بررسی فرآیند استخراج حلالی عناصر خاکی نادر از آهنربای دائمی مستعمل NdFeB

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در پژوهش حاضر، امکان بازیابی و جداسازی عناصر خاکی نادر موجود در آهنرباهای مستعمل NdFeB مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا پس از مغناطیس‌زدایی و خردایش آهنربا، فروشویی آهنربا در اسید سولفوریک 2 مولار انجام شد. رسوب دهی عناصر خاکی نادر از طریق تولید سولفات مضاعف عناصرخاکی نادر انجام گرفته که پس از جداکردن رسوب حاصله، آهن و بور به عنوان ناخالصی‌های اصلی در محلول باقی ‌ماند. سپس رسوب سدیم دوسولفات عناصر خاکی نادر با محلول اسید اگزالیک واکنش داده شده و اگزالات آن ها تولید شد. از تشویه اگزالات عناصر خاکی نادر بدست آمده در دمای 950 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت، اکسید ناخالص عناصر خاکی نادر تولید گردید. در نهایت با فروشویی این ماده در اسید کلریدریک 0.5 مولار، محلولی حاوی عناصر نئودیمیوم Nd، پرازئودیمیوم Pr، دیسپروزیوم Dy و لانتانیوم La بدست آمد که بررسی استخراج عناصر مذکور از محلول به روش استخراج حلالی و بصورت جذب شده در فاز آلی با استفاده از استخراج کننده D2EHPA مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج بدست آمده، امکان استخراج انتخابی دیسپروزیوم در pH‌ کمتر از 0.5 وجود دارد، در حالیکه در pH بالاتر استخراج هر چهار عنصر با بازده بالا انجام می شود. عناصر سنگین تر با راندمان بالاتری استخراج می شوند و با کاهش جرم اتمی، راندمان استخراج کاهش می یابد. در شرایط مورد بررسی آزمایش، استخراج حلالی عناصر Dy، Nd و Pr در pH=3 تقریباً بطور کامل انجام گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study on solvent extraction of REEs from a NdFeB permanent magnet scrap

نویسندگان [English]

  • Somayeh Khani
  • Hossein Salehi
  • Hamed Tavakoli
  • Mohammad Reza Aboutalebi
School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

In this study recovery of rare earth elements from a NdFeB magnet was investigated. The magnet was firstly demagnetized at 450°C followed by grinding and leaching in 2 M sulfuric acid, wherein the rare earth elements were precipitated as their sodium double sulfate. However, iron and boron as the main impurities remained in the solution. The REEs double sulfate was subsequently treated with oxalic acid to obtain REEs oxalate followed by calcination of the rare-earth oxalates at 950°C for 2 hours to produce rare-earth oxides. After leaching the REEs oxide in 0.5 M hydrochloric acid, solvent extraction was carried out using D2EHPA as the extractant. Results showed that selective extraction of Dy is possible at pH

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rare Earth Elements
  • NdFeB magnet
  • Solvent extraction
  • D2EHPA
  • Precipitation
1.        Alonso E, Sherman AM, Wallington TJ, Everson MP, Field FR, Roth R, et al. Evaluating Rare Earth Element Availability: A Case with Revolutionary Demand from Clean Technologies. Environ Sci Technol. 2012 Mar 20;46(6):3406–14.

2.        Anderson CD, Anderson CG, Taylor PR. Survey of recycled rare earths metallurgical processing. Can Metall Q. 2013 Jul 18;52(3):249–56.

3.        Chu, S. EA. Critical Materials Strategy 2011. Energy. 2011;191.

4.        Schüler D, Buchert M, Liu R, Dittrich S, Merz C. Study on Rare Earths and Their Recycling. Öko-Institut eV , Abschlussbericht. Darmstadt. 2011; Available from: http://www.oeko.de/oekodoc/1112/2011-003-en.pdf

5.        Jha MK, Kumari A, Panda R, Rajesh Kumar J, Yoo K, Lee JY. Review on hydrometallurgical recovery of rare earth metals. Hydrometallurgy. 2016 Oct;165:2–26.

6.        Tan Q, Li J, Zeng X. Rare Earth Elements Recovery from Waste Fluorescent Lamps: A Review. Crit Rev Environ Sci Technol. 2015 Apr 3;45(7):749–76.

7.        Ye S, Jing Y, Wang Y, Fei W. Recovery of rare earths from spent FCC catalysts by solvent extraction using saponified 2-ethylhexyl phosphoric acid-2-ethylhexyl ester (EHEHPA). J Rare Earths. 2017 Jul;35(7):716–22.

