高性能粘結(jié)釹鐵硼磁性材料生產(chǎn)工藝環(huán)境影響分析

江英英 甘正明

摘要：介紹了某粘結(jié)釹鐵硼磁性材料生產(chǎn)企業(yè)的原料、生產(chǎn)工藝，定量地分析了廢氣、廢水、固體廢物的產(chǎn)生量，提出了減少環(huán)境影響的措施。

關(guān)鍵詞：粘結(jié)釹鐵硼;磁性材料;環(huán)境影響分析

中圖分類號(hào)：TQ460

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（ 2019） 24-0151-03

1 引言

磁性材料作為電子工業(yè)的基礎(chǔ)功能材料，應(yīng)用范圍極其廣泛，對(duì)磁性材料的人均使用量，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家科技發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志。粘結(jié)釹鐵硼磁性材料由于其具有良好的機(jī)械特性、高能量密度等優(yōu)點(diǎn)而被稱為“磁王”，是用途最廣、發(fā)展最快的硬磁材料之一，目前已廣泛應(yīng)用于高性能計(jì)算機(jī)、載人航天、航空母艦、新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電、移動(dòng)通信、工業(yè)機(jī)器人及高速鐵路等工程技術(shù)領(lǐng)域[1]。

近年來(lái)，隨著全球“節(jié)能減排”和“新能源”的發(fā)展呼聲，消費(fèi)類電子產(chǎn)品、家用電器和汽車關(guān)聯(lián)產(chǎn)品都在向“小型化、輕量化、節(jié)能化”趨勢(shì)發(fā)展，粘結(jié)釹鐵硼磁體的特性正迎合了這種發(fā)展。同時(shí)，粘結(jié)釹鐵硼生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響也越來(lái)越受到人們的關(guān)注[2]。

筆者以江西某家年產(chǎn)1000 t高性能粘結(jié)釹鐵硼磁性材料企業(yè)為例，系統(tǒng)地分析了粘結(jié)釹鐵硼磁性材料工藝過(guò)程及其對(duì)環(huán)境的影響。

2 粘結(jié)釹鐵硼磁性材料工藝過(guò)程

2.1 原輔材料用量

釹鐵硼磁性材料生產(chǎn)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(jiàn)表1。

2.2 工藝流程及污染物產(chǎn)生環(huán)節(jié)

高性能粘結(jié)釹鐵硼磁性材料的生產(chǎn)是將原輔材料在真空感應(yīng)合金爐中熔配成母合金（錠子），然后在真空快淬爐中進(jìn)行二次高溫熔化成液體，通過(guò)氣閥調(diào)節(jié)氬氣壓力將熔體從坩堝下端的窄縫直接噴射到高速轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥的表面，再以百萬(wàn)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(jīng)整形和晶化（真空整形機(jī)、真空晶化爐）處理后，得到納米（50～20 nm）粘結(jié)釹鐵硼磁性材料產(chǎn)品[3]，具體工藝流程如圖1。

（1）原料檢測(cè)及配料。首先對(duì)原料進(jìn)行成份、非金屬雜質(zhì)分析，對(duì)符合質(zhì)量要求的原料進(jìn)行表面檢查，如表面氧化（主要針對(duì)純鐵），則對(duì)原料表面進(jìn)行處理，確保原料表面無(wú)氧化物。將原料純鐵、硼鐵合金等切斷，再根據(jù)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(yīng)合金爐坩堝。原料純鐵表面的銹處理采用拋丸機(jī)，會(huì)產(chǎn)生微量粉塵和輕度噪聲。

（2）真空感應(yīng)熔化。將裝入真空感應(yīng)合金爐中的原料，在密閉、真空、充氬的條件下，通過(guò)高頻振蕩感應(yīng)加熱使?fàn)t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(jìn)行。先將Fe、B- Fe熔清后再加入高純稀土金屬。達(dá)到所要求的真空度后，開(kāi)始送電，先用小功率預(yù)熱。預(yù)熱一定時(shí)間后，充人399.3～533.2×102 Pa的氬氣。接著進(jìn)行大功率熔化，熔清后靜定一定時(shí)間進(jìn)行澆鑄。

