集成溶剂型环氧树脂涂层去除的钕铁硼（NdFeB）磁体回收工艺研究

《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》：Integrating solvent-based epoxy resin coating removal into the neodymium-iron-boron recycling process

　　

预计到2035年，全球钕铁硼（NdFeB）磁体年产量将达到607,000吨，这迫切需要改进现有回收实践。环氧树脂涂层在磁体使用寿命期间通常对磁体保护至关重要，但在二次磁体的回收和再制造过程中最终会成为污染源。本研究调查了在磁性废料氢处理（HPMS）回收方法之前，采用溶剂分解（solvolysis）作为去除环氧树脂涂层的预处理步骤。研究人员采用了两种不同的预处理方法——机械去涂层（通过研磨）和溶剂分解——并与含涂层回收样品进行了比较。研究人员对微观结构、磁性能、密度、碳含量和氧含量进行了评估，以确定涂层去除的影响以及溶剂分解替代机械研磨的可行性。经溶剂分解的磁体比机械去涂层或含涂层的磁体氢碎得更快，并产生更窄的粒度分布。由机械去涂层和溶剂分解磁体生产的磁体，其密度与原始样品相当，均为7.54 g/cm³。溶剂分解批次所得到的再生磁体，其剩磁、矫顽力和最大磁能积略高于含涂层回收磁体。在溶剂分解的再生磁体中，碳含量降低了约63%，氧含量增加了约12.4%。机械去涂层再生磁体的性能略优于溶剂分解再生磁体，但溶剂分解及其后续氢碎所节省的时间可使其成为未来大规模回收的可行替代方案。

**论文解读：溶剂分解预处理在钕铁硼磁体回收中的集成研究**

钕铁硼（NdFeB）永磁体是电动汽车电机、风力发电机等绿色技术的核心部件，全球产量预计到2035年将达607,000吨，而稀土供应链风险与净零排放目标使磁体回收日益迫切。然而，磁体在服役期间常需环氧树脂涂层保护，该涂层在回收再制造过程中会成为碳污染源，阻碍氢处理（HPMS）回收流程中的氢碎（hydrogen decrepitation，氢化破裂）反应，并导致再生磁体磁性能下降。传统机械研磨去涂层依赖人工、耗时且易损伤磁体，因此亟需可持续的替代方法。研究人员前期已证明溶剂分解（solvolysis，溶剂中化学解离涂层）可有效降低碳含量，本研究将其集成到HPMS流程中，系统比较含涂层、机械去涂层和溶剂分解三种预处理对再生磁体性能的影响。

研究采用工业N42SH等级、黑色环氧树脂涂层的NdFeB磁体（约350 g/批）作为原料，分别进行机械研磨去涂层、溶剂分解（1.5 L异丙醇，175°C，20 min）或不处理（含涂层），随后统一通过氢碎、球磨、筛分至<45 μm，添加5 wt%钕氢化物（NdH₃）粉末，经脉冲磁场取向、冷等静压（20 kpsi）和1070°C液相烧结4 h制成再生磁体。主要表征方法包括：光学显微镜测量表面粗糙度，激光衍射分析粒度分布，电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）测定元素组成，扫描电镜/能谱（SEM/EDX）观察微观结构，阿基米德法测密度，Permagraph透磁计测磁性能，碳硫分析仪和氧氮氢分析仪分别测定碳、氧含量。

**研究结果**：

**3.1 过程时间分析**：溶剂分解处理25个磁体总耗时约19 h，但人工主动操作时间仅10 min（装载和清洗各5 min），被动加热和冷却时间约18 h；若扩大至50个磁体，每个磁体处理时间约23 min。相比之下，机械研磨每批25个磁体需375 min（6.25 h），全程依赖人工，不利于工业规模化。

**3.2 光学显微镜**：表面粗糙度（Rq）测量显示，含涂层磁体为0.85±0.16 μm，机械去涂层为1.06±0.04 μm，溶剂分解后最大，为1.47±0.10 μm。更高的粗糙度可能有利于氢吸收，但也可能源于氧化，需结合后续性能评估。