8.        Abrahami ST, Xiao Y, Yang Y. Rare-earth elements recovery from post-consumer hard-disc drives. Miner Process Extr Metall. 2015;124(2):106–15.

9.        Sagawa M, Hiraga K, Yamamoto H, Matsuura Y. Permanent magnet materials based on the rare earth-iron-boron tetragonal compounds. IEEE Trans Magn. 1984;20(5):1584–9.

10.      Binnemans K, Jones PT, Blanpain B, Van Gerven T, Yang Y, Walton A, et al. Recycling of rare earths: a critical review. J Clean Prod. 2013 Jul;51:1–22.

11.      Tanaka M, Oki T, Koyama K, Narita H, Oishi T. Recycling of Rare Earths from Scrap. In: Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths. 2013. p. 159–211.

12.      Lyman JW, Palmer GR. Recycling of Rare Earths and Iron from NdFeB Magnet Scrap. High Temp Mater Process. 1993;11(1–4):175–88.

13.      Ellis TW, Schmidt FA, Jones LL. Methods and Opportunities in The Recycling of Rare Earth Based Materials. Metall Ceram Div. 1994;1–8.

14.      Bandara HMD, Field KD, Emmert MH. Rare earth recovery from end-of-life motors employing green chemistry design principles. Green Chem. 2015;(August 2016):753–9.

15.      Panda N, Devi N, Mishra S. Solvent extraction of neodymium(III) from acidic nitrate medium using Cyanex 921 in kerosene. J Rare Earths. 2012 Aug;30(8):794–7.

16.      Kao H-C, Yen P-S, Juang R-S. Solvent extraction of La(III) and Nd(III) from nitrate solutions with 2-ethylhexylphosphonic acid mono-2-ethylhexyl ester. Chem Eng J. 2006 Jun;119(2–3):167–74.

17.      Huang X, Li J, Long Z, Zhang Y, Xue X, Zhu Z. Synergistic extraction of rare earth by mixtures of 2-ethylhexyl phosphoric acid mono-2-ethylhexyl ester and di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid from sulfuric acid medium. J Rare Earths. 2008 Jun;26(3):410–3.

18.      Yoon H-S, Kim C-J, Chung K-W, Kim S-D, Lee J-Y, Kumar JR. Solvent extraction, separation and recovery of dysprosium (Dy) and neodymium (Nd) from aqueous solutions: Waste recycling strategies for permanent magnet processing. Hydrometallurgy. 2016 Oct;165:27–43.

19.      Banda R, Jeon H, Lee M. Solvent extraction separation of Pr and Nd from chloride solution containing La using Cyanex 272 and its mixture with other extractants. Sep Purif Technol. 2012 Sep;98:481–7.

20.      Xie F, Zhang TA, Dreisinger D, Doyle F. A critical review on solvent extraction of rare earths from aqueous solutions. Miner Eng. 2014 Feb;56:10–28.

21.      Mohammadi M, Forsberg K, Kloo L, Martinez De La Cruz J, Rasmuson Å. Separation of ND(III), DY(III) and Y(III) by solvent extraction using D2EHPA and EHEHPA. Hydrometallurgy. 2015 Jul;156:215–24.

22.      Liu Y, Jeon HS, Lee MS. Solvent extraction of Pr and Nd from chloride solution by the mixtures of Cyanex 272 and amine extractants. Hydrometallurgy. 2014 Dec;150:61–7.

23.      Kitagawa J, Uemura R. Rare Earth Extraction from NdFeB Magnet Using a Closed-Loop Acid Process. Sci Rep. 2017 Dec 14;7(1):8039.

24.      Abreu RD, Morais CA. Purification of rare earth elements from monazite sulphuric acid leach liquor and the production of high-purity ceric oxide. Miner Eng. 2010 May;23(6):536–40.

25.      Wendlandt WW. Thermal Decomposition of Scandium, Yttrium, and Rare Earth Metal Oxalates. Anal Chem. 1958 Jan;30(1):58–61.

26.      W. W. Wendlandt. Thermal decomposition curves of rare earth metal oxalates. Anal Chem. 1959;31(3):408–10.

27.      Glasner A, Steinberg M. Thermal decomposition of the light rare earth oxalates. J Inorg Nucl Chem. 1961 Dec;22(1–2):39–48.

28.      De Almeida L, Grandjean S, Vigier N, Patisson F. Insights into the thermal decomposition of lanthanide(III) and actinide(III) oxalates-from neodymium and cerium to plutonium. Eur J Inorg Chem. 2012;2012(31):4986–4999.