高性能粘結釹鐵硼磁性材料生產工藝環境影響分析

江英英 甘正明

摘要：介紹了某粘結釹鐵硼磁性材料生產企業的原料、生產工藝，定量地分析了廢氣、廢水、固體廢物的產生量，提出了減少環境影響的措施。

關鍵詞：粘結釹鐵硼;磁性材料;環境影響分析

中圖分類號：TQ460

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（ 2019） 24-0151-03

1 引言

磁性材料作為電子工業的基礎功能材料，應用范圍極其廣泛，對磁性材料的人均使用量，已經成為衡量一個國家科技發達程度的重要標志。粘結釹鐵硼磁性材料由于其具有良好的機械特性、高能量密度等優點而被稱為“磁王”，是用途最廣、發展最快的硬磁材料之一，目前已廣泛應用于高性能計算機、載人航天、航空母艦、新能源汽車、風力發電、移動通信、工業機器人及高速鐵路等工程技術領域[1]。

近年來，隨著全球“節能減排”和“新能源”的發展呼聲，消費類電子產品、家用電器和汽車關聯產品都在向“小型化、輕量化、節能化”趨勢發展，粘結釹鐵硼磁體的特性正迎合了這種發展。同時，粘結釹鐵硼生產過程中對環境的影響也越來越受到人們的關注[2]。

筆者以江西某家年產1000 t高性能粘結釹鐵硼磁性材料企業為例，系統地分析了粘結釹鐵硼磁性材料工藝過程及其對環境的影響。

2 粘結釹鐵硼磁性材料工藝過程

2.1 原輔材料用量

釹鐵硼磁性材料生產主要原料是釹、鈮鐵混合稀土金屬、純鐵和硼鐵合金等，輔助材料主要為氬氣，能源以電能為主。主要原輔材料用量見表1。

2.2 工藝流程及污染物產生環節

高性能粘結釹鐵硼磁性材料的生產是將原輔材料在真空感應合金爐中熔配成母合金（錠子），然后在真空快淬爐中進行二次高溫熔化成液體，通過氣閥調節氬氣壓力將熔體從坩堝下端的窄縫直接噴射到高速轉動的軋輥的表面，再以百萬分之一秒的速率冷卻（真空速凝）形成非晶或微晶的窄薄帶片（厚度為30～80μm，寬度為1～3 mm），經整形和晶化（真空整形機、真空晶化爐）處理后，得到納米（50～20 nm）粘結釹鐵硼磁性材料產品[3]，具體工藝流程如圖1。

（1）原料檢測及配料。首先對原料進行成份、非金屬雜質分析，對符合質量要求的原料進行表面檢查，如表面氧化（主要針對純鐵），則對原料表面進行處理，確保原料表面無氧化物。將原料純鐵、硼鐵合金等切斷，再根據配方將純鐵、硼鐵、金屬鈷等按一定比例稱量、配料混合后裝入真空感應合金爐坩堝。原料純鐵表面的銹處理采用拋丸機，會產生微量粉塵和輕度噪聲。

（2）真空感應熔化。將裝入真空感應合金爐中的原料，在密閉、真空、充氬的條件下，通過高頻振蕩感應加熱使爐料熔化形成合金。由于稀土元素活潑，容易氧化，熔化需要在真空條件下進行。先將Fe、B- Fe熔清后再加入高純稀土金屬。達到所要求的真空度后，開始送電，先用小功率預熱。預熱一定時間后，充人399.3～533.2×102 Pa的氬氣。接著進行大功率熔化，熔清后靜定一定時間進行澆鑄。

（3）澆鑄合金錠。熔化產生的合金熔液倒入水冷模中澆鑄，使合金液迅速凝固，以防止偏析、造成大面積的成分不均勻，待到常溫時出爐（母合金錠）[4]。

（4）真空速凝。將母合金錠裝入真空快淬爐坩堝中，然后在密閉、真空、充氬的條件下，通過高頻振蕩感應加熱使母合金錠進行二次高溫熔化成液體，通過氣閥調節氬氣壓力將熔體從坩堝下端的窄縫直接噴射到高速轉動的軋輥的表面，再以百萬分之一秒的速率冷卻（真空速凝）形成非晶或微晶的合金晶片（厚度為30～80μm，寬厚為1～3mm），用熔體快淬所得的磁粉具有較高的剩磁和矯頑力[5]。

