Τα στοιχεία σπάνια γαίας είναι η «μυστική σάλτσα» των πολυάριθμων προηγμένων υλικών για τις εφαρμογές ενέργειας, μεταφορών, υπεράσπισης και επικοινωνιών. Η μεγαλύτερη χρήση τους για τη καθαρή ενέργεια είναι στους μόνιμους μαγνήτες, οι οποίοι διατηρούν τις μαγνητικές ιδιότητες ακόμη και ελλείψει ενός προκαλώντας τομέα ή ενός ρεύματος.
Ramesh Bhave του εθνικού εργαστηρίου του Όουκ Ριτζ ομο-που εφευρίσκεται μια διαδικασία για να ανακτήσει τα high-purity στοιχεία σπάνια γαίας από τους απορριμμένους μαγνήτες των σκληρών δίσκων υπολογιστών (που παρουσιάζονται εδώ) και άλλων μετα-καταναλωτικών αποβλήτων. Πίστωση: Carlos Τζόουνς/εθνικό εργαστήριο του Όουκ Ριτζ, ΑΜΕΡΙΚΑΝΙΚΟ τμήμα της ενέργειας
Τώρα, οι ερευνητές ΑΜΕΡΙΚΑΝΙΚΟΥ Τμήματος Ενέργειας έχουν εφεύρει μια διαδικασία για να εξαγάγουν τα στοιχεία σπάνια γαίας από τους απορριμμένους μαγνήτες των χρησιμοποιημένων σκληρών δίσκων και άλλων πηγών. Έχουν κατοχυρώσει με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και ξελεπιασμένος επάνω τη διαδικασία στις επιδείξεις εργαστηρίων και λειτουργούν με τις τεχνολογίες ορμής κατόχων άδειας ORNL του Ντάλλας για να ξελεπιάσουν τη διαδικασία για να παραγάγουν περαιτέρω τις εμπορικές batch οξειδίων σπάνια γαίας.
«Έχουμε αναπτύξει μια energy-efficient, οικονομικώς αποδοτική, φιλική προς το περιβάλλον διαδικασία για να ανακτήσουμε τα μεγάλης αξίας κρίσιμα υλικά,» εν λόγω ομο-εφευρέτης Ramesh Bhave του εθνικού εργαστηρίου του Όουκ Ριτζ του DOE, το οποίο οδηγεί την ομάδα τεχνολογιών μεμβρανών στο χημικό τμήμα επιστημών ORNL. «Είναι μια βελτίωση πέρα από τις παραδοσιακές διαδικασίες, οι οποίες απαιτούν τις εγκαταστάσεις με ένα μεγάλο ίχνος, υψηλές κύριες και λειτουργικές δαπάνες και απόβλητα μεγάλου ποσού που παράγονται.»
Οι μόνιμοι σκληροί δίσκοι υπολογιστών βοήθειας μαγνητών να διαβάσει και να γράψουν τα στοιχεία, μηχανές κίνησης που κινούν τα υβριδικά και ηλεκτρικά αυτοκίνητα, συνδέουν τους ανεμοστροβίλους με τις γεννήτριες για να κάνουν την ηλεκτρική ενέργεια, και να βοηθήσουν smartphones για να μεταφράσουν τα ηλεκτρικά σήματα στον ήχο.
Μέσω της κατοχυρωμένης με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας διαδικασίας, οι μαγνήτες διαλύονται στο νιτρικό οξύ, και η λύση ταΐζεται συνεχώς μέσω μεμβρανών των ενισχυτικών πολυμερών σωμάτων ενότητας. Οι μεμβράνες περιέχουν τις πορώδεις κοίλες ίνες με ένα μέσο εξαγωγής που χρησιμεύει ως μια χημική «σπόλα κυκλοφορίας» των ειδών δημιουργεί ένα εκλεκτικό εμπόδιο και αφήνει μόνο τα στοιχεία σπάνια γαίας να περάσουν μέσω. Η σπάνιος-γη-πλούσια λύση συλλεχθείσα από την άλλη πλευρά υποβάλλεται σε επεξεργασία περαιτέρω για να παραγάγει τα οξείδια σπάνια γαίας στις αγνότητες που υπερβαίνουν 99,5%.
