Энергоэффективный процесс обеспечивает получение редкоземельных элементов для магнитов
Американские учёные из LLNL, CWRU и лаборатории Эймса разработали новый метод производства неодимовых магнитов — электролиз расплавленного хлорида. Технология дешевле традиционной втрое (с $14 до $5 за кг), не даёт вредных выбросов и позволяет создать в США полную цепочку поставок «от руды до магнита»
Newswise — Неодим — редкоземельный элемент, необходимый для производства самых мощных постоянных магнитов, широко используемых в оборонной технике, жестких дисках, медицинских устройствах визуализации, электродвигателях для автомобилей, ветряных турбинах и многом другом. Несмотря на то, что в США неодим признан критически важным материалом, его добыча и переработка в основном осуществляются за рубежом. Китай контролирует значительную часть цепочки поставок, и недавно страна пригрозила расширить ограничения на экспорт редкоземельных элементов.
Наличие собственных мощностей по производству критически важных материалов, таких как неодим, позволило бы решить проблемы с уязвимостью цепочки поставок в США. С этой целью исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса Ливермора (LLNL), Университета Кейс Вестерн Резерв (CWRU) и Национальной лаборатории Эймса разработали новый процесс изготовления неодимовых магнитов, позволяющий получать высокочистый материал с высокой эффективностью.
«Мы надеемся, что этот метод станет краеугольным камнем для отечественного производства неодимовых магнитов», — сказала автор и научный сотрудник LLNL Ынчжон Ким. «Он позволит создать по-настоящему американскую производственную цепочку «от месторождения до магнита» — от добычи и разделения редкоземельных элементов до окончательного изготовления магнита, снижая зависимость от переработки за рубежом».
В США имеются месторождения неодима, однако переработка этого материала остается недоступной из-за энергоемкости процесса, ограничений в получении разрешений и нехватки квалифицированной рабочей силы.
Новый метод может преодолеть все три барьера. Он основан на электролизе расплавленной соли хлорида. В общих чертах, неодим поступает в систему, будучи связанным с ионами хлора. В электролитической установке электричество используется для расщепления поступающих молекул, притягивая неодим к одному концу системы (катоду), а хлор — к другому (аноду).
По сравнению с традиционными методами очистки, этот процесс исключает два основных энергоемких этапа и не производит вредных газов в качестве побочного продукта. Благодаря конструкции анода, предотвращающей деградацию, устройство может работать непрерывно.
«Это экономически выгодно, — сказал Ким. — Производственные затраты можно снизить с более чем 14 долларов за килограмм неодима при использовании традиционных методов до примерно 5 долларов за килограмм при использовании нашего метода».
И неодим — это только начало. Электролиз расплавленных солей хлоридов также может быть распространен на другие редкоземельные металлы, имеющие решающее значение для энергетических технологий.
Эта работа представляет собой результат тесного сотрудничества в рамках Инновационного центра критически важных материалов . Университет Кейс Вестерн Резерв возглавил разработку электрохимического процесса и моделирование технологических процессов. Лаборатория Национальной лаборатории Ньюфаундленда и Лабрадора внесла свой вклад в характеризацию материалов и изготовление анодов, а Эймс использовал полученный материал для изготовления магнитов, сопоставимых с отраслевыми стандартами.
В настоящее время CWRU работает над масштабированием конструкции установки электролиза, а LLNL тестирует новые методы осаждения для дальнейшей стабилизации анода.
«Это партнерство демонстрирует, как национальные лаборатории и академические круги могут совместно продвигать инновации в направлении безопасного и устойчивого производства материалов», — сказал Ким.
