James McKenzie examine les travaux de la société dérivée HyProMag de l'Université de Birmingham, qui a développé une technique de recyclage des aimants de terres rares
J'ai récemment participé à une mission commerciale au Canada financée par Innovate UK, où j'ai rencontré Allan Walton – un scientifique des matériaux qui a cofondé une entreprise appelée HyProMag. Issu de l'Université de Birmingham en 2018, HyProMag a développé une technique de recyclage des aimants de terres rares, largement utilisés dans les éoliennes, les moteurs de véhicules électriques (VE) et d'autres éléments de « l'économie verte ».
Ayant été invité à visiter le prototype d'installation de recyclage d'HyProMag sur le campus de Birmingham, j'ai constaté que cette technologie était en train de devenir une grande réussite au Royaume-Uni. Donc quand Monde de la physique sens-moi un communiqué de presse annonçant que l'entreprise devrait démarrer la production commerciale à Parc énergétique de Tyseley à Birmingham à la mi-2024, je savais que mes instincts étaient bien fondés.
Aimants permanents aux terres rares – comme je l'ai décrit dans ma chronique il y a quelques mois – sont des alliages d’éléments tels que le néodyme, le samarium et le cérium. Alors que la transition vers une économie « à énergie propre » bat son plein, la demande de terres rares est élevée. Les estimations suggèrent que le marché va croître jusqu’à un facteur sept entre 2021 et 2040.
Le problème, c'est qu'environ 80 à 90 % de la production mondiale de néodyme est actuellement fabriquée – ou contrôlée par – des entreprises chinoises. Cela a incité certains pays, comme les États-Unis, à réorganiser leur propre production d'aimants permanents. Mais une autre façon de sécuriser l’approvisionnement en terres rares consiste à recycler les matériaux. C'est pourquoi le démarrage imminent de l'installation d'HyProMag est si intéressant, d'autant plus que son procédé est très économe en énergie.
Extraction d'éléments
Il existe de nombreuses méthodes possibles pour extraire les terres rares des déchets ou des produits arrivés en fin de vie. Jusqu'à présent, la plupart des travaux se sont concentrés sur l'obtention des éléments individuels en dissolvant d'abord les aimants, puis en récupérant les terres rares des flux de déchets liquides qui réintègrent la chaîne d'approvisionnement au début du processus de fabrication des aimants.
Alimenter l’économie verte : à la recherche d’aimants sans terres rares
Cette approche est souvent appelée recyclage « en boucle longue », car tout est décomposé à l'aide de diverses techniques et récupéré sous forme d'oxydes de terres rares. Ces oxydes doivent ensuite être convertis en métaux avant d'être coulés en alliages et décomposés en une fine poudre d'alliage pour fabriquer les aimants. Le recyclage en boucle longue est un processus important mais gourmand en énergie et coûteux.
L'usine de Tyseley adopte une approche différente, basée sur le système breveté de l'Université de Birmingham. Traitement à l’hydrogène des déchets d’aimants (HPMS). Il utilise l'hydrogène comme gaz de traitement pour séparer les aimants des flux de déchets sous forme de poudre d'alliage magnétique, qui peut être compactée en "fritté" aimants de terres rares. Ne nécessitant pas de chaleur, il s'agit d'un processus relativement rapide appelé recyclage en « boucle courte ».
Pas moins de 259 millions de disques durs ont été expédiés en 2021, le marché des aimants recyclés est donc énorme.
Lorsque j'ai examiné la gamme de prototypes de l'entreprise l'année dernière, j'ai remarqué qu'elle pouvait recycler les disques durs (HDD) trouvés dans les ordinateurs. Chaque disque peut contenir jusqu’à 16 g de matériau magnétique, dont environ un quart sont des éléments de terres rares. Cela ne représente qu'une petite fraction de la masse globale du disque, mais comme vous vous en souviendrez, je l'ai souligné, un nombre impressionnant de 259 millions de disques durs ont été expédiés en 2021, le marché est donc énorme.
La méthode de production d'HyProMag implique un robot équipé de capteurs de champ magnétique identifiant d'abord l'emplacement du moteur du disque dur, qui contient le très important aimant permanent de terres rares. La section contenant le moteur est ensuite découpée, le reste du disque étant envoyé au recyclage conventionnel. La section moteur est enfin exposée à l'hydrogène à pression atmosphérique et température ambiante via la technique HPMS.
