¿Cómo se pueden reciclar eficientemente los imanes de NdFeB desechados? ¿Es posible que sus propiedades magnéticas, tras el reciclaje, sean similares a las de los materiales originales?

2. Tecnologías de reciclaje para imanes de NdFeB

Los métodos de reciclaje para imanes de NdFeB se dividen en dos categorías: de ciclo largo (extracción química de materiales de tierras raras) y de ciclo corto (reutilización directa o remanufactura). La elección depende del tipo de chatarra (p. ej., residuos de producción frente a productos al final de su vida útil), el coste y el impacto ambiental.

2.1 Reciclaje de ciclo largo: Extracción química de tierras raras

El reciclaje de ciclo largo implica la descomposición de los imanes en elementos de tierras raras individuales, que luego se reprocesan para obtener nuevos imanes u óxidos. Los métodos clave incluyen:

• Hidrometalurgia:
  • Proceso : Disolver los imanes en ácidos (p. ej., HCl, H₂SO₄) y, a continuación, utilizar la extracción por solventes o la precipitación selectiva para aislar las tierras raras (TER). Por ejemplo, Santoku Corporation muele los imanes en partículas <75 μm, los oxida en NaOH a temperaturas elevadas y lixivia selectivamente las tierras raras.
  • Ventajas : Alta pureza (99%+ recuperación de REE), adecuado para chatarra compleja.
  • Desafíos : Alto consumo de productos químicos, costos de tratamiento de aguas residuales y uso de energía (por ejemplo, calefacción para lixiviación).
• Pirometalurgia:
  • Proceso : Calentar imanes con fundentes (p. ej., CaO, MgO) para formar escoria que contiene tierras raras (REE), que posteriormente se reducen a metales. Por ejemplo, la tostación con sulfato y la tostación por nitrificación amplían la pirometalurgia modificando los estados de oxidación.
  • Ventajas : Escalable para grandes volúmenes, mínimo desperdicio de líquido.
  • Desafíos : Alto consumo de energía (1.200–1.600 °C), posible contaminación del aire por emisiones de polvo.
• Métodos electroquímicos:
  • Proceso : Utilizar la electrólisis para extraer REE de sales fundidas o soluciones acuosas. Este método es menos común, pero ofrece precisión en la separación de REE.
  • Ventajas : Bajo nivel de residuos químicos, potencial de recuperación selectiva.
  • Desafíos : Altos costos de capital para equipos especializados.

2.2 Reciclaje de ciclo corto: reutilización directa o remanufactura

El reciclaje de circuito corto evita la extracción química, preservando la estructura del imán para su reutilización o reprocesamiento en nuevos imanes. Los métodos clave incluyen:

• Decrepitación de hidrógeno (HD):
  • Proceso : Se exponen los imanes al gas hidrógeno, lo que provoca su fracturación y conversión en polvo debido a la expansión de volumen en la fase Nd₂Fe₁₄B. Posteriormente, el polvo se prensa y se sinteriza para formar nuevos imanes.
  • Ventajas : Eficiencia energética (88% menos energía que la producción primaria), conserva las propiedades magnéticas.
  • Estudio de caso : La tecnología patentada de procesamiento de hidrógeno de chatarra magnética (HPMS) de HyProMag recupera polvo de aleación de NdFeB de la chatarra, logrando una eficiencia de recuperación de REE del 99,8 %.
• Reciclaje de imán a imán:
  • Proceso : Desmagnetizar los imanes de desecho, limpiarlos (eliminar recubrimientos y pegamento) y remodelarlos para crear nuevas geometrías. Por ejemplo, Hitachi Metals recicla más del 90 % de sus residuos de producción para fabricar nuevos imanes.
  • Ventajas : Pérdida mínima de material, bajo costo de desperdicio de producción.
  • Desafíos : Limitado a imanes con propiedades físicas intactas (por ejemplo, sin corrosión ni rotura).
• Fusión directa:
  • Proceso : Fundir imanes de desecho y moldearlos para formar nuevas aleaciones. Este método es menos común debido al riesgo de incorporación de impurezas.
  • Ventajas : Sencillo para chatarra homogénea.
  • Desafíos : Requiere un estricto control de calidad para evitar la degradación.

