回收稀土永磁体的技术如何改变绿色经济 – 物理世界

<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="增长前景 稀土永磁体对于“绿色经济”至关重要，但由于超过 99% 的稀土永磁体被报废，HyProMag 的回收磁体的潜在市场从风力涡轮机和计算机硬盘驱动器到电动汽车的电机。 （由左起）：Shutterstock/pedrosala；iStock/madsci；iStock/Aranga87）” title=”单击以在弹出窗口中打开图像” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03 /如何-回收技术-稀有地球-永久磁铁-可以-转化-绿色-经济-物理-世界.jpg”>

我最近参加了由创新英国资助的加拿大贸易代表团，在那里我遇到了 艾伦·沃尔顿 – 一位材料科学家，他共同创立了一家名为 海普玛。 HyProMag 于 2018 年从伯明翰大学分离出来，开发了一种回收稀土磁体的技术，该技术广泛用于风力涡轮机、电动汽车 (EV) 电机和“绿色经济”的其他部分。

在受邀参观 HyProMag 在伯明翰园区的原型回收设施后，我看到该技术正在成为英国的一个伟大的成功故事。所以当 物理世界 寄给我 新闻稿 宣布该公司将于 开始商业生产 泰斯利能源公园 到 2024 年中期在伯明翰，我知道我的直觉是有根据的。

稀土永磁体——正如我在专栏中所述 几个月前 – 是钕、钐和铈等元素的合金。随着向“清洁能源”经济转型的全面展开，对稀土的需求很高。据估计，2021 年至 2040 年间，市场将增长七倍。

问题是，目前全球约 80-90% 的钕是由中国公司制造或控制的。这促使美国等一些国家 改造自己的永磁体生产。但确保稀土供应的另一种方法是回收材料。这就是为什么即将启动的 HyProMag 设施如此有趣，特别是因为它的工艺非常节能。

提取元素

有许多可能的方法可以从废料或已达到使用寿命的产品中提取稀土元素。到目前为止，大部分工作都集中在通过首先溶解磁铁，然后从在磁铁制造过程的早期重新进入供应链的液体废物流中回收稀土来获取单个元素。

推动绿色经济：寻找不含稀土的磁铁

这种方法通常被称为“长循环”回收，因为所有东西都使用各种技术分解并以稀土氧化物的形式回收。然后，这些氧化物必须转化为金属，然后铸造成合金并分解成细合金粉末以制造磁铁。长循环回收是一个重要但能源密集且昂贵的过程。

泰斯利工厂采用了不同的方法，基于伯明翰大学的专利 废磁铁的氢处理 （HPMS）技术。它使用氢气作为加工气体，将磁铁从废物流中分离出来，制成磁铁合金粉末，然后将其压实成 “烧结” 稀土磁铁。不需要热量，这是一个相对快速的过程，被称为“短循环”回收。

259 年硬盘驱动器出货量达到惊人的 2021 亿个，因此回收磁体的市场巨大。

去年，当我浏览该公司的原型生产线时，我注意到它可以回收计算机中的硬盘驱动器 (HDD)。每个圆盘可容纳多达 16 克磁性材料，其中约四分之一是稀土元素。这只是磁盘总质量的一小部分，但是， 正如你会记得我指出的那样259年硬盘出货量达到惊人的2021亿块，市场巨大。

HyProMag 的生产方法涉及一个带有磁场传感器的机器人，首先识别 HDD 电机的位置，该电机包含最重要的稀土永磁体。然后将带有电机的部分切掉，将磁盘的其余部分送去进行常规回收。最后通过 HPMS 技术将电机部分暴露在大气压和室温下的氢气中。

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令人惊讶的是，稀土磁体（通常是钕铁硼 (NdFeB) 合金）会分解形成粉末。我见过 过程视频 就像看着什么东西生锈一样。至关重要的是，粉末会消磁，因此磁体上的任何涂层都会从磁体表面剥离，并且可以轻松分离。

提取出来的钕铁硼粉末经过筛分去除杂质，然后再加工成新的磁性材料或稀土合金。 HyProMag 认为，该过程所需的能源比从初级来源制造稀土磁体所需的能源少 15%，这令人印象深刻。该公司已在其试点工厂为项目合作伙伴和潜在客户生产了 3000 多种新型稀土磁体，这些磁体在汽车、航空航天和电子行业的广泛应用中进行了测试。

生产承诺

但该公司希望度过试验阶段，成为磁铁的批量供应商。这就是泰斯利规模化工厂如此重要的原因。该公司预计，最初每年将能够加工多达 20 吨稀土磁体和合金，最终将达到这个数字的五倍。 HyProMag 还计划在德国和美国建立更多设施。

这项技术很有前途，因为许多产品都含有稀土磁体，但当它们报废时，磁体会被撕碎并破裂。所得粉末仍然具有磁性，粘附在含铁废料和工厂部件上，但只有不到 1% 的磁铁得到回收。然而，HyProMag 可以在粉碎之前有效地去除这种材料，并且已经在寻找各种经济上可行的废料来源。

“如果没有 HPMS 等有效的分离工艺，稀土磁体的大规模回收很难起飞，”沃尔顿说。 “目前的试验线使我们能够在一次运行中处理多达两吨的废料应用，商业工厂的规模可以扩大到允许更大的批量规模。”该公司声称，从装载到去除粉末只需四个小时即可完成。

随着稀土需求的增加和二手磁性材料数量的增加，回收此类磁铁正成为一个更大的机会和一个更可行的过程。看看电动汽车行业的增长就知道了：根据市场研究公司的数据，典型的电动机含有 2-5 公斤的磁性材料，到 65 年，电动汽车的全球销量预计将增至每年 2030 万辆 IHS麦盖提.

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稀土的另一个巨大来源是风力涡轮机，其中许多涡轮机在使用数十年后已达到使用寿命。他们的发电机每兆瓦发电机容量含有高达 650 公斤的稀土。鉴于英国的目标是到 75 年拥有高达 2050 吉瓦的海上风电容量，因此未来几年将拥有近 50,000 万吨稀土磁体。 马丁·切林顿 来自创新英国，他经营着 循环关键材料供应链 （气候）计划。

这种长期机遇往往需要政府的支持——稀土永磁体的回收也不例外。事实上，HyProMag 工作背后的基础研究早在它被剥离之前就已经开始了很多年。该公司还受益于一系列来源的财务支持，包括英国研究与创新局 推动电力革命 计划、欧盟和私人投资者。

2023 年 HyProMag 有限公司 被买 由加拿大公司 马吉尼托，属于 康戈资源 – 一家在英国和加拿大证券交易所上市的矿产勘探和开发公司。 Mkango 清楚地看到了 HyProMag 回收和磁铁制造技术的潜力。这是英国的一个伟大的成功故事，它可能对循环经济在全球范围内产生巨大的长期潜力。

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