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行业新闻

国外钕铁硼循环再造技术发展状况

人气:发表时间:2019-08-15

     稀土的单位含量非常稀有,所以从原始资源提取相对复杂和高成本。此外,以镝、铽为主的重稀土矿藏相对更为稀有。经过了半个多世纪的发展,中国成为了占全球稀土90%的供应大国,稀土资源的储量也随之下降。欧洲、日韩和美国等地区均将稀土列为关键材料要素并制定了相关战略,表现出高度在意稀土供应安全,积极发展多渠道资源供应。
     由此,很多科研围绕着稀土元素回收展开。在中国对固废进口要求更加严格的今天,除了发展新的出口目的地,废物处理能力在这些国家和地区愈发重要,循环利用(再造)技术自然成为重中之重。
     当前,提过钕铁硼回收再造的公司有Urban mining;美国能源部的关键材料研究所,Momentum Technologies(动量)公司;欧洲联合研究项目REMANENCE。而且,他们基本上都有回收再造技术的专利。
     再造技术大概有三种,1.旧磁体直接加工直接加工;2.粉碎后传统加工方式;3.等离子炬;4.结合3D打印技术。
     橡树岭国家实验室技术
     橡树岭国家实验室的回收磁铁高度自动化的过程中采用了独特的系统,在传送带上对硬盘进行分类和排序并处理。该方法使用映射站与条形码扫描和坐标测量机来填充每一个硬盘组成的数据库,以便它们可以为正确的机器人拆卸定位。
     工艺被设计于回收磁铁,其坡莫合金支架、电路板、铝和钢,同时自动销毁存储介质的数据,以确保安全性。
     磁体可以直接由硬盘驱动器制造商或电机组件重复使用,或通过调整大小或重塑后用于其它应用,或加工回稀土金属。回收方法适用于其它含有的消费品,如放弃电动机、家用电器、热力和空调系统。
     Momentum Technologies技术
     总部位于达拉斯的Momentum Technologies(动量技术公司)动量公司拥有ORNL膜萃取技术的单独许可,它使用中空纤维膜、有机溶剂和中性萃取的组合来选择性回收稀土元素如钕、镝和镨。公司也已经获得了橡树岭国家实验室的3D打印技术许可,并计划生产第一个由可再生材料制成的3d打印磁铁,用于电动汽车、风力涡轮机和高速铁路。
     动量技术公司已经拥有非独家授权的橡树岭国家实验室的3D打印磁铁技术,并计划将首个由可回收材料制成的3D打印磁铁商业化。ORNL已经证明,3D打印的磁铁可以比传统方法制造的磁铁更好,可以用于电动汽车、风力涡轮机和高速铁路。动量持有另外两种与从电子垃圾中回收稀土矿物质和磁铁相关的其他的ORNL技术许可。
     动量公司的首席执行官Preston Bryant表示,将能源部的关键材料研究所和ORNL的这些技术结合在一起,我们可以创造出一种可持续的国内供应,这种低成本磁铁是由从硬盘驱动器回收的回收材料制成的。
     欧洲研究项目——REMANENCE(剩磁)
     聚焦于回收机械硬盘(HDD)内的稀土类磁铁。仅在英国,每年大概有4、5百万的HDD在主要部分被分解后弃置、仅主要材料被回收利用。这意味着对现代电子功能至关重要的宝贵资源重大损失。该项目开发了一种新的全自动工艺,利用光学和磁场对不同型号的硬盘驱动器进行分类,精确切割含有磁铁的硬盘驱动器的边缘。通过一种称为氢爆的专利机械将磁体与其余材料分离并转化为粉末,随时重新用于制造新的磁体。
    “虽然磁铁的组成每年都在变化,但磁铁的再生粉的重复性是非常好的”,C-Tech项目协调员David Gardner说。
     该项目已成功处理硬盘驱动器,并以与原生材料相同或更低的成本生产烧结和粘结磁体。欧洲市场是稀土磁铁的最大消费市场之一,这些可以提供可再生磁性材料的宝贵来源。
     背景:REMANENCE涉及9个欧洲合作伙伴:C-Tech,Chalmers Industriteknik,伯明翰大学,LEITAT,Stena,Kolektor,Acreo,Magneti Ljubjana和AB Industries。
     Urban Minging公司技术
