Os elementos de terra rara são “o molho secreto” de materiais avançados numerosos para aplicações da energia, do transporte, da defesa e de comunicações. Seu uso mais maior para a energia limpa está nos ímãs permanentes, que retêm propriedades magnéticas mesmo na ausência de um campo de indução ou atual.
Ramesh Bhave de Ridge National Laboratory do carvalho co-inventou um processo para recuperar elementos de terra rara da alto-pureza dos ímãs desfeitos dos discos rígidos do computador (mostrados aqui) e dos outros desperdícios do cargo-consumidor. Crédito: Carlos Jones /Oak Ridge National Laboratory, serviço dos E.U. da energia
Agora, o Ministério de E.U. de pesquisadores da Energia inventou um processo para extrair elementos de terra rara dos ímãs desfeitos de discos rígidos usados e de outras fontes. Patentearam e escalado acima o processo em demonstrações do laboratório e estão trabalhando com tecnologias do impulso do licenciado de ORNL de Dallas para escalar mais o processo para produzir grupos comerciais de óxidos da terra rara.
“Nós desenvolvemos um energia-eficiente, eficaz na redução de custos, processo a favor do meio ambiente para recuperar materiais críticos valiosos,” disse o co-inventor Ramesh Bhave do carvalho Ridge National Laboratory da GAMA, que conduz a equipe das tecnologias da membrana na divisão de ciências químicas de ORNL. “É uma melhoria sobre os processos tradicionais, que exigem facilidades com uma grande pegada, um capital e uns custos de operação altos e uma grande quantidade de desperdício gerada.”
Os ímãs permanentes ajudam discos rígidos do computador a ler e para redigir dados, conduza os motores que se movem carros híbridos e elétricos, turbinas eólicas dos pares com geradores para fazer a eletricidade, e smartphones da assistência para traduzir sinais elétricos no som.
Com o processo patenteado, os ímãs são dissolvidos no ácido nítrico, e a solução é alimentada continuamente através das membranas de apoio de um polímero do módulo. As membranas contêm fibras ocas porosas com um extractant que serva como de “uma bobina tráfego química” dos tipos; cria uma barreira seletiva e deixa únicos elementos de terra rara passar completamente. A solução raro-terra-rica recolhida no outro lado é processada mais para render óxidos da terra rara nas purezas que excedem 99,5%.
Os ímãs do mantimento para o projeto vieram das fontes diversas no mundo inteiro. Tim McIntyre de ORNL, que conduz um projeto CMI que desenvolve a tecnologia robótico para extrair ímãs dos discos rígidos, desde que alguns. Metais de Wistron e de Okon, ambos o Texas, e materiais especiais de Grishma, da Índia, desde que outro. Os ímãs os maiores vieram das máquinas de MRI, que usam 110 libras (50 quilogramas) de ímãs do neodímio-ferro-boro. Crédito: Carlos Jones /Oak Ridge National Laboratory, serviço dos E.U. da energia
Isso é notável considerando isso tipicamente, 70% de um ímã permanente é o ferro, que não é um elemento de terra rara. “Nós podemos essencialmente eliminar completamente o ferro e para recuperar somente terras raras,” Bhave disse. Extrair elementos desejáveis sem indesejáveis os co-extrações significa que menos desperdício está criado que precisará o tratamento e a eliminação a jusante.
Os suportes do trabalho incluem o instituto dos materiais críticos da GAMA, ou o CMI, para a pesquisa das separações e o escritório da GAMA de transições da tecnologia, ou de OTT, para a escala-acima do processo. ORNL é um membro da equipe fundando de CMI, um cubo da inovação da energia da GAMA conduzido por Ames Laboratory da GAMA e controlado pelo escritório de fabricação avançado. Bhave “que mina” de uma solução ácida com membranas seletivas junta-se a outras tecnologias CMI prometedoras para recuperar terras raras, incluindo um processo simples que esmague e trate ímãs e uma alternativa sem ácido.
