年处理3000吨钕铁硼废料提取稀土氧化钕与氧化铁的工厂初步设计毕业设计.docx
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年处理3000吨钕铁硼废料提取稀土氧化钕与氧化铁的工厂初步设计毕业设计
年处理3000吨钕铁硼废料提取稀土氧化钕与氧化铁的工厂初步设计
第一章再要及概论1
第二章生产技术与物料衡算3
2.1钕铁硼废料处理技术3
2.2本项目生产技术选择6
2.3物料衡算6
第三章工程的主要内容8
3.1工程项目组成8
3.2生产工艺流程9
3.3生产工艺流程简述10
3.4主要原、辅材料及水、电、消耗指标10
3.5主要设备11
3.6总平面布置12
3.7土建工程项目12
3.8工程项目运输量指标15
3.9辅助工程实施方案15
1）给排水方案：
15
2）动力配电、照明、可燃气体探测方案16
3）防雷、防静电方案16
4）消防设备与设施方案17
第四章环境保护17
4.1、采用的环境保护标准17
4.2、主要污染及污染物17
4.2.2项目污染源强汇总18
4.3、“三废”及噪声治理方案19
第五章环境与职业安全风险19
5.1设计的主要依据20
5.3风险防范措施20
第一章再要及概论
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=Nd2O3Fe+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=Nd2O3Fe+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·Na2SO4·xH2O
碱转换：
Nd2（SO4）3+NaOH=Nd（OH）2+Na2SO4
焙烧：
Nd（OH）2=Nd2O3+H2O
C：
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+CO2
D：
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·Na2SO4·xH2O
碱转换：
Nd2（SO4）3+NaOH=Nd（OH）2+Na2SO4
焙烧：
Nd（OH）3=Nd2O3+H2O
2.2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
3000
Nd2O3
1119.7322
98%硫酸
4505.6382
FeSO4
5467.5671
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
20292.7273
14566.6687
溶液放入硫酸钠复盐沉降中再利用
30％NaOH：
1773t
硫酸钠
473t
30％硫酸15016t
水5t
水30t
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
200m2
硫酸储存区
300m2
氢氧化钠储存区
300m2
NdFeB原料储存区
200m2
3.2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废料进行分离提纯，主要工艺流程为：
先将NdFeB废料磨碎；用30％H2SO4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产品（以Nd2O3）
年耗量（t/a）
来源
备注
原料
NdFeB废料
2.6792
3000
外购
辅料
浓硫酸
4.0167
4505.6382
外购
辅料
硫酸钠
0.4221
反应所得
辅料
氢氧化钠
0.7132
532.448
水
软水
5.3584
6000
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
1
NdFeB废料粉碎机
组合件
台
2
10KW防爆电机
2
酸解反应槽
塑料
台
4
3
氢气收集压缩机
IH-50-32-160
组合件
台
2
3KW防爆电机
4
压滤机
碳钢
台
4
5
反应器
碳钢
台
4
6
焙烧炉
搪玻璃
台
2
7
加料泵
IH50-32-360
组合件
台
2
8
水洗塔
&400/&800
碳钢
台
1
9
中间罐
组合件
台
1
1
升级会员 