     Urban Mining(城市矿业公司或UMC)成立于2012年,总部位于得克萨斯州奥斯汀市。外媒称其是世界上唯一的商用NdFeB磁铁回收制造者。使用终端产品中的应用的磁体作为原料,城市矿业公司(UMC)已经获得了一个工艺专利,通过其他们能够重新加工生成新的定制磁铁。与原材料相比UMC的磁铁不仅具有改进的性能,而且事实上UMC使用回收磁铁作为原料、使其能够保护自己免受原料价格波动的困扰,并影响其他市场。这个工艺被称为“磁铁到磁铁?”(Magnet-to-Magnet)或者M2M?。以这种方式生产磁体减少能耗、降低对环境的影响,以及更少地占用垃圾填埋空间。
     优点
     比较使用原生材料的磁体,每吨磁体可节省11吨二氧化碳排放;仅用52%的传统磁体制造所用能源(如果不包括采矿,则进一步减少到9%);不生成酸性废水,也不会释放或产生放射性废弃副产物(相比之下,传统的稀土开采生产每吨磁体制造一吨酸性和放射性废水);减少致癌物质、烟雾、呼吸道影响和臭氧消耗。
     关键材料研究所(CMI)
     艾姆斯(Ames)实验室-美国能源部关键材料研究所(CMI)开发的一种新型回收工艺,只需几步即可将废弃的硬盘驱动器(HDD)磁体转变为新的磁体材料,并解决通常与“变电子废物为宝”相关的经济和环境问题。
     艾姆斯实验室的科学家,CMI研究小组的成员Ryan Ott说,随着全球废弃电子产品数量的不断增加,将重点放在废弃物流中最为普遍的、宝贵的稀土磁体资源上是有道理的——硬盘驱动器,它们是具有相对集中特点的废弃资源。
     “从电子垃圾中获取稀土元素的方法有很多,其中一些非常有效,但也有一些会产生不需要的副产品,而且回收的元素仍然需要被纳入新的应用,“Ott说。“在这里,我们尽可能多地去除了加工步骤,直接
从废磁铁干到最终产品,变其成为一块新的磁铁。”
     收集废旧硬盘磁铁,然后除去所有的保护涂层。将磁体粉碎,然后使用等离子火炬将其沉积在基体上以合成厚度为1/2至1毫米的涂层。最终产品的属性可根据工艺控制进行定制。
     尽管新的磁性材料不能保持原材料的优异磁性能,但它可能满足市场对经济型选择的需求,那些不需要使用高强度稀土磁体,但性能较差的磁铁如铁氧体性能又不够使的地方。
     该方法也是生产小空间(安置)强磁体的有效方法,如时尚的手持式电子设备。
    “这一工艺的减少浪费的效果实际上是双重的,我们不仅重复使用报废磁体,”Ott说。“我们还减少了用较大体积材料制造薄型和小型几何磁铁所制造的垃圾数量。”
     此前,对于3D打印,产业前沿从成本的角度强烈质疑了其工业化可行性。的确,无论从材料还是设备来讲其成本都很高。此外,批量生产则成本会累加的更高。而且,从展会演示看到的3D打印作品,质量着实不敢恭维。
     当然,我们也不能一棒子打死一圈人。钕铁硼回收结合3D增材再造应该有独特的经济性,因为其循环经济的环保、节约性。不过将回收的钕铁硼,简单机械加工等方式处理后便应用。这样的逻辑看似成立,而实际上它未考虑材料随着时间的推移而老化(降解)。
     不过这些回收利用的磁铁仍然可以发挥有用的功能,特别是在较弱的铁氧体磁铁不足的应用中。
     此外,动量公司的3D项目有其独有的经济性,主要从几方面看:
     其一,美国缺乏可经济开采稀土资源,废物利用科学且经济;
     其二,此工业制造项目属于循环经济,值得大力提倡。不浪费资源,不破坏环境。
     其三,此项目可能只是硬盘回收再造的一个环节,类似副产品生产;也类似包钢集团白云鄂博矿的炼铁后的稀土生产。
     因此,动量公司的这个计划,有保护环境、节约资源、发展循环经济这三个方面的优势,仅从环保的角度来看,其成本较低了。
     目前,由此产生的磁铁几乎不像前人那么强大。事实上,传统制造的新型钕磁铁将比刚刚通过该制造工艺制造的钕磁铁强大得多。
     另一方面,这些稀土磁体的制造和采购要比原矿开采的磁体便宜得多,而且它们仍然足够用于需要薄磁体的小型手持电子设备,如手机。
     整体上看,增材制造原材料制备及综合成本、工艺下的材料性能可能还存在较大的问题。
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