Come è possibile riutilizzare gli elementi di terra rara provenienti dai magneti
Nel progetto NEO-CYCLE in Germania, con la partecipazione di ricercatori del Fraunhofer IKTS e della TU Bergakademie Freiberg, si sta sviluppando una tecnologia in grado di recuperare elementi di terra rara come il neodimio dai magneti. Tali magneti vengono utilizzati, tra l’altro, nei veicoli elettrici e nelle turbine eoliche, e grazie a queste nuove tecnologie potranno essere riutilizzati in Europa per altri settori, inclusi quello farmaceutico e l’economia dell’idrogeno.
Immagine: Fraunhofer IKTS
Come è spesso emerso nelle notizie a livello mondiale negli ultimi anni, gli elementi di terra rara sono essenziali per la produzione, ma vengono spesso importati attraverso processi complessi, creando difficili dipendenze geopolitiche. Un esempio è il metallo di terra rara neodimio, il 90 percento del quale viene lavorato in Cina. I ricercatori dell’Istituto Fraunhofer per le Tecnologie e i Sistemi Ceramici (IKTS), in collaborazione con il loro partner di progetto TU Bergakademie Freiberg e altri stakeholder, stanno migliorando i metodi di riciclo per recuperare gli elementi di terra rara dai vecchi magneti.
I ricercatori stanno concentrando la loro attenzione sui magneti al neodimio, che il team di Fraunhofer considera tra i magneti permanenti più potenti al mondo. L’istituto sottolinea che la combinazione di neodimio, ferro e boro viene utilizzata nei veicoli elettrici, nonché nelle turbine eoliche e in prodotti elettronici come altoparlanti, smartphone e hard disk. La domanda globale di magneti permanenti è in aumento, con stime che indicano un tasso di crescita annuo fino all’8,3 per cento. Come evidenziano i partner di ricerca, è molto importante riciclare in patria elementi di terre rare difficili da reperire come il neodimio, ma ciò richiede anche processi estremamente complessi.
Riutilizzare il neodimio per nuovi magneti richiede un livello di purezza molto elevato. Secondo Fraunhofer IKTS, attualmente in Europa i magneti vengono raccolti alla fine del loro primo utilizzo e inviati in Cina per essere riprocessati lì.
Nel progetto UE NEO-CYCLE, 23 partner stanno sviluppando processi per estrarre materie prime preziose all’interno dell’Europa. La dottoressa Sandra Pavón, responsabile del gruppo di riciclo idrometallurgico e chimica delle materie prime presso il Fraunhofer IKTS, afferma: “Il nostro obiettivo è recuperare gli elementi di terra rara dai rifiuti elettronici e utilizzarli in prodotti ad alto valore, come fertilizzanti ecologici e nella produzione di farmaci. In questo modo si potrà chiudere il ciclo dei materiali, proteggere l’ambiente e ridurre la dipendenza globale da risorse strategiche”, spiega.
Il processo di upcycling è possibile per vari tipi di magneti. Nel progetto NEO-CYCLE l’attenzione è concentrata sui drive a disco rigido (HDD), ovvero i drive provenienti da computer e laptop smaltiti che contengono magneti al neodimio. “Stiamo testando due metodi per la lavorazione dei magneti – la clorinazione a stato solido e i processi elettrochimici – per individuare la tecnologia più adatta”, spiega Pavón.
Nel processo di clorurazione a stato solido, il partner del progetto TU Bergakademie Freiberg aggiunge cloruro di ammonio al posto dell’acido cloridrico convenzionale alla miscela di neodimio, boro e ferro proveniente dai rifiuti, convertendola direttamente in cloruri metallici e una soluzione di ammoniaca ad alta purezza attraverso un processo termico. Il metodo è già brevettato e viene utilizzato per le lampade fluorescenti. Gli studiosi stanno ora verificando se questo approccio possa essere applicato anche al recupero di materiali dai magneti. I risultati mostrano che i cloruri metallici possono essere sciolti in modo molto più efficiente dal materiale magnetico, consentendo un’estrazione quasi completa dei metalli con un consumo chimico relativamente basso.
Nel secondo metodo testato, i ricercatori introducono scarti magnetici ridotti in polvere in una cella elettrochimica. Un elettrolita, come l’acido solforico diluito, funge da mezzo di reazione per i processi elettrochimici. Prima vengono estratti dai magneti dei soluzioni di boro, che successivamente vengono concentrate. Queste soluzioni possono essere utilizzate negli industrie chimica e farmaceutica.
I ricercatori di Fraunhofer IKTS separano ulteriormente i prodotti ottenuti dai due processi, utilizzando la loro competenza nella separazione dei metalli e nel trattamento delle acque di processo. Sandra Pavón e il suo team impiegano un processo idrometallurgico selettivo per estrarre prima il neodimio e il ferro. Successivamente, i sali metallici possono essere ottenuti nella loro forma pura. Le sostanze separate vengono ulteriormente elaborate dai partner del progetto e fornite non solo alle industrie chimiche e farmaceutiche, ma anche a settori come l’economia dell’idrogeno e l’industria dei fertilizzanti.
Il progetto NEO-CYCLE è finanziato dall’Unione Europea nell’ambito del programma Horizon Europe. Il progetto durerà quattro anni e si prevede che produca, tra le altre cose, una piattaforma pilota. Sandra Pavón riassume: “Il processo inizia con prodotti che hanno raggiunto la fine del loro ciclo di vita. Alla fine, potremo fornire quattro settori industriali diversi con preziose materie prime riciclate.”