Naukowcy z Fraunhofer IKTS i TU Bergakademie Freiberg szukają sposobu na odzysk rzadkich ziem z magnesów. Chodzi o neodym, którego około 90 procent trafia do Europy z Chin. Badania prowadzi więc konsorcjum projektu NEO-CYCLE, finansowanego z programu Horizon Europe.
Magnesy neodymowe należą do najsilniejszych magnesów trwałych. Zbudowane są z neodymu, żelaza i boru, dlatego oznacza się je skrótem NdFeB. Trafiają do silników samochodów elektrycznych, turbin wiatrowych i elektroniki, między innymi głośników, smartfonów i dysków twardych.
Popyt rośnie, obieg surowców prawie nie istnieje
Globalny popyt na magnesy trwałe rośnie o nawet 8,3 procent rocznie. Tymczasem w Europie recykling obejmuje niewiele magnesów. Firmy zbierają zatem większość zużytego materiału i wysyłają go do Chin, skąd wraca jako gotowy surowiec.
Problem polega na czystości. Neodym musi być bardzo czysty, zanim trafi do nowego magnesu. Opracowanie opłacalnej technologii, która spełnia ten warunek, jest więc trudne.
Dwie drogi do tego samego celu
Zespół pod kierunkiem Sandry Pavón sprawdza dwa procesy. Pierwszy to chlorowanie w fazie stałej. Partner z Freibergu dodaje do mieszaniny neodymu, boru i żelaza chlorek amonu, a nie klasyczny kwas chlorowodorowy.
Pod wpływem temperatury mieszanina zamienia się w chlorki metali oraz roztwór amoniaku o wysokiej czystości. Partnerzy opatentowali tę metodę i stosują ją już przy recyklingu lamp fluorescencyjnych. Testy pokazują, że pozwala rozdzielić chlorki metali znacznie efektywniej i zużyć przy tym mniej chemii.
Drugi wariant działa w ogniwie elektrochemicznym. Sproszkowane odpady magnesów trafiają do elektrolitu, na przykład rozcieńczonego kwasu siarkowego. W pierwszej kolejności proces uwalnia roztwór boru. Ten surowiec trafia potem do przemysłu chemicznego i farmaceutycznego.
Neodym i żelazo osobno
Następnie naukowcy z Fraunhofer IKTS rozdzielają produkty obu procesów. Wykorzystują do tego selektywną metodę hydrometalurgiczną, która pozwala wyodrębnić neodym i żelazo. Sole metali wracają potem w czystej formie.
„Chcemy odzyskiwać rzadkie ziemie z odpadów elektronicznych i wykorzystywać je w produktach o wysokiej wartości” – mówi Sandra Pavón, która kieruje grupą recyklingu hydrometalurgicznego w Instytucie IKTS we Freibergu.
Dzięki temu odzyskane surowce trafią do czterech branż: chemicznej, farmaceutycznej, wodorowej i nawozowej. Projekt zakłada więc nie tylko recykling, ale i ponowne użycie materiału w nowych produktach.
Zero odpadów jako cel
Konsorcjum pracuje nad zamknięciem całego obiegu. Badania potrwają cztery lata, a planowanie instalacji pilotażowej już się rozpoczęło. Docelowo proces ma być wolny od odpadów.
To istotne także dla motoryzacji. Europejscy producenci szukają dziś źródeł magnesów poza Chinami, bo obawiają się przerw w dostawach. Odzysk z odpadów elektronicznych mógłby zasilić lokalny łańcuch dostaw.
Wcześniej pisaliśmy o tym, jak elektryfikacja zwiększa zależność Europy od surowców krytycznych. Analizę dla ACEA opisaliśmy w tekście Europa i surowce krytyczne w łańcuchu dostaw. Z kolei unijne projekty surowcowe zebraliśmy w artykule 46 projektów surowców krytycznych w UE.
Źródła
Fraunhofer IKTS, komunikat badawczy o odzysku rzadkich ziem z magnesów: fraunhofer.de.
