Як можна переробити елементи земної рідкості з магнітів

У проекті NEO-CYCLE у Німеччині, де беруть участь дослідники з Fraunhofer IKTS та TU Bergakademie Freiberg, розробляється технологія, яка дозволяє відновлювати такі рідкісноземельні елементи, як неодим, з магнітів. Такі магніти використовуються, зокрема, у електромобілях та вітрових турбінах, і завдяки цим новим технологіям їх можна буде переробити в Європі для інших галузей промисловості, зокрема фармацевтичної та гідрогенної економіки.

Зображення: Fraunhofer IKTS

Як неодноразово з’являлося у світових заголовках останніх років, елементи рідкісних земель є необхідними для виробництва, проте їх часто імпортують через складні процеси, що створює незручну геополітичну залежність. Одним із таких прикладів є метал рідкісних земель неодим, 90 відсотків якого переробляється в Китаї. Дослідники з Інституту керамічних технологій та систем Фраунгофера (IKTS) у співпраці зі своїм партнером проекту TU Bergakademie Freiberg та іншими зацікавленими сторонами працюють над вдосконаленням методів переробки для вилучення елементів рідкісних земель зі старих магнітів.

Дослідники зосереджуються на нейодимових магнітах, які команда Fraunhofer вважає одними з найсильніших постійних магнітів у світі. Інститут зазначає, що суміш нейодиму, заліза та бору використовується у електромобілях, а також у вітряних турбінах та електронних пристроях, таких як колонки, смартфони та жорсткі диски. Світовий попит на постійні магніти зростає, причому, за оцінками, щорічний темп зростання може сягати 8,3 відсотка. Як підкреслюють дослідницькі партнери, дуже важливо переробляти в країні рідкісні земельні елементи, такі як нейодим, які важко отримати, проте це також передбачає дуже складні процеси.

Повторне використання нейодиму для створення нових магнітів вимагає дуже високого рівня чистоти. За даними Fraunhofer IKTS, у Європі магніти наразі збираються після першого використання та відправляються до Китаю для подальшої переробки.

У європейському проекті NEO-CYCLE 23 партнери розробляють процеси для видобутку цінних сировин у межах Європи. Доктор Сандра Павон, керівниця групи з гідрометалургійної переробки та хімії сировин у Fraunhofer IKTS, каже: «Ми прагнемо вилучати елементи рідкісних земель з електронних відходів та використовувати їх у високоякісних продуктах, таких як екологічні добрива та при виробництві фармацевтичних препаратів. Це дозволить створити замкнутий цикл використання матеріалів, захистити навколишнє середовище та допомогти зменшити глобальну залежність від стратегічних ресурсів», — пояснює вона.

Процес упцайлінгу можливий для різних типів магнітів. У проекті NEO-CYCLE увага зосереджена на жорстких дисках (HDD), тобто жорстких дисках зі сміттєвих комп’ютерів та ноутбуків, які містять нейодимові магніти. „Ми тестуємо два методи обробки магнітів – хлорування в твердому стані та електрохімічні процеси – щоб визначити найбільш підходящу технологію“, — пояснює Павон.

У процесі хлорування в твердому стані партнер проекту TU Bergakademie Freiberg додає хлорид амонію замість звичайної соляної кислоти до суміші неодиму, бору та заліза з відходів та шляхом термічної обробки перетворює її безпосередньо на хлориди металів та розчин аміаку високої чистоти. Цей метод вже запатентований та використовується для люмінесцентних ламп. Зараз дослідники перевіряють, чи можна застосувати цей підхід також для переробки магнітів. Результати показують, що хлориди металів можна набагато ефективніше розчиняти з матеріалу магнітів, досягаючи майже повного вилучення металів при відносно низькому споживанні хімікатів.

У другому перевіреному методі дослідники додають подрібнені відходи магнітів у електрохімічну клітку. Електроліт, такий як розведена сірчана кислота, слугує середовищем реакції для електрохімічних процесів. Спочатку з магнітів виділяють розчин бору, який потім концентрують. Цей розчин може використовуватися у хімічній та фармацевтичній промисловості.

Дослідники з Fraunhofer IKTS далі розділяють продукти, отримані в результаті цих двох процесів, використовуючи свої знання у сфері розділення металів та очищення технологічних вод. Сандра Павон та її команда застосовують селективний гідрометалургічний процес для первинного вилучення неодиму та заліза. Після цього металеві солі можна отримати у чистому вигляді. Отримані розділені речовини подальшою обробкою проймають партнери проекту та постачаються не лише до хімічної та фармацевтичної промисловості, а й до таких секторів, як гідрогенна економіка та виробництво добрив.

Проєкт NEO-CYCLE фінансується Європейським Союзом в рамках програми Horizon Europe. Тривалість проєкту становить чотири роки, і очікується, що він дозволить, серед іншого, створити пілотний завод. Сандра Павон підсумовує: «Процес починається з продуктів, які досягли кінця свого життєвого циклу. У кінцевому підсумку ми зможемо постачати цінні перероблені сировинні матеріали чотирьом різним галузям промисловості».