Як технологія переробки рідкоземельних постійних магнітів може змінити зелену економіку – 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="Перспективи зростання 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”>

Нещодавно я побував у торговій місії до Канади за фінансування Innovate UK, де я познайомився Аллан Волтон – дзвонить матеріалознавець, який став співзасновником компанії HyProMag. Компанія HyProMag, що відокремилася від Бірмінгемського університету у 2018 році, розробила техніку переробки рідкоземельних магнітів, які широко використовуються у вітрових турбінах, двигунах електромобілів (EV) та інших частинах «зеленої економіки».

Отримавши запрошення на екскурсію по заводу HyProMag з переробки прототипів у Бірмінгемі, я побачив, що ця технологія має стати великою історією успіху у Великобританії. Тому, коли Світ фізики прислав мені прес-реліз оголосивши, що компанія має розпочати комерційне виробництво о Tyseley Energy Park у Бірмінгемі до середини 2024 року я знав, що мої інстинкти добре обґрунтовані.

Рідкоземельні постійні магніти – як я описав у своїй колонці кілька місяців тому – це сплави таких елементів, як неодим, самарій і церій. Оскільки перехід до економіки «чистої енергії» зараз повним ходом, попит на рідкоземельні елементи високий. За оцінками, між 2021 і 2040 роками ринок зросте в сім разів.

Проблема в тому, що приблизно 80–90% світового неодиму наразі виробляється або контролюється китайськими компаніями. Це спонукало деякі країни, наприклад США, до цього реконструювати власне виробництво постійних магнітів. Але ще один спосіб забезпечити поставки рідкісноземельних металів — це переробка матеріалів. Ось чому неминучий запуск об’єкта HyProMag такий цікавий, особливо тому, що його процес настільки енергоефективний.

Вилучення елементів

Існує багато можливих методів вилучення рідкоземельних елементів із відходів або продуктів, термін служби яких закінчився. Більша частина роботи поки що була зосереджена на отриманні окремих елементів шляхом спочатку розчинення магнітів, а потім відновлення рідкісноземельних елементів із потоків рідких відходів, які знову потрапляють у ланцюг поставок на початку процесу виготовлення магнітів.

Енергія зеленої економіки: пошуки магнітів без рідкоземельних елементів

Цей підхід часто називають переробкою з «довгим циклом», оскільки все розщеплюється за допомогою різних методів і відновлюється у вигляді оксидів рідкоземельних елементів. Потім ці оксиди потрібно перетворити на метали, перш ніж їх відлити в сплави та розбити на дрібний порошок сплаву для виготовлення магнітів. Переробка з довгим циклом є важливим, але енергоємним і дорогим процесом.

Завод Tyseley використовує інший підхід, оскільки він базується на патенті Бірмінгемського університету Воднева обробка магнітного брухту (HPMS) техніка. Він використовує водень як технологічний газ для відділення магнітів від потоків відходів у вигляді порошку магнітного сплаву, який можна пресувати в «спечений» рідкоземельні магніти. Не потребує нагрівання, це відносно швидкий процес, який отримав назву «короткий цикл» переробки.

У 259 році було поставлено приголомшливі 2021 мільйонів жорстких дисків, тому ринок перероблених магнітів величезний.

Коли я минулого року оглядав лінійку прототипів компанії, я помітив, що вони можуть переробляти жорсткі диски (HDD), які є в комп’ютерах. Кожен диск може містити до 16 грамів магнітного матеріалу, близько чверті з якого складають рідкоземельні елементи. Це лише невелика частка загальної маси диска, але як ви пам'ятаєте, я вказував, у 259 році було поставлено приголомшливі 2021 мільйонів жорстких дисків, тому ринок величезний.

Метод виробництва HyProMag включає роботу з датчиками магнітного поля, який спочатку визначає розташування двигуна жорсткого диска, який містить надзвичайно важливий рідкоземельний постійний магніт. Потім секцію з двигуном відрізають, а решту диска відправляють на звичайну переробку. Секція двигуна остаточно піддається впливу водню при атмосферному тиску та кімнатній температурі за допомогою технології HPMS.

