De zeldzame aardeelementen zijn de „geheime saus“ van talrijke geavanceerde materialen voor energie, vervoers, defensie en communicatie toepassingen. Hun grootste gebruik voor schone energie is in permanente magneten, die magnetische eigenschappen zelfs bij gebrek aan een veroorzakende gebied of een stroom behouden.

Ramesh Bhave van eiken Ridge National Laboratory mede-uitgevonden een proces om high-purity zeldzame aardeelementen van afgedankte magneten van (hier) getoonde computer harde aandrijving en ander post-consumentafval terug te krijgen. Krediet: Carlos Jones /Oak Ridge National Laboratory, de Dienst van de V.S. van Energie

Nu, het Ministerie van de V.S. van Energie hebben de onderzoekers een proces uitgevonden om zeldzame aardeelementen uit de afgedankte magneten van gebruikte harde aandrijving en andere bronnen te halen. Zij hebben en verhoogd het proces in laboratoriumdemonstraties en met de Technologieën van de de vergunninghouderimpuls van ORNL van Dallas gepatenteerd gewerkt om het proces verder te schrapen om commerciële partijen zeldzame aardeoxyden te produceren.

„Wij hebben een energy-efficient, rendabel, milieuvriendelijk proces ontwikkeld om hoogwaardige kritieke materialen terug te krijgen,“ bovengenoemde mede-uitvinder Ramesh Bhave van Eiken Ridge National Laboratory van DOE, dat het team van membraantechnologieën in Chemische de Wetenschappenafdeling van ORNL leidt. „Het is een verbetering over traditionele processen, die faciliteiten met een grote voetafdruk vereisen, hoge hoofd en bedrijfskosten en een geproduceerde hoop van afval.“

De permanente de computer harde aandrijving om van de magnetenhulp gegevens, aandrijvingsmotoren te lezen en te schrijven die hybride en elektrische auto's bewegen, koppelt windturbines aan generators om elektriciteit te maken, en bij te wonen smartphones om elektrosignalen in geluid te vertalen.

Door het gepatenteerde proces, worden de magneten opgelost in salpeterzuur, en de oplossing wordt onophoudelijk gevoed door membranen van een module de ondersteunende polymeer. De membranen bevatten poreuze holle vezels met extractant die als chemische „verkeerscop“ van soorten dient; het leidt tot een selectieve barrière en laat slechts zeldzame aardeelementen overgaan door. De zeldzaam-aarde-rijke aan de andere kant verzamelde oplossing wordt verder verwerkt om zeldzame aardeoxyden bij zuiverheid op te brengen die 99,5% overschrijden.

Dat is opmerkelijk van mening zijnd dat typisch, 70% van een permanente magneet ijzer is, dat geen zeldzame aardeelement is. „Wij kunnen hoofdzakelijk om ijzer volledig te elimineren en slechts zeldzame aarden terug te krijgen,“ bovengenoemde Bhave. Halend wenselijke elementen zonder ongewenste degenenmiddelen mede-te halen wordt minder afval gecreeerd dat stroomafwaartse behandeling en verwijdering zal vergen.

De verdedigers van het werk omvatten Kritiek de Materialeninstituut van DOE, of CMI, voor scheidingenonderzoek en het Bureau van DOE van Technologieovergangen, of OTT, schaal-omhoog voor proces. ORNL is een oprichtend die teamlid van CMI, een DOE Hub van de Energieinnovatie door Ames Laboratory van DOE wordt en door het Geavanceerde Productiebureau wordt geleid geleid die. De „mijnbouw“ van Bhave van een zuurrijke oplossing met selectieve membranen sluit zich aan bij andere veelbelovende CMI technologieën voor het terugkrijgen van zeldzame aarden, met inbegrip van een eenvoudig proces dat verplettert en magneten en een zuurvrij alternatief behandelt.

De industrie hangt van kritieke materialen af, en de wetenschappelijke gemeenschap ontwikkelt processen om hen te recycleren. Nochtans, recycleert geen op de markt gebracht proces zuivere zeldzame aardeelementen van elektronisch-afvalmagneten. Dat is een reusachtige gemiste kans overwegend 2,2 miljard personal computers, zouden de tabletten en de mobiele telefoons wereldwijd in 2019, volgens Gartner moeten verschepen. „Elk van deze apparaten hebben zeldzame aardemagneten in hen,“ genoteerde Bhave.

