ИЗВЛЕЧЕНИЕ НЕОДИМА ИЗ СПЛАВА NdFeB В СОЛЕВЫХ РАСПЛАВАХ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследовано взаимодействие сплава NdFeB с расплавом NaCl-KCl в присутствии CoCl2 в широком интервале температур и показано, что хлорид кобальта выщелачивает неодим, железо и бор из сплава NdFeB. Установлено, что процесс выщелачивания протекает в два этапа. На первом этапе, который продолжается пока в расплаве присутствуют катионы кобальта, из сплава в расплав переходят катионы железа, бора и неодима. Трихлорид бора испаряется из расплава и конденсируется в верхней части электрохимической ячейки. На втором этапе катионы железа участвуют в выщелачивании неодима и бора из сплава. Расплав при этом самопроизвольно очищается от железа. Анализ кинетических зависимостей выявил, что скорость извлечения неодима практически не зависит от содержания кобальта и железа в расплаве. По всей видимости, процесс в целом лимитируется диффузией неодима от поверхности образца NdFeB, поскольку значения коэффициентов диффузии для неодима в 2–3 раза меньше, чем для кобальта и железа. Показано, что степень извлечения неодима из NdFeB уменьшается с повышением температуры процесса, что хорошо согласуется с выполненными расчетами температурной зависимости изобарно-изотермического потенциала реакций взаимодействия Nd, Fe и B с хлоридом кобальта. В результате предложена принципиальная схема по переработке вышедших из употребления магнитов на основе сплава NdFeB с использованием расплавленных солей.

Об авторах

Ю. В. Стулов

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева — обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук»

Email: iu.stulov@ksc.ru
Апатиты, Россия

А. В. Попова

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева — обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук»

Апатиты, Россия

С. А. Кузнецов

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева — обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук»

