Как можно перерабатывать элементы редкоземельных металлов, полученные из магнитов
В рамках проекта NEO-CYCLE в Германии, в котором участвуют исследователи из института Fraunhofer IKTS и технического университета TU Bergakademie Freiberg, разрабатывается технология, позволяющая извлекать такие редкоземельные элементы, как неодим, из магнитов. Такие магниты используются, среди прочего, в электромобилях и ветряных турбинах, и благодаря этим новым технологиям их можно будет перерабатывать в Европе для других отраслей, включая фармацевтику и гидрогенную экономику.
Изображение: Fraunhofer IKTS
Как неоднократно попадало в мировые новости в последние годы, редкоземельные элементы имеют важнейшее значение для производства, но часто импортируются через сложные процессы, что создаёт неудобную геополитическую зависимость. Одним из таких примеров является редкоземельный металл неодим, 90 процентов которого перерабатывается в Китае. Исследователи Института керамических технологий и систем Фраунгофера (IKTS) совместно со своим партнёром по проекту — Техническим университетом Бергакадемии Фрайберга — и другими заинтересованными сторонами совершенствуют методы переработки для извлечения редкоземельных элементов из старых магнитов.
Исследователи сосредотачиваются на нейодимовых магнитах, которые, по мнению команды Fraunhofer, относятся к числу самых сильных постоянных магнитов в мире. Институт отмечает, что сочетание нейодима, железа и бора используется в электромобилях, а также в ветряных турбинах и электронных устройствах, таких как колонки, смартфоны и жесткие диски. Глобальный спрос на постоянные магниты растет, причем, по оценкам, темпы его роста могут достигать 8,3 процента в год. Как подчеркивают исследовательские партнеры, крайне важно перерабатывать внутри страны редкоземельные элементы, такие как нейодим, которые трудно получить, однако это также связано с очень сложными процессами.
Для повторного использования нейодима в новых магнитах требуется очень высокий уровень чистоты. По данным Fraunhofer IKTS, в Европе магниты в настоящее время собираются по окончании первого цикла использования и отправляются в Китай для дальнейшей переработки.
В рамках европейского проекта NEO-CYCLE 23 партнера разрабатывают методы извлечения ценных сырьевых материалов на территории Европы. Доктор Сандра Павон, руководитель группы по гидрометаллургической переработке и химии сырья в институте Fraunhofer IKTS, говорит: «Мы стремимся извлекать редкоземельные элементы из электронных отходов и использовать их в высококачественных продуктах, таких как экологические удобрения, а также в производстве лекарственных средств. Это позволит создать замкнутый цикл использования материалов, защитить окружающую среду и снизить глобальную зависимость от стратегических ресурсов», — поясняет она.
Процесс упциклинга возможен для различных типов магнитов. В проекте NEO-CYCLE основное внимание уделяется жестким дискам (HDD), то есть дискам из выброшенных компьютеров и ноутбуков, содержащим неодимовые магниты. «Мы тестируем два метода обработки магнитов — хлорирование в твердом состоянии и электрохимические процессы — чтобы определить наиболее подходящую технологию», — объясняет Павон.
В процессе хлорирования в твердом состоянии партнер проекта — TU Bergakademie Freiberg — добавляет хлорид аммония вместо традиционной соляной кислоты в смесь неодима, бора и железа, полученную из отходов, и в ходе термической обработки преобразует ее непосредственно в хлориды металлов и раствор аммиака высокой чистоты. Этот метод уже запатентован и используется для производства люминесцентных ламп. В настоящее время исследователи проверяют, можно ли применить этот подход также для переработки магнитов. Результаты показывают, что хлориды металлов можно гораздо эффективнее выделять из материала магнитов, достигая практически полного извлечения металлов при относительно низком расходе химикатов.
Во втором протестированном методе исследователи добавляют измельченные отходы магнитов в электрохимическую ячейку. Электролит, такой как разбавленная серная кислота, служит средой реакции для электрохимических процессов. Сначала из магнитов извлекается раствор бора, который затем концентрируется. Этот раствор может использоваться в химической и фармацевтической промышленности.
Исследователи из Fraunhofer IKTS затем дополнительно разделяют продукты, полученные в ходе этих двух процессов, используя свои знания в области разделения металлов и очистки процессной воды. Сандра Павон и её команда применяют селективный гидрометаллургический процесс для первоначального извлечения неодима и железа. После этого металлические соли могут быть получены в чистом виде. Отдельные вещества дальше перерабатываются партнерами по проекту и поставляются не только в химическую и фармацевтическую промышленность, но и в такие сектора, как водородная экономика и производство удобрений.
Проект NEO-CYCLE финансируется Европейским союзом в рамках программы Horizon Europe. Срок реализации проекта составляет четыре года, и ожидается, что в ходе его выполнения будет создана пилотная установка, среди прочего. Сандра Павон подводит итог: «Процесс начинается с продуктов, которые достигли конца своего жизненного цикла. В итоге мы сможем обеспечить четыре разных отрасли ценными переработанными сырьевыми материалами».