Как магниты меняют предложение, спрос и добычу редкоземельных металлов

ЕС, США, Япония и многие другие регионы относят редкоземельные элементы к критически важным материалам из-за растущих рисков с поставками и их возрастающей экономической значимости в контексте «зеленого» перехода. Хотя критически важные редкоземельные элементы находят разнообразное технологическое применение (в том числе в освещении, катализе и батареях), постоянные магниты стали центральным элементом в решении проблем спроса и предложения на редкоземельные элементы.

Постоянные магниты, содержащие такие важные элементы, как неодим, празеодим, тербий и диспрозий, широко используются в электродвигателях электромобилей и генераторах энергии ветряных турбин. По мере того как использование редкоземельных элементов в этих областях применения магнитов сокращается, отслужившие свой срок магниты станут ключевым альтернативным источником критически важных редкоземельных материалов по сравнению с первичными минеральными источниками. По прогнозам IDTechEx, к 2045 году из вторичных источников, таких как двигатели с постоянными магнитами, можно будет извлечь критически важных редкоземельных элементов на сумму 1,2 млрд долларов США.

Почему важны редкоземельные магниты

В 2023 году на магниты приходилось 29% мирового спроса на редкоземельные элементы по весу. Постоянные редкоземельные магниты (а именно неодимовые (NdFeB) и самариево-кобальтовые) используются для преобразования электрической и кинетической энергии. Таким образом, редкоземельные магниты широко применяются:

• в электродвигателях электромобилей;

• в генераторах энергии ветряных турбин;

• в приводах жестких дисков;

• в медицинском оборудовании (например, аппараты МРТ);

• в аудиоколонках.

Предстоящие международные климатические цели, основанные на декарбонизации энергетических и транспортных технологий, стимулируют спрос на редкоземельные постоянные магниты. Двигатели с редкоземельными постоянными магнитами, используемые в электромобилях, как правило, обеспечивают самую высокую мощность, удельный крутящий момент и эффективность при низких производственных затратах по сравнению с конкурирующими технологиями двигателей. Таким образом, двигатели с редкоземельными магнитами занимают более 77% рынка электродвигателей для электромобилей в течение последних 9 лет. IDTechEx прогнозирует, что к 2035 году количество используемых электродвигателей удвоится.

Влияние проблем с поставками редкоземельных элементов на магниты

Высокая региональная концентрация поставок редкоземельных элементов и мощностей по их переработке представляет собой постоянный риск для рынка магнитов. Китай ежегодно перерабатывает более 90% мировых редкоземельных элементов, а в случае тяжелых редкоземельных элементов (таких как диспрозий и тербий) эта цифра достигает почти 100%. Региональная концентрация поставок распространяется и на нисходящие потоки, где 92% производства магнитных сплавов с наибольшей добавленной стоимостью (например, NdPr и NdFeB) и этапов производства магнитов приходится на Китай.

В последние годы цены на ключевые материалы для магнитов были нестабильными из-за проблем с поставками редкоземельных элементов:

• В 2011 году ограничения на экспорт редкоземельных элементов, введенные в Китае, привели к более чем семикратному росту цен на неодим, а цена на диспрозий выросла примерно на 2000%.

• Совсем недавно, в 2022 году, цены на редкоземельные элементы достигли пика, примерно в 4 раза превысив средний уровень за предыдущие 8 лет.

Потенциальная дальнейшая волатильность цен продолжает представлять значительный риск для рынков редкоземельных магнитов в условиях растущего спроса.

Введение Китаем последнего запрета на экспорт технологий добычи и разделения редкоземельных элементов усилило рыночный спрос на альтернативные источники прекурсоров для магнитов. В сентябре 2024 года Новая Зеландия стала последней страной, включившей редкоземельные элементы в список критически важных материалов, присоединившись к ЕС, США, Великобритании, Японии и другим. Появление списков критически важных материалов по всему миру подчеркивает растущий спрос на развитие внутренних мощностей по производству и переработке критически важных редкоземельных материалов.

