Kuidas saaks haruldaste muldmetallide püsimagnetite ringlussevõtu tehnika muuta rohelist majandust – Füüsikamaailm

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy-physics-world.jpg" data-caption="Kasvuväljavaated Rare-earth permanent magnets are vital for the “green economy”, but with more than 99% scrapped, the potential market for HyProMag’s recycled magnets stretches from wind turbines and computer hard drives to motors in electric cars. (Courtesy (from left): Shutterstock/pedrosala; iStock/madsci; iStock/Aranga87)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy-physics-world.jpg”>

Käisin hiljuti Innovate UK rahastatud kaubandusmissioonil Kanadas, kus ma kohtusin Allan Walton – materjaliteadlane, kes asutas firma nimega HyProMag. 2018. aastal Birminghami ülikoolist eraldatud HyProMag on välja töötanud tehnika haruldaste muldmetallide magnetite taaskasutamiseks, mida kasutatakse laialdaselt tuuleturbiinides, elektrisõidukite (EV) mootorites ja muudes "rohelise majanduse" osades.

Olles kutsutud külastama HyProMagi prototüüpide taaskasutuskeskust Birminghami ülikoolilinnakus, nägin, et tehnoloogiast on kujunemas suurepärane Ühendkuningriigi edulugu. Nii et millal Füüsika maailm saatis mind pressiteate teatades, et ettevõte alustab kommertstootmist kl Tyseley energiapark 2024. aasta keskpaigaks Birminghamis teadsin, et mu instinktid on hästi põhjendatud.

Haruldaste muldmetallide püsimagnetid – nagu ma oma veerus kirjeldasin paar kuud tagasi – on selliste elementide sulamid nagu neodüüm, samarium ja tseerium. Kuna üleminek "puhta energia" majandusele on praegu täies hoos, on nõudlus haruldaste muldmetallide järele suur. Prognooside kohaselt kasvab turg aastatel 2021–2040 lausa seitsmekordseks.

Probleem on selles, et umbes 80–90% maailma neodüümist on praegu Hiina ettevõtete toodetud või nende kontrolli all. See on ajendanud mõnda riiki, näiteks USA-d, seda tegema uuendada oma püsimagnetite tootmist. Kuid veel üks viis haruldaste muldmetallide varude tagamiseks on materjalide ringlussevõtt. Seetõttu on HyProMagi rajatise peatne käivitamine nii huvitav, eriti kuna selle protsess on nii energiasäästlik.

Elementide väljavõtmine

Haruldaste muldmetallide elementide eraldamiseks jäätmetest või toodetest, mille eluiga on lõppenud, on palju võimalikke meetodeid. Suurem osa tööst on seni keskendunud üksikute elementide hankimisele, lahustades esmalt magnetid ja seejärel taastades haruldased muldmetallid vedelate jäätmete voogudest, mis sisenevad uuesti tarneahelasse magnetite valmistamise protsessi alguses.

Rohelise majanduse jõustamine: haruldaste muldmetallideta magnetite otsimine

Seda lähenemisviisi nimetatakse sageli "pika tsükliga" ringlussevõtuks, kuna kõik tükeldatakse erinevate tehnikate abil ja taastatakse haruldaste muldmetallide oksiididena. Seejärel tuleb need oksiidid enne sulamiteks valamist muuta metallideks ja purustada peeneks sulamipulbriks magnetite valmistamiseks. Pika tsükliga ringlussevõtt on oluline, kuid energiamahukas ja kulukas protsess.

Tyseley tehas kasutab teistsugust lähenemist, kuna see põhineb Birminghami ülikooli patentidel Magnetjääkide töötlemine vesinikuga (HPMS) tehnikat. See kasutab vesinikku töötlemisgaasina, et eraldada magnetid jäätmevoogudest magnetsulami pulbrina, mida saab tihendada "paagutatud" haruldaste muldmetallide magnetid. See ei vaja kuumust, see on suhteliselt kiire protsess, mida nimetatakse "lühikese tsükliga" ringlussevõtuks.

259. aastal tarniti vapustavalt 2021 miljonit kõvaketast, seega on taaskasutatud magnetite turg tohutu.

Kui ma eelmisel aastal ettevõtte prototüübiliinil ringi vaatasin, märkasin, et see suudab taaskasutada arvutites leiduvaid kõvakettaseadmeid (HDD). Igal kettal võib olla kuni 16 g magnetmaterjali, millest umbes veerand on haruldased muldmetallid. See on vaid väike osa ketta kogumassist, kuid nagu te mäletate, kui ma rõhutasin259. aastal tarniti hämmastavalt 2021 miljonit kõvaketast, seega on turg tohutu.

HyProMagi tootmismeetod hõlmab magnetvälja anduritega robotit, mis tuvastab esmalt HDD mootori asukoha, mis sisaldab ülitähtsat haruldaste muldmetallide püsimagnetit. Seejärel lõigatakse mootoriga osa ära ja ülejäänud ketta osa saadetakse tavapärasesse taaskasutusse. Mootoriosa puutub lõpuks kokku vesinikuga atmosfäärirõhul ja toatemperatuuril HPMS-tehnika abil.

