چگونه یک تکنیک برای بازیافت آهنرباهای دائمی خاک کمیاب می تواند اقتصاد سبز را متحول کند - دنیای فیزیک

<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="چشم انداز رشد 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”>

من اخیراً برای یک مأموریت تجاری به کانادا رفتم که توسط Innovate UK تأمین مالی شده بود و در آنجا ملاقات کردم آلن والتون - یک دانشمند مواد که یکی از بنیانگذاران یک شرکت بود تماس گرفت HyProMag. HyProMag که در سال 2018 از دانشگاه بیرمنگام جدا شد، تکنیکی را برای بازیافت آهنرباهای خاکی کمیاب توسعه داده است که به طور گسترده در توربین‌های بادی، موتورهای وسایل نقلیه الکتریکی (EV) و سایر بخش‌های «اقتصاد سبز» استفاده می‌شود.

پس از دعوت به بازدید از مرکز بازیافت نمونه اولیه HyProMag در پردیس بیرمنگام، دیدم که این فناوری در حال شکل گیری است تا یک داستان موفقیت بزرگ در بریتانیا باشد. بنابراین، هنگامی که دنیای فیزیک من را فرستاد آزادی مطبوعات اعلام کرد که این شرکت قرار است تولید تجاری خود را در پارک انرژی تایزلی در بیرمنگام در اواسط سال 2024، می دانستم که غرایز من به خوبی پایه گذاری شده است.

آهنرباهای دائمی کمیاب - همانطور که در ستون خود توضیح دادم چند ماه قبل - آلیاژهای عناصری مانند نئودیمیم، ساماریم و سریم هستند. با انتقال به اقتصاد "انرژی پاک" که اکنون در نوسان کامل است، تقاضا برای خاک‌های کمیاب بالا است. برآوردها حاکی از آن است که بازار بین سال‌های 2021 تا 2040 تا XNUMX برابر رشد خواهد کرد.

مشکل اینجاست که حدود 80 تا 90 درصد از نئودیمیم جهان در حال حاضر ساخته می شود - یا توسط شرکت های چینی کنترل می شود. این امر برخی از کشورها مانند ایالات متحده را بر آن داشته است تولید آهنرباهای دائمی خود را اصلاح کنند. اما راه دیگر برای تامین منابع خاکی کمیاب بازیافت مواد است. به همین دلیل است که راه اندازی قریب الوقوع تاسیسات HyProMag بسیار جالب است، به خصوص که فرآیند آن بسیار کارآمد در مصرف انرژی است.

استخراج عناصر

روش‌های زیادی برای استخراج عناصر کمیاب خاکی از مواد زائد یا محصولاتی که عمرشان به پایان رسیده است، وجود دارد. بیشتر کار تاکنون بر روی بدست آوردن عناصر منفرد با حل کردن آهنرباها و سپس بازیابی خاک های کمیاب از جریان های زباله مایع متمرکز شده است که در اوایل فرآیند ساخت آهنربا دوباره وارد زنجیره تامین می شوند.

تقویت اقتصاد سبز: جستجوی آهنربا بدون خاک های کمیاب

این رویکرد اغلب بازیافت "حلقه بلند" نامیده می شود زیرا همه چیز با استفاده از تکنیک های مختلف شکسته می شود و به عنوان اکسیدهای خاکی کمیاب بازیافت می شود. سپس این اکسیدها باید قبل از ریخته‌گری به آلیاژ به فلز تبدیل شوند و برای ساخت آهن‌ربا به پودر آلیاژی ریز تجزیه شوند. بازیافت حلقه طولانی یک فرآیند مهم اما انرژی بر و پرهزینه است.

کارخانه Tyseley رویکرد متفاوتی را اتخاذ می کند، زیرا بر اساس ثبت اختراع دانشگاه بیرمنگام است پردازش هیدروژن ضایعات آهنربایی تکنیک (HPMS). از هیدروژن به عنوان یک گاز پردازش برای جدا کردن آهنرباها از جریان های زباله به عنوان پودر آلیاژ آهنربا استفاده می کند که می تواند به صورت فشرده شود. "ساخت شده" آهنرباهای خاکی کمیاب بدون نیاز به گرما، این یک فرآیند نسبتاً سریع است که بازیافت "حلقه کوتاه" نامیده می شود.

259 میلیون هارد دیسک در سال 2021 به فروش رسید، بنابراین بازار آهنرباهای بازیافتی بسیار بزرگ است.

وقتی سال گذشته به خط نمونه اولیه این شرکت نگاه کردم، متوجه شدم که می تواند درایوهای هارد دیسک (HDD) موجود در رایانه ها را بازیافت کند. هر دیسک می تواند 16 گرم ماده مغناطیسی داشته باشد که حدود یک چهارم آن عناصر کمیاب هستند. این تنها بخش کوچکی از جرم کلی دیسک است، اما، همانطور که به یاد می آورید که به آن اشاره کردم259 میلیون هارد دیسک در سال 2021 فروخته شد، بنابراین بازار بزرگ است.

روش تولید HyProMag شامل یک ربات با حسگرهای میدان مغناطیسی است که ابتدا محل موتور HDD را شناسایی می کند که حاوی آهنربای دائمی بسیار مهم خاک کمیاب است. سپس بخش با موتور بریده می شود و بقیه دیسک برای بازیافت معمولی ارسال می شود. بخش موتور در نهایت با استفاده از تکنیک HPMS در معرض هیدروژن در فشار اتمسفر و دمای اتاق قرار می گیرد.