Апатиты, Россия

Список литературы

  1. Balaram V. Rare earth elements: A review of applications, occurrence, exploration, analysis, recycling, and environmental impact // Geosci. Front. 2019. V. 10, Is. 4. P. 1285–1303.
  2. Goodenough K.M., Wall F., Merriman D. The Rare Earth Elements: Demand, Global Resources, and Challenges for Resourcing Future Generations // Nat. Resour. Res. 2018. V. 27, Is. 2. P. 201–216.
  3. Sprecher B., Xiao Y., Walton A., Speight J., Harris R., Kleijn R., Visser G., Kramer G.J. Life cycle inventory of the production of rare earths and the subsequent production of NdFeB rare earth permanent magnets // Environ. Sci. Technol. 2014. V. 48, Is. 7. P. 3951–3958.
  4. Wübbeke J. Rare earth elements in China: Policies and narratives of reinventing an industry // Resour. Policy. 2013. V. 38, Is. 3. P. 384–394.
  5. Vander Hoogerstraete T., Blanpain B., Van Gerven T., Binnemans K. From NdFeB magnets towards the rare-earth oxides: A recycling process consuming only oxalic acid // RSC Adv. 2014. V. 4, Is. 109. P. 64099–64111.
  6. Schulze R., Buchert M. Estimates of global REE recycling potentials from NdFeB magnet material // Resour. Conserv. Recycl. 2016. V. 113. P. 12–27.
  7. Kushkhov K., Ali Z., Khotov A., Kholkina A. Mechanism of Dy3+ and Nd3+ Ions Electrochemical Coreduction with Ni2+, Co2+, and Fe3+ Ions in Chloride Melts // Materials. 2021. V. 14, Is. 23. P. 7440.
  8. Кушхов Х.Б., Кишева Ф.А., Виндижева М.К., Мукожева Р.А., Кожемова К.Р., Бероева Л.М. Исследование механизма электровосстановления ионов лантана на никелевом электроде в хлоридном расплаве // Расплавы. 2023. №. 6. С. 652–660.
  9. Кушхов Х.Б., Виндижева М.К., Мукожева Р.А., Кишева Ф.А. Изучение совместного электровосстановления ионов La3+ и Ni2+ в эквимольном расплаве KCl–NaCl при 973 K // Расплавы. 2022. № 6. С. 640–650.
  10. Кушхов Х.Б., Карданова Р.А., Хасанов В.В., Борукаева И.А. Подбор оптимального состава электролизной ванны для синтеза интерметаллидов гольмия с металлами триады железа // Расплавы. 2018. № 3. С. 336–343.
  11. Jönsson C., Awais M., Pickering L., Degri M., Zhou W., Bradshaw A., Sheridan R., Mann V., Walton A. The extraction of NdFeB magnets from automotive scrap rotors using hydrogen // J. Clean. Prod. 2020. V. 277.
  12. Liu F., Chen F., Wang L., Ma S., Wan X., Wang J. Selective separation of rare earths from spent Nd-Fe-B magnets using two-stage ammonium sulfate roasting followed by water leaching // Hydrometallurgy. 2021. V. 203.
  13. Zhang Y., Gu F., Su Z., Liu S., Anderson C., Jiang T. Hydrometallurgical recovery of rare earth elements from ndfeb permanent magnet scrap: A review // Metals. 2020. V. 10, Is. 6. P. 1–34.
  14. Uysal E., Al S., Emil-Kaya E., Stopic S., Gürmen S., Friedrich B. Hydrometallurgical recycling of waste NdFeB magnets: design of experiment, optimisation of low concentrations of sulphuric acid leaching and process analysis // Can. Metall. Q. 2022. V. 62. Is. 1. P. 107–118.
  15. Wang J., Wang L., Liu F. Selective transformation and separation of rare earths from NdFeB magnet scraps based on sulfuric acid reduction // Guocheng Gongcheng Xuebao/The Chinese J. Process Eng. 2020. V. 20, Is. 8. P. 921–928.
  16. Jiang Y., Deng Y., Xin W., Guo C. Oxidative Roasting–Selective Pressure Leaching Process for Rare Earth Recovery from NdFeB Magnet Scrap // Trans. Indian Inst. Met. 2020. V. 73, Is. 3. P. 703–711.
  17. Qiu X., Hu X.J., Xie W.C., Zeng Q.Y., Li M.F., Liu R.H., Zhong M.L. Magnetic Properties of Regenerated Sintered NdFeB Magnets by Doping NdH3/PrH3 Powder // Chinese Rare Earths. 2019. V. 40, Is. 6. P. 49–56.
  18. Zhou X., Tian Y.L., Yu H.Y., Zhang H., Zhong X.C., Liu Z.W. Synthesis of hard magnetic NdFeB composite particles by recycling the waste using microwave assisted auto-combustion and reduction method // Waste Manag. 2019. V. 87. P. 645–651.
  19. Kapustka K., Ziegmann G., Klimecka-Tatar D., Nakonczy S. Process Management and Technological Challenges in the Aspect of Permanent Magnets Recovery – the Second Life of Neodymium Magnets // Manuf. Technol. 2020. V. 20, Is. 5. P. 617–624.
  20. Yingnakorn T., Laokhen P., Sriklang L., Patcharawit T., Khumkoa S. Study on recovery of rare earth elements from NdFeB magnet scrap by using selective leaching // Mater. Sci. Forum. 2020. V. 1009 MSF. P. 149–154.
  21. Akcil A., Ibrahim Y.A., Meshram P., Panda S., Abhilash. Hydrometallurgical recycling strategies for recovery of rare earth elements from consumer electronic scraps: a review // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2021. V. 96, Is. 7. P. 1785–1797.
  22. Chung K.W., Yoon H.-S., Kim C.-J., Kim R., Lim B. KIGAM Technology for the Recovery of NdFeB Waste Magnet and Manufacturing Scraps // Minerals, Metals and Materials Series. 2022. P. 721–728.
  23. Buahombura P., Kareram A., Piyawit W., Boonmee S. Hydrometallurgical process for selective extraction of nd and rare-earth metals from end-of-life hard disk drives ndfeb magnet scrap // Key Eng. Mater. 2020. V. 845 KEM. P. 81–86.
