ORNL разрабатывает методы для восстановления редкоземельных магнитов из используемых жестких дисков
Национальная лаборатория Oak Ridge, которая пытается обеспечить решение неотложных проблем в области энергетики и безопасности, разработала запатентованный процесс восстановления редкоземельных магнитов, изготовленных с использованием неодима из используемых жестких дисков.
Элементы редкоземельных элементов
Элементы редкоземельных элементов включают пятнадцать лантаноидов, как показано в таблице ниже, а также скандия и иттрия.
Tabel I лантаниды. Таблица предоставлена Википедии
Несмотря на то, что предлагает название, эти элементы не редки, а некоторые из них столь же многочисленны, как медь в земной коре. Эти элементы обычно находятся вместе, и их нелегко отделить друг от друга.
Для создания мощных магнитов требуются элементы редкоземельных элементов, такие как неодим. Такие сильные магниты широко используются в компьютерных жестких дисках, сотовых телефонах, магнитно-резонансных томографах, кондиционерах, ветровых турбинах, электрических и гибридных транспортных средствах, препаратах для лечения рака, защищении ядерного реактора, авиационных двигателях, оружии и многих других промышленных устройствах.
Уникальные магнитные и проводящие свойства этих элементов минимизируют технологии и делают их более эффективными. Юлия Мишель Клингер, доцент международных отношений в Школе глобальных исследований Фредерика С. Парди в Бостонском университете, цитирует, что без этих элементов смартфон будет размером с классную комнату.
Элементы и политика редкоземельных элементов
Клингер, эксперт в области политики развития, окружающей среды и безопасности в Латинской Америке и Китае, отмечает, что эти элементы считались редкими, когда они были впервые обнаружены. Однако редкоземельные элементы составляют почти одну пятую от естественно встречающихся элементов. Некоторые из этих элементов столь же многочисленны, как медь, и, к счастью, нам не нужно их много. Согласно Smithsonian.com, в конце концов, нефть - это кровь, сталь - это тело, а редкоземельные элементы - это витамины для современного общества.
«Adamas Intelligence», которая публикует исследования в области металлов и горной промышленности, сообщает, что глобальное потребление меди в 2014 году почти в 183 раза выше, чем у редкоземельных элементов.
Диспрозий используется в электромобилях. Изображение предоставлено Materialscientist (CC BY-SA 3.0)
Согласно Клингеру, основное беспокойство по поводу редкоземельных элементов состоит в том, что только одна страна-Китай имеет богатые, но ограниченные источники этих элементов. Исследования Клингера показывают, что вскоре после обнаружения редких элементов и их приложений они стали запутаны в политике и войне.
В качестве примера политической обстановки вокруг редкоземельных элементов после ряда дипломатических споров с Японией в 2010 году Китай сократил экспорт редкоземельных элементов на 72%. Это почти удвоило цену некоторых из этих элементов. Позже Китай снова сократил экспорт на 35% в первом полугодии 2011 года.
Чтобы обойти неопределенность экспортной политики Китая, в июле Honda объявила двигатель для гибридных автомобилей, которым не нужны тяжелые редкоземельные элементы. В дополнение к Honda и Daido Steel ряд других компаний, таких как Yasukawa Electric Corp., Mitsubishi Electric Corp. и Nidec Corp., разработали двигатели с редкоземельными элементами для снижения издержек и зависимости от Китая.
Чтобы поддерживать наше оборудование, не саботируя наши международные отношения, Клингер предлагает не называть эти элементы редкими и пытаться найти лучшие способы сбора редкоземельных элементов.
Восстановление магнитов с использованных жестких дисков
Более 95% мирового производства неодима производится в других странах, кроме Соединенных Штатов. Чтобы обеспечить решение проблемы дефицита неодима, ученые ORNL прибегают к восстановлению элемента из используемых устройств. Учитывая тот факт, что жесткие диски являются вторым основным применением неодимовых магнитов, компания нацелена на рентабельный процесс рециркуляции редкоземельных элементов из этого легко доступного источника.
ORNL пытается восстановить магниты с использованных жестких дисков компьютера. Изображение предоставлено ORNL
По словам Тимоти Макинтайра, руководителя проекта и менеджера программ в отделе исследований электротехники и электроники ORNL, 35% используемых жестких дисков измельчаются в США из-за проблем с безопасностью данных. Другие либо продаются на вторичные рынки, либо похоронены на полигонах. При восстановлении этих 35% используемых приводов ORNL рассчитывает собирать около 1000 метрических тонн материала магнита в год.
Для обеспечения безопасности данных предлагается высокоавтоматизированный процесс. Процесс восстановления сортирует и выравнивает жесткие диски на конвейере. Для позиционирования приводов для правильной разборки робота используется измерительная машина координат. После восстановления различных деталей, таких как магниты, кронштейны из пермаллоя, монтажные платы и те компоненты из алюминия и стали, носители данных автоматически уничтожаются для обеспечения безопасности.
Восстановленные магниты могут быть напрямую использованы производителями жестких дисков, или они могут быть изменены и изменены для использования в других продуктах. Утверждается, что этот процесс может быть расширен для восстановления редкоземельных элементов из других потребительских товаров, таких как электродвигатели, системы кондиционирования воздуха и многое другое. Стоимость восстановленных магнитов может быть значительно меньше стоимости магнитов, производимых стандартным горным способом, поскольку многие этапы обработки устраняются, и восстановленные магниты готовы к использованию.
Мембранный метод экстракции растворителем
Основанная в Далласе компания Momentum Technologies, ориентированная на извлечение редкоземельных элементов и других материалов с жестких дисков, имеет эксклюзивное лицензионное соглашение с Институтом критических материалов Министерства энергетики для коммерциализации своих мембранных экстрактов растворителей (MSX) и высокопроизводительных сборочных технологий, Технология MSX, которая так же хороша или превосходит обычную экстракцию растворителем, способна восстанавливать редкоземельные элементы, такие как неодим, европий, иттрий, тербий и диспрозий за один шаг. Экстракция растворителем является общим методом для частичного удаления вещества из раствора путем растворения его в другом несмешивающемся растворителе (в котором целевое вещество более растворимо). По сравнению с обычными методами MSX требует более низкой энергии и обеспечивает большую эффективность и стабильность процесса.
Престон Брайант, генеральный директор Momentum, надеется, что компания создаст устойчивую бизнес-модель и обеспечит решение самых сложных проблем в цепочке поставок редкоземельных элементов.