(57)【要約】【課題】希土類元素と鉄元素とを含む磁性化合物を、少なくとも希土類含有物及び鉄含有物へとすみやかに分解することができる、希土類−鉄系磁性材料のリサイクル方法を提供する。【解決手段】まず、使用済の希土類−鉄系磁石を回収する回収工程（ステップＳ１１）及び回収した希土類−鉄系磁石を粉砕する粉砕工程（ステップＳ１２）を経て得られる希土類−鉄系磁性材料を準備する。希土類−鉄系磁性材料は、希土類元素と鉄元素とを含む磁性化合物を有する。磁性化合物のキュリー温度は、α鉄のキュリー温度よりも低い。次に、磁場中加熱工程（ステップＳ１３）で、希土類−鉄系磁性材料を、磁場中において、α鉄のキュリー温度よりも低い温度に加熱する。これにより、磁性化合物を、少なくとも、希土類元素を含有する希土類含有物と、鉄元素を含有する鉄含有物とに分解する。【選択図】図１
2020066748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素と鉄元素とを含む磁性化合物を有し、前記磁性化合物のキュリー温度がα鉄のキュリー温度よりも低い希土類−鉄系磁性材料を準備する準備工程と、
前記希土類−鉄系磁性材料を、磁場中において、前記α鉄のキュリー温度よりも低い温度に加熱することにより、前記磁性化合物を、少なくとも、前記希土類元素を含有する希土類含有物と、前記鉄元素を含有する鉄含有物とに分解する磁場中加熱工程と、
を有する、希土類−鉄系磁性材料のリサイクル方法。
【請求項２】
前記磁場中加熱工程では、前記希土類−鉄系磁性材料に、５Ｔ以上の磁場を加える、
請求項１に記載の希土類−鉄系磁性材料のリサイクル方法。
【請求項３】
前記磁場中加熱工程では、酸素の分圧が６Ｐａ以上の雰囲気中で、前記磁性化合物を分解する、
請求項１又は２に記載の希土類−鉄系磁性材料のリサイクル方法。
【請求項４】
前記磁場中加熱工程では、前記希土類−鉄系磁性材料を、前記磁性化合物のキュリー温度以上の温度に加熱する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の希土類−鉄系磁性材料のリサイクル方法。
【請求項５】
前記準備工程が、前記磁性化合物を有する使用済の希土類−鉄系磁石を粉砕することにより、前記希土類−鉄系磁性材料としての粉砕物を作製する粉砕工程を含む、
請求項１から４のいずれか１項に記載の希土類−鉄系磁性材料のリサイクル方法。
【請求項６】
前記希土類−鉄系磁石が、ボンド磁石であり、
前記希土類−鉄系磁性材料が、前記ボンド磁石を構成していたバインダ成分を有し、
前記磁場中加熱工程では、前記磁性化合物を分解するために前記希土類−鉄系磁性材料に加える熱を利用して、前記バインダ成分を分解する、
請求項５に記載の希土類−鉄系磁性材料のリサイクル方法。
【請求項７】
前記希土類元素が、Ｓｍであり、
前記磁性化合物が、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３よりなる、
請求項１から６のいずれか１項に記載の希土類−鉄系磁性材料のリサイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類−鉄系磁性材料のリサイクル方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
資源の有効利用のために、廃棄物から回収される使用済みの磁石のリサイクルが行われている。特許文献１は、使用済みの磁石がボンド磁石である場合に、熱処理によってボンド磁石からバインダ成分を取り除くリサイクル方法を提案している。この方法は、ボンド磁石が希土類元素を含有する場合にも適用可能である。希土類元素は、他の元素と比べて希少であるため、今後も積極的にリサイクルすることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−５５９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１が提案する上記熱処理は、バインダ成分の除去のみを目的としている。従って、ボンド磁石における強磁性体が、希土類元素と鉄元素とを含む磁性化合物によって構成されている場合、上記熱処理によっては、その磁性化合物の分解までは充分に行うことができない。
【０００５】
しかし、鉄元素と化合していない形態で希土類元素を再利用する場合や、希土類元素を再び鉄元素と化合させて強磁性体を作り直したい場合がある。その場合には、上記磁性化合物を、少なくとも、希土類元素を含有する希土類含有物と、鉄元素を含有する鉄含有物とに分解するプロセスが必要となる。
【０００６】
ところが、上記磁性化合物の分解には手間を要する。即ち、上記磁性化合物は加熱によって分解しうるが、加熱による上記磁性化合物の分解には、長時間を要する。そこで、上記磁性化合物をすみやかに分解することができる技術が望まれる。
【０００７】
また、特許文献１の技術は、ボンド磁石だけをリサイクルの対象としているが、特にボンド磁石に限定されることなく、上記磁性化合物を有する希土類−鉄系磁性材料についてのリサイクルが望まれる。