（5）整形。將真空速凝產生的合金晶片在充氬氣保護狀態下，在真空整形機中通過機械振動進行機械破碎，整形形成大小較均勻的合金晶片，并取樣進行磁性能檢測。

（6）晶化。在充氬氣保護狀態下，將合金晶片在真空晶化爐中升溫進行晶化處理后，得到納米（ 20nm）粘結釹鐵硼磁性材料產品。

（7）包裝。充氬氣保護狀態下，將納米粘結釹鐵硼磁性材料產品混合均勻后稱重包裝。稱重包裝時有微量粉塵。

3 粘結釹鐵硼磁性材料生產工藝環境影響分析

3.1 大氣環境影響分析

3.1.1 抽真空廢氣

釹鐵硼磁性材料生產過程中熔化和速凝等工序是在氬氣的保護下進行，屬無氧操作，廢氣主要來自熔化、速凝工序開爐時真空泵抽出的含氬氣的廢氣及少量含塵煙氣，抽真空廢氣中含塵濃度約為5 mg/m3，排放速率為1.5×l0^-4 kg/h，該部分廢氣通過各自設備的排空管道自然排放，為無組織排放廢氣。

3.1.2 除銹粉塵

純鐵、鈮鐵合金、硼鐵合金除銹工序會產生含塵廢氣，除銹粉塵收集系統風量為2200n13/h（設一臺拋丸機），參考建設單位可研報告中提供的數據，粉塵產生速率為1. 96 kg/h，該股廢氣初始含塵濃度約891 mg/m3，布袋除塵效率按99%計[6]，凈化后粉塵排放濃度為9mg/m3，排放速率為0. 0196 kg/h，每天運行8h，處理后的廢氣通過排氣筒外排。含塵廢氣產生排放情況詳見表2。

3.2 水環境影響分析

3.2.1 冷卻循環水外排水

冷卻循環水外排水量為10 m3/d，為凈環水.主要來自真空感應合金爐以及澆鑄等設備的冷卻，隨著循環水鹽分濃度的加大，需定期排放部分冷卻水來維持鹽分的平衡，其排水為僅水溫升高的熱污染水，外排廢水溫度32℃，含鹽小于500 mg/L。

3.2.2 地面清潔水

地面清潔水產生量為4 m3/d，主要污染物為SS，初始濃度200～400 mg/L，含有少量合金微粒等，將廢水通過收集、經沉淀池沉淀處理后用于廠區綠化和道路灑水，不外排，見表3。

3.3 聲環境影響分析

噪聲源主要來自于一些機械設備，其中包括切斷機、拋丸機、各類風機、水泵、整形機、混合機、冷卻塔和機加工設備等，噪聲值一般小于90dB（A），噪聲源見表4。

對設備的噪聲治理首先是降低聲源噪聲，應在設備選型、操作工藝方面考慮，盡量選用低噪音設備;其次對已產生的噪聲在傳播途徑上采用隔聲、隔振、消聲、吸聲以及阻尼等措施[7]。采取這些措施后，設備噪聲可以降低l0～20dB（A），滿足相應的噪聲排放標準，對環境影響較小。

3.4 固體廢物影響分析

工藝過程中的固體廢物產生和處置情況詳見表5。

該工藝過程所產生的固體廢物均可得到相應的合理處置，對環境影響較小。

4 結語

粘結釹鐵硼磁性材料其工藝過程中污染物產生量較小，在采取了有效治理措施后，對環境影響不大。在當今“節能環保、低碳經濟”的大背景下，國家正在鼓勵發展新能源汽車、風力發電、節能電機等新興行業，而高性能粘結釹鐵硼磁性材料的生產作為環境友好型行業未來將有更大的發展空間。

參考文獻：

[1]王 方，釹鐵硼永磁材料發展探究[J].稀土信息，2018 （11）：36-39.

[2]盧馮昕，饒曉雷，李綱，牯結釹鐵硼永磁體的應用和發展[J].稀土信息，2013（1）：19～21.

[3]利榮森，唐 焱，徐晉勇，等，燒結釹鐵硼永磁體制備工藝的研究進展[J].熱加工工藝，2019，48（4）：10-14，18.

[4]劉曉杰，許濤，郝茜，等，釹鐵硼磁性材料生產工藝及其廢料綜合利用的研究進展[J].稀有金屬與硬質合金，2014，42（3）：48 -53.

[5]林萬明，衛愛麗，趙浩峰.粘結釹鐵硼永磁體的發展[J].山西機械，2003（2）：1—2，5.

[6]李學軍，陳林國，談紫星.不同除塵器對細顆粒物脫除性能研究[J].江西電力.2019，43（4）：34～38.

[7]宋丹.噪聲污染的危害及治理措施[J].科技資訊，2019，17（21）： 62-63.

收稿日期：2019-11-21

作者簡介：江英英（1983-），女，碩士，工程師，主要從事環境規劃與環境影響評價工作。