Jak technika recyklingu magnesów trwałych zawierających pierwiastki ziem rzadkich może przekształcić zieloną gospodarkę – Świat Fizyki

<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="Perspektywy rozwoju Magnesy trwałe z metali ziem rzadkich są niezbędne dla „zielonej gospodarki”, ale ponieważ ponad 99% magnesów jest złomowanych, potencjalny rynek magnesów pochodzących z recyklingu HyProMag rozciąga się od turbin wiatrowych i dysków twardych komputerów po silniki w samochodach elektrycznych. (Dzięki uprzejmości (od lewej): Shutterstock/pedrosala; iStock/madsci; iStock/Aranga87)” title=”Kliknij, aby otworzyć obraz w wyskakującym okienku” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03 /jak-technika-recyklingu-magnesy-trwałe-z-ziemi rzadkich-mogą-przemienić-zieloną-gospodarkę-fizykę-świat.jpg”>

Niedawno wybrałem się na misję handlową do Kanady finansowaną przez Innovate UK, gdzie się spotkałem Allana Waltona – materiałoznawca, współzałożyciel firmy o nazwie HyProMag. Wydzielona z Uniwersytetu w Birmingham w 2018 r. firma HyProMag opracowała technikę recyklingu magnesów ziem rzadkich, które są szeroko stosowane w turbinach wiatrowych, silnikach pojazdów elektrycznych (EV) i innych elementach „zielonej gospodarki”.

Po zaproszeniu do zwiedzania prototypowego zakładu recyklingu HyProMag na terenie kampusu w Birmingham zauważyłem, że technologia ta okazała się wielkim sukcesem w Wielkiej Brytanii. Więc kiedy Świat Fizyki Wyślij mi informacja prasowa informuję, że spółka ma rozpocząć produkcję komercyjną o godz Park Energetyczny Tyseley w Birmingham do połowy 2024 r. wiedziałem, że moje instynkty są dobrze uzasadnione.

Magnesy trwałe z metali ziem rzadkich – tak jak opisałem w swoim felietonie kilka miesięcy temu – to stopy pierwiastków takich jak neodym, samar i cer. Ponieważ przejście na gospodarkę „czystej energii” jest już w pełnym rozkwicie, popyt na pierwiastki ziem rzadkich jest wysoki. Szacunki wskazują, że w latach 2021–2040 rynek wzrośnie aż siedmiokrotnie.

Problem w tym, że około 80–90% neodymu na świecie jest obecnie produkowane lub kontrolowane przez chińskie firmy. To skłoniło niektóre kraje, takie jak USA, do takiego działania zmodernizować własną produkcję magnesów trwałych. Innym sposobem zabezpieczenia dostaw pierwiastków ziem rzadkich jest jednak recykling materiałów. Dlatego też rychłe uruchomienie obiektu HyProMag jest tak interesujące, zwłaszcza że jego proces jest tak energooszczędny.

Wydobywanie elementów

Istnieje wiele możliwych metod ekstrakcji pierwiastków ziem rzadkich z materiałów odpadowych lub produktów, których żywotność dobiegła końca. Większość prac skupiała się dotychczas na uzyskiwaniu poszczególnych elementów poprzez najpierw rozpuszczenie magnesów, a następnie odzyskiwanie pierwiastków ziem rzadkich ze strumieni odpadów płynnych, które ponownie trafiają do łańcucha dostaw na początku procesu wytwarzania magnesów.

Zasilanie zielonej gospodarki: poszukiwanie magnesów niezawierających pierwiastków ziem rzadkich

Podejście to często nazywa się recyklingiem „długiej pętli”, ponieważ wszystko jest rozkładane przy użyciu różnych technik i odzyskiwane w postaci tlenków metali ziem rzadkich. Tlenki te należy następnie przekształcić w metale, zanim zostaną odlane w stopy i rozbite na drobny proszek stopowy, aby wytworzyć magnesy. Recykling długopętlowy jest ważnym, ale energochłonnym i kosztownym procesem.

W fabryce w Tyseley zastosowano inne podejście, oparte na opatentowaniu Uniwersytetu w Birmingham Przetwarzanie wodorowe złomu magnetycznego (HPMS). Wykorzystuje wodór jako gaz procesowy do oddzielania magnesów od strumieni odpadów w postaci proszku stopu magnetycznego, który można zagęścić „spiekane” magnesy ziem rzadkich. Nie wymaga ciepła, jest to stosunkowo szybki proces nazywany recyklingiem „w krótkiej pętli”.

W 259 r. wysłano oszałamiającą liczbę 2021 milionów dysków twardych, więc rynek magnesów pochodzących z recyklingu jest ogromny.

Kiedy w zeszłym roku rozglądałem się po linii prototypów tej firmy, zauważyłem, że umożliwia ona recykling dysków twardych (HDD) znajdujących się w komputerach. Na każdym dysku może znajdować się aż 16 g materiału magnetycznego, z czego około jedną czwartą stanowią pierwiastki ziem rzadkich. To tylko niewielki ułamek całkowitej masy dysku, ale jak pamiętasz, jak wskazywałemw 259 r. wysłano oszałamiającą liczbę 2021 milionów dysków twardych, zatem rynek jest ogromny.