【０００８】
本発明の目的は、希土類元素と鉄元素とを含む磁性化合物を、少なくとも希土類含有物及び鉄含有物へとすみやかに分解することができる、希土類−鉄系磁性材料のリサイクル方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る希土類−鉄系磁性材料のリサイクル方法は、
希土類元素と鉄元素とを含む磁性化合物を有し、前記磁性化合物のキュリー温度がα鉄のキュリー温度よりも低い希土類−鉄系磁性材料を準備する準備工程と、
前記希土類−鉄系磁性材料を、磁場中において、前記α鉄のキュリー温度よりも低い温度に加熱することにより、前記磁性化合物を、少なくとも、前記希土類元素を含有する希土類含有物と、前記鉄元素を含有する鉄含有物とに分解する磁場中加熱工程と、
を有する。
【００１０】
前記磁場中加熱工程では、前記希土類−鉄系磁性材料に、５Ｔ以上の磁場を加えてもよい。
【００１１】
前記磁場中加熱工程では、酸素の分圧が６Ｐａ以上の雰囲気中で、前記磁性化合物を分解してもよい。
【００１２】
前記磁場中加熱工程では、前記希土類−鉄系磁性材料を、前記磁性化合物のキュリー温度以上の温度に加熱してもよい。
【００１３】
前記準備工程が、前記磁性化合物を有する使用済の希土類−鉄系磁石を粉砕することにより、前記希土類−鉄系磁性材料としての粉砕物を作製する粉砕工程を含んでもよい。
【００１４】
前記希土類−鉄系磁石が、ボンド磁石であり、
前記希土類−鉄系磁性材料が、前記ボンド磁石を構成していたバインダ成分を有し、
前記磁場中加熱工程では、前記磁性化合物を分解するために前記希土類−鉄系磁性材料に加える熱を利用して、前記バインダ成分を分解してもよい。
【００１５】
前記希土類元素が、Ｓｍであり、
前記磁性化合物が、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３よりなるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、希土類−鉄系磁性材料の加熱を磁場中で行い、かつ加熱の温度をα鉄のキュリー温度よりも低い温度としたことにより、磁場によって、磁性化物からのα鉄の分離が促進される。この結果、磁場が存在しない場合に比べると、希土類−鉄系磁性材料を、少なくとも希土類含有物及び鉄含有物へとすみやかに分解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１に係る希土類−鉄系磁性材料のリサイクル方法のフローチャート
【図２】実施形態２に係る希土類−鉄系磁性材料のリサイクル方法のフローチャート
【図３】希土類−鉄系磁性材料としてのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料の分解を、磁場中及びゼロ磁場中で行った実験の結果を示すグラフ
【図４】希土類−鉄系磁性材料としてのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料の分解を、低真空中及び高真空中で行った実験の結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［実施形態１］
図１に示すフローチャートに沿って、実施形態に係る希土類−鉄系磁性材料のリサイクル方法について説明する。
（ａ）回収工程
まず、各種工業製品の廃棄物から、使用済の希土類−鉄系磁石を回収する（ステップＳ１１）。ここで、希土類−鉄系磁石とは、希土類元素と鉄元素とを含む磁性化合物によって強磁性体が構成されている磁石を指す。希土類元素としては、例えば、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｄｙが例示される。
【００１９】
なお、希土類−鉄系磁石は、磁性化合物で構成された磁性粉体をバインダで固めたボンド磁石であってもよいし、磁性粉体を焼結させた焼結磁石であってもよい。
【００２０】
但し、本実施形態では、希土類−鉄系磁石のうち、強磁性体を構成する磁性化合物のキュリー温度が、α鉄のキュリー温度よりも低いものをリサイクルの対象とする。α鉄よりもキュリー温度が低い磁性化合物としては、例えば、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ、（Ｎｄ０．５３Ｄｙ０．４７）２Ｆｅ１４Ｂが例示される。
【００２１】
そのような希土類−鉄系磁石は、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、家電製品等に使用されるモータ、コンピュータの記憶装置に使用されるハードディスク、複写機に使用されるマグネットローラ、医療機器、磁気センサ等から回収することができる。回収したい希土類元素を含む同じ組成の磁性化合物を有する希土類−鉄系磁石を収集することが好ましい。
【００２２】
（ｂ）粉砕工程
次に、回収した希土類−鉄系磁石を粉砕することにより、希土類−鉄系磁性材料としての粉砕物を作製する（ステップＳ１２）。粉砕物の粒度は、後述する磁場中加熱工程（ステップＳ１３）での分解反応を促進する観点から、１ｍｍ未満であることが好ましく、７５μｍ未満であることがより好ましく、４５μｍ未満であることがより好ましい。