[Вбудоване вміст]

Дивно, але рідкоземельні магніти – як правило, сплави неодиму, заліза та бору (NdFeB) – просто розпадаються на частини, утворюючи порошок. Я бачив відео процесу і це схоже на те, як щось перетворюється на іржу. Важливо те, що порошок розмагнічується, тому будь-які покриття на магніті відшаровуються від поверхні магнітів і можуть бути легко відокремлені.

Екстрагований порошок NdFeB потім просівають для видалення домішок перед повторною обробкою в нові магнітні матеріали або рідкоземельні сплави. HyProMag вважає, що цей процес потребує на 15% менше енергії, ніж потрібно для виготовлення рідкоземельних магнітів із первинних джерел, що вражає. Компанія вже виготовила понад 3000 нових рідкоземельних магнітів на своєму пілотному заводі для партнерів по проекту та потенційних клієнтів, причому магніти випробувані в широкому діапазоні застосувань в автомобільній, аерокосмічній та електроніці.

Виробничі обіцянки

Але компанія хоче пройти етап випробувань і стати масовим постачальником магнітів. Ось чому масштабний завод Tyseley є таким важливим. Компанія розраховує, що спочатку вона зможе обробляти до 20 тонн рідкоземельних магнітів і сплавів на рік, а згодом у п’ять разів більше. HyProMag також планує додаткові потужності в Німеччині та США.

Ця технологія є багатообіцяючою, оскільки багато продуктів містять рідкоземельні магніти, але коли їх утилізують, магніти подрібнюються та розпадаються. Отриманий порошок залишається магнітним, прилипаючи до металобрухту та рослинних компонентів, але менше 1% магнітів переробляється. Однак HyProMag може ефективно видалити цей матеріал до того, як його подрібнять, і вже шукає різноманітні економічно вигідні джерела брухту.

«Важко побачити масштабну переробку рідкоземельних магнітів без ефективного процесу поділу, такого як HPMS», — каже Волтон. «Поточна пілотна лінія дозволяє нам обробляти до двох тонн брухту за один захід, а комерційний завод масштабується, щоб дозволити набагато більші розміри партій». Компанія стверджує, що завантаження до видалення порошку може тривати всього чотири години.

Оскільки попит на рідкісноземельні елементи зростає, а також зростає кількість наявного вживаного магнітного матеріалу, переробка таких магнітів стає дедалі більшою можливістю та дедалі життєздатнішим процесом. Лише подивіться на зростання сектору електромобілів: типовий електродвигун має 2–5 кг магнітного матеріалу, і очікується, що світові продажі електромобілів зростуть до 65 мільйонів на рік до 2030 року, згідно з даними дослідницької компанії. IHS Markit.

[Вбудоване вміст]

Іншим величезним джерелом рідкісноземельних елементів є вітряні турбіни, багато з яких досягають кінця свого терміну служби після десятиліть використання. Їхні генератори містять до 650 кг рідкоземельних елементів на мегават потужності генератора. З огляду на те, що Сполучене Королівство прагне до 75 року мати до 2050 ГВт офшорних вітрових електростанцій, у найближчі роки у нього буде близько 50,000 XNUMX тонн рідкоземельних магнітів. Мартін Черрінгтон від компанії Innovate UK, яка її керує Циркулярний ланцюг постачання критичних матеріалів (КЛІМАТИ).

Такі довгострокові можливості часто потребують державної підтримки – і переробка рідкоземельних постійних магнітів не стала винятком. Дійсно, фундаментальні дослідження, що лежать в основі роботи HyProMag, почалися за багато років до того, як вона була виділена. Компанія також отримала фінансову підтримку з цілого ряду джерел, у тому числі UK Research and Innovation Рухом електричної революції програми, Європейського Союзу та приватних інвесторів.

У 2023 році HyProMag Ltd був куплений канадською фірмою Маджиніто, що входить до складу Ресурси Mkango – компанія з розвідки та розробки корисних копалин, зареєстрована на фондових біржах Великобританії та Канади. Mkango чітко побачив потенціал технології переробки та виробництва магнітів HyProMag. Це чудова історія успіху Великобританії, яка може мати величезний довгостроковий глобальний потенціал для економіки замкнутого циклу.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/