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DOE的研究人员开发了一种高效、经济的方法,从废弃的磁铁中提取稀土元素
[发布日期:2019-08-27  点击次数:141]

橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员和同事们开发了一种从废弃的硬盘驱动器和其他来源的磁铁中提取稀土元素的方法。他们已经申请了专利,并在实验室演示中扩大了这一过程的规模,目前正与ORNL的被许可方Momentum Technologies合作,进一步扩大这一过程的规模,以生产商用批次的稀土氧化物。


2017年,动量技术公司授权ORNL公司的3d打印磁铁技术,并计划生产第一个由回收材料制成的3d打印磁铁。


我们开发了一种高效、经济、环保的工艺来回收高价值的关键材料。这是对传统工艺的改进,传统工艺需要占地面积大、资金和运营成本高、产生大量浪费的设备。


-共同发明人Ramesh Bhave,他领导着ORNL化学科学部门的膜技术团队


通过专利工艺,磁铁溶解在硝酸中,溶液通过支撑聚合物膜的模块不断地注入。这种膜含有多孔中空纤维和萃取剂,萃取剂能产生选择性屏障,只允许稀土元素通过。


另一侧收集到的富稀土溶液经过进一步处理,得到纯度超过99.5%的稀土氧化物。


一般来说,70%的永磁体是铁,而铁不是稀土元素。


我们基本上能够完全消除铁,只回收稀土。


Ramesh Bhave


在不同时提取不需要的元素的情况下提取出需要的元素意味着产生的需要下游处理和处理的废物更少。


这项工作的支持者包括美国能源部用于分离研究的关键材料研究所(CMI)和用于工艺放大的美国能源部技术转型办公室(OTT)。


ORNL是美国能源部能源创新中心CMI的创始成员之一,该中心由美国能源部艾姆斯实验室领导,由先进制造办公室管理。Bhave利用选择性膜“开采”酸性溶液,加入了其他有前景的回收稀土的CMI技术,包括一种简单的粉碎和处理磁铁的工艺,以及一种无酸替代品。


目前还没有从电子废料磁铁中回收纯稀土元素的商业化过程。Gartner的数据显示,考虑到预计2019年全球将有22亿台个人电脑、平板电脑和手机上市,这是一个巨大的错失机会。


Bhave的项目始于2013年,是一个团队合作的项目。美国能源部爱达荷州国家实验室的约翰·克莱恩(John Klaehn)和埃里克·彼得森(Eric Peterson)在化学研究的早期阶段进行了合作,普渡大学(Purdue University)教授阿纳斯·耶尔(Ananth Iyer)后来评估了扩大规模的技术和经济可行性。


在ORNL,前博士后研究员Daejin Kim和Vishwanath Deshmane分别研究了分离过程的发展和规模化。Bhave目前的ORNL团队包括Dale Adcock、Pranathi Gangavarapu、Syed Islam、Larry Powell和Priyesh Wagh,专注于扩大这一过程,并与将该技术商业化的行业合作伙伴合作。


为了确保稀土可以在广泛的原料范围内被回收,研究人员对不同成分的磁铁进行了处理,从硬盘驱动器、磁共振成像仪、手机和混合动力汽车等来源,到整个过程。


大多数稀土元素是镧系元素,元素周期表中的原子序数在57到71之间。


ORNL在镧系化学方面的专业知识给了我们一个巨大的飞跃。我们开始研究镧系化合物的化学性质以及选择性提取镧系化合物的方法。


Ramesh Bhave


两年多来,研究人员对膜化学进行了调整,以优化稀土的回收。现在,他们的工艺回收了97%以上的稀土元素。


迄今为止,Bhave的回收项目已经取得了一项专利,并发表了两篇论文,记录了作为氧化物混合物的钕、镨和镝这三种稀土元素的回收。


第二阶段分离始于2018年7月,旨在分离钕和镨中的镝。三种氧化物的混合物售价为每公斤50美元。如果镝能从混合物中分离出来,它的氧化物可以卖五倍的价钱。


该计划的第二阶段还将探索ORNL分离稀土的基础工艺是否能够开发出来,用于从锂离子电池中分离其他需要的元素。


预计电动汽车的高速增长将需要大量锂和钴。


Ramesh Bhave


美国能源部的OTT技术商业化基金在两年多的时间里资助了将ORNL工艺部署到市场的工业努力,于2019年2月开始。


其目标是每月回收数百公斤的稀土氧化物,并验证、验证和证明制造商可以使用回收材料制造出与原始材料等效的磁铁。


能源部的先进制造办公室是能源效率和可再生能源办公室的一部分,它通过CMI资助了这项研究。CMI的设立是为了使供应多样化、开发替代品、改进再利用和循环利用以及对关键材料进行横切研究。自2013年CMI启动以来,ORNL为这些领域提供了战略方向。这包括为导致铝铈合金和磁铁回收方面的新创新的重点领域和项目提供领导者。


Resource:


美国专利Nº9968887“膜辅助溶剂萃取稀土元素复苏”


Daejin金姆,劳伦斯•鲍威尔Lætitia h . Delmau埃里克·s·彼得森吉姆Herchenroeder &拉梅什r . Bhave(2016)“选择性复苏的支撑液膜体系的稀土元素钕永久磁铁,“分离科技、51:10,1716 - 1726 doi: 10.1080 / 01496395.2016.1171782


劳伦斯·e·鲍威尔Daejin Kim Lætitia h . Delmau埃里克·s·彼得森吉姆•Herchenroeder和拉梅什r . Bhave(2015)“选择性萃取稀土元素的永磁与膜溶剂萃取残渣”环境科学与技术49 (16),9452 - 9459 doi: 10.1021 / acs.est.5b01306


源文链接:https://www.greencarcongress.com/2019/08/20190818-ree.html

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