A indústria depende dos materiais críticos, e a comunidade científica está desenvolvendo processos para reciclá-los. Contudo, nenhum processo comercializado recicla elementos de terra rara puros dos ímãs do eletrônico-desperdício. Aquela é uma oportunidade faltada enorme que considera 2,2 bilhão computadores pessoais, tabuletas e os telefones celulares são esperados enviar no mundo inteiro em 2019, de acordo com Gartner. “Todos estes dispositivos têm ímãs da terra rara neles,” Bhave notaram.
O projeto de Bhave, que começou em 2013, é um esforço da equipe. John Klaehn e Eric Peterson do laboratório nacional do Idaho da GAMA colaboraram em uma fase adiantada da pesquisa centrada sobre a química, e Ananth Iyer, um professor no Purdue University, avaliou mais tarde a possibilidade técnica e econômica da escala-acima. Em ORNL, os companheiros pos-doctoral anteriores Daejin Kim e Vishwanath Deshmane estudaram o desenvolvimento e a escala-acima de processo das separações, respectivamente. Equipe atual do ORNL de Bhave, compreendendo Dale Adcock, Pranathi Gangavarapu, Syed Islam, Larry Powell e Priyesh Wagh, focos na escamação acima do processo e trabalhando com sócios da indústria que comercializarão a tecnologia.
Para assegurar terras raras podia ser recuperado através de um espectro largo dos mantimentos, pesquisadores sujeitou ímãs da variação composição-das fontes que incluem discos rígidos, máquinas da ressonância magnética, telefones celulares e híbrido carro-ao processo.
A maioria de elementos de terra rara são os lanthanides, elementos com números atômicos entre 57 e 71 na tabela periódica. De “a experiência tremenda ORNL na química do lanthanide deu-nos um começo enorme do salto,” Bhave disse. “Nós começamos olhar as química e as maneiras do lanthanide por que os lanthanides são extraídos seletivamente.”
Sobre dois anos, os pesquisadores costuraram a química da membrana para aperfeiçoar a recuperação de terras raras. Agora, seu processo recupera mais de 97% dos elementos de terra rara.
Até agora o projeto de reciclagem de Bhave conduziu a uma patente e a duas publicações (aqui e aqui) que documentam uma recuperação do elemento-neodímio da terra três rara, praseodymium e dysprosium-como uma mistura dos óxidos.
A segunda fase de separações começou em julho de 2018 com um esforço para separar o dysprosium do neodímio e do praseodymium. Uma mistura das três vendas dos óxidos para $50 um o quilograma. Se o dysprosium poderia ser separado da mistura, seu óxido poderia ser vendido por cinco vezes tanto quanto.
Fase do programa a segunda igualmente explorará se o processo subjacente de ORNL para separar terras raras pode ser desenvolvido separando outros elementos da em-procura das baterias de íon de lítio. “O elevado crescimento previsto dos veículos elétricos está indo exigir uma quantidade enorme de lítio e cobalto,” Bhave disse.
Os esforços industriais necessários distribuir o processo de ORNL no mercado, financiado sobre dois anos pelo fundo da comercialização da tecnologia do OTT da GAMA, começaram em fevereiro de 2019.
O objetivo é recuperar centenas de quilogramas de óxidos da terra rara cada mês e validar, verificar e certificar que os fabricantes poderiam usar os materiais reciclados para fazer os ímãs equivalentes àqueles fizeram com materiais virgens.
O escritório de fabricação avançado da GAMA, a parte do escritório do uso eficaz da energia e energia renovável, financiado esta pesquisa com o CMI, que foi estabelecida para diversificar a fonte, desenvolver substitutos, melhorar a reutilização e a reciclagem e para conduzir a pesquisa crosscutting de materiais críticos. ORNL forneceu o sentido estratégico para estas áreas desde que CMI começaram em 2013. Isto inclui o fornecimento de líderes para áreas do foco e projetos que isso conduziu às inovações novas na reciclagem das ligas e do ímã do alumínio-cério.
Fonte: ORNL
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