James McKenzie xem xét công trình của công ty phụ HyProMag của Đại học Birmingham, công ty đã phát triển kỹ thuật tái chế nam châm đất hiếm
Gần đây tôi đã thực hiện một chuyến công tác thương mại tới Canada do Innovate UK tài trợ, nơi tôi đã gặp Allan Walton – một nhà khoa học vật liệu, người đồng sáng lập một công ty tên là HyProMag. Tách ra khỏi Đại học Birmingham vào năm 2018, HyProMag đã phát triển một kỹ thuật tái chế nam châm đất hiếm, được sử dụng rộng rãi trong tuabin gió, động cơ xe điện (EV) và các bộ phận khác của “nền kinh tế xanh”.
Sau khi được mời tham quan cơ sở tái chế nguyên mẫu của HyProMag trong khuôn viên Birmingham, tôi thấy rằng công nghệ này đang trở thành một câu chuyện thành công tuyệt vời ở Vương quốc Anh. Vậy khi nào Thế giới vật lý gửi cho tôi một thông cáo báo chí thông báo rằng công ty sẽ bắt đầu sản xuất thương mại vào lúc Công viên năng lượng Tyseley ở Birmingham vào giữa năm 2024, tôi biết bản năng của mình là có cơ sở.
Nam châm vĩnh cửu đất hiếm - như tôi đã mô tả trong chuyên mục của mình một vài tháng trước – là hợp kim của các nguyên tố như neodymium, samarium và cerium. Với quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế “năng lượng sạch” hiện đang diễn ra mạnh mẽ, nhu cầu về đất hiếm rất cao. Các ước tính cho thấy thị trường sẽ tăng trưởng gấp 2021 lần trong khoảng thời gian từ năm 2040 đến năm XNUMX.
Vấn đề là khoảng 80–90% neodymium trên thế giới hiện được sản xuất hoặc kiểm soát bởi các công ty Trung Quốc. Điều đó đã thúc đẩy một số quốc gia, chẳng hạn như Mỹ, cải tiến việc sản xuất nam châm vĩnh cửu của riêng họ. Nhưng một cách khác để đảm bảo nguồn cung cấp đất hiếm là tái chế vật liệu. Đó là lý do tại sao việc khởi động cơ sở HyProMag sắp diễn ra lại rất thú vị, đặc biệt là vì quy trình của nó rất tiết kiệm năng lượng.
Trích xuất các phần tử
Có rất nhiều phương pháp khả thi để chiết xuất các nguyên tố đất hiếm từ vật liệu phế thải hoặc từ các sản phẩm đã hết tuổi thọ. Hầu hết công việc cho đến nay đều tập trung vào việc thu thập các nguyên tố riêng lẻ bằng cách hòa tan nam châm trước tiên và sau đó thu hồi đất hiếm từ các dòng chất thải lỏng tái nhập vào chuỗi cung ứng sớm trong quá trình sản xuất nam châm.
Thúc đẩy nền kinh tế xanh: tìm kiếm nam châm không có đất hiếm
Cách tiếp cận này thường được gọi là tái chế “vòng lặp dài” vì mọi thứ đều được chia nhỏ bằng nhiều kỹ thuật khác nhau và được thu hồi dưới dạng oxit đất hiếm. Những oxit này sau đó phải được chuyển đổi thành kim loại trước khi đúc thành hợp kim và phân hủy thành bột hợp kim mịn để tạo ra nam châm. Tái chế vòng lặp dài là một quá trình quan trọng nhưng tốn nhiều năng lượng và tốn kém.
Nhà máy Tyseley thực hiện một cách tiếp cận khác, dựa trên bằng sáng chế của Đại học Birmingham Xử lý hydro của phế liệu nam châm (HPMS) kỹ thuật. Nó sử dụng hydro làm khí xử lý để tách nam châm khỏi dòng thải dưới dạng bột hợp kim nam châm, có thể được nén thành “thiêu kết” nam châm đất hiếm. Không cần nhiệt, đây là một quá trình tương đối nhanh chóng được gọi là tái chế “vòng lặp ngắn”.
Con số đáng kinh ngạc là 259 triệu ổ đĩa cứng đã được xuất xưởng vào năm 2021, vì vậy thị trường nam châm tái chế là rất lớn.
Khi tôi xem xét dây chuyền nguyên mẫu của công ty vào năm ngoái, tôi nhận thấy rằng nó có thể tái chế các ổ đĩa cứng (HDD) có trong máy tính. Mỗi đĩa có thể chứa tới 16g vật liệu từ tính, khoảng một phần tư trong số đó là các nguyên tố đất hiếm. Đó chỉ là một phần nhỏ trong tổng khối lượng của đĩa nhưng, như bạn sẽ nhớ tôi đã chỉ ra, con số đáng kinh ngạc là 259 triệu ổ cứng đã được xuất xưởng vào năm 2021, vì vậy thị trường này rất lớn.
Phương pháp sản xuất của HyProMag sử dụng robot có cảm biến từ trường trước tiên xác định vị trí của động cơ HDD, trong đó có chứa nam châm vĩnh cửu đất hiếm cực kỳ quan trọng. Phần động cơ sau đó sẽ được cắt nhỏ, phần còn lại của đĩa sẽ được gửi đi tái chế thông thường. Phần động cơ cuối cùng được tiếp xúc với hydro ở áp suất khí quyển và nhiệt độ phòng thông qua kỹ thuật HPMS.
