Како се отпадни Ndfeb магнети могу ефикасно рециклирати? Да ли магнетна својства након рециклаже могу бити блиска онима оригиналних материјала?

2. Технологије рециклаже за NdFeB магнете

Методе рециклаже NdFeB магнета се деле у две категорије: дугорочне (хемијска екстракција REE) и краткорочне (директна поновна употреба или репроизводња). Избор зависи од врсте отпада (нпр. производни отпад у односу на производе на крају животног века), трошкова и утицаја на животну средину.

2.1 Рециклажа дугих циклуса: Хемијска екстракција РЗЕ

Рециклажа у дугој петљи подразумева разлагање магнета на појединачне редне елементе (REE), који се затим поново обрађују у нове магнете или оксиде. Кључне методе укључују:

• Хидрометалургија:
  • Поступак : Растворити магнете у киселинама (нпр. HCl, H₂SO₄), а затим користити екстракцију растварачем или селективну таложење да би се изоловали REE елементи. На пример, Santoku Corporation меље магнете у честице <75 μm, оксидује их у NaOH на повишеним температурама и селективно излучује REE елементе.
  • Предности : Висока чистоћа (искоришћење 99%+ РЗЕ), погодно за сложени отпад.
  • Изазови : Велика потрошња хемикалија, трошкови пречишћавања отпадних вода и потрошња енергије (нпр. загревање за испирање).
• Пирометалургија:
  • Процес : Загревање магнета флуксовима (нпр. CaO, MgO) да би се формирала згура која садржи редке елементе (REE), који се затим редукују до метала. На пример, сулфатно пржење и нитрификационо пржење проширују пирометалургију модификовањем оксидационих стања.
  • Предности : Скалабилно за велике количине, минимално отпадање течности.
  • Изазови : Висок енергетски унос (1.200–1.600°C), потенцијално загађење ваздуха емисијом прашине.
• Електрохемијске методе:
  • Процес : Користите електролизу за екстракцију РЕЕ из растопљених соли или водених раствора. Ова метода је ређа, али нуди прецизност у одвајању РЕЕ.
  • Предности : Мали хемијски отпад, потенцијал за селективно опорављање.
  • Изазови : Високи капитални трошкови за специјализовану опрему.

2.2 Рециклажа кратког циклуса: Директна поновна употреба или репроизводња

Рециклирање кратким циклусом заобилази хемијску екстракцију, чувајући структуру магнета за поновну употребу или прераду у нове магнете. Кључне методе укључују:

• Водонична декрепитација (HD):
  • Процес : Изложити магнете гасу водоника, што узрокује њихово распадање у прах због ширења запремине у фази Nd₂Fe₁₄B. Прах се затим пресује и синтерује у нове магнете.
  • Предности : Енергетски ефикасан (88% мање енергије него примарна производња), задржава магнетна својства.
  • Студија случаја : HyProMag-ова патентирана технологија обраде магнетног отпада водоником (HPMS) издваја прах легуре NdFeB из отпада, постижући ефикасност издвајања REE од 99,8%.
• Рециклажа магнета по магнету:
  • Процес : Демагнетизовати отпадне магнете, очистити их (уклонити премазе, лепак) и преобликовати их у нове геометрије. На пример, Hitachi Metals рециклира преко 90% свог производног отпада у нове магнете.
  • Предности : Минималан губитак материјала, ниски трошкови отпада у производњи.
  • Изазови : Ограничено на магнете са нетакнутим физичким својствима (нпр. без корозије или ломљења).
• Директно топљење:
  • Процес : Растопите отпадне магнете и ливите их у нове легуре. Ова метода је ређа због ризика од уношења нечистоћа.
  • Предности : Једноставно за хомогени отпад.
  • Изазови : Захтева строгу контролу квалитета како би се избегла деградација.

