Как переработать использованные магниты?

Магниты, особенно изготовленные из редкоземельных элементов, таких как неодим (NdFeB) и самарий-кобальт (SmCo), являются неотъемлемой частью множества современных технологий, включая электронику, электромобили, ветряные турбины и медицинские приборы. Однако по мере окончания срока службы этих изделий возникает вопрос: как ответственно перерабатывать отработанные магниты, чтобы получить ценные материалы и минимизировать воздействие на окружающую среду? В этом руководстве рассматривается процесс переработки отработанных магнитов, освещаются ключевые технологии, проблемы и передовой опыт.

1. Понимание состава магнита и возможности его переработки

Большинство сильных магнитов состоят из редкоземельных элементов в сочетании с железом, бором, кобальтом или другими металлами. Эти материалы имеют решающее значение благодаря своим уникальным магнитным свойствам, но их запасы ограничены, и они часто добываются в экологически неблагополучных регионах. Переработка магнитов не только сохраняет эти ресурсы, но и снижает потребность в их добыче, что может иметь значительные экологические и социальные последствия.

Потенциал переработки магнитов зависит от их типа и формы. Например, спечённые магниты NdFeB, обычно используемые в жёстких дисках и электродвигателях, сложнее перерабатывать, чем магниты на основе магнитной плёнки, из-за их хрупкости и сильных магнитных полей, которые могут прилипать к оборудованию для переработки.

2. Ключевые технологии переработки

Для решения проблем переработки магнитов появилось несколько инновационных технологий, каждая из которых имеет свои преимущества и ограничения:

а. Водородная переработка магнитного лома (HPMS)

Разработанный исследователями из Бирмингемского университета и коммерциализированный такими компаниями, как HyProMag, метод HPMS представляет собой новаторский метод, использующий водород для разложения спеченных магнитов NdFeB в рыхлый размагниченный порошок. Процесс включает воздействие на магнит водородом, который проникает в границы зерен, вызывая расширение и разрушение магнита. Этот метод эффективен, экологичен и сохраняет целостность редкоземельных элементов, что позволяет повторно использовать их в новых магнитах.

Преимущества :

• Высокая эффективность : процесс быстро преобразует магниты в порошок.
• Экологическая безопасность : не используются опасные химикаты, и в ходе процесса не выделяются токсичные пары.
• Сохранение материала : восстановленный порошок сохраняет высокую чистоту, пригоден для изготовления новых магнитов.

Ограничения :

• Специализированное оборудование : требует использования водорода и контролируемых условий, что может ограничить масштабируемость в некоторых регионах.
• Первоначальные инвестиции : Создание объектов HPMS требует значительных капиталовложений.

б) Бескислотные гидрометаллургические методы

Традиционные гидрометаллургические методы переработки редкоземельных магнитов включают растворение магнитов в минеральных кислотах, что может быть опасным и приводить к образованию токсичных отходов. Однако исследователи из Института критических материалов (CMI) разработали бескислотную альтернативу, использующую нетоксичный раствор для растворения магнитов и извлечения высокочистых редкоземельных элементов. Этот метод особенно эффективен для измельченных электронных отходов, содержащих магниты, поскольку исключает необходимость в предварительной обработке, такой как сортировка или размагничивание.

Преимущества :

• Безопасность : позволяет избежать использования опасных кислот, снижая риски для здоровья и окружающей среды.
• Универсальность : может перерабатывать магниты различных типов и форм, включая измельченные электронные отходы.
• Высокая чистота : позволяет получить оксиды редкоземельных металлов исключительной чистоты.

Ограничения :

• Управление химическими веществами : хотя этот процесс и не использует кислот, он все же требует осторожного обращения с химикатами.
• Энергоемкость : может потребоваться значительное количество энергии для нагрева или других этапов процесса.

c. Короткий цикл переработки

Модель HyProMag с коротким циклом переработки ориентирована на перехват редкоземельных магнитов до того, как они подвергнутся разрушительным процессам, таким как измельчение. Сохраняя целостность магнитов, этот подход позволяет напрямую повторно использовать полученный порошок для производства новых магнитов, сокращая количество отходов и потребление энергии по сравнению с традиционными методами переработки, при которых магниты разлагаются на исходные компоненты.

Преимущества :

• Эффективность использования материалов : максимальное повторное использование переработанных материалов и минимизация отходов.
• Экономия энергии : позволяет избежать энергоемких этапов, таких как выплавка или рафинирование.
• Устойчивость : поддерживает принципы циклической экономики, сохраняя материалы в рабочем состоянии.

