廢舊釹鐵硼回收再造技術及發展狀況

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稀土的單位含量非常稀有,所以從原始資源提取相對復雜和高成本。此外,以鏑、鋱為主的重稀土礦藏相對更為稀有。經過了半個多世紀的發展,中國成為了占全球稀土90%的供應大國,稀土資源的儲量也隨之下降。歐洲、日韓和美國等地區均將稀土列為關鍵材料要素并制定了相關戰略,表現出高度在意稀土供應安全,積極發展多渠道資源供應。


由此,很多科研圍繞著稀土元素回收展開。在中國對固廢進口要求更加嚴格的今天,除了發展新的出口目的地,廢物處理能力在這些國家和地區愈發重要,循環利用(再造)技術自然成為重中之重。


當前,提過釹鐵硼回收再造的公司有Urban mining;美國能源部的關鍵材料研究所,Momentum Technologies(動量)公司;歐洲聯合研究項目REMANENCE。而且,他們基本上都有回收再造技術的專利。


再造技術大概有三種,1.舊磁體直接加工直接加工;2.粉碎后傳統加工方式;3.等離子炬;4.結合3D打印技術。


橡樹嶺國家實驗室技術


橡樹嶺國家實驗室的回收磁鐵高度自動化的過程中采用了獨特的系統,在傳送帶上對硬盤進行分類和排序并處理。該方法使用映射站與條形碼掃描和坐標測量機來填充每一個硬盤組成的數據庫,以便它們可以為正確的機器人拆卸定位。


工藝被設計于回收磁鐵,其坡莫合金支架、電路板、鋁和鋼,同時自動銷毀存儲介質的數據,以確保安全性。


磁體可以直接由硬盤驅動器制造商或電機組件重復使用,或通過調整大小或重塑后用于其它應用,或加工回稀土金屬;厥辗椒ㄟm用于其它含有稀土磁鐵的消費品,如放棄電動機、家用電器、熱力和空調系統。


Momentum Technologies技術


總部位于達拉斯的Momentum Technologies(動量技術公司)動量公司擁有ORNL膜萃取技術的單獨許可,它使用中空纖維膜、有機溶劑和中性萃取的組合來選擇性回收稀土元素如釹、鏑和鐠。


公司也已經獲得了橡樹嶺國家實驗室的3D打印技術許可,并計劃生產第一個由可再生材料制成的3d打印磁鐵,用于電動汽車、風力渦輪機和高速鐵路。

動量技術公司已經擁有非獨家授權的橡樹嶺國家實驗室的3D打印磁鐵技術,并計劃將首個由可回收材料制成的3D打印磁鐵商業化。ORNL已經證明,3D打印的磁鐵可以比傳統方法制造的磁鐵更好,可以用于電動汽車、風力渦輪機和高速鐵路。動量持有另外兩種與從電子垃圾中回收稀土礦物質和磁鐵相關的其他的ORNL技術許可。


動量公司的首席執行官Preston Bryant表示,將能源部的關鍵材料研究所和ORNL的這些技術結合在一起,我們可以創造出一種可持續的國內供應,這種低成本磁鐵是由從硬盤驅動器回收的回收材料制成的。


歐洲研究項目——REMANENCE(剩磁)


聚焦于回收機械硬盤(HDD)內的稀土類磁鐵。僅在英國,每年大概有4、5百萬的HDD在主要部分被分解后棄置、僅主要材料被回收利用。這意味著對現代電子功能至關重要的寶貴資源重大損失。


該項目開發了一種新的全自動工藝,利用光學和磁場對不同型號的硬盤驅動器進行分類,精確切割含有磁鐵的硬盤驅動器的邊緣。通過一種稱為氫爆的專利機械將磁體與其余材料分離并轉化為粉末,隨時重新用于制造新的磁體。


“雖然磁鐵的組成每年都在變化,但磁鐵的再生粉的重復性是非常好的”,C-Tech項目協調員David Gardner說。


該項目已成功處理硬盤驅動器,并以與原生材料相同或更低的成本生產燒結和粘結磁體。歐洲市場是稀土磁鐵的最大消費市場之一,這些可以提供可再生磁性材料的寶貴來源。


背景:REMANENCE涉及9個歐洲合作伙伴:C-Tech,Chalmers Industriteknik,伯明翰大學,LEITAT,Stena,Kolektor,Acreo,Magneti Ljubjana和AB Industries。


https://www.mromagazine.com/press-releases/remanence-decrease-europes-dependency-on-rare-earth-magnets-by-implementing-the-circular-economy-model/

背景:REMANENCE涉及9個歐洲合作伙伴:C-Tech,Chalmers Industriteknik,伯明翰大學,LEITAT,Stena,Kolektor,Acreo,Magneti Ljubjana和AB Industries。


