Cum o tehnică de reciclare a magneților permanenți din pământuri rare ar putea transforma 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="Perspective de creștere 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”>

Am plecat recent într-o misiune comercială în Canada, finanțată de Innovate UK, unde m-am întâlnit Allan Walton – un om de știință în materiale care a co-fondat o companie numită HyProMag. Desprins de la Universitatea din Birmingham în 2018, HyProMag a dezvoltat o tehnică de reciclare a magneților din pământuri rare, care sunt utilizați pe scară largă în turbinele eoliene, motoarele pentru vehicule electrice (EV) și alte părți ale „economiei verzi”.

După ce am fost invitat să vizitez unitatea de reciclare a prototipului HyProMag din campusul din Birmingham, am văzut că tehnologia se pregătea să fie o mare poveste de succes în Marea Britanie. Deci când Lumea fizicii mi-a trimis un comunicat de presă anunțând că compania urmează să înceapă producția comercială la Parcul energetic Tyseley în Birmingham, până la jumătatea anului 2024, știam că instinctele mele erau bine întemeiate.

Magneți permanenți din pământuri rare – așa cum am descris în coloana mea acum cateva luni – sunt aliaje de elemente precum neodim, samariu și ceriu. Odată cu tranziția către o economie cu „energie curată” în plină desfășurare, cererea de pământuri rare este mare. Estimările sugerează că piața va crește cu un factor de șapte între 2021 și 2040.

Problema este că aproximativ 80-90% din neodimul din lume este fabricat în prezent – ​​sau controlat de – companii chineze. Acest lucru a determinat unele națiuni, cum ar fi SUA, să facă acest lucru reînnoiește propria producție de magneți permanenți. Dar o altă modalitate de a asigura aprovizionarea cu pământuri rare este reciclarea materialelor. De aceea, pornirea iminentă a unității HyProMag este atât de interesantă, mai ales că procesul său este atât de eficient din punct de vedere energetic.

Elemente de extragere

Există o mulțime de metode posibile de extragere a elementelor pământurilor rare din deșeuri sau din produse care au ajuns la sfârșitul vieții. Cea mai mare parte a lucrării s-a concentrat până acum pe obținerea elementelor individuale prin dizolvarea mai întâi a magneților și apoi recuperarea pământurilor rare din fluxurile de deșeuri lichide care reintră în lanțul de aprovizionare la începutul procesului de fabricare a magnetului.

Alimentarea economiei verzi: căutarea magneților fără pământuri rare

Această abordare este adesea numită reciclare „în buclă lungă”, deoarece totul este defalcat folosind diverse tehnici și recuperat ca oxizi de pământuri rare. Acești oxizi trebuie apoi transformați în metale înainte de a fi turnați în aliaje și descompuși într-o pulbere fină de aliaj pentru a face magneți. Reciclarea în buclă lungă este un proces important, dar consumator de energie și costisitor.

Fabrica Tyseley adoptă o abordare diferită, bazată pe documentul brevetat al Universității din Birmingham Prelucrarea cu hidrogen a resturilor de magneti (HPMS). Folosește hidrogenul ca gaz de procesare pentru a separa magneții de fluxurile de deșeuri ca pulbere de aliaj de magnet, care poate fi compactată în „sinterizat” magneți din pământuri rare. Nu necesită căldură, este un proces relativ rapid numit reciclare „în buclă scurtă”.

În 259 au fost livrate 2021 de milioane de hard disk, așa că piața magneților reciclați este uriașă.

Când m-am uitat la linia de prototipuri a companiei anul trecut, am observat că poate recicla hard disk-urile (HDD-urile) găsite în computere. Fiecare disc poate avea până la 16 g de material magnetic, din care aproximativ un sfert sunt elemente din pământuri rare. Aceasta este doar o mică parte din masa totală a discului, dar, după cum vă amintiți că am subliniat, 259 de milioane de HDD-uri au fost livrate în 2021, așa că piața este uriașă.

Metoda de producție HyProMag implică un robot cu senzori de câmp magnetic care identifică mai întâi locația motorului HDD-ului, care conține magnetul permanent extrem de important din pământuri rare. Secțiunea cu motorul este apoi tăiată, restul discului fiind trimis pentru reciclare convențională. Secțiunea motorului este în cele din urmă expusă la hidrogen la presiunea atmosferică și temperatura camerei prin tehnica HPMS.

