随着全球高性能永磁电机的逐步普及,高性能钕铁硼永磁材料需求量不断提高。同时,受高性能钕铁硼永磁材料原材料—稀土产量和产地的影响,目前,美国已无高性能钕铁硼永磁材料生产基地,而欧洲仅在德国和芬兰共有不到2,000吨/年的产能。日本高性能钕铁硼永磁材料产量Z大,其2009年产量占全球总产量的比重达63.7%,我国居第二,占29.9%,两者产量超过全球总产量的90%。下表展示了2009年全球高性能钕铁硼永磁材料产量分布情况:
中国 日本 其他
2009年全球高性能钕铁硼永磁材料产量占比 29.9% 63.7% 6.3%
值得注意的是,与2008年相对,我国高性能钕铁硼永磁材料产量显著增长,占全球市场份额从2008年的23.3%迅速提升至29.9%,随着我国对稀土出口限制管理日趋严格,未来我国高性能钕铁硼永磁材料产量将继续扩大,占全球总产量比例有望继续提升。
目前,我国高性能钕铁硼永磁材料应用领域主要包括:新能源和节能环保领域(风力发电、节能电梯、节能环保空调、新能源汽车、EPS等)和传统应用领域(VCM及消费类电子产品等)。2009年,我国节能环保及新能源政策的逐步落实,新能源和节能环保领域的应用比例不断提升。据中国磁性材料与器件行业协会统计分析,2009年我国高性能钕铁硼永磁材料应用领域分布情况如下图:
细分领域 2009年我国高性能钕铁硼永磁材料应用领域分布情况
节能风能发电设备领域 28.3%
节能电梯曳引机制造领域 16.0%
节能环保空调制造领域 2.3%
混合动力汽车制造领域 0.5%
EPS制造领域 6.1%
VCM电机制造领域 20.6%
个人电子消费类产品领域 24.5%
其他 1.7%
从整体来看,我国高性能钕铁硼永磁材料应用领域逐步向节能环保和新能源领域集中,未来随着混合动力汽车和节能环保空调需求的不断提高,预计未来我国高性能钕铁硼永磁材料的应用领域将进一步向上述领域集中,节能环保和新能源领域将成为高性能钕铁硼永磁材料的应用主流。
研究小组使用氯化镁(MgCl2)或碘化锌(ZnI2)作提取材料进行了实验。分离回收实验过程如下。
首先,将磁铁合金板和氯化物放入坩埚中加热,使磁铁合金浸渍到熔融盐中。这样,磁铁合金中的稀土(Nd及Dy)便会因氯化反应或碘化反应而浸出到熔融盐中,因此可将其作为固体残留的Fe及B等提取出来。
接下来,对含有Nd及Dy等的混合盐进行真空蒸馏。将混合盐置于细长石英管的端部,并密封石英管,然后减压至2×10-4气压。将石英管放入可沿长度方向设置温度差的加热装置中,以从装有混合盐的一端到另一端温度逐渐降低的方式加热。气化的混合盐会凝聚在石英管内侧,MgCl2及ZnI2会凝聚在温度较低的一端附近,而NdCl3则会凝聚在温度较高的中央附近,因此能够分离并回收稀土。
使用MgCl2作为提取材料时,提取工序中的反应温度为1273K,反应时间为3~12小时,分离回收工序中的反应温度为1273K,反应时间为6小时。而使用ZnI2时,提取工序中的反应温度为740K,反应时间为12小时,分离回收工序中的反应温度为1073K,反应时间为1小时。
此次使用MgCl2时的实验结果表明,12小时的提取工序,可从磁铁合金中提取90%的Nd,提取87%的Dy。而分离回收工序中,MgCl2及NdCl3凝聚在石英管温度500~900K的部分,而NdCl3则凝聚在温度为1050K的部分。
实验时提取工序和分离回收工序虽是分开实施的,但实用化时需要使用半连续型提取分离装置。目前这种装置的构造正在申请国际专利。提取工序是使稀土浸出到液相(熔融盐)中,但也可考虑提供气相MgCl2来提取稀土,将其直接送入具有温度差的装置内,进行稀土氯化物的分离及回收。