3. Враћање магнетних својстава рециклираним магнетима

Магнетна својства рециклираних NdFeB магнета зависе од методе рециклаже, квалитета отпада и третмана накнадне обраде. Кључни фактори укључују:

3.1 Модификација граница зрна (GBM)

• Принцип : Магнетна својства NdFeB магнета зависе од микроструктуре: Nd₂Fe₁₄B матрица обезбеђује високу магнетизацију, док фаза граница зрна (богата Nd и REE) изолује зрна како би се смањио губитак коерцитивности.
• Процес : Додати REE хидриде (нпр., DyH₃ наночестице) током синтеровања да би се модификовале границе зрна. Лиу и др. су показали да додавање 1% DyH₃ пре синтеровања враћа до 89% оригиналног (BH)max (максималног енергетског производа).
• Исход : ГБМ побољшава коерцитивност и реманентност, чинећи рециклиране магнете погодним за високоперформансне примене попут вучних мотора.

3.2 Оптимизација притиска и температуре

• Притисак : У HD и HDDR (декрепитација-диспропорционација-десорпција-рекомбинација водоника) процесима, повећање притиска изнад 1 бара убрзава апсорпцију водоника, али смањује магнетна својства. Оптимални притисак за одрживу обраду је 50 kPa .
• Температура : Синтеровање на 1.000–1.100°C је кључно за згушњавање. Одступања могу довести до порозности или раста зрна, што погоршава својства.

3.3 Студије случаја: Перформансе рециклираних магнета

• Електромотори : Студија је упоредила два идентична мотора - један који користи рециклиране NdFeB магнете (преко обраде магнет-магнет) и други који користи необрађене магнете. Рециклирани магнети су показали 7,0% већу повезаност флукса у отвореном колу и 6,4% већи обртни момент упркос 15% нижем садржају диспрозијума .
• Индустријске примене : Рециклирани магнети из МРИ скенера, пумпи и ветротурбина показали су својства слична необичним магнетима (нпр. реманенција Br = 1,16–1,29 T, коерцитивност HcJ = 1.147–1.590 kA/m).

4. Изазови и будући правци

Упркос напретку, рециклажа NdFeB магнета се суочава са изазовима:

• Варијабилност квалитета материјала : Стање отпада (нпр. корозија, премази) утиче на ефикасност рециклаже. На пример, остаци лепка од лепљених магнета захтевају алкално пржење да би се уклонили.
• Економска исплативост : Методе са дугим циклусом су скупе због хемијских и енергетских улагања. Методе са кратким циклусом су јефтиније, али су ограничене на висококвалитетни отпад.
• Скалабилност : Већина индустријских постројења (нпр. HyProMag, REEcycle) су пилотског типа. Усвајање на великој скали захтева подршку политике (нпр. субвенције, проширену одговорност произвођача).

Будуће иновације :

• Микроталасна обрада : Брзо, енергетски ефикасно загревање за оксидацију магнета или помоћ при сагоревању.
• Напредне технологије сортирања : Сензори са вештачком интелигенцијом за одвајање магнета од електронског отпада према саставу и геометрији.
• Модели циркуларне економије : Интегрисање рециклаже у дизајн производа (нпр. модуларни уређаји за лако уклањање магнета).

5. Закључак

Ефикасна рециклажа отпадних NdFeB магнета је могућа методама кратке петље као што су декрепитација водоником и обрада магнет-магнет, које чувају магнетна својства уз смањење утицаја на животну средину. Оптимизацијом модификације граница зрна, притиска и температуре, рециклирани магнети могу да се меркају или чак премаше перформансе необрађених материјала у применама попут електричних возила и ветротурбина. Међутим, повећање рециклаже захтева решавање проблема варијабилности материјала, економских баријера и технолошких празнина. Заједнички напори између влада, произвођача и истраживача су неопходни за прелазак на циркуларну економију за NdFeB магнете, обезбеђујући одрживи приступ критичним редним елементима за будуће технологије.