Ограничения :

• Ограниченная область применения : в настоящее время сосредоточено на определенных типах магнитов и областях применения.
• Внедрение на рынок : требует общеотраслевого сотрудничества для масштабирования производства.

3. Проблемы переработки магнитов

Несмотря на эти достижения, в переработке магнитов по-прежнему сохраняется ряд проблем:

а. Сбор и сортировка

Эффективная переработка начинается с правильного сбора и сортировки изделий, содержащих магниты. Многие бытовые электронные устройства, такие как смартфоны и ноутбуки, содержат небольшие магниты, которые сложно извлечь и отделить от других компонентов. Разработка эффективных систем сбора и технологий сортировки имеет решающее значение для повышения уровня переработки.

б. Размагничивание

Сильные магниты могут прилипать к оборудованию для переработки, вызывая повреждения или сбои в работе. Размагничивание необходимо для предотвращения этого, но традиционные методы, такие как нагрев или механический удар, могут быть энергозатратными или повредить магниты. Для оптимизации процесса переработки необходимы инновационные методы размагничивания, такие как используемые в HPMS.

в) Экономическая жизнеспособность

Переработка магнитов должна быть экономически выгодной для широкого применения. Хотя ценность извлеченных редкоземельных элементов высока, затраты, связанные со сбором, транспортировкой и переработкой, могут быть непомерно высокими. Государственные стимулы, субсидии и рыночные механизмы, поощряющие устойчивые методы работы, могут помочь преодолеть этот разрыв.

г. Нормативно-правовая база и политика

Отсутствие четких правил и политик, регулирующих переработку магнитов, может препятствовать прогрессу. Правительства и отраслевые организации должны сотрудничать для разработки стандартов переработки, качества материалов и охраны окружающей среды. Международное сотрудничество также имеет важное значение, поскольку торговля редкоземельными элементами ведется по всему миру.

4. Лучшие практики переработки использованных магнитов

Чтобы максимально использовать потенциал переработки использованных магнитов, частные лица, предприятия и политики могут использовать следующие передовые практики:

а. Правильная утилизация электронных отходов

Никогда не выбрасывайте электронные устройства, содержащие магниты, вместе с обычным мусором. Вместо этого сдавайте их на специализированные пункты переработки электронных отходов. Многие розничные продавцы и муниципалитеты предлагают программы сбора электронных отходов, что упрощает ответственную переработку старой электроники.

б) Поддержка инициатив по переработке отходов

Участвуйте в инициативах по переработке магнитов и редкоземельных элементов или поддерживайте их. Например, финансируемый ЕС проект HARMONY разрабатывает методы переработки постоянных магнитов, используемых в различных целях, с получением ценных материалов для повторного использования. Участвуя в таких проектах или извлекая из них уроки, вы можете способствовать развитию технологий переработки магнитов.

c. Сторонник устойчивого дизайна

Поощряйте производителей разрабатывать продукцию с учётом переработки. Это включает в себя использование магнитов стандартизированных размеров и форм, минимизацию использования клея или покрытий, затрудняющих переработку, а также использование понятной маркировки для облегчения сортировки и переработки.

г. Инвестируйте в инфраструктуру переработки отходов

Правительствам и компаниям следует инвестировать в инфраструктуру переработки, позволяющую эффективно перерабатывать магниты и редкоземельные элементы. Это включает в себя разработку специализированных предприятий для HPMS, бескислотной гидрометаллургии и других методов переработки, а также совершенствование систем сбора и сортировки.

е. Просвещение и повышение осведомленности

Повышайте осведомленность о важности переработки магнитов и связанных с этим проблемах. Информируйте потребителей, предприятия и политиков об экологических и экономических преимуществах переработки магнитов и побуждайте их принимать меры для поддержки устойчивых методов.

5. Будущее переработки магнитов

Будущее переработки магнитов выглядит многообещающим, поскольку продолжаются исследования и разработки, направленные на преодоление текущих проблем и повышение эффективности. По мере развития таких технологий, как HPMS и бескислотная гидрометаллургия, они будут становиться всё более доступными и экономически эффективными, что обеспечит более широкое внедрение. Кроме того, достижения в материаловедении могут привести к разработке новых магнитов, которые легче перерабатывать или даже биоразлагаемы, что ещё больше снизит воздействие на окружающую среду.

Международное сотрудничество также сыграет решающую роль в развитии переработки магнитов. Обмениваясь знаниями, ресурсами и передовым опытом, страны смогут совместно создать глобальную сеть переработки, которая обеспечит устойчивое использование редкоземельных элементов и других критически важных материалов.