Nadir toprak elementleri, enerji, ulaşım, savunma ve iletişim uygulamaları için çok sayıda gelişmiş malzemenin “gizli sosu”dur.Temiz enerji için en büyük kullanımları, indükleyici alan veya akım olmadığında bile manyetik özellikleri koruyan kalıcı mıknatıslardır.
Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndan Ramesh Bhave, bilgisayar sabit disklerinin hurdaya ayrılmış mıknatıslarından (burada gösterilmektedir) ve diğer tüketici sonrası atıklardan yüksek saflıkta nadir toprak elementlerini kurtarmak için bir süreç icat etti.Kredi: Carlos Jones/Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı, ABD Enerji Departmanı
Şimdi, ABD Enerji Bakanlığı araştırmacıları, hurdaya ayrılmış mıknatıslardan nadir toprak elementlerini çıkarmak için bir süreç icat ettiler.kullanılmış sabit disklerve diğer kaynaklar.Onlar sahippatentlive süreci laboratuvar gösterilerinde büyüttüler ve ORNL'nin lisans sahibiyle birlikte çalışıyorlarDallas Momentum TeknolojileriNadir toprak oksitlerin ticari partilerini üretmek için süreci daha da ölçeklendirmek.
ORNL'nin Kimya Bilimleri Bölümünde membran teknolojileri ekibine liderlik eden DOE'nin Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndan ortak mucit Ramesh Bhave, “Yüksek değerli kritik malzemeleri kurtarmak için enerji açısından verimli, uygun maliyetli, çevre dostu bir süreç geliştirdik” dedi."Bu, geniş bir ayak izine, yüksek sermaye ve işletme maliyetlerine ve büyük miktarda atık üretimine sahip tesisler gerektiren geleneksel süreçlere göre bir gelişmedir."
Kalıcı mıknatıslar, bilgisayar sabit disklerinin veri okumasına ve yazmasına, hibrit ve elektrikli arabaları hareket ettiren motorları çalıştırmaya, elektrik üretmek için rüzgar türbinlerini jeneratörlerle birleştirmeye ve akıllı telefonların elektrik sinyallerini sese çevirmesine yardımcı olur.
Patentli işlem sayesinde, mıknatıslar nitrik asit içinde çözülür ve çözelti, polimer membranları destekleyen bir modül aracılığıyla sürekli olarak beslenir.Membranlar, bir tür kimyasal “trafik polisi” olarak hizmet eden bir özütleyiciye sahip gözenekli içi boş lifler içerir;seçici bir bariyer oluşturur ve yalnızca nadir toprak elementlerinin geçmesine izin verir.Diğer tarafta toplanan nadir toprak bakımından zengin çözelti, %99,5'i aşan saflıklarda nadir toprak oksitleri verecek şekilde daha fazla işlenir.
Proje için hammadde mıknatısları dünya çapında çeşitli kaynaklardan geldi.ORNL'den, sabit sürücülerden mıknatıs çıkarmak için robotik teknoloji geliştiren bir CMI projesine liderlik eden Tim McIntyre, bazılarını sağladı.Diğerlerini de Texas'tan Wistron ve Okon Metals ve Hindistan'dan Grishma Special Materials sağladı.En büyük mıknatıslar, 110 pound (50 kilogram) neodimiyum-demir-bor mıknatıs kullanan MRI makinelerinden geldi.Kredi: Carlos Jones/Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı, ABD Enerji Departmanı
Tipik olarak, kalıcı bir mıknatısın %70'inin, nadir bir toprak elementi olmayan demir olduğu düşünüldüğünde, bu dikkate değerdir.Bhave, "Aslında demiri tamamen ortadan kaldırabiliyor ve yalnızca nadir toprakları geri kazanabiliyoruz" dedi.İstenmeyen unsurları birlikte çıkarmadan arzu edilen unsurları çıkarmak, daha az atık oluşması anlamına gelir, bu da aşağı yönlü arıtma ve bertarafı gerektirecektir.
Çalışmanın destekçileri arasında DOE'ler var.Kritik Malzemeler Enstitüsüveya ayırma araştırması için CMI ve süreç büyütme için DOE'nin Teknoloji Geçişleri Ofisi veya OTT.ORNL, DOE'nin Ames Laboratuvarı tarafından yönetilen ve Gelişmiş Üretim Ofisi tarafından yönetilen bir DOE Enerji İnovasyon Merkezi olan CMI'nin kurucu ekip üyesidir.Bhave'nin seçici membranlara sahip asidik bir çözelti "madencilik"i, aşağıdakiler de dahil olmak üzere nadir toprakları geri kazanmak için gelecek vaat eden diğer CMI teknolojilerine katılıyor:mıknatısları ezen ve işleyen basit bir süreçveasitsiz bir alternatif.
