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DOE的研究人員開發了一種高效、經濟的方法,從廢棄的磁鐵中提取稀土元素
[發布日期:2019-08-27  點擊次數:389]

橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的研究人員和同事們開發了一種從廢棄的硬盤驅動器和其他來源的磁鐵中提取稀土元素的方法。他們已經申請了專利,并在實驗室演示中擴大了這一過程的規模,目前正與ORNL的被許可方Momentum Technologies合作,進一步擴大這一過程的規模,以生產商用批次的稀土氧化物。


2017年,動量技術公司授權ORNL公司的3d打印磁鐵技術,并計劃生產第一個由回收材料制成的3d打印磁鐵。


我們開發了一種高效、經濟、環保的工藝來回收高價值的關鍵材料。這是對傳統工藝的改進,傳統工藝需要占地面積大、資金和運營成本高、產生大量浪費的設備。


-共同發明人Ramesh Bhave,他領導著ORNL化學科學部門的膜技術團隊


通過專利工藝,磁鐵溶解在硝酸中,溶液通過支撐聚合物膜的模塊不斷地注入。這種膜含有多孔中空纖維和萃取劑,萃取劑能產生選擇性屏障,只允許稀土元素通過。


另一側收集到的富稀土溶液經過進一步處理,得到純度超過99.5%的稀土氧化物。


一般來說,70%的永磁體是鐵,而鐵不是稀土元素。


我們基本上能夠完全消除鐵,只回收稀土。


Ramesh Bhave


在不同時提取不需要的元素的情況下提取出需要的元素意味著產生的需要下游處理和處理的廢物更少。


這項工作的支持者包括美國能源部用于分離研究的關鍵材料研究所(CMI)和用于工藝放大的美國能源部技術轉型辦公室(OTT)。


ORNL是美國能源部能源創新中心CMI的創始成員之一,該中心由美國能源部艾姆斯實驗室領導,由先進制造辦公室管理。Bhave利用選擇性膜“開采”酸性溶液,加入了其他有前景的回收稀土的CMI技術,包括一種簡單的粉碎和處理磁鐵的工藝,以及一種無酸替代品。


目前還沒有從電子廢料磁鐵中回收純稀土元素的商業化過程。Gartner的數據顯示,考慮到預計2019年全球將有22億臺個人電腦、平板電腦和手機上市,這是一個巨大的錯失機會。


Bhave的項目始于2013年,是一個團隊合作的項目。美國能源部愛達荷州國家實驗室的約翰·克萊恩(John Klaehn)和埃里克·彼得森(Eric Peterson)在化學研究的早期階段進行了合作,普渡大學(Purdue University)教授阿納斯·耶爾(Ananth Iyer)后來評估了擴大規模的技術和經濟可行性。


在ORNL,前博士后研究員Daejin Kim和Vishwanath Deshmane分別研究了分離過程的發展和規模化。Bhave目前的ORNL團隊包括Dale Adcock、Pranathi Gangavarapu、Syed Islam、Larry Powell和Priyesh Wagh,專注于擴大這一過程,并與將該技術商業化的行業合作伙伴合作。


為了確保稀土可以在廣泛的原料范圍內被回收,研究人員對不同成分的磁鐵進行了處理,從硬盤驅動器、磁共振成像儀、手機和混合動力汽車等來源,到整個過程。


大多數稀土元素是鑭系元素,元素周期表中的原子序數在57到71之間。


ORNL在鑭系化學方面的專業知識給了我們一個巨大的飛躍。我們開始研究鑭系化合物的化學性質以及選擇性提取鑭系化合物的方法。


Ramesh Bhave


兩年多來,研究人員對膜化學進行了調整,以優化稀土的回收。現在,他們的工藝回收了97%以上的稀土元素。


迄今為止,Bhave的回收項目已經取得了一項專利,并發表了兩篇論文,記錄了作為氧化物混合物的釹、鐠和鏑這三種稀土元素的回收。


第二階段分離始于2018年7月,旨在分離釹和鐠中的鏑。三種氧化物的混合物售價為每公斤50美元。如果鏑能從混合物中分離出來,它的氧化物可以賣五倍的價錢。


該計劃的第二階段還將探索ORNL分離稀土的基礎工藝是否能夠開發出來,用于從鋰離子電池中分離其他需要的元素。


預計電動汽車的高速增長將需要大量鋰和鈷。


Ramesh Bhave


美國能源部的OTT技術商業化基金在兩年多的時間里資助了將ORNL工藝部署到市場的工業努力,于2019年2月開始。


其目標是每月回收數百公斤的稀土氧化物,并驗證、驗證和證明制造商可以使用回收材料制造出與原始材料等效的磁鐵。


能源部的先進制造辦公室是能源效率和可再生能源辦公室的一部分,它通過CMI資助了這項研究。CMI的設立是為了使供應多樣化、開發替代品、改進再利用和循環利用以及對關鍵材料進行橫切研究。自2013年CMI啟動以來,ORNL為這些領域提供了戰略方向。這包括為導致鋁鈰合金和磁鐵回收方面的新創新的重點領域和項目提供領導者。


Resource:


美國專利Nº9968887“膜輔助溶劑萃取稀土元素復蘇”


Daejin金姆,勞倫斯•鮑威爾Lætitia h . Delmau埃里克·s·彼得森吉姆Herchenroeder &拉梅什r . Bhave(2016)“選擇性復蘇的支撐液膜體系的稀土元素釹永久磁鐵,“分離科技、51:10,1716 - 1726 doi: 10.1080 / 01496395.2016.1171782


勞倫斯·e·鮑威爾Daejin Kim Lætitia h . Delmau埃里克·s·彼得森吉姆•Herchenroeder和拉梅什r . Bhave(2015)“選擇性萃取稀土元素的永磁與膜溶劑萃取殘渣”環境科學與技術49 (16),9452 - 9459 doi: 10.1021 / acs.est.5b01306


源文鏈接:https://www.greencarcongress.com/2019/08/20190818-ree.html

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