Како можат ефикасно да се рециклираат отпаднатите Ndfeb магнети? Дали магнетните својства по рециклирањето можат да бидат блиски до оние на оригиналните материјали?

2. Технологии за рециклирање на NdFeB магнети

Методите за рециклирање на NdFeB магнети спаѓаат во две категории: долг циклус (хемиска екстракција на REE) и краток циклус (директна повторна употреба или преработка). Изборот зависи од видот на отпад (на пр., производствен отпад наспроти производи на крајот од животниот век), цената и влијанието врз животната средина.

2.1 Долгорочно рециклирање: Хемиска екстракција на РЕО

Рециклирањето со долга јамка вклучува разградување на магнетите на поединечни REE, кои потоа се преработуваат во нови магнети или оксиди. Клучните методи вклучуваат:

• Хидрометалургија:
  • Процес : Растворете магнети во киселини (на пр., HCl, H₂SO₄), потоа користете екстракција со растворувач или селективно таложење за да ги изолирате РЕО. На пример, Santoku Corporation ги меле магнетите во честички <75 μm, ги оксидира во NaOH на покачени температури и селективно ги исплакнува РЕО.
  • Предности : Висока чистота (обновување на 99%+ REE), погодна за комплексен отпад.
  • Предизвици : Висока потрошувачка на хемикалии, трошоци за третман на отпадни води и потрошувачка на енергија (на пр., греење за истекување).
• Пирометалургија:
  • Процес : Загревање на магнети со флуксови (на пр., CaO, MgO) за да се формира згура што содржи REE, кои потоа се редуцираат до метали. На пример, печењето со сулфати и печењето со нитрификација ја прошируваат пирометалургијата со модифицирање на оксидациските состојби.
  • Предности : Скалабилно за големи количини, минимален течен отпад.
  • Предизвици : Висок внес на енергија (1.200–1.600°C), потенцијално загадување на воздухот од емисии на прашина.
• Електрохемиски методи:
  • Процес : Користете електролиза за екстракција на REE од стопени соли или водени раствори. Овој метод е поретко користен, но нуди прецизност во одвојувањето на REE.
  • Предности : Малку хемиски отпад, потенцијал за селективно обновување.
  • Предизвици : Високи капитални трошоци за специјализирана опрема.

2.2 Рециклирање во краток циклус: Директна повторна употреба или преработка

Рециклирањето со краток циклус ја заобиколува хемиската екстракција, зачувувајќи ја структурата на магнетот за повторна употреба или преработка во нови магнети. Клучните методи вклучуваат:

• Декрепитација на водород (HD):
  • Процес : Изложување на магнети на водороден гас, што предизвикува нивно кршење во прав поради експанзија на волуменот во Nd₂Fe₁₄B фазата. Потоа, правот се притиска и синтерува во нови магнети.
  • Предности : Енергетски ефикасна (88% помалку енергија од примарното производство), ги задржува магнетните својства.
  • Студија на случај : Патентираната технологија на HyProMag за обработка на магнетен отпад со водород (HPMS) го обновува правот од легура NdFeB од отпад, постигнувајќи ефикасност на обновување на REE од 99,8%.
• Рециклирање од магнет во магнет:
  • Процес : Демагнетизирање на отпадни магнети, нивно чистење (отстранување на премази, лепило) и нивно преобликување во нови геометрии. На пример, Hitachi Metals рециклира над 90% од својот производствен отпад во нови магнети.
  • Предности : Минимална загуба на материјал, ниска цена за производствен отпад.
  • Предизвици : Ограничено на магнети со недопрени физички својства (на пр., без корозија или кршење).
• Директно топење:
  • Процес : Топење на отпадни магнети и нивно леење во нови легури. Овој метод е поретко поради ризикот од вградување на нечистотии.
  • Предности : Едноставно за хомоген отпад.
  • Предизвици : Потребна е строга контрола на квалитетот за да се избегне деградација.

