Неодим — переработка неодимовых магнитов

В этой статье мы рассмотрели цепочку поставок неодима, торговлю редкоземельными минералами и ее последствия для индустрии громкоговорителей. Однако существует еще один практически неограниченный источник неодима (нео) — «добываемый» из переработанных электродвигателей (Toyota Prius впервые вышла на рынок 20 лет назад), ветряных турбин, генераторов, жестких дисков, мобильных телефонов... и даже громкоговорителей.

С географической точки зрения, для США единственным значимым альтернативным источником неодима, по-видимому, являются месторождения руды, шахта и современный нефтеперерабатывающий комплекс в Маунтин-Пасс, штат Калифорния, как подробно описано в первой части этой статьи. Однако существует и другой, практически неограниченный источник неодима — «добываемый» из переработанных электродвигателей (Prius впервые появился на рынке 20 лет назад!), ветряных турбин, генераторов, жестких дисков, мобильных телефонов... и громкоговорителей. Пять лет назад пара предпринимателей и словенский ученый-магнитолог объединились под названием Urban Mining Co. (UMC) и (ненадолго) посетили

Международный
симпозиум и выставку ALMA 2018, ежегодное мероприятие Международной ассоциации производителей громкоговорителей и акустики (ALMA) (теперь называемое ALTI). План состоял в том, чтобы перерабатывать неодим для магнитов динамиков. В то время это предприятие было преждевременным из-за множества трудностей, но эта упорная команда в конце концов получила патенты. В 2016 году они привлекли 25 миллионов долларов на создание предприятия по переработке неодимовых магнитов недалеко от Остина, штат Техас. На момент написания этой статьи уже работает пилотный проект, и строительство специализированного «перерабатывающего завода» идет по графику. Первоначально он сможет производить 250 тонн переработанных магнитов в год, а в течение двух лет планируется расширение до 1000 тонн в год.
 

Перспективы переработки:
Городская добыча полезных ископаемых — не единственная подобная отрасль. Многие частные, государственные и академические исследовательские центры вложили значительные усилия в разработку несколько иных процессов переработки. Однако операционная и финансовая целесообразность оптимизации любого лабораторного процесса извлечения для крупномасштабного производства еще не доказана. В настоящее время ни один поставщик неодимовых магнитов не имеет возможности экономически выгодно собирать использованные магниты и перерабатывать их. Для магнитов, полученных из оборудования в конце его жизненного цикла, состав материала неизвестен и может отличаться от единицы к единице, что создает значительные проблемы в достижении высокого качества переработанного продукта.
 
Я могу представить себе бизнес-модель для конкретных продуктов (например, автомобильных генераторов и электродвигателей с постоянными магнитами для электромобилей), в которой «бракованные» магниты отправляются на переработку, а переработанные магниты используются для тех же целей, для которых они были изначально. Это также может иметь смысл для почти идентичных динамиков смартфонов из 1,6 миллиарда смартфонов, производимых ежегодно.
 
Я ознакомился с несколькими исследованиями, и процедура восстановления начинается со сбора неодимовых магнитов из использованной электроники или оборудования, их размагничивания и получения исходного сырья. В этом процессе много препятствий. Ранние методы переработки неодима приводили к получению продукта, который невозможно было повторно намагнитить! Хотя эта проблема давно решена, из-за содержания железа открытые неодимовые магниты легко деградируют, окисляются и подвергаются коррозии, особенно те, которые были произведены некоторое время назад, а именно такие, скорее всего, и подлежат переработке. Необходимо провести очистку или рафинирование для удаления избытка оксидов, а восстановление или обновление материала до его первоначальных магнитных свойств может быть затруднительным.

Из-за уязвимости к коррозии на него наносится защитный слой. Поверхностная обработка может производиться различными материалами, от никеля до пластика, что усложняет процесс переработки. Поскольку существует множество вариантов марок для различных применений, необходимо определить методы разделения, которые зависят от выбора химических веществ и технологического процесса, а также от того, образуется ли в результате процедуры какой-либо побочный продукт.

Извлеченные жесткие диски, магниты и измельченный неодимовый материал готовы к переработке. Неодим является ключевым элементом в производстве динамических микрофонов, громкоговорителей, наушников, звукоснимателей для гитар и бас-гитар, компьютерных жестких дисков, лазеров, специального стекла и лампочек. Но наибольший объем неодимовых магнитов сейчас используется в ветряных турбинах и электродвигателях, как в гибридных, так и в чисто электрических автомобилях. Несмотря на то, что Toyota пытается сократить количество неодима в каждом гибридном автомобиле, например, в популярном Toyota Prius, новый полностью электрический Tesla Model 3 оснащен двигателем с постоянными магнитами, содержащим большое количество неодима — Tesla не использовала постоянные магниты в своих Model X и Model S, где вместо них установлены индукционные двигатели.

Плюсы и минусы.
Идея переработки неодима «политически корректна», как и стратегические последствия наличия внутреннего резервного источника. Однако, если процесс не осуществляется эффективно, он может быть энергоемким и создавать больше проблем, чем решать. С другой стороны, добыча редкоземельных элементов — очень опасная задача, поскольку в процессе добычи рабочие могут подвергаться воздействию радиоактивных паров и частиц как при извлечении, так и при разделении руды. Поскольку переработка включает только переработку магнитов, содержащих неодим, бор и железо (NdFeB), эти опасные вещества были отделены уже давно. По сравнению с процессом добычи, переработанные магниты потенциально оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, потребляя на порядок меньше энергии и выделяя меньше загрязняющих веществ.

Переработка редкоземельных минералов может получить поддержку, если неодим окажется в центре торговых конфликтов, наряду с успехом предприятия UMC в Техасе. Компания UMC сможет поставлять продукцию как на рынок спеченных, так и на рынок магнитов, изготовленных методом склеивания, в США, предлагая две линейки продукции, включающие спеченные и обработанные магниты NdFeB, а также сырье для производства магнитов, изготовленных методом склеивания, в США. Хотя в США нет производителя спеченных магнитов (хотя спеченные магниты обладают наилучшими магнитными свойствами, поскольку они на 100% состоят из металла), существует индустрия магнитов, изготовленных методом склеивания. 
 

Американская
индустрия магнитов на клейкой основе в настоящее время закупает сырье на международном уровне, как правило, в Азии, и использует его в качестве сырья для литьевых машин в США. Компания UMC инвестировала в оборудование и технологии, чтобы иметь возможность поставлять сырье для магнитов на клейкой основе американским производителям. Традиционно это не было вариантом поставок для американских производителей магнитов на клейкой основе, поскольку производственный процесс для получения сырья для магнитов на клейкой основе требует доступа к редкоземельным материалам. Однако доступ к редкоземельным материалам UMC решила благодаря своему производству спеченных магнитов. Таким образом, используя отслужившее свой срок (EOL) сырье, полученное из американских товаров, UMC может поставлять магниты на два рынка: высокоэффективные спеченные магниты и существующих производителей магнитов на клейкой основе в США.

Согласно исследованиям UMC, наблюдается экспоненциальный рост количества отслужившего свой срок оборудования, содержащего материал NdFeB, — достаточный для того, чтобы при наличии соответствующих каналов сбора мы могли бы поддерживать производство NdFeB внутри страны. UMC выглядит как самостоятельное решение для Министерства обороны и, возможно, для некоторых коммерческих отраслей. VC