Как можно извлечь редкоземельные элементы из отслуживших свой срок магнитов

Ограниченная доступность первичных запасов редкоземельных минералов во многих регионах делает отслужившие свой срок магниты ключевым альтернативным источником критически важных редкоземельных элементов. Постоянные магниты могут содержать больше редкоземельных элементов, чем многие первичные минеральные источники. Например:

• Магнит из сплава NdFeB содержит приблизительно 33% по весу редкоземельных элементов, включая до 31% неодима.

• Для сравнения: минералы с низким содержанием редкоземельных элементов, которые обычно добываются, содержат около 1% по весу.

Новые игроки рынка применяют различные подходы к извлечению неодима, празеодима, тербия и диспрозия из отслуживших свой срок магнитов.

Процессы восстановления с длинным циклом

Позволяют извлекать, разделять и восстанавливать критически важные редкоземельные элементы из магнитов, выделяя их в виде изолированных оксидов. Традиционные технологии экстракции с использованием растворителей разрабатываются такими компаниями, как Ionic Technologies, Carester и Shin-Etsu Chemical, в то время как ReElement использует хроматографический процесс разделения для извлечения редкоземельных элементов из магнитов с уменьшенным использованием растворителей.

Преимущества циклической переработки редкоземельных элементов:

• Возможность дополнения процессов первичным минеральным сырьем при необходимости.

• Возможность продажи изолированных оксидов редкоземельных элементов на различные рынки применения (помимо магнитов) помогает поддерживать бизнес-модели на ранних этапах, пока формируются потоки переработки магнитов.

Технология короткого цикла переработки

Позволяет напрямую перерабатывать редкоземельные магниты в чистый переработанный магнитный материал.

• Noveon Magnetics использует порошковую металлургию (высокотемпературный процесс спекания) для переработки отслуживших свой срок магнитов в новые магниты, сохраняющие 84% своей первоначальной магнитной силы.

• HyProMag использует процесс водородного декрепитирования (реакция с газообразным водородом) для извлечения чистого сплава NdFeB из отслуживших свой срок редкоземельных магнитов.

По оценкам IDTechEx, в 2024 году с использованием процессов с коротким циклом будет переработано 195 тонн редкоземельных магнитов. По мере того как использование редкоземельных элементов в магнитных приложениях укрепляется, ожидается, что процессы с коротким циклом станут все более привлекательными стратегиями переработки благодаря их повышенной энергетической и химической эффективности по сравнению с решениями с длинным циклом.

Выводы и перспективы рынка

Электрификация автопарков по всему миру продолжает создавать спрос на редкоземельные магниты. Этот спрос вряд ли ослабнет — поскольку Китай является крупнейшим рынком электромобилей, ожидается, что двигатели с постоянными магнитами из редкоземельных элементов сохранят большую часть своей рыночной доли. Хотя критически важные мощности по переработке редкоземельных элементов и обработке магнитов в обозримом будущем останутся сосредоточены в Китае, это открывает явные возможности для развития альтернативных источников редкоземельных элементов, в частности, для извлечения их из самих магнитов.

По прогнозам IDTechEx, к 2045 году ежегодно из вторичных источников можно будет извлекать критически важных редкоземельных элементов на сумму 1,2 млрд долларов США, при этом ожидается, что стоимость извлекаемых редкоземельных элементов будет расти со среднегодовым темпом роста в 14,9%. Вопрос о том, какие стратегии извлечения — с длинным или коротким циклом — наиболее подходят, остается открытым. В настоящее время начинающие компании по переработке редкоземельных элементов сосредоточены на разработке устойчивых бизнес-моделей до тех пор, пока не появятся значительные объемы отработанного материала, доступного для переработки. В этом отношении компании, использующие длинные циклы переработки, находятся в выгодном положении, поскольку ключевые игроки в настоящее время дополняют сырье отходами горнодобывающей промышленности и другими первичными минеральными ресурсами с небольших рудников в Северной Америке, Австралии и Центральной Африке.