[Conținutul încorporat]

În mod uimitor, magneții din pământuri rare - de obicei aliaje de neodim, fier și bor (NdFeB) - pur și simplu se despart pentru a forma o pulbere. am vazut videoclipuri ale procesului și este ca și cum ai vedea cum ceva se transformă în rugină. În mod crucial, pulberea devine demagnetizată, astfel încât orice acoperire de pe magnet se dezlipește de suprafața magneților și poate fi ușor separată.

Pulberea de NdFeB extrasă este apoi cernută pentru a îndepărta impuritățile înainte de a fi reprocesată în noi materiale magnetice sau aliaje cu pământuri rare. HyProMag consideră că procesul necesită cu 15% mai puțină energie decât cea necesară pentru a face magneți din pământuri rare din surse primare, ceea ce este impresionant. A produs deja peste 3000 de magneți noi din pământuri rare la fabrica sa pilot pentru partenerii de proiect și potențialii clienți, magneții fiind testați într-o gamă largă de aplicații în sectoarele auto, aerospațial și electronice.

Producția promite

Dar compania vrea să treacă de faza de probă și să devină un furnizor de volum de magneți. De aceea, planta de extindere Tyseley este atât de importantă. Compania consideră că va putea inițial să proceseze până la 20 de tone de magneți și aliaje din pământuri rare pe an – și în cele din urmă de cinci ori această cantitate. HyProMag planifică, de asemenea, noi facilități în Germania și SUA.

Tehnologia este promițătoare, deoarece atât de multe produse conțin magneți din pământuri rare, dar când sunt casați, magneții sunt mărunțiți și se rup. Pulberea rezultată rămâne magnetică, lipindu-se de deșeurile feroase și de componentele plantei, dar mai puțin de 1% din magneți sunt reciclați. HyProMag poate, totuși, să îndepărteze eficient acest material înainte de a fi mărunțit și urmărește deja o gamă variată de surse viabile din punct de vedere economic de deșeuri.

„Este dificil să vezi reciclarea la scară largă a magneților din pământuri rare decolând fără un proces eficient de separare, cum ar fi HPMS”, spune Walton. „Linia pilot actuală ne permite să procesăm până la două tone de aplicații pentru deșeuri într-o singură execuție, cu uzina comercială mărită pentru a permite dimensiuni mult mai mari de loturi.” Încărcarea pentru îndepărtarea pulberii se poate face, susține compania, în doar patru ore.

Pe măsură ce cererea de pământuri rare crește și cantitatea de material magnetic second-hand disponibilă crește, de asemenea, reciclarea unor astfel de magneți devine o oportunitate din ce în ce mai mare și un proces din ce în ce mai viabil. Uită-te la creșterea sectorului EV: un motor electric tipic are 2-5 kg ​​de material magnetic și se așteaptă ca vânzările de vehicule electrice la nivel mondial să crească la 65 de milioane pe an până în 2030, potrivit companiei de cercetare de piață. IHS Markit.

[Conținutul încorporat]

O altă sursă uriașă de pământuri rare sunt turbinele eoliene, dintre care multe ajung la sfârșitul vieții după decenii de utilizare. Generatoarele lor conțin până la 650 kg de pământuri rare per megawatt de capacitate a generatorului. Având în vedere că Regatul Unit își propune să aibă până la 75 GW de capacitate eoliană off-shore până în 2050, va avea aproape 50,000 de tone de magneți din pământuri rare în anii următori, potrivit datelor. Martyn Cherrington de la Innovate UK, care o conduce Lanțul de aprovizionare cu materiale critice circulare programul (CLIMATE).

Astfel de oportunități pe termen lung au adesea nevoie de sprijin guvernamental – iar reciclarea magneților permanenți din pământuri rare nu a făcut excepție. Într-adevăr, cercetarea fundamentală din spatele lucrării HyProMag a început cu mulți ani înainte ca aceasta să fie desființată. Compania a beneficiat, de asemenea, de sprijin financiar dintr-o serie de surse, inclusiv din partea UK Research and Innovation Conducerea revoluției electrice program, Uniunea Europeană și investitori privați.

În 2023 HyProMag Ltd a fost cumparat de firma canadiană Maginito, care face parte din Resurse Mkango – o companie de explorare și dezvoltare minerală listată la bursele din Marea Britanie și Canada. Mkango a văzut în mod clar potențialul tehnologiei HyProMag de reciclare și fabricare a magnetilor. Este o mare poveste de succes în Regatul Unit, care ar putea avea un potențial global imens pe termen lung pentru economia circulară.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/