Kuinka harvinaisten maametallien kestomagneettien kierrätystekniikka voisi muuttaa vihreää taloutta – Physics World

<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="Kasvunäkymät Harvinaisten maametallien kestomagneetit ovat elintärkeitä "vihreälle taloudelle", mutta koska yli 99 % niistä on romutettu, HyProMagin kierrätettyjen magneettien potentiaaliset markkinat ulottuvat tuuliturbiineista ja tietokoneiden kiintolevyistä sähköautojen moottoreihin. (Kohtelias (vasemmalta): Shutterstock/pedrosala; iStock/madsci; iStock/Aranga87)” title=”Avaa kuva ponnahdusikkunassa napsauttamalla” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03 /how-a-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy-physics-world.jpg”>

Kävin äskettäin Innovate UK:n rahoittamassa kauppamatkalla Kanadassa, missä tapasin Allan Walton – materiaalitieteilijä, joka oli mukana perustamassa yritystä nimeltä HyProMag. Birminghamin yliopistosta vuonna 2018 irrottautunut HyProMag on kehittänyt tekniikan harvinaisten maametallien magneettien kierrättämiseksi, joita käytetään laajalti tuuliturbiineissa, sähköajoneuvojen moottoreissa ja muissa "vihreän talouden" osissa.

Kutsuttuani kiertueelle HyProMagin prototyyppien kierrätyslaitokseen Birminghamin kampuksella huomasin, että teknologiasta oli muodostumassa suuri menestystarina Isossa-Britanniassa. Joten kun Fysiikan maailma lähetti minulle lehdistötiedote ilmoitti, että yrityksen on määrä aloittaa kaupallinen tuotanto klo Tyseleyn energiapuisto Birminghamissa vuoden 2024 puoliväliin mennessä tiesin, että vaistoni olivat perusteltuja.

Harvinaisten maametallien kestomagneetit – kuten kuvailin kolumnissani muutama kuukausi sitten – ovat elementtien, kuten neodyymin, samariumin ja ceriumin, seoksia. Kun siirtyminen "puhtaan energian" talouteen on nyt täydessä vauhdissa, harvinaisten maametallien kysyntä on korkea. Arvioiden mukaan markkinat kasvavat jopa seitsemän kertaa vuosina 2021–2040.

Ongelmana on, että noin 80–90 prosenttia maailman neodyymistä on tällä hetkellä kiinalaisten yritysten valmistamaa tai hallitsemaa. Se on saanut jotkin valtiot, kuten Yhdysvallat, siihen uudistaa omaa kestomagneettituotantoaan. Mutta toinen tapa varmistaa harvinaisten maametallien toimitukset on kierrättää materiaaleja. Siksi HyProMagin laitoksen tuleva käynnistys on niin mielenkiintoinen, varsinkin kun sen prosessi on niin energiatehokas.

Elementtien purkaminen

On olemassa monia mahdollisia menetelmiä harvinaisten maametallien erottamiseksi jätemateriaaleista tai tuotteista, jotka ovat saavuttaneet elinkaarensa lopun. Suurin osa työstä on tähän mennessä keskittynyt yksittäisten elementtien hankkimiseen liuottamalla ensin magneetit ja ottamalla sitten talteen harvinaiset maametallit nestemäisistä jätevirroista, jotka palaavat toimitusketjuun magneetin valmistusprosessin alkuvaiheessa.

Vihreän talouden tehostaminen: magneettien etsintä ilman harvinaisia ​​maametallia

Tätä lähestymistapaa kutsutaan usein "pitkän silmukan" kierrätykseksi, koska kaikki hajotetaan eri tekniikoilla ja otetaan talteen harvinaisten maametallien oksideina. Nämä oksidit on sitten muutettava metalleiksi ennen kuin ne valetaan seoksiksi ja hajotetaan hienoksi seosjauheeksi magneettien valmistamiseksi. Pitkän silmukan kierrätys on tärkeä, mutta energiaintensiivinen ja kallis prosessi.

Tyseleyn tehtaalla on erilainen lähestymistapa, koska se perustuu Birminghamin yliopiston patentoimaan Magneettiromun vetykäsittely (HPMS) tekniikkaa. Se käyttää vetyä prosessikaasuna erottamaan magneetit jätevirroista magneettiseosjauheena, joka voidaan tiivistää "sintrattu" harvinaisten maametallien magneetit. Se ei vaadi lämpöä, vaan se on suhteellisen nopea prosessi, jota kutsutaan "lyhyen silmukan" kierrätykseksi.

Vuonna 259 toimitettiin huikeat 2021 miljoonaa kiintolevyasemaa, joten kierrätettyjen magneettien markkinat ovat valtavat.

Viime vuonna katsellessani yrityksen prototyyppilinjaa huomasin, että se pystyy kierrättämään tietokoneista löytyviä kiintolevyasemia (HDD). Jokaisella levyllä voi olla jopa 16 g magneettista materiaalia, josta noin neljännes on harvinaisia ​​maametallielementtejä. Se on vain pieni osa levyn kokonaismassasta, mutta kuten muistat minun huomauttaneen, vuonna 259 toimitettiin huikeat 2021 miljoonaa kiintolevyä, joten markkinat ovat valtavat.

HyProMagin tuotantomenetelmään kuuluu magneettikenttäantureilla varustettu robotti, joka tunnistaa ensin kiintolevyn moottorin sijainnin, joka sisältää erittäin tärkeän harvinaisen maametallin kestomagneetin. Moottorin sisältävä osa leikataan sitten pois, ja loput levystä lähetetään tavanomaiseen kierrätykseen. Lopuksi moottoriosa altistetaan vedylle ilmakehän paineessa ja huoneenlämpötilassa HPMS-tekniikan avulla.

