Como uma técnica de reciclagem de ímãs permanentes de terras raras poderia transformar a economia verde – 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="Perspectivas de crescimento Os ímãs permanentes de terras raras são vitais para a “economia verde”, mas com mais de 99% descartados, o mercado potencial para os ímãs reciclados da HyProMag se estende desde turbinas eólicas e discos rígidos de computadores até motores de carros elétricos. (Cortesia (da esquerda): Shutterstock/pedrosala; iStock/madsci; iStock/Aranga87)” title=”Clique para abrir a imagem no pop-up” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03 /como-uma-técnica-para-reciclagem-ímãs-permanentes-de-terras-raras-poderia-transformar-o-mundo-da-física-da-economia-verde.jpg”>

Recentemente, participei numa missão comercial ao Canadá, financiada pela Innovate UK, onde conheci Alan Walton – um cientista de materiais que co-fundou uma empresa chamada HyProMag. Separada da Universidade de Birmingham em 2018, a HyProMag desenvolveu uma técnica para reciclar ímãs de terras raras, que são amplamente utilizados em turbinas eólicas, motores de veículos elétricos (EV) e outras partes da “economia verde”.

Tendo sido convidado para visitar as instalações de reciclagem de protótipos da HyProMag no campus de Birmingham, percebi que a tecnologia estava se transformando em uma grande história de sucesso no Reino Unido. Então quando Mundo da física envie-me um comunicado de imprensa anunciando que a empresa deverá iniciar a produção comercial em Parque Energético Tyseley em Birmingham, em meados de 2024, eu sabia que meus instintos estavam bem fundamentados.

Ímãs permanentes de terras raras – como descrevi em minha coluna uns meses atrás – são ligas de elementos como neodímio, samário e cério. Com a transição para uma economia de “energia limpa” agora em pleno andamento, a procura por terras raras é elevada. As estimativas sugerem que o mercado crescerá até um fator sete entre 2021 e 2040.

O problema é que cerca de 80-90% do neodímio mundial é actualmente produzido – ou controlado por – empresas chinesas. Isso levou algumas nações, como os EUA, a renovar sua própria produção de ímãs permanentes. Mas outra forma de garantir o fornecimento de terras raras é reciclar materiais. É por isso que o iminente arranque das instalações da HyProMag é tão interessante, especialmente porque o seu processo é tão eficiente em termos energéticos.

Extraindo elementos

Existem muitos métodos possíveis para extrair elementos de terras raras de resíduos ou de produtos que atingiram o fim de sua vida útil. A maior parte do trabalho até agora concentrou-se na obtenção dos elementos individuais, primeiro dissolvendo os ímanes e depois recuperando as terras raras dos fluxos de resíduos líquidos que reentram na cadeia de abastecimento no início do processo de produção dos ímanes.

Impulsionando a economia verde: a busca por ímãs sem terras raras

Esta abordagem é muitas vezes chamada de reciclagem de “ciclo longo”, pois tudo é decomposto através de várias técnicas e recuperado como óxidos de terras raras. Esses óxidos precisam então ser convertidos em metais antes de serem fundidos em ligas e quebrados em um pó fino de liga para formar os ímãs. A reciclagem de circuito longo é um processo importante, mas que consome muita energia e é caro.

A fábrica de Tyseley adota uma abordagem diferente, baseada no sistema patenteado da Universidade de Birmingham Processamento de hidrogênio de sucata magnética (HPMS). Ele usa hidrogênio como gás de processamento para separar ímãs de fluxos de resíduos como um pó de liga magnética, que pode ser compactado em “sinterizado” ímãs de terras raras. Não necessitando de calor, é um processo relativamente rápido denominado reciclagem de “circuito curto”.

Impressionantes 259 milhões de unidades de disco rígido foram enviadas em 2021, portanto o mercado de ímãs reciclados é enorme.

Quando examinei a linha de protótipos da empresa no ano passado, percebi que ela pode reciclar unidades de disco rígido (HDDs) encontradas em computadores. Cada disco pode conter até 16g de material magnético, dos quais cerca de um quarto são elementos de terras raras. Isso é apenas uma pequena fração da massa total do disco, mas, como você deve se lembrar de mim apontando, impressionantes 259 milhões de HDDs foram enviados em 2021, então o mercado é enorme.