3. Restauración de propiedades magnéticas en imanes reciclados

Las propiedades magnéticas de los imanes de NdFeB reciclados dependen del método de reciclaje, la calidad de la chatarra y los tratamientos de posprocesamiento. Los factores clave incluyen:

3.1 Modificación del límite de grano (GBM)

• Principio : Las propiedades magnéticas de los imanes de NdFeB dependen de la microestructura: la matriz de Nd₂Fe₁₄B proporciona una alta magnetización, mientras que la fase del límite de grano (rica en Nd y REE) aísla los granos para reducir la pérdida de coercitividad.
• Proceso : Añadir hidruros de tierras raras (p. ej., nanopartículas de DyH₃) durante la sinterización para modificar los límites de grano. Liu et al. demostraron que añadir un 1 % de DyH₃ antes de la sinterización recupera hasta el 89 % del (BH)max original (producto energético máximo).
• Resultado : GBM mejora la coercitividad y la remanencia, lo que hace que los imanes reciclados sean adecuados para aplicaciones de alto rendimiento como motores de tracción.

3.2 Optimización de la presión y la temperatura

• Presión : En los procesos HD y HDRD (Decrepitación-Desproporción-Desorción-Recombinación de Hidrógeno), aumentar la presión por encima de 1 bar acelera la absorción de hidrógeno, pero reduce las propiedades magnéticas. La presión óptima para un procesamiento sostenible es de 50 kPa .
• Temperatura : La sinterización a 1000–1100 °C es crucial para la densificación. Las desviaciones pueden provocar porosidad o crecimiento del grano, lo que degrada las propiedades.

3.3 Estudios de caso: Rendimiento de los imanes reciclados

• Motores eléctricos : Un estudio comparó dos motores idénticos: uno con imanes de NdFeB reciclados (mediante procesamiento de imán a imán) y el otro con imanes vírgenes. Los imanes reciclados mostraron un 7,0 % más de enlace de flujo en circuito abierto y un 6,4 % más de par, a pesar de tener un 15 % menos de contenido de disprosio .
• Aplicaciones industriales : Los imanes reciclados de escáneres de resonancia magnética, bombas y turbinas eólicas mostraron propiedades similares a los imanes vírgenes (por ejemplo, remanencia Br = 1,16–1,29 T, coercitividad HcJ = 1147–1590 kA/m).

4. Desafíos y direcciones futuras

A pesar de los avances, el reciclaje de imanes de NdFeB enfrenta desafíos:

• Variabilidad de la calidad del material : El estado de la chatarra (p. ej., corrosión, recubrimientos) afecta la eficiencia del reciclaje. Por ejemplo, los residuos de pegamento de los imanes unidos requieren una tostación alcalina para su eliminación.
• Viabilidad económica : Los métodos de ciclo largo son costosos debido al consumo de productos químicos y energía. Los métodos de ciclo corto son más económicos, pero se limitan a la chatarra de alta calidad.
• Escalabilidad : La mayoría de las plantas industriales (p. ej., HyProMag, REEcycle) son piloto. La adopción a gran escala requiere apoyo político (p. ej., subsidios, responsabilidad extendida del productor).

Innovaciones futuras :

• Procesamiento asistido por microondas : calentamiento rápido y energéticamente eficiente para oxidar imanes o ayudar a la combustión.
• Tecnologías de clasificación avanzadas : sensores impulsados ​​por IA para separar los imanes de los desechos electrónicos por composición y geometría.
• Modelos de economía circular : integración del reciclaje en el diseño de productos (por ejemplo, dispositivos modulares para facilitar la extracción de imanes).

5. Conclusión

El reciclaje eficiente de imanes de NdFeB desechados se logra mediante métodos de bucle corto, como la decrepitación por hidrógeno y el procesamiento de imán a imán, que preservan las propiedades magnéticas y reducen el impacto ambiental. Al optimizar la modificación del límite de grano, la presión y la temperatura, los imanes reciclados pueden igualar o superar el rendimiento de los materiales vírgenes en aplicaciones como vehículos eléctricos y turbinas eólicas. Sin embargo, ampliar el reciclaje requiere abordar la variabilidad de los materiales, las barreras económicas y las brechas tecnológicas. La colaboración entre gobiernos, fabricantes e investigadores es esencial para la transición a una economía circular para los imanes de NdFeB, garantizando así un acceso sostenible a materiales de tierras raras (TERE) críticos para las tecnologías futuras.