Hur en teknik för att återvinna permanentmagneter från sällsynta jordartsmetaller kan förändra den gröna ekonomin – 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="Tillväxtutsikter Sällsynta jordartsmagneter är avgörande för den "gröna ekonomin", men med mer än 99 % skrotade sträcker sig den potentiella marknaden för HyProMags återvunna magneter från vindturbiner och datorhårddiskar till motorer i elbilar. (Med tillstånd (från vänster): Shutterstock/pedrosala; iStock/madsci; iStock/Aranga87)” title=”Klicka för att öppna bilden i popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03 /hur-en-teknik-för-återvinning-sällsynta-jordarts-permanenta-magneter-kan-omvandla-den-gröna-ekonomin-fysik-världen.jpg”>

Jag åkte nyligen på ett handelsuppdrag till Kanada finansierat av Innovate UK, där jag träffades Allan Walton – en materialvetare som var med och grundade ett företag som heter HyProMag. HyProMag, som avstod från University of Birmingham 2018, har utvecklat en teknik för återvinning av sällsynta jordartsmagneter, som används i stor utsträckning i vindturbiner, elfordonsmotorer och andra delar av den "gröna ekonomin".

Efter att ha blivit inbjuden att besöka HyProMags prototypåtervinningsanläggning på Birminghams campus, såg jag att tekniken var på väg att bli en stor brittisk framgångssaga. Så när Fysikvärlden Känn mig ett pressmeddelande meddelar att företaget ska starta kommersiell produktion kl Tyseley Energy Park i Birmingham i mitten av 2024 visste jag att mina instinkter var välgrundade.

Sällsynta jordarts permanentmagneter – som jag beskrev i min spalt för några månader sedan – är legeringar av grundämnen som neodym, samarium och cerium. Med övergången till en "ren energi"-ekonomi nu i full gång, är efterfrågan på sällsynta jordartsmetaller stor. Uppskattningar tyder på att marknaden kommer att växa med så mycket som en faktor sju mellan 2021 och 2040.

Problemet är att cirka 80–90 % av världens neodym för närvarande tillverkas – eller kontrolleras av – kinesiska företag. Det har fått vissa nationer, som USA, att göra det förnya sin egen produktion av permanentmagneter. Men ett annat sätt att säkra tillgången på sällsynta jordartsmetaller är att återvinna material. Det är därför som den förestående uppstarten av HyProMags anläggning är så intressant, särskilt som dess process är så energieffektiv.

Extrahera element

Det finns massor av möjliga metoder för att utvinna sällsynta jordartsmetaller från avfallsmaterial eller från produkter som har nått slutet av sina liv. Det mesta av arbetet har hittills fokuserat på att få fram de enskilda elementen genom att först lösa upp magneterna och sedan återvinna de sällsynta jordartsmetallerna från flytande avfallsströmmar som återkommer i försörjningskedjan tidigt i magnettillverkningsprocessen.

Att driva den gröna ekonomin: jakten på magneter utan sällsynta jordartsmetaller

Detta tillvägagångssätt kallas ofta "lång-loop"-återvinning eftersom allt bryts ner med olika tekniker och återvinns som sällsynta jordartsmetalloxider. Dessa oxider måste sedan omvandlas till metaller innan de gjuts till legeringar och bryts ner till ett fint legeringspulver för att göra magneterna. Återvinning i långa kretslopp är en viktig men energikrävande och dyr process.

Tyseley-fabriken har ett annat tillvägagångssätt, baserat som det är på University of Birminghams patenterade Vätebearbetning av magnetskrot (HPMS) teknik. Den använder väte som processgas för att separera magneter från avfallsströmmar som ett magnetlegeringspulver, som kan kompakteras till "sintrad" sällsynta jordartsmagneter. Kräver inte värme, det är en relativt snabb process som kallas "short loop"-återvinning.

Häpnadsväckande 259 miljoner hårddiskar levererades 2021, så marknaden för återvunna magneter är enorm.

När jag tittade runt i företagets prototyplinje förra året märkte jag att den kan återvinna hårddiskarna (hårddiskar) som finns i datorer. Varje skiva kan ha så mycket som 16 g magnetiskt material, varav ungefär en fjärdedel är sällsynta jordartsmetaller. Det är bara en liten bråkdel av skivans totala massa men, som du kommer ihåg att jag påpekade259 miljoner hårddiskar levererades 2021, så marknaden är enorm.