Endüstri kritik malzemelere bağlıdır ve bilim topluluğu bunları geri dönüştürmek için süreçler geliştirmektedir.Bununla birlikte, hiçbir ticari işlem, elektronik atık mıknatıslardan saf nadir toprak elementlerini geri dönüştürmez.2,2 milyar kişisel bilgisayar, tablet ve cep telefonunun 2019'da dünya çapında gönderilmesinin beklendiği düşünüldüğünde, bu kaçırılmış büyük bir fırsat.Gartner'a göre.Bhave, "Bu cihazların hepsinde nadir bulunan toprak mıknatısları var" dedi.
Bhave'nin 2013 yılında başlayan projesi bir ekip çalışmasıdır.DOE'nin Idaho Ulusal Laboratuvarı'ndan John Klaehn ve Eric Peterson, kimyaya odaklanan araştırmanın erken bir aşamasında işbirliği yaptı ve Purdue Üniversitesi'nde profesör olan Ananth Iyer, daha sonra ölçek büyütmenin teknik ve ekonomik fizibilitesini değerlendirdi.ORNL'de, eski doktora sonrası araştırmacıları Daejin Kim ve Vishwanath Deshmane, sırasıyla ayırma süreci geliştirme ve ölçek büyütme üzerine çalıştılar.Bhave'nin Dale Adcock, Pranathi Gangavarapu, Syed Islam, Larry Powell ve Priyesh Wagh'dan oluşan mevcut ORNL ekibi, süreci büyütmeye ve teknolojiyi ticarileştirecek endüstri ortaklarıyla çalışmaya odaklanıyor.
Nadir toprakların geniş bir hammadde yelpazesinde geri kazanılabilmesini sağlamak için araştırmacılar, sabit diskler, manyetik rezonans görüntüleme makineleri, cep telefonları ve hibrit arabalar gibi kaynaklardan çeşitli bileşimlerdeki mıknatısları işleme tabi tuttular.
Nadir toprak elementlerinin çoğu, periyodik tablodaki atom numaraları 57 ile 71 arasında olan elementler olan lantanitlerdir.Bhave, “ORNL'nin lantanit kimyasındaki muazzam uzmanlığı bize büyük bir sıçrama başlangıcı verdi” dedi."Lantanit kimyalarına ve lantanitlerin seçici olarak çıkarılma yollarına bakmaya başladık."
İki yıl boyunca araştırmacılar, nadir toprak elementlerinin geri kazanımını optimize etmek için membran kimyasını uyarladılar.Şimdi, süreçleri nadir toprak elementlerinin %97'sinden fazlasını geri kazanıyor.
Bugüne kadar Bhave'nin geri dönüşüm projesi bir patent ve iki yayınla sonuçlandı (buradaveburada) bir oksit karışımı olarak üç nadir toprak elementinin (neodimyum, praseodimyum ve disprosyum) geri kazanıldığını belgelemek.
Ayırmaların ikinci aşaması, disprosiyumu neodim ve praseodimyumdan ayırma çabasıyla Temmuz 2018'de başladı.Üç oksidin bir karışımının kilogramı 50 dolardan satılıyor.Disprosiyum karışımdan ayrılabilseydi, oksidi beş kat daha fazla satılabilirdi.
Programın ikinci aşaması, ORNL'nin nadir toprakları ayırmaya yönelik temel sürecinin, diğer talep edilen elementleri lityum iyon pillerden ayırmak için geliştirilip geliştirilemeyeceğini de keşfedecek.Bhave, “Elektrikli araçların beklenen yüksek büyümesi, muazzam miktarda lityum ve kobalt gerektirecek” dedi.
DOE'nin OTT Teknoloji Ticarileştirme Fonu tarafından iki yılda finanse edilen ORNL sürecini pazara yerleştirmek için gereken endüstriyel çabalar Şubat 2019'da başladı.
Amaç, her ay yüzlerce kilogram nadir toprak oksidi geri kazanmak ve üreticilerin geri dönüştürülmüş malzemeleri, işlenmemiş malzemelerle yapılanlara eşdeğer mıknatıslar yapmak için kullanabileceğini doğrulamak, doğrulamak ve onaylamaktır.
Enerji Verimliliği ve Yenilenebilir Enerji Ofisi'nin bir parçası olan DOE'nin Gelişmiş Üretim Ofisi, bu araştırmayı, tedariki çeşitlendirmek, ikame ürünler geliştirmek, yeniden kullanımı ve geri dönüşümü iyileştirmek ve kritik malzemelerin çapraz araştırmalarını yürütmek için kurulan CMI aracılığıyla finanse etti.ORNL, CMI'nin 2013'te başlamasından bu yana bu alanlar için stratejik yön sağlamıştır. Bu, alüminyum-seryum alaşımlarında ve mıknatıs geri dönüşümünde yeni yeniliklere yol açan odak alanları ve projeler için liderler sağlamayı içerir.
Kaynak:ORNL
Video
