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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:劉韋麟
研究生(外文):Liu, Wei-Lin
論文名稱:釹鐵硼永磁體工業廢料之化學沉澱與萃取回收稀土
論文名稱(外文):Recovery of Rare Earths from Neodymium Iron Boron Magnet Waste by Chemical Precipitation and Solvent Extraction
指導教授:王文裕王文裕引用關係
指導教授(外文):Wang, Wen-Yu
口試委員:姚品全王順成
口試委員(外文):Yao, Pin-ChuanWang, Shun-Cheng
口試日期:2020-06-29
學位類別:碩士
校院名稱:朝陽科技大學
系所名稱:環境工程與管理系
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:102
中文關鍵詞:永磁體稀土溶劑萃取
外文關鍵詞:permanent magnetrare earthsolvent extraction
相關次數:
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稀土在產業上的應用具有相當的普遍性及重要性,導致稀土的需求與價格都不斷的在上揚,美國能源部發布的關鍵度矩陣圖裡,最關鍵的元素都是稀土元素,由此可知稀土的影響力,加上本國並無稀土礦藏,因此更顯得稀土的回收重要性,目前國內並無稀土之永磁材料的回收廠,也無相關輕稀土(釹、鐠)、重稀土(鏑、鋱)的分離技術,導致即使回收也造成資源純度與價值大減。
本研究主要探討釹鐵硼永磁體工業廢料中輕重稀土的分離技術,先以鹽酸選擇性溶解法溶解出稀土後,加入草酸沉澱,再以高溫鍛燒轉化為氧化稀土,氧化稀土再以溶劑萃取法進一步分離輕重稀土,來提升產品的價值。
本研究著重於溶劑萃取法分離輕重稀土,選擇P507為萃取劑,氫氧化鈉為皂化劑,最佳萃取參數為:萃取平衡pH值為1、反萃液鹽酸酸濃度為2N、重稀土與萃取劑莫耳比為1:26.31、油水相比為1:2,稀釋劑比萃取劑為5.85、最佳單級重稀土萃取率為86.11%、純度為97.13%、分離係數為759.63。
The application of rare earths in the industry is quite universal and important, leading to rising demand and prices of rare earths. In the criticality matrix released by the US Department of Energy, the most critical elements are rare earth elements. Unfortunately, the influence of rare earth! There is no rare earth mineral deposit in the country, so the recovery of rare earth is more important. At present, there is no recycling plant for permanent magnetic materials of rare earth in Taiwan, and there is no related separation technology of light rare earth (neodymium, gallium) and heavy rare earth (dysprosium, ytterbium). As a result, even the recycling will cause the resource purity and value to be greatly reduced.
This study mainly discusses the separation technology of light and heavy rare earths in industrial waste of NdFeB permanent magnets. The rare earths are first dissolved by hydrochloric acid selective dissolution, added with oxalic acid precipitation, and then converted to rare earth oxides by high temperature calcination, and the rare earth oxides are then extracted with solvents The method further separates light and heavy rare earths to enhance the value of products.
This study focuses on the separation of light and heavy rare earths by solvent extraction. P507 is selected as the extraction agent and sodium hydroxide is the saponification agent. The optimal extraction parameters are: extraction equilibrium pH is 1, back extraction liquid hydrochloric acid concentration is 2N, heavy rare earth and extraction The molar ratio of the agent is 1:26.31, the oil-water ratio (dilution dose) is 1:2, the diluent ratio extractant is 5.85, the optimal single-stage heavy rare earth extraction rate is 86.11%, the purity is 97.13%, and the separation factor is 759.63.

目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 IV
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 稀土簡介及應用 4
2.2 稀土於磁性元件上的發展與應用 13
2.3 稀土永磁廢料回收技術 30
2.4 溶解沉澱技術 36
2.5 溶劑萃取技術 37
第三章 實驗材料與方法 49
3.1 實驗架構 49
3.2 實驗儀器設備 51
3.3 實驗藥品 52
3.4 稀土廢料回收混合稀土氧化物 53
3.4.1 稀土廢料、元件等前處理 54
3.4.2 氧化焙燒及鹽酸選擇性溶解法 55
3.4.3 化學沉澱法之草酸稀土 56
3.4.4 鍛燒轉化氧化稀土 56
3.5 溶劑萃取之輕重稀土分離法 57
3.5.1 酸溶浸漬及酸溶液pH值調整 58
3.5.2 萃取劑皂化 58
3.5.3 溶劑萃取 60
3.6 分析方法 61
3.6.1 稀土檢測分析(王水消化法) 61
3.6.2 感應耦合電漿原子發射光譜法 63
3.6.3 水之氫離子濃度指數(pH值)測定方法(電極法) 66
第四章 結果與討論 68
4.1 稀土永磁材料廢料全成份分析 68
4.2 溶劑萃取輕重稀土分離 71
4.3 萃取劑種類 72
4.4 皂化劑種類 75
4.5 萃取平衡pH值 77
4.6 反萃液濃度 80
4.7 萃取劑劑量 82
4.8 油水相比(稀釋劑劑量) 84
4.9 釹鐵硼永磁體工業廢料之輕重稀土分離 86
4.10 串級萃取 89
第五章 結論與建議 92
5.1 結論 92
5.2 建議 93
參考文獻 94

