Упрощение переработки редкоземельных магнитов

Исследователи из Пенсильванского университета впервые разработали процесс, который может обеспечить эффективную переработку двух из этих металлов, неодима и диспрозия. Эти элементы состоят из небольших мощных магнитов, которые есть во многих высокотехнологичных устройствах.В отличие от массивного и энергоемкого промышленного процесса, используемого в настоящее время для разделения редкоземельных элементов, метод команды Пенна работает почти мгновенно при комнатной температуре и использует стандартное лабораторное оборудование.Получение неодима и диспрозия из использованной электроники, а не из земли, увеличит их поставки за небольшую часть финансовых, человеческих и экологических затрат.

Исследованием руководил Эрик Дж. Шелтер, доцент кафедры химии Школы искусств Пенна.

Наук, и аспирант Джастин Богарт. Коннор А. Липпинкотт, студент Интегрированной программы Vagelos по энергетическим исследованиям, и Патрик Дж.

Кэрролл, директор центра рентгеновской кристаллографии Университета Пенсильвании, также внесли свой вклад в исследование.Он был опубликован в Международном издании Angewandte Chemie.

«Неодимовые магниты нельзя превзойти по своим свойствам», — сказал Шелтер. «Они дают самый сильный магнетизм для наименьшего количества материала и могут работать при различных температурах».Эти термические свойства достигаются путем смешивания неодима с другими элементами, включая редкоземельный металл диспрозий, в различных соотношениях. Поскольку эти соотношения различаются в зависимости от области применения, для которой используется магнит, два металла необходимо разделить и повторно смешать, прежде чем их можно будет повторно использовать.«В принципе, легче получить неодим и диспрозий из технологий, чем вернуться и добыть больше минералов, в которых они изначально находятся», — сказал Шелтер. «У этих минералов есть пять элементов, которые нужно разделить, тогда как неодимовый магнит в генераторе ветряной турбины — только два».

В настоящее время при очистке неодима и диспрозия от минералов или при очистке двигателя старого электроинструмента используется один и тот же дорогостоящий и энергоемкий процесс. Метод, известный как экстракция жидкость-жидкость, включает растворение композитного материала и химическую фильтрацию элементов. Процесс повторяется тысячи раз для получения редкоземельных металлов полезной чистоты, поэтому его необходимо проводить в промышленных масштабах.Вместо этого метода жидкость-жидкость команда Шелтера изобрела способ разделения двух металлов.

«Когда мы начинали, — сказал Богарт, — нашей целью было сделать разделение редкоземельных элементов более простым и эффективным, и мы сделали большие шаги в этом направлении. Мы разработали способ разделения двух металлов путем избирательного растворения неодима в растворе и оставив после себя диспрозий в виде твердого вещества.

Этот быстрый и простой метод позволил нам разделить равные смеси металлов на образцы с 95-процентной чистотой ».Их метод позволяет за считанные минуты разделить равную смесь двух элементов на образцы с 95-процентной чистотой.

Начиная с двух элементов в виде смешанного порошка, применяется связывающая металл молекула, известная как лиганд. Тип лиганда, разработанный исследовательской группой, имеет три ответвления, которые сходятся на атомах металла и удерживают их в отверстии между их кончиками. Из-за немного большего размера неодима кончики не так близко друг к другу, как вокруг атомов диспрозия.

«Разница в размерах между двумя ионами не так значительна, поэтому проблема разделения затруднена, — сказал Шелтер, — но этого достаточно, чтобы это отверстие стало больше открываться для неодима. А поскольку оно более открытое, один комплекс лиганд-неодим может сочетаться с другим, и это действительно изменяет его растворимость ».

Комбинация двух комплексов неодима, известная как димер, инкапсулирует ионы неодима, позволяя им растворяться в таких растворителях, как бензол или толуол. Комплексы диспрозия не растворяются, что позволяет легко разделить два металла.

После разделения кислотная ванна может удалить лиганд с обоих металлов, что также позволит его переработать.«Если у вас есть правильный лиганд, вы можете сделать это разделение за пять минут, тогда как метод жидкостно-жидкостной экстракции занимает недели», — сказал Шелтер. «Потенциальный переработчик магнитов, вероятно, не имеет капитала, чтобы инвестировать в целую установку разделения жидкости и жидкости, поэтому наличие химической технологии, которая может мгновенно разделять эти элементы, позволяет мелким переработчикам извлекать выгоду из своих материалов».

Дальнейшая работа будет включать улучшение стабильности лиганда, чтобы он с меньшей вероятностью выпал до разделения металлов.«Эти результаты обнадеживают», — сказал Богарт. «Мы считаем, что с помощью небольших корректировок системы уровень чистоты можно повысить еще больше».Дальнейшая модификация лиганда может позволить утилизировать таким образом другие редкоземельные элементы в технологических продуктах, например компактные люминесцентные лампы.

Исследование было поддержано Программой ранних карьерных исследований Управления науки Министерства энергетики США и Исследовательской корпорацией по развитию науки.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.