输量指标运输这一块主要利用社会运输力量来解决运输问题。浓硫酸、氢气、氢氧化钠委托有危险化学品运输资质的单位和车辆运输。工程项目建（构）物一览表序号名称方式运输量来

17、往处备注1NdFeB原料汽车3000吨年生产区到厂区运入2氢氧化钠火车-槽罐车532吨年生产区到厂区运入3氢气汽车槽罐车83吨年销区运出4浓硫酸汽车槽罐车4505吨年经销单位运入5工业与生活垃圾汽车150吨年建材厂和垃圾场运出6硫酸钠汽车1418吨年销区运出7氧化钕汽车1119吨年销区运出8硫酸亚铁汽车5467吨年销区运出合计16274吨年3.9辅助工程实施方案1)给排水方案：自来水直接流入厂区水塔供给；供水压力为0.5MPa，供水系统为生产、生活、消防，厂区由DN150给水铸铁管，管道在小区内形成环状到各用水点。厂区室外采用低压消防给水系统，火灾时由城市消防站的消防设施灭火；室外设地上式消防

18、栓，室外消防用水量15L/s。生产净下水，生产废水由预设地下排污总管相联后，汇集到厂区的污水处理池中。室内生产，生活给排水管道采用UPVC管室外生产，生活废水采用钢筋混凝土管2)动力配电、照明、可燃气体探测方案本工程车间所需动力与照明电源由总配电间供给，电源采用W22型塑料电力电缆沟敷设，进户处穿钢管保护，室内穿管保护；配电电压为380V/220V。生产车间全部采用防爆灯具、防爆照明开关。在酸解、氢气充装、储存区安照可燃气体探测器，报警系统安装在厂区值班室。3)防雷、防静电方案在车间一层设置镀锌扁钢静电接地带，供设备、工艺配管防静电接地用，所有法兰、阀门、设备联接处应用薄铜带进行有效跨接；本工

19、程项目采用TN-C-S接地形式，电源PEN线在进户处重复接地，所有用电设备的非带电金属外壳、支构架、照明灯具、钢管首尾端均需可靠接地，接地电阻不大于1欧姆。本工程车间、充装间属二级防雷建筑物，采用直径12热镀锌圆钢在女儿墙等部位敷设作为避雷带，在距室外地坪0.5米处设断接卡，引下线与基础钢筋连接，并在屋项设置避雷针。4)消防设备与设施方案在氢气储存区防火堤旁设置移动式抗溶性泡沫灭火系统，地上式消防栓各一个，生产车间各层设置室内消防栓柜并配备消防水栓、水带、水枪，每层配备8干粉灭火器2只；充装台、配电房、锅炉房、办公室配备适量灭火器；消防给水自成一路。第四章 环境保护4.1、采用的环境保护标准a

20、、环境空气质量标准(GB3095-1996)b、污水综合排放标准(GB8978-1996)c、工业企业噪声控制设计规范(GBJ87-1985)d、大气污染物综合排放标准(GB16297-1996)f、危险废物鉴别标准(GB5085-1996)4.2、主要污染及污染物4.2.1污染源分析 (1) 废水：本项目生产废水主要为滤液废水、洗罐废水、地面冲洗水等，废水总产生量约为3472.16m3/a。总废水中经自建污水处理站处理后全部回用量2159.16 m3/a，外排废水量为1313.00 m3/a。 冷凝结晶后的溶液直接回流硫酸钠沉淀稀土工序不外排，工艺冷却水直接作为循环水的补水，滤液废水、洗罐废

21、水和循环水排污水经自建污水处理站处理达标后补充作为循环冷却水；污水处理池外排废水经雨水管网直接排入江河；生活污水中粪便废水经化粪池初级处理后给周围边果农作农肥。 (2) 废气：本项目建成投产后排放的大气污染物主要来源于工艺废气、原料装卸储存蒸发和备用柴油发电机燃油废气以及燃煤废气。主要大气污染物年排放负荷为，氢气1.39 t/a、SO23.84t/a、NOx0.16t/a、烟尘2.24t/a。 (3) 固体废物：本项目营运期间产生的固体废物主要有酸解后的剩余废渣、燃煤渣、生活垃圾及其它垃圾等，产生量共有150t/a。 (4) 噪声：本项目主要噪声源有氢气缩机动力设备的噪声源（8090 dB(A

22、)），、反应工段设备（7080 dB(A)）、各类泵噪声源（7580 dB(A)）、备用柴油发电机（8590 dB(A)）及各类装卸机械、运输车辆等。4.2.2项目污染源强汇总该项目主要污染物产生和排放情况项 目污染物产生量排放量排放去向废水废水量（m3/a）3472.161313.00经厂内预处理后外排废气氢气（t/a）831.39大气锅炉烟气（万m3/a）480480经旋流塔板碱液喷淋除尘装置处理后由20m高排气筒排放烟尘（t/a）2.400.24SO2（t/a）3.843.84固体废物煤渣及除尘灰渣（t/a）1200外卖制砖污水处理池污泥与生活垃圾（t/a）300无偿给果农作果树深埋有机

