제임스 맥켄지 희토류 자석을 재활용하는 기술을 개발한 버밍엄 대학교 스핀오프 회사인 HyProMag의 작업을 살펴봅니다.
저는 최근 Innovate UK의 자금 지원을 받아 캐나다로 무역 사절단을 떠났습니다. 앨런 월튼 – 회사를 공동 창립한 재료 과학자 하이프로맥. 2018년 버밍엄 대학교에서 분사한 HyProMag는 풍력 터빈, 전기 자동차(EV) 모터 및 기타 "녹색 경제" 부분에 널리 사용되는 희토류 자석을 재활용하는 기술을 개발했습니다.
버밍엄 캠퍼스에 있는 HyProMag의 프로토타입 재활용 시설을 견학하도록 초대받았을 때 저는 이 기술이 영국에서 큰 성공 사례가 될 것이라는 것을 보았습니다. 그렇게 할 때 물리 세계 나를 보냈다 보도 자료 회사가 상업 생산을 시작할 예정이라고 발표했습니다. 타이슬리 에너지 파크 2024년 중반에 버밍엄에서 나는 내 본능이 확고하다는 것을 알았습니다.
희토류 영구 자석 - 내 칼럼에서 설명한 대로 몇 개월 전에 – 네오디뮴, 사마륨, 세륨과 같은 원소의 합금입니다. 이제 청정에너지 경제로의 전환이 본격화되면서 희토류에 대한 수요가 높아지고 있습니다. 추정에 따르면 2021년부터 2040년까지 시장은 XNUMX배나 성장할 것으로 예상됩니다.
문제는 전 세계 네오디뮴의 약 80~90%가 현재 중국 기업이 제조하거나 통제하고 있다는 점입니다. 이로 인해 미국과 같은 일부 국가에서는 영구자석 자체 생산을 개선하다. 하지만 희토류 공급을 확보하는 또 다른 방법은 재료를 재활용하는 것입니다. 이것이 바로 HyProMag 시설의 가동이 임박한 것이 매우 흥미로운 이유입니다. 특히 그 공정이 매우 에너지 효율적이기 때문입니다.
요소 추출
폐기물이나 수명이 다한 제품에서 희토류 원소를 추출하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 지금까지 대부분의 작업은 먼저 자석을 용해한 다음 자석 제조 공정 초기에 공급망에 다시 들어가는 액체 폐기물 흐름에서 희토류를 회수하여 개별 요소를 얻는 데 중점을 두었습니다.
녹색 경제에 힘을 실어주기: 희토류가 없는 자석을 향한 탐구
이 접근법은 다양한 기술을 사용하여 모든 것을 분해하고 희토류 산화물로 회수하기 때문에 종종 “장 루프” 재활용이라고 불립니다. 이러한 산화물은 합금으로 주조되기 전에 금속으로 변환되어야 하며 자석을 만들기 위해 미세한 합금 분말로 분해되어야 합니다. 긴 루프 재활용은 중요하지만 에너지 집약적이고 비용이 많이 드는 프로세스입니다.
Tyseley 공장은 University of Birmingham의 특허를 바탕으로 다른 접근 방식을 취합니다. 자석 스크랩의 수소 처리 (HPMS) 기술. 이는 수소를 처리 가스로 사용하여 폐기물 흐름에서 자석을 분리하여 자석 합금 분말로 압축할 수 있습니다. "소결" 희토류 자석. 열이 필요하지 않으며 "단기 루프" 재활용이라고 불리는 비교적 빠른 프로세스입니다.
259년에는 무려 2021억 XNUMX만 개의 하드 디스크 드라이브가 출하되었으므로 재활용 자석 시장은 엄청납니다.
작년에 이 회사의 프로토타입 라인을 둘러보면서 컴퓨터에 사용되는 하드디스크드라이브(HDD)를 재활용할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 각 디스크에는 최대 16g의 자성 물질이 포함될 수 있으며, 그 중 약 XNUMX분의 XNUMX은 희토류 원소입니다. 이는 디스크 전체 질량의 극히 일부에 불과하지만, 내가 지적한 걸 기억하시겠지만, 259년에는 무려 2021억 XNUMX만 개의 HDD가 출하되었으므로 시장 규모가 엄청납니다.
HyProMag의 생산 방법에는 가장 중요한 희토류 영구 자석이 포함된 HDD 모터의 위치를 먼저 식별하는 자기장 센서가 있는 로봇이 사용됩니다. 그런 다음 모터가 있는 부분을 잘라내고 나머지 디스크는 기존 재활용을 위해 보냅니다. 모터 섹션은 HPMS 기술을 통해 최종적으로 대기압 및 실온에서 수소에 노출됩니다.