【００２３】
本明細書において、粒子の粒径がｄ未満とは、粒子がＪＩＳ−Ｚ８８０１に規定する目開きｄの篩を通過する粒度であることを意味する。
【００２４】
以上で、分解の対象である希土類−鉄系磁性材料が準備された。つまり、回収工程（ステップＳ１１）及び粉砕工程（ステップＳ１２）は、希土類−鉄系磁性材料を準備する準備工程としての意義を有する。
【００２５】
（ｃ）磁場中加熱工程
次に、準備した希土類−鉄系磁性材料を、磁場中において加熱する（ステップＳ１３）。これにより、希土類−鉄系磁性材料を構成する磁性化合物が分解される。
【００２６】
本実施形態では、希土類−鉄系磁性材料の磁場中での加熱は、酸素を含む雰囲気中で行う。酸素が存在する雰囲気中では、酸素が存在しない場合よりも、希土類−鉄系磁性材料の分解をすみやかに行える。雰囲気中の酸素の分圧は、６Ｐａ以上であることが好ましい。雰囲気は空気であってもよい。
【００２７】
希土類−鉄系磁性材料中の磁性化合物は、磁場中での加熱により、少なくとも、希土類元素を含有する希土類含有物と、鉄元素を含有する鉄含有物とに分解される。
【００２８】
具体的には、磁性化合物がＳｍ２Ｆｅ１７Ｎ３である場合、希土類含有物として、Ｓｍ及びＳｍの酸化物が例示され、鉄含有物として、α鉄及びα鉄の酸化物が例示される。また、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３が分解された場合、希土類含有物及び鉄含有物だけでなく窒素ガスも生じる。
【００２９】
また、磁性化合物がＮｄ２Ｆｅ１４Ｂである場合、希土類含有物として、Ｎｄ、Ｎｄの硼化物、及びそれらの酸化物が例示され、鉄含有物として、α鉄、α鉄の硼化物、及びそれらの酸化物が例示される。
【００３０】
また、磁性化合物が（Ｎｄ０．５３Ｄｙ０．４７）２Ｆｅ１４Ｂである場合、希土類含有物として、Ｎｄ、Ｄｙ、ＮｄとＤｙの化合物、それらの硼化物、及びそれらの酸化物が例示され、鉄含有物として、α鉄、α鉄の硼化物、及びそれらの酸化物が例示される。
【００３１】
希土類−鉄系磁性材料の加熱の温度は、α鉄のキュリー温度である７７０℃よりも低い温度とする。これにより、加熱によって磁性化合物から分離するα鉄が、加熱中においても強磁性の性質を維持する。一方、既述のように、磁性化合物のキュリー温度はα鉄のキュリー温度よりも低いため、磁性化合物の磁化はα鉄の磁化よりも小さい状態となる。
【００３２】
このため、磁場によって、磁性化合物からα鉄が選択的に引き出されるように、磁性化物からのα鉄の分離が促進される。この結果、磁場が存在しない場合に比べると、希土類−鉄系磁性材料の分解をすみやかに行える。
【００３３】
なお、希土類−鉄系磁性材料の加熱の温度は、磁性化合物のキュリー温度以上の温度であることが好ましい。これにより、磁性化合物が強磁性の性質を失うため、磁性化合物とα鉄との磁化の差を高めることができる。この結果、α鉄の分離が一層促進され、希土類−鉄系磁性材料の分解を一層すみやかに行える。
【００３４】
また、希土類−鉄系磁性材料に加える磁場の大きさは、特に限定されないが、５Ｔ以上であることが好ましい。希土類−鉄系磁性材料に加える磁場が大きい程、磁性化物からのα鉄の分離が促進されるため、希土類−鉄系磁性材料の分解をすみやかに行える。
【００３５】
なお、希土類−鉄系磁石が、ボンド磁石であり、希土類−鉄系磁性材料が、ボンド磁石を構成していたバインダ成分を有する場合は、磁性化合物を分解するために希土類−鉄系磁性材料に加える熱を利用して、バインダ成分を分解することもできる。
【００３６】
また、希土類−鉄系磁性材料の磁場中での加熱を、酸素を含む雰囲気中で行うので、バインダ成分を酸化させて除去することもできる。このように、磁場中加熱工程では、磁性化合物の分解と並行して、バインダ成分の分解も行える。
【００３７】
（ｄ）磁気分離工程
次に、希土類−鉄系磁性材料の分解後に残留した、少なくとも希土類含有物及び鉄含有物から、鉄含有物を、磁気的な力を利用して分離する（ステップＳ１４）。
【００３８】
室温以上で、鉄含有物は、磁性体である一方、希土類含有物は、磁化されない非磁性材料であるか、又は鉄含有物よりも磁化が小さい材料である。このため、磁気的な力によって、少なくとも希土類含有物及び鉄含有物から鉄含有物を分離することができる。以上で、鉄含有物から分離された形態で希土類含有物を得ることができる。
【００３９】
なお、上述した磁場中加熱工程（ステップＳ１３）で希土類−鉄系磁性材料に加える磁場を生成する分解用磁石が、磁気分離工程（ステップＳ１４）で磁気分離のための磁場を形成する磁気分離用磁石の役割を兼ねてもよい。これにより、希土類−鉄系磁性材料をリサイクルするための設備の簡素化が図られる。
【００４０】
（ｅ）純粋化工程
次に、以上のようにして得られた希土類含有物に対して、希土類含有物を希土類元素の単体に近づける純粋化処理を行う（ステップＳ１５）。
【００４１】