23、肥4.3、“三废”及噪声治理方案本项目污染防治措施清单分类措 施 主 要 内 容废水本项目废水经厂内污水处理设施处理达GB3838-2002二级排放标准后排出。储罐、管线按储存品种“单线单罐”要求配置，基本实现专罐专用；选用密封性良好的管件、阀门，选用可靠的机泵、自控阀门，减少储存品跑冒滴漏现象的发生。规范排污口设置。厂区内除一根雨水排放管和一根污水排放管（纳管）外，不得再设置其它与水体相通的涵管、沟渠。废气锅炉烟气采用旋流塔板式碱液喷淋除尘装置处理，除尘效率可达90，锅炉烟气经处理后通过一支20m高排气筒排放。储罐外部涂以银白或奶白色油漆；采用内浮顶设计；防止储罐的溢出、冒顶、渗漏呼吸阀失灵

24、和储罐的密封失灵；建议在各储罐关键部位（如呼吸阀等）安装氢气自动监测报警装置，并在储罐上设固定消防喷淋冷却系统，尽可能避免发生事故。储罐区设置50m卫生防护距离。 清罐前应通知附近居民，做好公告工作，选择背离居住区风向（如N风）的天气进行清罐，切忌令居住区处于下风向。没有较大把握时请专业公司清罐。固废锅炉煤渣及除尘灰渣外售给当地制砖厂制砖。一般固废应设专门堆场，堆场需作防渗处理，并有固定防雨棚，且有12d的容量。噪 声合理布局，将空压站、冷凝塔、泵房等主要噪声设施集中布置于厂区中部。对各类泵基座采取柔性连接；在冷却塔表面敷设适量海绵等柔性材料，以降低水滴声；选用螺杆式空压机，全罩型机箱，箱内衬

25、吸声材料，设减振基础，吸气口装消声器；风机的进出风管加装消声器；对各设备电动机加装隔声罩。严格设备选型，尽量选择低噪声的设备，并加强对设备的维护保养，发现设备异常运行时应及时检修。搞好厂区绿化工作，特别是四周厂界、厂前区应多种植草木，以达到隔声降噪的作用。绿 化绿化面积应达到10以上。锅炉房，生产区、厂界四周加强绿化。其它做好“劳动安全卫生预评价报告”，并落实相关措施。第五章 环境与职业安全风险5.1 设计的主要依据(1)国家安全生产监督管理局关于危险化学品管理有关政策、法规及条例(2)建设项目环境风险评价技术导则 国家环境保护总局 HJ/T169-20045.2 环境与职业安全风险 根据建设

26、项目环境风险评价技术导则附录A.1评价等级判定依据的“表2有毒物质名称及临界量”、重大危险源辨识（GB18218-2000）和关于开展重大危险源监督管理工作的指导意见（安监管协调字200456号），对本项目进行重大危险源辨识结论为：本项目及现有工程的氢气的充装和罐区及生产区为重大危险源，最大危险源为本项目的氢气的充装和罐区。 通过对本项目物料和工艺过程中的危险危害性进行辨识可知，本项目存在的危险危害因素有：火灾爆炸、压力容器爆炸、中毒和窒息、触电、灼烫、高处坠落、机械伤害、物体打击、车辆伤害、毒物危害等。其中主要风险为火灾爆炸、酸碱灼伤、高温烫伤及毒物中毒危害。 类比世界已发生的化工储罐事故发

27、生概率，其发生火灾爆炸等重大事故的概率为 8.710-5次/（罐.年）。加之本项目采取严格的风险事故防范措施，此类事故发生率较小，同时本项目将对储罐设置报警监测装置、消防设施等，基本上能使泄漏隐患早发现，并控制在可接受程度内。 5.3 风险防范措施 风险防范措施一栏表序号 风险防范措施1建立、建全各种安全管理制度与重要岗位操作规程；加强员工安全技术知识培训；强化物料运输、储存、动火过程管理2建立全厂区的事故应急救援预案并加强演练3物料罐区设置围堰，罐体上设置冷却水喷淋装置与液位显示装置4各罐体应可靠接地，输送管线法兰联接处应用铜带进行有效跨接以防静电，避雷系统安装可靠且有效。5储罐区设置高效灭火系统，厂区内设置二个室外地上消防水栓，消防给水自成一路，主要生产车间、工段设置足量高效灭火器。6在储罐区，生产车间安装有毒气体检测装置。7动力管线、供热线管线应按有关规范进行敷设8给员工配发劳动保护用品，缴纳工伤保险9在厂区显眼处装贴各种安全警示标识10加强经常性安全检查，发现问题及时解决