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Étonnamment, les aimants aux terres rares – généralement des alliages de néodyme, de fer et de bore (NdFeB) – se brisent pour former une poudre. j'ai vu vidéos du processus et c'est comme regarder quelque chose se transformer en rouille. Surtout, la poudre se démagnétise, de sorte que tout revêtement sur l'aimant se décolle de la surface des aimants et peut être facilement séparé.
La poudre de NdFeB extraite est ensuite tamisée pour éliminer les impuretés avant d'être retraitée en de nouveaux matériaux magnétiques ou alliages de terres rares. HyProMag estime que le processus nécessite 15 % d’énergie en moins que celle nécessaire pour fabriquer des aimants aux terres rares à partir de sources primaires, ce qui est impressionnant. Elle a déjà produit plus de 3000 XNUMX nouveaux aimants aux terres rares dans son usine pilote pour des partenaires de projet et des clients potentiels, les aimants étant testés dans une large gamme d'applications dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale et de l'électronique.
Promesses de production
Mais l’entreprise souhaite dépasser la phase d’essai et devenir un fournisseur important d’aimants. C'est pourquoi l'usine de Tyseley est si importante. L’entreprise estime qu’elle sera dans un premier temps capable de traiter jusqu’à 20 tonnes d’aimants et d’alliages de terres rares par an – et à terme cinq fois cette quantité. HyProMag prévoit également d'autres installations en Allemagne et aux États-Unis.
La technologie est prometteuse car de nombreux produits contiennent des aimants de terres rares, mais lorsqu'ils sont mis au rebut, les aimants sont déchiquetés et se brisent. La poudre obtenue reste magnétique, adhérant aux déchets ferreux et aux composants de l'usine, mais moins de 1 % des aimants sont recyclés. HyProMag peut cependant éliminer efficacement ces matériaux avant qu'ils ne soient déchiquetés et envisage déjà une gamme diversifiée de sources de déchets économiquement viables.
"Il est difficile d'imaginer le recyclage à grande échelle des aimants de terres rares décoller sans un processus de séparation efficace tel que le HPMS", explique Walton. « La ligne pilote actuelle nous permet de traiter jusqu'à deux tonnes de déchets en un seul passage, l'usine commerciale étant dimensionnée pour permettre des lots beaucoup plus grands. » Le chargement jusqu'à l'élimination de la poudre peut être effectué, affirme l'entreprise, en aussi peu que quatre heures.
À mesure que la demande de terres rares augmente et que la quantité de matériaux magnétiques d’occasion disponibles augmente également, le recyclage de ces aimants devient une opportunité de plus en plus grande et un processus de plus en plus viable. Il suffit de regarder la croissance du secteur des véhicules électriques : un moteur électrique typique contient 2 à 5 kg de matériau magnétique et les ventes mondiales de véhicules électriques devraient atteindre 65 millions par an d'ici 2030, selon une société d'études de marché. IHS Markit.
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Les éoliennes, dont beaucoup arrivent en fin de vie après des décennies d’utilisation, sont une autre source importante de terres rares. Leurs générateurs contiennent jusqu'à 650 kg de terres rares par mégawatt de capacité du générateur. Étant donné que le Royaume-Uni vise à disposer d'une capacité éolienne offshore pouvant atteindre 75 GW d'ici 2050, il disposera de près de 50,000 XNUMX tonnes d'aimants de terres rares dans les années à venir, selon Martyn Cherrington d'Innovate UK, qui dirige son Chaîne d’approvisionnement circulaire en matériaux critiques (CLIMATS).
De telles opportunités à long terme nécessitent souvent le soutien du gouvernement – et le recyclage des aimants permanents à base de terres rares ne fait pas exception. En effet, la recherche fondamentale derrière les travaux d'HyProMag a commencé plusieurs années avant sa création. L'entreprise a également bénéficié d'un soutien financier provenant de diverses sources, notamment du UK Research and Innovation's Conduire la révolution électrique programme, l’Union européenne et les investisseurs privés.
En 2023 HyProMag SA a été acheté par la firme canadienne Magnito, qui fait partie de Ressources Mkango – une société d’exploration et de développement miniers cotée aux bourses britannique et canadienne. Mkango a clairement vu le potentiel de la technologie de recyclage et de fabrication d'aimants d'HyProMag. Il s’agit d’une grande réussite au Royaume-Uni, qui pourrait avoir un énorme potentiel mondial à long terme pour l’économie circulaire.
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- La source: https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/