例えば、希土類含有物が、希土類元素の酸化物よりなる場合、その酸化物に対して、純粋化処理としての還元処理を施すことで、希土類元素の単体を得ることができる。得られた希土類元素又は単体に近づけられた希土類含有物は、再利用に供することができる。
【００４２】
なお、純粋化工程では、鉄含有物を鉄の単体に近づける純粋化処理を行ってもよい。これにより、鉄も再利用に供することができる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、希土類−鉄系磁性材料の加熱を磁場中で行い、かつ加熱の温度をα鉄のキュリー温度よりも低い温度としたことにより、磁場によって、磁性化物からのα鉄の分離が促進される。この結果、磁場が存在しない場合に比べると、希土類−鉄系磁性材料を、少なくとも希土類含有物及び鉄含有物へとすみやかに分解することができる。
【００４４】
［実施形態２］
上記実施形態では、磁気分離工程（ステップＳ１４）の後に純粋化工程（ステップＳ１５）を設けたが、これらの工程の順番は逆であってもよい。以下、その具体例を述べる。
【００４５】
図２に示すように、本実施形態では、磁気分離工程（ステップＳ１４）の前に、純粋化工程（ステップＳ１５）を行う。他の条件は、実施形態１と同じである。本実施形態によれば、磁気分離の対象が、純粋化処理された希土類含有物及び鉄含有物であるので、磁気分離の精度を高めることができる。
【００４６】
以上、実施形態１及び２について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、以下に述べる変形も可能である。
【００４７】
上記実施形態１及び２では、希土類−鉄系磁性材料の分解を促進するために、酸素を含む雰囲気中で、磁場中加熱工程を行うこととしたが、磁場中加熱工程は、希土類−鉄系磁性材料の酸化が回避される非酸化性雰囲気中で行ってもよい。その場合は、上記純粋化処理としての還元処理を省略しうる。
【００４８】
上記実施形態１及び２において、磁場中加熱工程（ステップＳ１３）の前、即ち、回収工程（ステップＳ１１）と粉砕工程（ステップＳ１２）との間、又は粉砕工程（ステップＳ１２）と磁場中加熱工程（ステップＳ１３）との間に、磁性化合物以外の異物を除去する異物除去工程を設けてもよい。例えば、使用済の希土類−鉄系磁石が、めっきで覆われためっき磁石である場合は、異物除去工程では、めっきを除去してもよい。
【実施例】
【００４９】
以下、希土類−鉄系磁性材料としてのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料の分解を行った実験結果について説明する。Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料は、希土類元素としてのＳｍと、鉄元素とを含み、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３によって表される磁性化合物を有する。
【００５０】
まず、ＳｍとＦｅとの合金を粉砕によって微細結晶粒を有する合金粉末となし、その合金粉末を窒化することにより得られたＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料を準備した。Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料の粒径は、７５μｍ未満である。
【００５１】
そして、実施例１として、そのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料を、３０Ｐａに減圧した低真空中において、５Ｔの磁場を与えた状態で、４００℃に加熱することにより分解した。低真空中には酸素が存在するため、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料中の磁性化合物は、例えば次の化学反応式（１）に従って分解する。
２Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３＋３Ｏ２→２Ｓｍ２Ｏ３＋３４Ｆｅ＋３Ｎ２  …（１）
【００５２】
つまり、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料中の磁性化合物は、希土類含有物としてのＳｍ２Ｏ３と、鉄含有物としてのＦｅと、窒素ガスとに分解される。鉄含有物としてのＦｅは、α鉄の形態で存在しうる。また、鉄含有物には、Ｆｅ２Ｏ３といった酸化鉄も含まれうる。
【００５３】
また、磁場が上記化学反応式（１）で表される分解反応を促進する効果を確認するために、比較例１として、上記Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料を、磁場が存在しないゼロ磁場中において分解した。比較例１の、磁場以外の実験条件は、実施例１と同じである。
【００５４】
図３に、実施例１及び比較例１の実験結果のグラフを示す。横軸は、経過時間［ｈ］を示す。縦軸は、上記化学反応式（１）で表される分解反応の進行の程度を示す。
