Рециркуляция магнитов из редкоземельных металлов Made Easy

Мы обычно представляем, что свалки в мире собираются с продуктами питания, бумагой и пластмассовыми отходами. Но реальность такова, что «электронные отходы» или электронные устройства и компоненты в конце их срока полезного использования также становятся проблемой. Отброшенные компьютеры и их жесткие диски, портативные устройства и другая электроника часто содержат ценные материалы, такие как редкоземельные минералы, но в таких небольших количествах, что затраты на их изъятие и переработку часто превышают их стоимость. Более эффективные решения необходимы для извлечения материалов из электронного лома более экономичным способом, чтобы помочь продвинуть проблему производства замкнутого контура.

Магнитные материалы

Примером могут быть жесткие диски компьютера (HDD), которые являются богатым источником материалов из редкоземельных магнитов. Согласно оценкам Национальной лаборатории Oak Ridge из Министерства энергетики (ORNL), около 35 процентов жестких дисков в США измельчаются в целях безопасности, но их рециркуляция может привести к восстановлению около 1000 тонн в год (TPA) материала магнита , Задача заключалась в том, чтобы найти доступный способ сделать это, чтобы не создавать много отходов. Существует много способов, чтобы получить элементы редкоземельных элементов из электронных отходов, а некоторые из них очень эффективны. Но многие создают нежелательные побочные продукты, и восстановленные элементы по-прежнему должны быть включены в новое приложение.

Изображены магниты на жестком диске, которые использовались в процессе создания новых сплавов. (Источник изображения: Лаборатория Эймса)

В Институте критических материалов Министерства энергетики (CMI) был разработан новый процесс переработки. Он превращает отброшенные магниты на жесткий диск в новый магнитный материал всего за несколько шагов, помогая решать как экономические, так и экологические проблемы, обычно связанные с горными э-отходами для ценных материалов. В работе Института критических материалов основное внимание уделяется обеспечению цепей поставок критических материалов в США. В рамках этой цели одной из ее основных целей является сокращение отходов за счет повышения эффективности производства и переработки. Другая цель — устранить и уменьшить зависимость от часто геополитически чреватых редкоземельных металлов и других материалов, имеющих решающее значение для успеха экологически чистых энергетических технологий.

Райан Отт, ученый из лаборатории Эймса и член исследовательской группы CMI, сказал News Design что магниты, содержащие редкоземельные элементы, являются лишь одним из компонентов потенциальной ценности на жестких дисках. Они также содержат высококачественный алюминий, а также медь и небольшие количества драгоценных металлов, таких как золото, серебро и палладий. Однако в существующих процессах восстановления редкоземельные магниты и материалы часто теряются для переработки отходов.

«Наша цель состоит в том, чтобы свести к минимуму этапы обработки и включить переработанный материал (магнитный порошок) в новый продукт, который имеет более высокую ценность, чем если бы мы разбивали его на отдельные металлы», — сказал Отт. «Это общие проблемы для всех технологий переработки, которые мы пытаемся улучшить».

Цель нового процесса состояла в том, чтобы устранить как можно больше шагов восстановления и перейти прямо от отброшенного магнита к новому магниту. Он работает следующим образом: снимаются отложенные магниты жесткого диска, и любые защитные покрытия удаляются. Затем магниты измельчают в порошок, который наносят на подложку с использованием плазменного напыления для синтеза покрытий толщиной от половины до одного миллиметра. Новый материал дает результат, достаточный для многих промышленных применений.

«Магниты, синтезированные этой методикой, не будут столь же качественными, как и исходный продукт», — сказал Отт. «Однако эти магниты были бы идеальны для приложений, где ферритовые магниты недостаточны, но более дорогие магниты Nd-Fe-B необязательно требуются. Этот разрыв производительности и цены (промежуточная производительность при сниженной стоимости) — это то, к чему мы пытаемся обратиться ».

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:

Анализ: растущее влияние редкоземельных элементов
Утилизация — большой бизнес, но выгодно ли это?

Исследование может помочь повысить эффективность производства за счет потенциального сокращения отходов обработки путем прямого синтеза геометрии тонкопленочных магнитов. Такой подход исключает процессы обработки отходов, а также создание магнитных ломов. По данным Ames Laboratory, свойства конечного продукта настраиваются в зависимости от контроля обработки.

«Магнитные свойства могут быть адаптированы как к условиям осаждения (например, к охлаждению подложки, применяемым магнитным полям и т. Д.), Так и к условиям после осаждения (например, отжиг)», — сказал Отт News Design . «Форма магнита определяется также субстратом, на котором он осаждается. Прямо сейчас, спеченные магниты обычно формируются как блоки и обрабатываются в сложные формы и соединены на месте. Эта технология может непосредственно формировать сложную форму на подложке, которая является частью системы ».

Процесс практичен и экономичен отчасти потому, что он быстрый. Согласно Отту, фактический процесс термического напыления относительно быстр (<30 минут). Подготовка порошков, которая включает термический отжиг и дробление, занимает несколько часов. Необходимое оборудование широко используется в промышленности и не очень специализировано, что означает, что этот процесс может быть легко принят для коммерческого производства. Следующими шагами для исследовательской группы будут усиление магнитных свойств в сплавах, а затем расширение процесса.

Трейси Шелмметик окончила Университет Фэрфилда в Фэрфилде, штат Коннектикут, и продолжила свою долгую карьеру в качестве писателя и редактора технологий и наук в Appleton & Lange, ныне несуществующей медицинской издательской группе Simon & Schuster. Позже, будучи редактором телекоммуникационного торгового журнала Customer Interaction Solutions (сегодня Customer magazine), она стала признанным лидером в индустрии контакт-центров. Сегодня она независимый писатель, специализирующийся на производстве и технологии, телекоммуникациях и корпоративном программном обеспечении.