（3）澆鑄合金錠。熔化產(chǎn)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(shí)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(guò)高頻振蕩感應(yīng)加熱使母合金錠進(jìn)行二次高溫熔化成液體，通過(guò)氣閥調(diào)節(jié)氬氣壓力將熔體從坩堝下端的窄縫直接噴射到高速轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥的表面，再以百萬(wàn)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(chǎn)生的合金晶片在充氬氣保護(hù)狀態(tài)下，在真空整形機(jī)中通過(guò)機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行機(jī)械破碎，整形形成大小較均勻的合金晶片，并取樣進(jìn)行磁性能檢測(cè)。

（6）晶化。在充氬氣保護(hù)狀態(tài)下，將合金晶片在真空晶化爐中升溫進(jìn)行晶化處理后，得到納米（ 20nm）粘結(jié)釹鐵硼磁性材料產(chǎn)品。

（7）包裝。充氬氣保護(hù)狀態(tài)下，將納米粘結(jié)釹鐵硼磁性材料產(chǎn)品混合均勻后稱重包裝。稱重包裝時(shí)有微量粉塵。

3 粘結(jié)釹鐵硼磁性材料生產(chǎn)工藝環(huán)境影響分析

3.1 大氣環(huán)境影響分析

3.1.1 抽真空廢氣

釹鐵硼磁性材料生產(chǎn)過(guò)程中熔化和速凝等工序是在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行，屬無(wú)氧操作，廢氣主要來(lái)自熔化、速凝工序開(kāi)爐時(shí)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(guò)各自設(shè)備的排空管道自然排放，為無(wú)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(huì)產(chǎn)生含塵廢氣，除銹粉塵收集系統(tǒng)風(fēng)量為2200n13/h（設(shè)一臺(tái)拋丸機(jī)），參考建設(shè)單位可研報(bào)告中提供的數(shù)據(jù)，粉塵產(chǎn)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(jì)[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(yùn)行8h，處理后的廢氣通過(guò)排氣筒外排。含塵廢氣產(chǎn)生排放情況詳見(jiàn)表2。

3.2 水環(huán)境影響分析

3.2.1 冷卻循環(huán)水外排水

冷卻循環(huán)水外排水量為10 m3/d，為凈環(huán)水.主要來(lái)自真空感應(yīng)合金爐以及澆鑄等設(shè)備的冷卻，隨著循環(huán)水鹽分濃度的加大，需定期排放部分冷卻水來(lái)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(chǎn)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(guò)收集、經(jīng)沉淀池沉淀處理后用于廠區(qū)綠化和道路灑水，不外排，見(jiàn)表3。

3.3 聲環(huán)境影響分析

噪聲源主要來(lái)自于一些機(jī)械設(shè)備，其中包括切斷機(jī)、拋丸機(jī)、各類風(fēng)機(jī)、水泵、整形機(jī)、混合機(jī)、冷卻塔和機(jī)加工設(shè)備等，噪聲值一般小于90dB（A），噪聲源見(jiàn)表4。

對(duì)設(shè)備的噪聲治理首先是降低聲源噪聲，應(yīng)在設(shè)備選型、操作工藝方面考慮，盡量選用低噪音設(shè)備;其次對(duì)已產(chǎn)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(shè)備噪聲可以降低l0～20dB（A），滿足相應(yīng)的噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境影響較小。

3.4 固體廢物影響分析

工藝過(guò)程中的固體廢物產(chǎn)生和處置情況詳見(jiàn)表5。

該工藝過(guò)程所產(chǎn)生的固體廢物均可得到相應(yīng)的合理處置，對(duì)環(huán)境影響較小。

4 結(jié)語(yǔ)

粘結(jié)釹鐵硼磁性材料其工藝過(guò)程中污染物產(chǎn)生量較小，在采取了有效治理措施后，對(duì)環(huán)境影響不大。在當(dāng)今“節(jié)能環(huán)保、低碳經(jīng)濟(jì)”的大背景下，國(guó)家正在鼓勵(lì)發(fā)展新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電、節(jié)能電機(jī)等新興行業(yè)，而高性能粘結(jié)釹鐵硼磁性材料的生產(chǎn)作為環(huán)境友好型行業(yè)未來(lái)將有更大的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2019-11-21

作者簡(jiǎn)介：江英英（1983-），女，碩士，工程師，主要從事環(huán)境規(guī)劃與環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作。