O método de produção do HyProMag envolve um robô com sensores de campo magnético que primeiro identifica a localização do motor do HDD, que contém o importante ímã permanente de terras raras. A seção com o motor é então cortada e o restante do disco enviado para reciclagem convencional. A seção do motor é finalmente exposta ao hidrogênio à pressão atmosférica e à temperatura ambiente através da técnica HPMS.

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Surpreendentemente, os ímãs de terras raras – normalmente ligas de neodímio, ferro e boro (NdFeB) – simplesmente se quebram para formar um pó. eu tenho visto vídeos do processo e é como ver algo enferrujar. Crucialmente, o pó é desmagnetizado, de modo que quaisquer revestimentos do ímã se desprendem da superfície dos ímãs e podem ser facilmente separados.

O pó de NdFeB extraído é então peneirado para remover impurezas antes de ser reprocessado em novos materiais magnéticos ou ligas de terras raras. A HyProMag avalia que o processo requer 15% menos energia do que a necessária para fabricar ímãs de terras raras a partir de fontes primárias, o que é impressionante. Já produziu mais de 3000 novos ímãs de terras raras em sua planta piloto para parceiros de projeto e clientes potenciais, com os ímãs testados em uma ampla gama de aplicações nos setores automotivo, aeroespacial e eletrônico.

Promessas de produção

Mas a empresa quer passar da fase de teste e se tornar um fornecedor de grande volume de ímãs. É por isso que a planta de ampliação de Tyseley é tão importante. A empresa calcula que inicialmente será capaz de processar até 20 toneladas de ímãs e ligas de terras raras por ano – e eventualmente cinco vezes essa quantidade. A HyProMag também está planejando novas instalações na Alemanha e nos EUA.

A tecnologia é promissora porque muitos produtos contêm ímãs de terras raras, mas quando são descartados, os ímãs são triturados e se quebram. O pó resultante permanece magnético, aderindo à sucata ferrosa e aos componentes da planta, mas menos de 1% dos ímãs são reciclados. A HyProMag pode, no entanto, remover esse material com eficiência antes de ser triturado e já está de olho em uma ampla gama de fontes de sucata economicamente viáveis.

“É difícil ver a reciclagem em larga escala de ímãs de terras raras decolando sem um processo de separação eficiente como o HPMS”, diz Walton. “A atual linha piloto nos permite processar até duas toneladas de aplicações de sucata em uma única execução, com a planta comercial dimensionada para permitir lotes muito maiores.” O carregamento para retirada do pó pode ser feito, afirma a empresa, em apenas quatro horas.

À medida que a procura por terras raras aumenta e a quantidade de material magnético de segunda mão disponível também aumenta, a reciclagem desses ímanes está a tornar-se uma oportunidade cada vez maior e um processo cada vez mais viável. Basta olhar para o crescimento do setor de VE: um motor elétrico típico tem de 2 a 5 kg de material magnético e espera-se que as vendas mundiais de VE aumentem para 65 milhões por ano até 2030, de acordo com uma empresa de pesquisa de mercado. IHS Markit.

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Outra grande fonte de terras raras são as turbinas eólicas, muitas das quais estão chegando ao fim de suas vidas após décadas de uso. Seus geradores contêm até 650 kg de terras raras por megawatt de capacidade do gerador. Dado que o Reino Unido pretende ter até 75 GW de capacidade eólica offshore até 2050, terá quase 50,000 toneladas de ímanes de terras raras nos próximos anos, de acordo com Martin Cherrington da Innovate UK, que administra seu Cadeia de suprimentos circular de materiais críticos (CLIMAS).

Estas oportunidades a longo prazo necessitam frequentemente de apoio governamental – e a reciclagem de ímanes permanentes de terras raras não tem sido exceção. Na verdade, a pesquisa fundamental por trás do trabalho do HyProMag começou muitos anos antes de ele ser desmembrado. A empresa também beneficiou de apoio financeiro de diversas fontes, incluindo o UK Research and Innovation's Impulsionando a Revolução Elétrica programa, a União Europeia e os investidores privados.

Em 2023 HyProMag Ltd foi comprado pela empresa canadense Maginito, que faz parte Recursos Mkango – uma empresa de exploração e desenvolvimento mineral listada nas bolsas de valores do Reino Unido e do Canadá. Mkango viu claramente o potencial da tecnologia de reciclagem e fabricação de ímãs da HyProMag. É uma grande história de sucesso no Reino Unido, que poderá ter um enorme potencial global a longo prazo para a economia circular.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/