Οι μαγνήτες αερίου πετροχημικής βιομηχανίας για το πρόγραμμα προήλθαν από τις διαφορετικές πηγές παγκοσμίως. Tim McIntyre ORNL, το οποίο οδηγεί ένα CMI πρόγραμμα που αναπτύσσει τη ρομποτική τεχνολογία για να εξαγάγει τους μαγνήτες από τους σκληρούς δίσκους, υπό τον όρο ότι μερικοί. Τα μέταλλα Wistron και Okon, και του Τέξας, και των ειδικών υλικών Grishma, της Ινδίας, παρείχαν άλλα. Οι μεγαλύτεροι μαγνήτες προήλθαν από τις μηχανές MRI, οι οποίες χρησιμοποιούν 110 λίβρες (50 χιλιόγραμμα) των μαγνητών νεοδύμιο-σίδηρος-βορίου. Πίστωση: Carlos Τζόουνς/εθνικό εργαστήριο του Όουκ Ριτζ, ΑΜΕΡΙΚΑΝΙΚΟ τμήμα της ενέργειας
Αυτός είναι αξιοπρόσεκτος θεωρώντας ότι χαρακτηριστικά, 70% ενός μόνιμου μαγνήτη είναι σίδηρος, ο οποίος δεν είναι ένα στοιχείο σπάνια γαίας. «Είμαστε ουσιαστικά ικανοί να αποβάλουμε το σίδηρο πλήρως και να ανακτήσουμε μόνο τις σπάνια γαίες,» Bhave εν λόγω. Εξάγοντας τα επιθυμητά στοιχεία χωρίς ομο-εξαγωγή των ανεπιθύμητων μέσων αυτών τα λιγότερα απόβλητα δημιουργούνται που θα χρειαστούν την προς τα κάτω επεξεργασία και τη διάθεση.
Οι υποστηρικτές της εργασίας περιλαμβάνουν το κρίσιμο ίδρυμα υλικών του DOE, ή CMI, για την έρευνα χωρισμών και το γραφείο του DOE των μεταβάσεων τεχνολογίας, ή OTT, για τη διαδικασία κλίμακα-επάνω. ORNL είναι ιδρύοντας μέλος ομάδας CMI, μια πλήμνη ενεργειακής καινοτομίας DOE που οδηγείται από Ames του DOE το εργαστήριο και διοικούμενη από το προηγμένο γραφείο κατασκευής. Η «μεταλλεία» του Bhave μιας όξινης λύσης με τις εκλεκτικές μεμβράνες ενώνει άλλες ελπιδοφόρες CMI τεχνολογίες για την ανάκτηση των σπάνια γαίων, συμπεριλαμβανομένης μιας απλής διαδικασίας που συντρίβει και μεταχειρίζεται τους μαγνήτες και μια χωρίς οξύ εναλλακτική λύση.
Η βιομηχανία εξαρτάται από τα κρίσιμα υλικά, και η επιστημονική κοινότητα αναπτύσσει τις διαδικασίες για να τα ανακυκλώσει. Εντούτοις, καμία εμπορευματοποιημένη διαδικασία δεν ανακυκλώνει τα καθαρά στοιχεία σπάνια γαίας από τους μαγνήτες ηλεκτρονικός-αποβλήτων. Αυτή είναι μια τεράστια χαμένη ευκαιρία εξετάζοντας 2,2 δισεκατομμύριο προσωπικούς Η/Υ, οι ταμπλέτες και τα κινητά τηλέφωνα αναμένονται για να στείλουν παγκοσμίως το 2019, σύμφωνα με Gartner. «Όλες αυτές οι συσκευές έχουν τους μαγνήτες σπάνια γαίας σε τους,» Bhave που σημειώνεται.
Το πρόγραμμα του Bhave, που άρχισε το 2013, είναι μια προσπάθεια ομάδων. Ο John Klaehn και ο Eric Peterson του εθνικού εργαστηρίου του Αϊντάχο του DOE συνεργάστηκαν σε μια πρόωρη φάση της έρευνας που στράφηκε στη χημεία, και Ananth Iyer, ένας καθηγητής στο πανεπιστήμιο Purdue, αξιολόγησε αργότερα την τεχνική και οικονομική δυνατότητα πραγματοποίησης κλίμακα-επάνω. Σε ORNL, οι προηγούμενοι μεταδιδακτορικοί συνεργάτες Daejin Kim και Vishwanath Deshmane μελέτησαν την ανάπτυξη διαδικασίας χωρισμών και κλίμακα-επάνω, αντίστοιχα. Τρέχουσα ομάδα ORNL Bhave, περιλαμβάνοντας την κοιλάδα Adcock, Pranathi Gangavarapu, Ισλάμ του Syed, το Larry Powell και Priyesh Wagh, εστίαση να ξελεπιάσει επάνω τη διαδικασία και τη συνεργασία με τους συνεργάτες βιομηχανίας που θα εμπορευματοποιήσουν την τεχνολογία.