【００５５】
分解反応の進行の程度は、分解反応後に残った固体の残留物中のα鉄の、元のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料に占める割合［ｗｔ％］によって評価した。この値が大きい程、上記鉄含有物が多く生成されているため、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料がよく分解されていることを表す。なお、残留物に占めるα鉄の割合の定量分析は、残留物のＸ線回折パターンをリートベルト解析することにより行った。
【００５６】
図３に示すように、実施例１及び比較例１のいずれにおいても、時間の経過と共に、分解反応の進行の程度が増大する傾向を示す。但し、実施例１の方が、比較例１よりも、分解反応の進行の程度が大きい。この結果より、磁場によって、磁性化合物の分解が促進されることが分かった。これは、磁場によって、磁性化物からのα鉄の分離が促進されたためと考えられる。以下、この点について具体的に述べる。
【００５７】
Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料の加熱の温度は４００℃であり、α鉄のキュリー温度である７７０℃よりも低い。このため、磁性化合物から分離するα鉄は、加熱中においても強磁性の性質を維持する。一方、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３のキュリー温度は４７５℃であり、α鉄のキュリー温度よりも低いため、加熱中は、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３の磁化が、α鉄の磁化よりも小さい状態となる。
【００５８】
このため、磁場によって、磁性化合物からα鉄が選択的に引き出されるように、磁性化物からのα鉄の分離が促進される。磁性化物からのα鉄の分離は、上記化学反応式（１）が示すように、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３の分解を意味する。従って、実施例１によれば、磁場が存在しない比較例１に比べると、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料の分解をすみやかに行えたと考えられる。
【００５９】
次に、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料を取り巻く雰囲気が分解反応の進行に及ぼす影響を調べた実験について述べる。
【００６０】
実施例２として、上記Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料を、３０Ｐａに減圧した低真空中において、５Ｔの磁場を与えた状態で、４５０℃に加熱することにより分解した。
【００６１】
また、実施例３及び実施例４として、上記Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料を、１Ｐａに減圧した高真空中において分解した。上記Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料の加熱温度は、実施例３では、実施例２の場合と同じく４５０℃とし、実施例４では、５００℃とした。また、実施例３及び実施例４のいずれにおいても、上記Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料に与える磁場は、実施例２の場合と同じく５Ｔとした。
【００６２】
図４に、実施例２、実施例３、及び実施例４の実験結果のグラフを示す。横軸が経過時間［ｈ］を示し、縦軸が上記化学反応式（１）で表される分解反応の進行の程度を示す点は、図３と同じである。図４に示すように、高真空中で分解を行った実施例３と実施例４よりも、低真空中で分解を行った実施例２の方が、分解反応の進行の程度が大きい。
【００６３】
雰囲気中の酸素の分圧は、高真空中よりも低真空中の方が高い。このため、図４の結果より、雰囲気中の酸素の分圧が高い場合の方が、分解反応の進行の程度が大きいことが分かった。具体的には、実施例３と実施例４での低真空中の酸素の分圧は、６Ｐａである。そこで、磁性化合物の磁場中での分解は、酸素の分圧が６Ｐａ以上の雰囲気中で行うことが好ましいと言える。
【００６４】
以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。上記実施形態及び実施例は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示される。請求の範囲内及びそれと同等の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
【図１】
2020066748.tif 000003
【図２】
2020066748.tif 000004
【図３】
2020066748.tif 000005
【図４】
2020066748.tif 000006