[Nhúng nội dung]
Điều đáng ngạc nhiên là các nam châm đất hiếm – thường là hợp kim của neodymium, sắt và boron (NdFeB) – chỉ vỡ ra để tạo thành bột. tôi đã nhìn thấy video của quá trình và nó giống như nhìn một cái gì đó bị rỉ sét. Điều quan trọng là bột sẽ bị khử từ nên mọi lớp phủ trên nam châm sẽ bong ra khỏi bề mặt nam châm và có thể dễ dàng tách ra.
Bột NdFeB chiết xuất sau đó được sàng để loại bỏ tạp chất trước khi tái chế thành vật liệu từ tính mới hoặc hợp kim đất hiếm. HyProMag cho rằng quy trình này cần ít năng lượng hơn 15% so với mức cần thiết để tạo ra nam châm đất hiếm từ các nguồn chính, điều này thật ấn tượng. Nó đã sản xuất hơn 3000 nam châm đất hiếm mới tại nhà máy thí điểm của mình cho các đối tác dự án và khách hàng tiềm năng, với các nam châm được thử nghiệm trong nhiều ứng dụng trong lĩnh vực ô tô, hàng không vũ trụ và điện tử.
Lời hứa sản xuất
Nhưng công ty muốn vượt qua giai đoạn thử nghiệm và trở thành nhà cung cấp nam châm số lượng lớn. Đó là lý do tại sao nhà máy mở rộng quy mô Tyseley lại quan trọng đến vậy. Công ty cho biết ban đầu họ có thể xử lý tới 20 tấn nam châm và hợp kim đất hiếm mỗi năm – và cuối cùng sẽ gấp năm lần số lượng đó. HyProMag cũng đang lên kế hoạch xây dựng thêm các cơ sở ở Đức và Mỹ.
Công nghệ này đầy hứa hẹn vì rất nhiều sản phẩm có chứa nam châm đất hiếm, nhưng khi chúng bị loại bỏ, nam châm sẽ bị vụn và vỡ ra từng mảnh. Bột thu được vẫn có từ tính, bám vào phế liệu sắt và các thành phần thực vật, nhưng chưa đến 1% nam châm được tái chế. Tuy nhiên, HyProMag có thể loại bỏ vật liệu này một cách hiệu quả trước khi nó được cắt nhỏ và đang tìm kiếm nhiều nguồn phế liệu có hiệu quả kinh tế.
Walton nói: “Thật khó để thấy việc tái chế nam châm đất hiếm trên quy mô lớn diễn ra nếu không có quy trình phân tách hiệu quả như HPMS”. “Dây chuyền thí điểm hiện tại cho phép chúng tôi xử lý tới hai tấn phế liệu trong một lần chạy, với quy mô nhà máy thương mại để cho phép kích thước lô lớn hơn nhiều.” Công ty tuyên bố rằng việc tải để loại bỏ bột có thể được thực hiện chỉ trong bốn giờ.
Khi nhu cầu về đất hiếm tăng lên và lượng vật liệu từ tính đã qua sử dụng cũng tăng lên, việc tái chế những nam châm như vậy đang trở thành một cơ hội lớn hơn và là một quy trình khả thi hơn bao giờ hết. Chỉ cần nhìn vào sự tăng trưởng của lĩnh vực xe điện: một động cơ điện thông thường có 2–5 kg vật liệu từ tính và doanh số bán xe điện trên toàn thế giới dự kiến sẽ tăng lên 65 triệu chiếc mỗi năm vào năm 2030, theo công ty nghiên cứu thị trường. IHS Markit.
[Nhúng nội dung]
Một nguồn đất hiếm khổng lồ khác là các tuabin gió, nhiều loại trong số đó sắp hết tuổi thọ sau nhiều thập kỷ sử dụng. Máy phát điện của họ chứa tới 650 kg đất hiếm trên mỗi megawatt công suất máy phát điện. Do Vương quốc Anh đặt mục tiêu đạt công suất gió ngoài khơi lên tới 75 GW vào năm 2050, nước này sẽ có gần 50,000 tấn nam châm đất hiếm trong những năm tới, theo Martyn Cherrington từ Innovate UK, người điều hành nó Chuỗi cung ứng vật liệu quan trọng tuần hoàn (KHÍ HẬU) chương trình.
Những cơ hội lâu dài như vậy thường cần sự hỗ trợ của chính phủ - và việc tái chế nam châm vĩnh cửu đất hiếm cũng không ngoại lệ. Thật vậy, nghiên cứu cơ bản đằng sau công việc của HyProMag đã bắt đầu từ nhiều năm trước khi nó được tách ra. Công ty cũng được hưởng lợi từ sự hỗ trợ tài chính từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm Cơ quan Nghiên cứu và Đổi mới của Vương quốc Anh. Thúc đẩy cuộc cách mạng điện chương trình, Liên minh châu Âu và các nhà đầu tư tư nhân.
Vào năm 2023 HyProMag Ltd đã được mua của công ty Canada ma thuật, là một phần của Tài nguyên Mkango – một công ty thăm dò và phát triển khoáng sản được niêm yết trên sàn giao dịch chứng khoán Anh và Canada. Mkango đã nhìn thấy rõ tiềm năng của công nghệ tái chế và sản xuất nam châm của HyProMag. Đó là một câu chuyện thành công tuyệt vời của Vương quốc Anh, có thể có tiềm năng to lớn và lâu dài trên toàn cầu cho nền kinh tế tuần hoàn.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/