Να εξασφαλίσει σπάνια γαίες θα μπορούσε να ανακτηθεί πέρα από ένα ευρύ φάσμα των αερίων πετροχημικής βιομηχανίας, ερευνητές μαγνήτες της ποικιλίας σύνθεση-από τις πηγές συμπεριλαμβανομένων των σκληρών δίσκων, μηχανές απεικόνισης μαγνητικής αντήχησης, τηλέφωνα κυττάρων και υβρίδιο αυτοκίνητο-στη διαδικασία.
Τα περισσότερα στοιχεία σπάνια γαίας είναι lanthanides, στοιχεία με τους ατομικούς αριθμούς μεταξύ 57 και 71 στον περιοδικό πίνακα. «Η τεράστια πείρα ORNL lanthanide στη χημεία μας έδωσε μια τεράστια έναρξη άλματος,» Bhave εν λόγω. «Αρχίσαμε lanthanide τις χημείες και τους τρόπους από τους οποίους lanthanides εξάγεται επιλεκτικά.»
Πάνω από δύο έτη, οι ερευνητές προσάρμοσαν τη χημεία μεμβρανών για να βελτιστοποιήσουν την αποκατάσταση των σπάνια γαίων. Τώρα, η διαδικασία τους ανακτεί περισσότερο από 97% των στοιχείων σπάνια γαίας.
Μέχρι σήμερα το πρόγραμμα ανακύκλωσης Bhave έχει οδηγήσει σε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και δύο δημοσιεύσεις (εδώ και εδώ) τεκμηριώνοντας την αποκατάσταση του στοιχείο-νεοδύμιου σπάνια γαίας τρεις, πρασεοδύμιο και dysprosium-ως μίγμα οξειδίων.
Η δεύτερη φάση χωρισμών άρχισε τον Ιούλιο του 2018 με μια προσπάθεια να χωριστεί το dysprosium από το νεοδύμιο και το πρασεοδύμιο. Ένα μίγμα των τριών οξειδίων πωλεί για $50 ένα χιλιόγραμμο. Εάν το dysprosium θα μπορούσε να χωριστεί από το μίγμα, το οξείδιό του θα μπορούσε να πωληθεί για πέντε χρόνους περισσότερο.
Η δεύτερη φάση του προγράμματος θα εξερευνήσει επίσης εάν η ελλοχεύουσα διαδικασία ORNL για τις σπάνια γαίες μπορεί να αναπτυχθεί για το χωρισμό άλλων σε ζήτηση στοιχείων από τις ιονικές μπαταρίες λίθιου. «Η αναμενόμενη υψηλή ανάπτυξη των ηλεκτρικών οχημάτων πρόκειται να απαιτήσει ένα τρομερό ποσό του λίθιου και του κοβαλτίου,» Bhave εν λόγω.
Οι βιομηχανικές προσπάθειες που απαιτήθηκαν για να επεκτείνουν τη διαδικασία ORNL στην αγορά, που χρηματοδοτήθηκε πάνω από δύο έτη από το Ταμείο εμπορευματοποίησης τεχνολογίας OTT του DOE, άρχισαν το Φεβρουάριο του 2019.
Ο στόχος είναι να ανακτηθούν οι εκατοντάδες των χιλιογράμμων των οξειδίων σπάνια γαίας κάθε μήνα και να επικυρωθεί, να ελεγχθεί και να πιστοποιηθεί ότι οι κατασκευαστές θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν τα ανακυκλωμένα υλικά για να καταστήσουν τους μαγνήτες ισοδύναμους με εκείνους που έγιναν με τα παρθένα υλικά.
Το προηγμένο γραφείο κατασκευής του DOE, μέρος του γραφείου της ενεργειακής αποδοτικότητας και η ανανεώσιμη ενέργεια, χρηματοδότησαν αυτήν την έρευνα μέσω του CMI, η οποία καθιερώθηκε για να διαφοροποιήσει τον ανεφοδιασμό, να αναπτύξει τα υποκατάστατα, να βελτιώσει την επαναχρησιμοποίηση και την ανακύκλωση και να πραγματοποιήσει τη θεμελιώδη έρευνα των κρίσιμων υλικών. ORNL έχει παράσχει τη στρατηγική κατεύθυνση για αυτές τις περιοχές δεδομένου ότι CMI άρχισε το 2013. Αυτό περιλαμβάνει την παροχή των ηγετών για τις περιοχές και τα προγράμματα εστίασης που οδήγησαν στις νέες καινοτομίες στην ανακύκλωση κραμάτων και μαγνητών αργίλιο-δημήτριου.
Πηγή: ORNL
Το μήνυμά σας πρέπει να αποτελείται από 20-3.000 χαρακτήρες!