[محتوای جاسازی شده]

به طور شگفت انگیزی، آهنرباهای خاکی کمیاب - معمولاً آلیاژهای نئودیمیم، آهن و بور (NdFeB) - فقط از هم جدا می شوند و پودر تشکیل می دهند. من دیده ام فیلم های فرآیند و مثل تماشای چیزی است که زنگ می زند. مهمتر از همه، پودر مغناطیس زدایی می شود، بنابراین هرگونه پوشش روی آهنربا از سطح آهنربا جدا می شود و به راحتی جدا می شود.

سپس پودر NdFeB استخراج‌شده الک می‌شود تا ناخالصی‌ها از بین بروند قبل از اینکه دوباره به مواد مغناطیسی جدید یا آلیاژهای خاکی کمیاب پردازش شوند. HyProMag تخمین می‌زند که این فرآیند به ۱۵ درصد انرژی کمتری نسبت به انرژی مورد نیاز برای ساخت آهن‌رباهای خاکی کمیاب از منابع اولیه نیاز دارد، که قابل توجه است. این شرکت در حال حاضر بیش از 15 آهنربای خاکی کمیاب جدید را در کارخانه آزمایشی خود برای شرکای پروژه و مشتریان بالقوه تولید کرده است که آهنرباها در طیف گسترده ای از کاربردها در بخش های خودرو، هوافضا و الکترونیک آزمایش شده اند.

وعده های تولید

اما این شرکت می خواهد مرحله آزمایشی را پشت سر بگذارد و به تامین کننده حجم آهنربا تبدیل شود. به همین دلیل است که کارخانه افزایش مقیاس Tyseley بسیار مهم است. این شرکت تخمین می‌زند که در ابتدا قادر خواهد بود تا ۲۰ تن آهن‌ربا و آلیاژهای کمیاب را در سال پردازش کند - و در نهایت پنج برابر این مقدار. HyProMag همچنین در حال برنامه ریزی امکانات بیشتر در آلمان و ایالات متحده است.

این فناوری امیدوارکننده است زیرا بسیاری از محصولات حاوی آهنرباهای خاکی کمیاب هستند، اما زمانی که آنها از بین می روند آهنرباها خرد می شوند و از هم جدا می شوند. پودر حاصل مغناطیسی باقی می ماند و به ضایعات آهنی و اجزای گیاه می چسبد، اما کمتر از 1 درصد آهنرباها بازیافت می شوند. با این حال، HyProMag می تواند این مواد را قبل از خرد شدن به طور موثر حذف کند و در حال حاضر به دنبال طیف متنوعی از منابع مقرون به صرفه ضایعات است.

والتون می گوید: «دیدن بازیافت در مقیاس بزرگ آهنرباهای خاکی کمیاب بدون فرآیند جداسازی کارآمد مانند HPMS دشوار است. خط آزمایشی کنونی به ما امکان می‌دهد تا دو تن از برنامه‌های قراضه را در یک دوره پردازش کنیم، در حالی که کارخانه تجاری برای اندازه‌های دسته‌ای بسیار بزرگ‌تر مقیاس‌بندی شده است. این شرکت ادعا می کند که بارگیری برای حذف پودر می تواند در کمتر از چهار ساعت انجام شود.

از آنجایی که تقاضا برای خاک های کمیاب افزایش می یابد و مقدار مواد مغناطیسی دست دوم موجود نیز افزایش می یابد، بازیافت چنین آهن رباها به یک فرصت بزرگتر و فرآیندی قابل دوام تبدیل می شود. فقط به رشد بخش EV نگاه کنید: طبق یک شرکت تحقیقاتی بازار، یک موتور الکتریکی معمولی دارای 2 تا 5 کیلوگرم مواد مغناطیسی است و انتظار می‌رود فروش جهانی خودروهای برقی تا سال 65 به 2030 میلیون دستگاه در سال افزایش یابد. IHS Markit.

[محتوای جاسازی شده]

یکی دیگر از منابع عظیم خاک‌های کمیاب، توربین‌های بادی هستند که بسیاری از آنها پس از دهه‌ها استفاده به پایان عمر خود می‌رسند. ژنراتورهای آنها حاوی 650 کیلوگرم خاک کمیاب در هر مگاوات ظرفیت ژنراتور هستند. با توجه به اینکه بریتانیا قصد دارد تا سال 75 تا 2050 گیگاوات ظرفیت بادی فراساحلی داشته باشد، در سال های آینده نزدیک به 50,000 تن آهنرباهای خاکی کمیاب خواهد داشت. مارتین چرینگتون از Innovate UK، که آن را اداره می کند زنجیره تامین مواد حیاتی دایره ای برنامه (اقلیم).

چنین فرصت‌های بلندمدتی اغلب به حمایت دولت نیاز دارند - و بازیافت آهن‌رباهای دائمی زمین‌های کمیاب از این قاعده مستثنی نبوده است. در واقع، تحقیقات بنیادی پشت کار HyProMag سال‌ها قبل از انحلال آن آغاز شد. این شرکت همچنین از حمایت های مالی طیفی از منابع، از جمله تحقیقات و نوآوری بریتانیا بهره برده است راندن انقلاب الکتریکی برنامه، اتحادیه اروپا و سرمایه گذاران خصوصی.

در سال 2023 HyProMag Ltd خریداری شد توسط شرکت کانادایی ماجینیتو، که بخشی از آن است منابع Mkango - یک شرکت اکتشاف و توسعه مواد معدنی که در بورس های بریتانیا و کانادا فهرست شده است. Mkango به وضوح پتانسیل فناوری بازیافت و تولید آهنربا HyProMag را دید. این یک داستان موفقیت بزرگ در بریتانیا است که می تواند پتانسیل بلندمدت جهانی عظیمی برای اقتصاد دایره ای داشته باشد.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/