Urban Minging


Urban Mining(城市礦業公司或UMC)成立于2012年,總部位于得克薩斯州奧斯汀市。外媒稱其是世界上唯一的商用NdFeB磁鐵回收制造者。使用終端產品中的應用的磁體作為原料,城市礦業公司(UMC)已經獲得了一個工藝專利,通過其他們能夠重新加工生成新的定制磁鐵。與原材料相比UMC的磁鐵不僅具有改進的性能,而且事實上UMC使用回收磁鐵作為原料、使其能夠保護自己免受原料價格波動的困擾,并影響其他市場。這個工藝被稱為“磁鐵到磁鐵?”(Magnet-to-Magnet)或者M2M?。以這種方式生產磁體減少能耗、降低對環境的影響,以及更少地占用垃圾填埋空間。


優點


比較使用原生材料的磁體,每噸磁體可節省11噸二氧化碳排放;

僅用52%的傳統磁體制造所用能源(如果不包括采礦,則進一步減少到9%);

不生成酸性廢水,也不會釋放或產生放射性廢棄副產物(相比之下,傳統的稀土開采生產每噸磁體制造一噸酸性和放射性廢水);

減少致癌物質、煙霧、呼吸道影響和臭氧消耗。


關鍵材料研究所(CMI)


艾姆斯(Ames)實驗室-美國能源部關鍵材料研究所(CMI)開發的一種新型回收工藝,只需幾步即可將廢棄的硬盤驅動器(HDD)磁體轉變為新的磁體材料,并解決通常與“變電子廢物為寶”相關的經濟和環境問題。


艾姆斯實驗室的科學家,CMI研究小組的成員Ryan Ott說,隨著全球廢棄電子產品數量的不斷增加,將重點放在廢棄物流中最為普遍的、寶貴的稀土磁體資源上是有道理的——硬盤驅動器,它們是具有相對集中特點的廢棄資源。


 “從電子垃圾中獲取稀土元素的方法有很多,其中一些非常有效,但也有一些會產生不需要的副產品,而且回收的元素仍然需要被納入新的應用,“Ott說!霸谶@里,我們盡可能多地去除了加工步驟,直接從廢磁鐵干到最終產品,變其成為一塊新的磁鐵!


——收集廢舊硬盤磁鐵,然后除去所有的保護涂層。將磁體粉碎,然后使用等離子火炬將其沉積在基體上以合成厚度為1/2至1毫米的涂層。最終產品的屬性可根據工藝控制進行定制。


盡管新的磁性材料不能保持原材料的優異磁性能,但它可能滿足市場對經濟型選擇的需求,那些不需要使用高強度稀土磁體,但性能較差的磁鐵如鐵氧體性能又不夠使的地方。


該方法也是生產小空間(安置)強磁體的有效方法,如時尚的手持式電子設備。


“這一工藝的減少浪費的效果實際上是雙重的,我們不僅重復使用報廢磁體,”Ott說!拔覀冞減少了用較大體積材料制造薄型和小型幾何磁鐵所制造的垃圾數量!


此前,對于3D打印,產業前沿從成本的角度強烈質疑了其工業化可行性。的確,無論從材料還是設備來講其成本都很高。此外,批量生產則成本會累加的更高。而且,從展會演示看到的3D打印作品,質量著實不敢恭維。


當然,我們也不能一棒子打死一圈人。釹鐵硼回收結合3D增材再造應該有獨特的經濟性,因為其循環經濟的環保、節約性。不過將回收的釹鐵硼,簡單機械加工等方式處理后便應用。這樣的邏輯看似成立,而實際上它未考慮材料隨著時間的推移而老化(降解)。


但是,這些回收利用的磁鐵仍然可以發揮有用的功能,特別是在較弱的鐵氧體磁鐵不足的應用中。


此外,動量公司的3D項目有其獨有的經濟性,主要從幾方面看:


其一,美國缺乏可經濟開采稀土資源,廢物利用科學且經濟;

其二,此工業制造項目屬于循環經濟,值得大力提倡。不浪費資源,不破壞環境。

其三,此項目可能只是硬盤回收再造的一個環節,類似副產品生產;也類似包鋼集團白云鄂博礦的煉鐵后的稀土生產。


因此,動量公司的這個計劃,有保護環境、節約資源、發展循環經濟這三個方面的優勢,僅從環保的角度來看,其成本較低了。


此外,三菱材料曾在2016年3月18日宣布,開發出了從廢家電的電機中高效回收稀土類的技術。利用該技術回收提煉的稀土類可提供給磁鐵合金廠商,作為稀土類磁鐵循環再利用。


目前,由此產生的磁鐵幾乎不像前人那么強大。事實上,傳統制造的新型釹磁鐵將比剛剛通過該制造工藝制造的釹磁鐵強大得多。


另一方面,這些稀土磁體的制造和采購要比原礦開采的磁體便宜得多,而且它們仍然足夠用于需要薄磁體的小型手持電子設備,如手機。


整體上看,增材制造原材料制備及綜合成本、工藝下的材料性能可能還存在較大的問題。


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