  24. Kaya E.E., Kaya O., Stopic S., Gürmen S., Friedrich B. NdFeB Magnets Recycling Process: An Alternative Method to Produce Mixed Rare Earth Oxide from Scrap NdFeB Magnets // Metals. 2021. V. 11, Is. 5. P. 716.
  25. Gergoric M., Ravaux C., Steenari B.-M., Espegren F., Retegan T. Leaching and Recovery of Rare-Earth Elements from Neodymium Magnet Waste Using Organic Acids // Metals. 2018. V. 8, Is. 9. P. 721.
  26. Kumari A., Sinha M.K., Pramanik S., Sahu S.K. Recovery of rare earths from spent NdFeB magnets of wind turbine: Leaching and kinetic aspects // Waste Manag. 2018. V. 75. P. 486–498.
  27. Yadav K.K., Anitha M., Singh D.K., Kain V. NdFeB magnet recycling: Dysprosium recovery by non-dispersive solvent extraction employing hollow fibre membrane contactor // Sep. Purif. Technol. 2018. V. 194. P. 265–271.
  28. Gergoric M., Ekberg C., Foreman M.R.S.J., Steenari B.M., Retegan T. Characterization and Leaching of Neodymium Magnet Waste and Solvent Extraction of the Rare-Earth Elements Using TODGA // J. Sustain. Metall. 2017. V. 3, Is. 3. P. 638–645.
  29. Orefice M., Binnemans K., Vander Hoogerstraete T. Metal coordination in the high-temperature leaching of roasted NdFeB magnets with the ionic liquid betainium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide // RSC Adv. 2018. V. 8, Is. 17. P. 9299–9310.
  30. Yang Y., Walton A., Sheridan R., Güth K., Gauß R., Gutfleisch O., Buchert M., Steenari B.M., Van Gerven T., Jones P.T., Binnemans K. REE Recovery from End-of-Life NdFeB Permanent Magnet Scrap: A Critical Review // J. Sustain. Metall. 2017. V. 3, Is. 1. P. 122–149.
  31. Awais M., Coelho F., Degri M., Herraiz E., Walton A., Rowson N. Hydrocyclone separation of hydrogen decrepitated NdFeB // Recycling. 2017. V. 2, Is. 4.
  32. Gergoric M., Ekberg C., Steenari B.M., Retegan T. Separation of Heavy Rare-Earth Elements from Light Rare-Earth Elements Via Solvent Extraction from a Neodymium Magnet Leachate and the Effects of Diluents // J. Sustain. Metall. 2017. V. 3, Is. 3. P. 601–610.
  33. Bian Y.Y., Guo S.Q., Tang K., Ding W.Z. Extraction of rare earth elements from permanent magnet scraps by VIM-HMS method // Mater. Sci. Forum. 2016. V. 863. P. 139–143.
  34. Hua Z.S., Wang L., Wang J., Xiao Y.P., Yang Y.X., Zhao Z., Liu M.J. Extraction of rare earth elements from NdFeB scrap by AlF3-NaF melts // Mater. Sci. Technol. (United Kingdom). 2015. V. 31, Is. 8. P. 1007–1010.
  35. Akolkar R. Perspective—Is Sustainable Electrowinning of Neodymium Metal Achievable? // J. Electrochem. Soc. 2022. V. 169, Is. 4. P. 043501.
  36. Sun M., Hu X., Peng L., Fu P., Ding W., Peng Y. On the production of Mg-Nd master alloy from NdFeB magnet scraps // J. Mater. Process. Technol. 2015. V. 218. P. 57–61.
  37. Cvetković V.S., Feldhaus D., Vukićević N.M., Barudžija T.S., Friedrich B., Jovićević J.N. Electrochemical Study of Nd and Pr Co-Deposition onto Mo and W from Molten Oxyfluorides // Met. 2021, Vol. 11, Page 1494. 2021. V. 11, Is. 9. P. 1494.
  38. Schulze R., Abbasalizadeh A., Bulach W., Schebek L., Buchert M. An Ex-ante LCA Study of Rare Earth Extraction from NdFeB Magnet Scrap Using Molten Salt Electrolysis // J. Sustain. Metall. 2018. V. 4, Is. 4. P. 493–505.
  39. Cvetković V.S., Feldhaus D., Vukićević N.M., Barudžija T.S., Friedrich B., Jovićević J.N. Investigation on the electrochemical behaviour and deposition mechanism of neodymium in NdF3–LiF–Nd2O3 melt on Mo electrode // Metals. 2020. V. 10, Is. 5. P. 576.
  40. Cvetković V.S., Vukićević N.M., Feldhaus D., Barudžija T.S., Stevanović J.S., Friedrich B., Jovićević J.N. Study of Nd Deposition onto W and Mo Cathodes from Molten Oxide-Fluoride Electrolyte // Int. J. Electrochem. Sci. 2020. V. 15. P. 7039–7052.
  41. Konishi H., Ono H., Takeuchi E., Nohira T., Oishi T. Electrochemical Formation of RE-Zn (RE=Dy, Nd) Alloys Using Liquid Zn Electrodes in a Molten LiCl-KCl System // ECS Meet. Abstr. 2016. V. MA2016-01, Is. 21. P. 1130–1130.
  42. Jeon Y., Hur J., Jeong G.Y., Sohn S., Park J. Selective and efficient extraction of Nd from NdFeB magnets via ionization in LiCl-KCl-CdCl2 melt // J. Alloys Compd. 2021. V. 860. P. 158424.
  43. Galus Z. Fundamentals of electrochemical analysis, 2nd. / Chalmers R.A., Bryce W.A.J. 1994.
  44. Nicholson R.S., Shain I. Theory of Stationary Electrode Polarography: Single Scan and Cyclic Methods Applied to Reversible, Irreversible, and Kinetic Systems // Anal. Chem. 1964. V. 36, Is. 4. P. 706–723.
  45. Stull D.R. Vapor Pressure of Pure Substances. Organic and Inorganic Compounds // Ind. Eng. Chem. 1947. V. 39, Is. 4. P. 517–540.
  46. Kuznetsov S.A., Popova A. V., Stulov Y. V., Markovich S.I. Electrochemistry of Neodymium in an Equimolar NaCl-KCl Melt without and with Addition of Fluoride Ions // J. Electrochem. Soc. 2023. V. 170, Is.7. С. 076508.
  47. Liu S., Zhen Y., He X., Wang L., Chou K. Recovery and separation of Fe and Mn from simulated chlorinated vanadium slag by molten salt electrolysis // Int. J. Miner. Metall. Mater. 2020. V. 27, Is 12. С. 1678–1686.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».