[Upotetun sisällön]

Hämmästyttävää kyllä, harvinaisten maametallien magneetit – tyypillisesti neodyymin, raudan ja boorin (NdFeB) seokset – vain hajoavat jauheeksi. Olen nähnyt videoita prosessista ja se on kuin katsoisi jonkun ruostuvan. Tärkeää on, että jauhe demagnetoituu, joten kaikki magneetin pinnoitteet kuoriutuvat pois magneettien pinnasta ja voidaan helposti erottaa.

Uutettu NdFeB-jauhe seulotaan sitten epäpuhtauksien poistamiseksi ennen kuin se käsitellään uudelleen uusiksi magneettisiksi materiaaleiksi tai harvinaisten maametallien seoksiksi. HyProMag arvioi, että prosessi vaatii 15 % vähemmän energiaa kuin mitä tarvitaan harvinaisten maametallien magneettien valmistamiseen primäärilähteistä, mikä on vaikuttavaa. Se on jo valmistanut yli 3000 uutta harvinaisten maametallien magneettia pilottitehtaallaan projektikumppaneille ja potentiaalisille asiakkaille, ja magneetteja on testattu monissa sovelluksissa auto-, ilmailu- ja elektroniikkasektoreilla.

Tuotanto lupaa

Mutta yritys haluaa päästä koevaiheen ohi ja tulla magneettien volyymitoimittajaksi. Siksi Tyseleyn laajennustehdas on niin tärkeä. Yhtiö arvioi, että se pystyy aluksi käsittelemään jopa 20 tonnia harvinaisten maametallien magneetteja ja metalliseoksia vuodessa – ja lopulta viisinkertaisen määrän. HyProMag suunnittelee myös lisää toimipaikkoja Saksaan ja Yhdysvaltoihin.

Tekniikka on lupaava, koska niin monet tuotteet sisältävät harvinaisten maametallien magneetteja, mutta kun ne romutetaan, magneetit särkyvät ja hajoavat. Syntynyt jauhe pysyy magneettisena tarttuen rautaromuun ja kasvikomponentteihin, mutta alle 1 % magneeteista kierrätetään. HyProMag voi kuitenkin poistaa tämän materiaalin tehokkaasti ennen kuin se on silputtu, ja se etsii jo monia erilaisia ​​taloudellisesti kannattavia romun lähteitä.

"On vaikea nähdä harvinaisten maametallien magneettien laajamittaista kierrätystä ilman tehokasta erotusprosessia, kuten HPMS", Walton sanoo. "Nykyisen pilottilinjan avulla voimme käsitellä jopa kaksi tonnia romusovelluksia yhdellä ajokerralla, ja kaupallinen laitos on mitoitettu mahdollistamaan paljon suurempia eräkokoja." Lataus jauheen poistoon onnistuu yhtiön mukaan jopa neljässä tunnissa.

Kun harvinaisten maametallien kysyntä kasvaa ja myös saatavilla olevan käytetyn magneettisen materiaalin määrä kasvaa, tällaisten magneettien kierrätyksestä on tulossa yhä suurempi mahdollisuus ja yhä kannattavampi prosessi. Katsokaapa sähköautosektorin kasvua: tyypillisessä sähkömoottorissa on 2–5 kg magneettista materiaalia, ja sähköautojen maailmanlaajuisen myynnin odotetaan nousevan 65 miljoonaan vuodessa vuoteen 2030 mennessä, markkinatutkimusyhtiön mukaan. IHS Markit.

[Upotetun sisällön]

Toinen valtava harvinaisten maametallien lähde ovat tuuliturbiinit, joista monet ovat saavuttamassa käyttöikänsä loppua vuosikymmenien käytön jälkeen. Niiden generaattorit sisältävät jopa 650 kg harvinaisia ​​maametallia generaattorikapasiteetin megawattia kohden. Ottaen huomioon, että Yhdistyneen kuningaskunnan tavoitteena on saada jopa 75 GW offshore-tuulikapasiteettia vuoteen 2050 mennessä, sillä on tulevina vuosina lähes 50,000 XNUMX tonnia harvinaisten maametallien magneetteja. Martyn Cherrington Innovate UK:lta, joka johtaa sitä Pyöreä kriittisten materiaalien toimitusketju (ILMASTO) -ohjelmaan.

Tällaiset pitkän aikavälin mahdollisuudet tarvitsevat usein valtion tukea – eikä harvinaisten maametallien kestomagneettien kierrätys ole ollut poikkeus. Itse asiassa HyProMagin työn taustalla oleva perustutkimus alkoi monta vuotta ennen kuin se irrotettiin. Yritys on myös saanut taloudellista tukea useista lähteistä, mukaan lukien UK Research and Innovation's Sähkövallankumouksen ajaminen ohjelman, Euroopan unionin ja yksityisten sijoittajien kanssa.

Vuonna 2023 HyProMag Ltd ostettiin kanadalaisen yrityksen toimesta Maginito, joka on osa Mkango-resurssit – Ison-Britannian ja Kanadan pörsseissä listattu mineraalien etsintä- ja kehitysyhtiö. Mkango näki selvästi HyProMagin kierrätys- ja magneettivalmistusteknologian mahdollisuudet. Se on Iso-Britannian menestystarina, jolla voi olla valtava pitkän aikavälin globaali potentiaali kiertotaloudelle.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/