Metoda produkcji HyProMag obejmuje robota wyposażonego w czujniki pola magnetycznego, które najpierw identyfikują lokalizację silnika dysku twardego, który zawiera niezwykle ważny magnes trwały wykonany z metali ziem rzadkich. Następnie odcina się część z silnikiem, a resztę dysku przekazuje do konwencjonalnego recyklingu. Na koniec część silnika poddaje się działaniu wodoru pod ciśnieniem atmosferycznym i w temperaturze pokojowej za pomocą techniki HPMS.

[Osadzone treści]

Co zaskakujące, magnesy ziem rzadkich – zazwyczaj stopy neodymu, żelaza i boru (NdFeB) – po prostu rozpadają się, tworząc proszek. widziałem filmy z procesu i to jakby patrzeć, jak coś zamienia się w rdzę. Co najważniejsze, proszek ulega rozmagnesowaniu, w związku z czym wszelkie powłoki na magnesie odklejają się od powierzchni magnesów i można je łatwo oddzielić.

Wyekstrahowany proszek NdFeB jest następnie przesiewany w celu usunięcia zanieczyszczeń przed ponownym przetworzeniem na nowe materiały magnetyczne lub stopy metali ziem rzadkich. HyProMag szacuje, że proces ten wymaga o 15% mniej energii niż potrzeba do wytworzenia magnesów ziem rzadkich ze źródeł pierwotnych, co robi wrażenie. W swoim zakładzie pilotażowym wyprodukował już ponad 3000 nowych magnesów z metali ziem rzadkich dla partnerów projektu i potencjalnych klientów, a magnesy przetestowano w szerokim zakresie zastosowań w sektorach motoryzacyjnym, lotniczym i elektronicznym.

Produkcja obiecuje

Firma chce jednak przejść fazę próbną i zostać hurtowym dostawcą magnesów. Dlatego właśnie rozbudowa zakładu w Tyseley jest tak ważna. Firma szacuje, że początkowo będzie w stanie przetworzyć do 20 ton magnesów i stopów metali ziem rzadkich rocznie, a docelowo będzie to pięciokrotność tej ilości. HyProMag planuje także kolejne obiekty w Niemczech i USA.

Technologia jest obiecująca, ponieważ wiele produktów zawiera magnesy ziem rzadkich, które jednak w przypadku złomowania ulegają strzępieniu i rozbijaniu. Powstały proszek pozostaje magnetyczny, przykleja się do złomu żelaznego i składników roślinnych, ale mniej niż 1% magnesów podlega recyklingowi. HyProMag może jednak skutecznie usunąć ten materiał, zanim zostanie rozdrobniony, i już poszukuje różnorodnych, ekonomicznie opłacalnych źródeł złomu.

„Trudno wyobrazić sobie rozwój recyklingu magnesów ziem rzadkich na dużą skalę bez skutecznego procesu separacji, takiego jak HPMS” – mówi Walton. „Obecna linia pilotażowa pozwala nam przetwarzać do dwóch ton złomu w jednym przebiegu, a zakład komercyjny jest skalowany tak, aby umożliwić znacznie większe partie”. Jak twierdzi firma, załadunek i usunięcie proszku można wykonać w ciągu zaledwie czterech godzin.

W miarę wzrostu zapotrzebowania na pierwiastki ziem rzadkich i ilości dostępnego używanego materiału magnetycznego, recykling takich magnesów staje się coraz większymi możliwościami i coraz bardziej opłacalnym procesem. Wystarczy spojrzeć na rozwój sektora pojazdów elektrycznych: według firmy badawczej typowy silnik elektryczny zawiera 2–5 kg materiału magnetycznego, a światowa sprzedaż pojazdów elektrycznych ma wzrosnąć do 65 milionów rocznie do 2030 r. IHS Markit.

[Osadzone treści]

Kolejnym ogromnym źródłem pierwiastków ziem rzadkich są turbiny wiatrowe, z których wiele dobiega końca po dziesięcioleciach użytkowania. Ich generatory zawierają do 650 kg pierwiastków ziem rzadkich na megawat mocy generatora. Biorąc pod uwagę, że Wielka Brytania planuje dysponować do 75 GW mocy morskich elektrowni wiatrowych do 2050 r., według szacunków w nadchodzących latach Wielka Brytania będzie dysponować prawie 50,000 XNUMX ton magnesów ziem rzadkich Martyna Cherringtona z Innovate UK, która prowadzi tę firmę Łańcuch dostaw materiałów krytycznych o obiegu zamkniętym (KLIMATY).

Takie długoterminowe możliwości często wymagają wsparcia rządowego – a recykling magnesów trwałych z metali ziem rzadkich nie jest wyjątkiem. Rzeczywiście, podstawowe badania stojące za pracą HyProMag rozpoczęły się wiele lat przed jego wydzieleniem. Firma skorzystała także ze wsparcia finansowego z różnych źródeł, w tym z brytyjskiego funduszu badawczego i innowacyjnego Prowadzenie rewolucji elektrycznej programu, Unii Europejskiej i inwestorów prywatnych.

W 2023 roku HyProMag Ltd został kupiony przez kanadyjską firmę Maginito, który jest częścią Zasoby Mkango – spółka zajmująca się poszukiwaniem i zagospodarowaniem złóż minerałów, notowana na giełdach w Wielkiej Brytanii i Kanadzie. Mkango wyraźnie dostrzegło potencjał technologii recyklingu i produkcji magnesów firmy HyProMag. To wspaniała historia sukcesu Wielkiej Brytanii, która może mieć ogromny, długoterminowy, globalny potencjał dla gospodarki o obiegu zamkniętym.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/