资源节约型稀土永磁材料产业化关键制备技术

摘要

稀土是全球公认的战略资源,是世界各国在高新技术、国防尖端技术和相关产业发展中的竞争焦点.由于稀土是伴生矿,稀土资源消耗最大的钕铁硼永磁的大量生产和应用,导致对镨、钕、铽、镝等资源紧缺元素需求量大幅增加,而铈、镧、钇等高丰度稀土元素大量积压.稀土矿产资源的消耗速度加快,也带来了资源浪费和环境保护问题.稀土永磁材料是我国稀土应用领域中发展最快和最大产业,相关的技术及其发展革新对促进稀土资源的平衡利用具有决定性作用.因此,髙效平衡利用稀土资源,开发资源节约型高性能稀土永磁材料,以满足低碳经济、高新技术产业和国防尖端应用的需求已成为重要的国家战略目标.近年来,以烧结钕铁硼为代表的稀土永磁材料产业化技术发展飞速,晶粒细化、晶界扩散、热压/热变形等新型技术逐步获得产业化推广.本文针对我国稀土资源的特点,聚焦稀土资源高效平衡利用,介绍了资源节约型高性能稀土永磁和紧缺稀土元素的替代技术的研究进展.进入21世纪,稀土永磁材料产业成为中国最具有资源特色的战略性新兴产业之一,在节能环保、新能源、新能源汽车三大领域备受市场瞩目,其技术和规模均取得了长足发展.国内稀土在永磁材料制造中的应用量近30年增长了70多倍.以烧结钕铁硼磁体为代表的稀土永磁材料产业成为稀土应用领域发展最快、规模最大的产业,2014年中国稀土永磁材料产量接近11万吨,是我国为数不多的在国际上具有重要地位和较大影响力的产业之一.目前,稀土永磁材料已广泛应用于社会生产、生活以及国防和航天领域,成为支撑社会进步的重要基础材料.自20世纪中后期以来,中国将稀土产品以极其低廉的价格销往国际市场,成为国际稀土供应市场最主要的供应方,这种做法致使我国稀缺的稀土资源严重外流,储量锐减.同时,在稀土开采、冶炼等环节中,还存在着资源浪费严重,废水、废气、废渣及氨氮排放超标等问题,导致生态环境恶化.为了解决这些问题,从20世纪90年代开始,我国政府逐步出台政策,管理和保护稀土资源,1998年,开始实施稀土产品出口配额许可证制度.2009～2010年,中国稀土出口配额数量出现不小的降幅,国际市场稀土原材料价格飙升,稀土的价值重新回归.从2009年7月到2011年7月,部分稀土原料价格曾经出现近20倍的升幅.这种情况使得稀土永磁材料的低成本化技术和现有稀土永磁材料替代品的研究等成为近几年国际关注的焦点.由于稀土是伴生矿,稀土资源消耗最大的钕铁硼永磁的大量生产和应用,导致对镨、钕、铽、镝等资源紧缺元素需求量大幅增加,而铈、镧、钇等高丰度稀土元素大量积压.稀土矿产资源的消耗速度加快,也带来了资源浪费和环境保护问题.2014年WTO裁定我国稀土配额制度违规,我国稀土产业的可持续发展和环境保护面临更大的挑战,对发展稀土资源高效平衡利用技术提出了更迫切的要求.稀土永磁材料是我国稀土应用领域中发展最快和最大产业,相关的技术及其发展革新对促进稀土资源的平衡利用具有决定性作用.因此,以稀土资源平衡利用为导向的稀土永磁材料及其产业化技术研发是目前国内外关注的焦点,晶界(相)调控、超细晶粒和新型近净成型技术在轻稀土资源的高效综合利用和重稀土资源的高质化利用是技术发展趋势.下文主要介绍了我们近年来在稀土永磁行业普遍关注的一些产业化关键制备技术方面开展的研究工作.