[Varjatud sisu]

Hämmastav on see, et haruldaste muldmetallide magnetid – tavaliselt neodüümi, raua ja boori sulamid (NdFeB) – lagunevad lihtsalt pulbriks. Olen näinud protsessi videod ja see on nagu vaataks, kuidas miski roostetab. Oluline on see, et pulber demagnetiseerub, nii et kõik magnetil olevad katted kooruvad magnetite pinnalt eemale ja neid saab kergesti eraldada.

Seejärel sõelutakse ekstraheeritud NdFeB pulber lisandite eemaldamiseks enne ümbertöötlemist uuteks magnetilisteks materjalideks või haruldaste muldmetallide sulamiteks. HyProMag arvab, et protsess nõuab 15% vähem energiat, kui on vaja haruldaste muldmetallide magnetite valmistamiseks primaarallikatest, mis on muljetavaldav. Ta on oma katsetehases projektipartneritele ja potentsiaalsetele klientidele tootnud juba üle 3000 uue haruldaste muldmetallide magneti, kusjuures magneteid on testitud mitmesugustes rakendustes auto-, lennundus- ja elektroonikasektoris.

Tootmislubadused

Kuid ettevõte soovib katsefaasist mööda saada ja saada magnetite mahuliseks tarnijaks. Sellepärast on Tyseley mastaabitehas nii oluline. Ettevõte arvab, et suudab esialgu töödelda kuni 20 tonni haruldaste muldmetallide magneteid ja sulameid aastas – ja lõpuks viis korda rohkem. HyProMag plaanib ka täiendavaid rajatisi Saksamaal ja USA-s.

Tehnoloogia on paljulubav, sest nii paljud tooted sisaldavad haruldaste muldmetallide magneteid, kuid kui need lammutatakse, lähevad magnetid puruks ja purunevad. Saadud pulber jääb magnetiliseks, kleepub metallijäätmete ja taimekomponentide külge, kuid vähem kui 1% magnetitest läheb ringlusse. Kuid HyProMag suudab selle materjali tõhusalt eemaldada enne, kui see purustatakse, ja otsib juba mitmesuguseid majanduslikult elujõulisi vanametalli allikaid.

"Raske on näha haruldaste muldmetallide magnetite ulatuslikku ringlussevõttu ilma tõhusa eraldusprotsessita, nagu HPMS," ütleb Walton. "Praegune pilootsari võimaldab meil töödelda kuni kaks tonni vanaraua rakendusi ühe katsega, kusjuures kaubanduslik tehas on skaleeritud, et võimaldada palju suuremaid partiide suurusi." Laadimine pulbri eemaldamiseni saab ettevõtte väitel toimuda kõigest nelja tunniga.

Kuna nõudlus haruldaste muldmetallide järele suureneb ja saadaval oleva kasutatud magnetmaterjali hulk kasvab, on selliste magnetite taaskasutamine muutumas üha suuremaks võimaluseks ja üha elujõulisemaks protsessiks. Vaadake vaid elektrisõidukite sektori kasvu: tüüpilises elektrimootoris on 2–5 kg magnetmaterjali ja turu-uuringufirma andmetel kasvab elektrisõidukite müük maailmas 65. aastaks 2030 miljonini aastas. IHS Markit.

[Varjatud sisu]

Teine tohutu haruldaste muldmetallide allikas on tuuleturbiinid, millest paljudel hakkab pärast aastakümneid kestnud kasutamist oma eluiga lõppema. Nende generaatorid sisaldavad kuni 650 kg haruldasi muldmetalle generaatori võimsuse megavati kohta. Arvestades, et Ühendkuningriigi eesmärk on saada 75. aastaks kuni 2050 GW avamere tuuleenergia võimsust, on tal lähiaastatel ligi 50,000 XNUMX tonni haruldaste muldmetallide magneteid. Martyn Cherrington Innovate UK-lt, kes seda juhib Ringikujuline kriitiliste materjalide tarneahel (kliima) programm.

Sellised pikaajalised võimalused vajavad sageli valitsuse toetust – ja haruldaste muldmetallide püsimagnetite ringlussevõtt pole olnud erand. Tõepoolest, HyProMagi töö aluseks olevad fundamentaalsed uuringud algasid palju aastaid enne selle eraldamist. Ettevõte on saanud rahalist toetust ka erinevatest allikatest, sealhulgas Ühendkuningriigi teadusuuringute ja innovatsiooni allikast Elektrirevolutsiooni juhtimine programm, Euroopa Liit ja erainvestorid.

Aastal 2023 HyProMag Ltd osteti ära Kanada firma poolt Maginito, mis on osa Mkango ressursid – Ühendkuningriigi ja Kanada börsil noteeritud maavarade uurimis- ja arendusettevõte. Mkango nägi selgelt HyProMagi ringlussevõtu ja magnetite valmistamise tehnoloogia potentsiaali. See on suurepärane Ühendkuningriigi edulugu, millel võib olla ringmajanduse jaoks tohutu pikaajaline globaalne potentsiaal.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/