HyProMags produktionsmetod går ut på att en robot med magnetfältssensorer först identifierar platsen för hårddiskens motor, som innehåller den oerhört viktiga permanentmagneten för sällsynta jordartsmetaller. Sektionen med motorn kapas sedan av och resten av skivan skickas till konventionell återvinning. Motordelen exponeras slutligen för väte vid atmosfärstryck och rumstemperatur via HPMS-tekniken.

[Inbäddat innehåll]

Otroligt nog går magneterna av sällsynta jordartsmetaller – vanligtvis legeringar av neodym, järn och bor (NdFeB) – bara isär för att bilda ett pulver. Jag har sett videor av processen och det är som att se något förvandlas till rost. Det avgörande är att pulvret avmagnetiseras så att eventuella beläggningar på magneten lossnar från magneternas yta och lätt kan separeras.

Det extraherade NdFeB-pulvret siktas sedan för att avlägsna föroreningar innan det återbearbetas till nya magnetiska material eller legeringar av sällsynta jordartsmetaller. HyProMag räknar med att processen kräver 15 % mindre energi än vad som behövs för att göra sällsynta jordartsmetaller från primära källor, vilket är imponerande. Den har redan producerat mer än 3000 nya sällsynta jordartsmetaller vid sin pilotanläggning för projektpartners och potentiella kunder, med magneterna testade i ett brett spektrum av applikationer inom bil-, flyg- och elektroniksektorerna.

Produktionslöften

Men företaget vill komma förbi försöksfasen och bli en volymleverantör av magneter. Det är därför Tyseleys uppskalningsanläggning är så viktig. Företaget räknar med att det initialt kommer att kunna bearbeta upp till 20 ton magneter och legeringar av sällsynta jordartsmetaller per år – och så småningom fem gånger så mycket. HyProMag planerar även ytterligare anläggningar i Tyskland och USA.

Tekniken är lovande eftersom så många produkter innehåller magneter av sällsynta jordartsmetaller, men när de skrotas blir magneterna strimlade och går isär. Det resulterande pulvret förblir magnetiskt och fastnar på järnskrotet och växtkomponenterna, men mindre än 1 % av magneterna återvinns. HyProMag kan dock effektivt ta bort detta material innan det strimlas och tittar redan på en mängd olika ekonomiskt lönsamma skrotkällor.

"Det är svårt att se storskalig återvinning av magneter från sällsynta jordartsmetaller ta fart utan en effektiv separationsprocess som HPMS", säger Walton. "Den nuvarande pilotlinjen tillåter oss att behandla upp till två ton skrotapplikationer i en enda körning, med den kommersiella anläggningen skalad för att tillåta mycket större batchstorlekar." Lastning till pulverborttagning kan göras, hävdar företaget, på så lite som fyra timmar.

När efterfrågan på sällsynta jordartsmetaller ökar och mängden begagnat magnetiskt material också ökar, blir återvinning av sådana magneter en allt större möjlighet och en allt mer livskraftig process. Se bara på tillväxten inom elbilssektorn: en typisk elmotor har 2–5 kg magnetiskt material och den globala försäljningen av elbilar förväntas stiga till 65 miljoner per år år 2030, enligt marknadsundersökningsföretaget IHS Markit.

[Inbäddat innehåll]

En annan stor källa till sällsynta jordartsmetaller är vindkraftverk, av vilka många når slutet av sina liv efter årtionden av användning. Deras generatorer innehåller upp till 650 kg sällsynta jordartsmetaller per megawatt generatorkapacitet. Med tanke på att Storbritannien siktar på att ha upp till 75 GW havsbaserad vindkapacitet år 2050, kommer det att ha nästan 50,000 XNUMX ton sällsynta jordartsmetaller under de kommande åren, enligt Martyn Cherrington från Innovate UK, som driver dess Circular Critical Materials Supply Chain (KLIMAT) program.

Sådana långsiktiga möjligheter behöver ofta statligt stöd – och återvinningen av permanentmagneter från sällsynta jordartsmetaller har inte varit något undantag. Faktum är att den grundläggande forskningen bakom HyProMags arbete började många år innan det avbröts. Företaget har också fått ekonomiskt stöd från en rad olika källor, inklusive UK Research and Innovation's Driv den elektriska revolutionen programmet, Europeiska unionen och privata investerare.

2023 HyProMag Ltd var köpt av det kanadensiska företaget Maginito, som är en del av Mkango resurser – ett mineralprospekterings- och utvecklingsbolag noterat på de brittiska och kanadensiska börserna. Mkango såg tydligt potentialen i HyProMags återvinnings- och magnettillverkningsteknologi. Det är en stor brittisk framgångssaga, som kan ha en enorm långsiktig global potential för den cirkulära ekonomin.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/