**3.3 氢碎**：通过反应温度-时间曲线监测，含涂层、机械去涂层和溶剂分解磁体的平均反应时间分别为181、173和126 min，平均温升分别为51、66和83°C。溶剂分解磁体反应最快且最剧烈，表明涂层去除后可显著促进氢碎反应。

**3.4 粒度分析**：激光衍射显示，溶剂分解粉末粒度范围为~0.5–46 μm，而含涂层和机械去涂层粉末分别为~0.5–74 μm和~0.5–72 μm。90 vol%颗粒粒径：溶剂分解<28±1 μm，含涂层<30±5 μm，机械去涂层<38±6 μm。溶剂分解获得更细、更窄的粒度分布，有利于后续致密化和磁性能。

**3.5 ICP-OES成分定量**：原始磁体总稀土（TRE）含量为29.7 wt%。三种粉末的TRE含量略有差异：机械去涂层粉末为30.1 wt%，溶剂分解为29.5 wt%，含涂层为29.4 wt%。烧结再生后，机械去涂层、溶剂分解和含涂层磁体的TRE分别为33.1、32.7和32.0 wt%，均高于原始样品，归因于回收过程中添加了NdH₃以补偿碳氧污染。

**3.6 微观结构观察（SEM/EDX）**：背散射电子图像显示，机械去涂层再生磁体呈典型的Nd₂Fe₁₄B晶粒（~5–15 μm）加富Nd晶界相的两相结构；溶剂分解样品中出现少量可能为碳化物/氧化物的第三相；含涂层样品中该污染相更多，且晶界相明显减少。涂层去除程度越低，污染相越显著，证明去除涂层对保持微观结构至关重要。

**3.7 磁性能**：与原始样品（Br=1.25 T，Hcj=1733 kA/m，(BH)max=303 kJ/m³）相比，所有再生磁体磁性能均下降。机械去涂层样品下降幅度最小（Br降4%，Hcj降7.67%，(BH)max降8.58%），溶剂分解次之（4.8%、7.96%、9.24%），含涂层样品下降最大（5.6%、8.37%、10.56%）。按工业等级划分，原始实际为N40SH，机械去涂层和溶剂分解再生磁体均为N35SH，而含涂层再生磁体因矫顽力损失更大降为N35H，表明涂层去除可维持较高磁体等级。

**3.8 密度**：机械去涂层和溶剂分解再生磁体密度分别为7.540±0.074 g/cm³和7.541±0.069 g/cm³，与原始样品（7.544 g/cm³）相当；含涂层再生磁体密度较低，为7.48±0.157 g/cm³，且标准差更大，说明碳污染影响致密化并导致批次间波动。

**3.9 碳含量分析**：原始磁体碳含量为2506±94 ppm。再生后，含涂层样品碳含量为1318±96 ppm（超出工业允许的1000 ppm），机械去涂层样品为878±65 ppm，溶剂分解样品为918±43 ppm，分别降低65.0%和63.4%。两种去涂层方法均有效，且溶剂分解后的碳含量满足工业要求。

**3.10 氧含量分析**：原始磁体氧含量为1381±80 ppm。含涂层再生磁体氧含量增至1935±102 ppm（增加40.1%），机械去涂层和溶剂分解再生磁体分别为1609±113 ppm（增加16.5%）和1552±81 ppm（增加12.4%）。溶剂分解样品的增氧量最小，未因溶剂处理导致明显氧化。

**讨论与结论**：讨论部分强调，涂层去除对降低碳氧污染、维持TRE含量和致密度至关重要。溶剂分解通过增大表面粗糙度并清洁表面，显著加速了氢碎反应并细化粉末，虽在磁性能上略逊于机械研磨，但差距极小且省时明显，更适合工业规模化。结论指出：溶剂分解是一种有效的预处理方法，能缩短氢碎时间、改善粒度分布，并生产符合工业碳含量标准（<1000 ppm）的N35SH等级再生磁体；与机械去涂层相比，两者在密度和碳氧含量上无显著差异，但溶剂分解的时间优势使其成为未来大规模回收的可行替代方案。