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놀랍게도 희토류 자석(일반적으로 네오디뮴, 철, 붕소(NdFeB)의 합금)이 부서져 분말을 형성합니다. 나는 본 적이 과정 영상 그것은 마치 무언가가 녹슬어가는 것을 보는 것과 같습니다. 결정적으로, 분말의 자성이 없어지므로 자석의 코팅이 자석 표면에서 벗겨져 쉽게 분리될 수 있습니다.
추출된 NdFeB 분말은 체로 걸러 불순물을 제거한 후 새로운 자성재료나 희토류 합금으로 재가공됩니다. HyProMag는 이 공정에 15차 자원에서 희토류 자석을 만드는 데 필요한 에너지보다 3000% 적은 에너지가 필요하다고 생각하는데, 이는 매우 인상적인 일입니다. 이미 프로젝트 파트너와 잠재 고객을 위한 파일럿 플랜트에서 XNUMX개 이상의 새로운 희토류 자석을 생산했으며, 이 자석은 자동차, 항공우주, 전자 부문의 광범위한 응용 분야에서 테스트되었습니다.
생산 약속
그러나 회사는 시험 단계를 통과하여 자석의 대량 공급업체가 되기를 원합니다. 이것이 바로 Tyseley 확장 공장이 중요한 이유입니다. 회사는 처음에는 연간 최대 20톤의 희토류 자석 및 합금을 처리할 수 있으며 최종적으로는 그 양의 XNUMX배를 처리할 수 있을 것으로 예상하고 있습니다. HyProMag는 또한 독일과 미국에 추가 시설을 계획하고 있습니다.
많은 제품에 희토류 자석이 포함되어 있기 때문에 이 기술은 유망하지만, 폐기되면 자석이 파쇄되어 부서집니다. 생성된 분말은 자성을 유지하여 철 스크랩 및 식물 구성 요소에 달라붙지만, 자석의 1% 미만이 재활용됩니다. 그러나 HyProMag는 이 물질이 파쇄되기 전에 효율적으로 제거할 수 있으며 이미 경제적으로 실행 가능한 다양한 범위의 스크랩 소스를 찾고 있습니다.
Walton은 “HPMS와 같은 효율적인 분리 공정 없이는 희토류 자석의 대규모 재활용이 성공하기 어렵다”고 말합니다. "현재 파일럿 라인을 사용하면 한 번에 최대 2톤의 스크랩 애플리케이션을 처리할 수 있으며 상업용 공장은 훨씬 더 큰 배치 크기를 허용하도록 확장되었습니다." 회사는 분말 제거를 위한 로딩 작업이 4시간 만에 완료될 수 있다고 주장합니다.
희토류에 대한 수요가 증가하고 사용 가능한 중고 자성 재료의 양도 증가함에 따라 이러한 자석을 재활용하는 것은 점점 더 큰 기회이자 실행 가능한 프로세스가 되고 있습니다. EV 부문의 성장을 살펴보십시오. 시장 조사 회사에 따르면 일반적인 전기 모터에는 2~5kg의 자성 재료가 포함되어 있으며 전 세계 EV 판매량은 65년까지 연간 2030만 대까지 증가할 것으로 예상됩니다. IHS 마킷.
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희토류의 또 다른 거대한 원천은 풍력 터빈인데, 그 중 다수는 수십 년 동안 사용된 후 수명을 다하고 있습니다. 이들 발전기에는 발전기 용량 메가와트당 최대 650kg의 희토류가 포함되어 있습니다. 영국이 75년까지 최대 2050GW의 해상 풍력 발전 용량을 확보하는 것을 목표로 하고 있다는 점을 고려하면 앞으로 몇 년 동안 거의 50,000톤에 달하는 희토류 자석을 보유하게 될 것이라고 합니다. 마틴 체링턴 Innovate UK에서 순환 중요 자재 공급망 (기후) 프로그램.
이러한 장기적인 기회에는 종종 정부 지원이 필요하며 희토류 영구 자석의 재활용도 예외는 아닙니다. 실제로 HyProMag 작업의 기본 연구는 HyProMag가 분리되기 수년 전에 시작되었습니다. 이 회사는 또한 UK Research and Innovation's를 포함한 다양한 출처로부터 재정 지원을 받았습니다. 전기 혁명을 주도하다 프로그램, 유럽 연합 및 개인 투자자.
2023년에는 HyProMag Ltd. 샀다 캐나다 회사에서 마지니토의 일부인 음캉고 리소스 – 영국 및 캐나다 증권 거래소에 상장된 광물 탐사 및 개발 회사입니다. Mkango는 HyProMag의 재활용 및 자석 제조 기술의 잠재력을 분명히 보았습니다. 이는 순환 경제에 대해 장기적으로 엄청난 글로벌 잠재력을 가질 수 있는 영국의 훌륭한 성공 사례입니다.
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