Het project van Bhave, dat in 2013 begon, is een teaminspanning. John Klaehn en Eric Peterson van Idaho van DOE het Nationale Laboratorium in een vroege fase van het onderzoek samenwerkte concentreerden zich op chemie, en Ananth Iyer, een professor bij Purdue University, beoordeelde schaal-omhoog later de technische en economische haalbaarheid van. Bij ORNL, bestudeerden de vroegere post-doctorale kameraden Daejin Kim en Vishwanath Deshmane de ontwikkeling van het scheidingenproces en schaal-omhoog, respectievelijk. Team van ORNL van Bhave het huidige, waaronder Dale Adcock, Pranathi Gangavarapu, Syed Islam, Larry Powell en Priyesh Wagh, nadruk op het verhogen van het proces en het werken met de industriepartners die de technologie op de markt zullen brengen.

Zeldzame aarden zou verzekeren over een breed spectrum van grondstof, onderzoekers kunnen worden teruggekregen onderworpen magneten van het variëren samenstelling-van bronnen met inbegrip van harde aandrijving, magnetic resonance imagingsmachines, celtelefoons en hybride auto-aan het proces.

De meeste zeldzame aardeelementen zijn lanthanides, elementen met atoomaantallen tussen 57 en 71 in de periodieke lijst. „Gaf de enorme deskundigheid van ORNL inzake lanthanidenchemie ons een reusachtig sprongbegin,“ bovengenoemde Bhave. „Wij begonnen lanthanidenchemie en manieren te bekijken waardoor lanthanides selectief.“ worden gehaald

Meer dan twee jaar, maakten de onderzoekers membraanchemie om terugwinning van zeldzame aarden te optimaliseren. Nu, krijgt hun proces meer dan 97% van de zeldzame aardeelementen terug.

Tot op heden heeft het het recyclingsproject van Bhave in een octrooi en twee publicaties (hier en hier) documenterend terugwinning van drie zeldzame aarde element-neodymium, praseodymium en dysprosium-als mengsel van oxyden geresulteerd.

De tweede fase van scheidingen begon in Juli 2018 met een inspanning om dysprosium van neodymium en praseodymium te scheiden. Een mengsel van de drie oxyden verkoopt voor $50 een kilogram. Als dysprosium van het mengsel zou kunnen worden gescheiden, zou zijn oxyde vijf keer zo veel kunnen worden verkocht.

De tweede fase van het programma zal ook onderzoeken als het onderliggende proces van ORNL om zeldzame aarden te scheiden voor het scheiden van andere veel gevraagde elementen van lithium ionenbatterijen kan worden ontwikkeld. De „verwachte hoge groei van elektrische voertuigen gaat een enorme hoeveelheid lithium en kobalt vereisen,“ bovengenoemde Bhave.

De industriële inspanningen nodig die het ORNL-proces in de markt op te stellen, meer dan twee jaar door het Fonds van de de Technologieintroductie op de markt van OTT van DOE wordt gefinancierd, begonnen in Februari 2019.

Het doel is honderden kilogram zeldzame aardeoxyden terug te krijgen elke maand en te bevestigen, te verifiëren en te verklaren dat de fabrikanten de gerecycleerde materialen konden gebruiken om magneten aan die gelijkwaardig te maken gemaakt met maagdelijke materialen.

Het Geavanceerde de Productiebureau van DOE, een deel van het Bureau van Energierendement en de Duurzame energie, financierden dit onderzoek door CMI, dat werd gevestigd om levering te diversifiëren, substituten te ontwikkelen, hergebruik en recycling te verbeteren en crosscutting onderzoek van kritieke materialen te leiden. ORNL heeft strategische richting voor deze gebieden verstrekt aangezien CMI in 2013 begon. Dit omvat het verstrekken van leiders voor nadrukgebieden en projecten die tot nieuwe innovaties in aluminium-cerium legeringen en magneet recycling leidden.

Bron: ORNL