表目錄
表2.1近五年全球稀土元素蘊藏分布情形 6
表2.2近五年全球稀土元素出口情形 7
表2.3中國大陸稀土政策 8
表2.4稀土元素及應用 10
表2.5稀土系永久磁石之發展歷程(資料來源:陳,102) 14
表2.6現今永磁材料類別(徐,2020) 17
表2.7稀土金屬應用產業領域與廢料來源 28
表2.8含稀土廢棄物類型及其所含稀土元素種類與含量百分比 28
表2.9國內外相關廢釹鐵硼磁體之回收技術內容 32
表4.1稀土永磁材料加工廢料中元素成分比例 70
表4.2 P204及P507對重稀土萃取效果之比較 74
表4.3 NaOH與NH4OH對重稀土萃取效果之比較 76
表4.4不同萃取平衡pH值對重稀土萃取效果之比較 79
表4.5不同鹽酸濃度反萃液對重稀土萃取效果之比較 81
表4.6不同萃取劑劑量對重稀土萃取效果之比較 83
表4.7不同油水比對重稀土萃取效果之比較 85
表4.8溶劑萃取法之輕重稀土分離結果 88
表4.9多級萃取對稀土分離之影響 91
圖目錄
圖1.1美國能源部之金屬關鍵度矩陣 2
圖2.1元素週期表(IUPAC, 2018) 4
圖2.2我國近十年稀土資源進出口貿易量 9
圖2.3鐵氧體磁體的元素組成 17
圖2.4鋁鎳鈷磁體的元素組成 18
圖2.5釤鈷磁體的元素組成 18
圖2.6釹鐵硼磁體的元素組成 19
圖2.7不同應用產品與鏑的添加量 22
圖2.8熱加工流程 23
圖2.9燒結磁體製造流程 25
圖2.10黏結磁體製造流程 26
圖2.11汽車高功率馬達配置之釹磁體 27
圖2.12 D2EHPA在不同pH值下對各種金屬離子之萃取率 41
圖2.13 HEHEHP在不同pH值下對各種金屬離子之萃取率 42
圖2.14 EDTA與金屬螯合物的結構 45
圖3.1本研究之實驗架構圖 50
圖3.2鹽酸選擇性溶解與化學沉澱回收稀土 53
圖3.3燒結永磁廢料前處理流程 54
圖3.4鹽酸選擇性溶解與化學沉澱回收稀土 56
圖3.5溶劑萃取之輕重稀土法分離實驗架構 57
圖4. 1稀土永磁材料加工廢料全成分比例 68
圖4.2稀土永磁材料加工廢料中鑭系元素成分比例 69
圖4.3稀土永磁材料加工廢料中其他元素成分比例 70
圖4.4 D2EHPA 之分子結構 72
圖4.5 HEHEHP 之分子結構 72
圖4.6 P204及P507對輕稀土萃取效果之影響 73
圖4.7 P204及P507對重稀土萃取效果之影響 74
圖4.8 NaOH及NH4OH對輕稀土萃取效果之影響 76
圖4.9 NaOH及NH4OH對重稀土萃取效果之影響 76
圖4.10不同萃取平衡pH值對輕稀土萃取效果之影響 78
圖4.11不同萃取平衡pH值對重稀土萃取效果之影響 78
圖4.12不同萃取平衡pH值對稀土萃取效果之影響 79
圖4.13不同鹽酸濃度反萃液對稀土萃取效果之影響 81
圖4.14不同萃取劑劑量對稀土萃取效果之影響 83
圖4.15不同油水比對稀土萃取效果之影響 85
圖4.16鹽酸選擇性溶解法後之樣品分析(鑭系元素) 86
圖4.17鹽酸選擇性溶解法後之樣品分析(其他金屬元素) 86
圖4.18溶劑萃取法之稀土元素萃取率 88
圖4.19溶劑萃取法之金屬元素占比 88
圖4.20錯流萃取流程圖 90
圖4.21多重複萃取流程圖 90
圖4.22多級萃取對輕稀土之影響 91
圖4.23多級萃取對重稀土之影響 91


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