3. Враќање на магнетните својства кај рециклирани магнети

Магнетните својства на рециклираните NdFeB магнети зависат од методот на рециклирање, квалитетот на отпадот и третманите по обработката. Клучните фактори вклучуваат:

3.1 Модификација на границите на зрната (GBM)

• Принцип : Магнетните својства на NdFeB магнетите зависат од микроструктурата: матрицата Nd₂Fe₁₄B обезбедува висока магнетизација, додека граничната фаза на зрната (богата со Nd и REE) ги изолира зрната за да се намали загубата на коерцивност.
• Процес : Додавање на REE хидриди (на пр., DyH₃ наночестички) за време на синтерувањето за да се модифицираат границите на зрната. Лиу и сор. покажаа дека додавањето на 1% DyH₃ пред синтерувањето враќа до 89% од оригиналниот (BH)max (максимален енергетски производ).
• Резултат : GBM ја подобрува коерцитивноста и реманентноста, правејќи рециклирани магнети погодни за апликации со високи перформанси како што се влечни мотори.

3.2 Оптимизирање на притисокот и температурата

• Притисок : Во HD и HDDR (декрепитација-диспропорционација-десорпција-рекомбинација на водород) процесите, зголемувањето на притисокот над 1 бар ја забрзува апсорпцијата на водород, но ги намалува магнетните својства. Оптималниот притисок за одржлива обработка е 50 kPa .
• Температура : Синтерувањето на 1.000–1.100°C е критично за згуснување. Отстапувањата можат да доведат до порозност или раст на зрната, со што се намалуваат својствата.

3.3 Студии на случај: Перформанси на рециклирани магнети

• Електрични мотори : Една студија спореди два идентични мотори - едниот користејќи рециклирани NdFeB магнети (преку обработка магнет-до-магнет) и другиот користејќи девствени магнети. Рециклираните магнети покажаа 7,0% поголема флуксна врска на отворено коло и 6,4% поголем вртежен момент и покрај тоа што имаа 15% помала содржина на диспрозиум .
• Индустриски апликации : Рециклираните магнети од МРИ скенери, пумпи и ветерни турбини покажаа својства слични на девствените магнети (на пр., преостаната Br = 1,16–1,29 T, коерцивитет HcJ = 1.147–1.590 kA/m).

4. Предизвици и идни насоки

И покрај напредокот, рециклирањето на NdFeB магнети се соочува со предизвици:

• Променливост на квалитетот на материјалот : Состојбата на отпадот (на пр., корозија, премази) влијае на ефикасноста на рециклирање. На пример, остатоците од лепак од врзани магнети бараат алкално печење за отстранување.
• Економска одржливост : Методите со долг циклус се скапи поради хемиските и енергетските вложувања. Методите со краток циклус се поевтини, но ограничени на висококвалитетен отпад.
• Скалабилност : Повеќето индустриски постројки (на пр., HyProMag, REEcycle) се на пилотско ниво. Воведувањето во голем обем бара политичка поддршка (на пр., субвенции, проширена одговорност на производителот).

Идни иновации :

• Обработка со помош на микробранова печка : Брзо, енергетски ефикасно загревање за оксидирачки магнети или за помагање при согорување.
• Напредни технологии за сортирање : Сензори напојувани со вештачка интелигенција за одвојување на магнетите од е-отпадот според составот и геометријата.
• Модели на циркуларна економија : Интегрирање на рециклирањето во дизајнот на производите (на пр., модуларни уреди за лесно отстранување на магнети).

5. Заклучок

Ефикасното рециклирање на отпаднатите NdFeB магнети е постигнато преку методи со кратка јамка како што се водородна декрепитација и обработка од магнет до магнет, кои ги зачувуваат магнетните својства, а воедно го намалуваат влијанието врз животната средина. Со оптимизирање на модификацијата на границите на зрната, притисокот и температурата, рециклираните магнети можат да ги достигнат или надминат перформансите на девствените материјали во апликации како електрични возила и ветерни турбини. Сепак, зголемувањето на рециклирањето бара решавање на варијабилноста на материјалите, економските бариери и технолошките празнини. Заедничките напори меѓу владите, производителите и истражувачите се од суштинско значење за транзиција кон кружна економија за NdFeB магнети, обезбедувајќи одржлив пристап до критични REE за идните технологии.