Nowe procesy odzysku wysokowydajnych i tanich stopów metali ziem rzadkich i magnezu
Obecne przepisy narzucają obowiązek zwiększenia efektywności paliwowej, a projekty konstrukcji lotniczych i motoryzacyjnych stają się coraz bardziej złożone. Spełnienie takich oczekiwań dotyczących komponentów o wyższej wydajności może być niełatwe. Najlżejszy ze wszystkich pierwiastków metalowych, magnez, wymaga mniej energii podczas produkcji oraz pozwala na tworzenie bardziej skomplikowanych konstrukcji bez utraty wytrzymałości. Z metalu tego można odlewać różne części mechaniczne i używać go praktycznie we wszystkich konstrukcjach, które muszą być lżejsze i bardziej wytrzymałe. Jednak jego słabe parametry korozyjne i właściwości dotyczące pełzania oraz temperatura pracy utrudniają szerokie zastosowanie magnezu na rynku. Celem projektu REMAGHIC, finansowanego przez UE, było odzyskanie metali magnezowych z odpadów przemysłowych i połączenie ich z drugorzędnymi pierwiastkami ziem rzadkich (ang. rare earth elements, REE) w celu uzyskania stopów o wyższej wydajności w porównaniu z magnezem. „Nasze hasło »wysokowydajne stopy metali ziem rzadkich i magnezu przy kosztach magnezu pierwotnego« doskonale oddaje nasz cel”, zauważa koordynator projektu Blanca Araujo. Zespół wypróbował różne mieszanki zawierające magnez i REE, które nadają się do zastosowań inżynieryjnych i które mogą być poddane recyklingowi w sposób przyjazny dla środowiska, co pozwala obniżyć ceny. Propagowanie kultury recyklingu Dzięki połączonym wysiłkom zespołów projektowych powstał zamknięty proces recyklingu stopów magnezu. Jest to klucz do poprawy zrównoważonego rozwoju Europy w celu zmniejszenia jej uzależnienia od surowców, wspierający model gospodarki o obiegu zamkniętym, polegający na ponownym wykorzystaniu i recyklingu surowców zamiast ich wyrzucania. Członkowie projektu opracowali różne techniki recyklingu zarówno metali ziem rzadkich, jak i magnezu, odzyskując te użyteczne pierwiastki z odpadów przemysłowych oraz odpowiednio z hałd żużlowych/złomu. W szczególności uczeni wyłonili różne procesy, w tym obróbkę mechaniczną, hydrometalurgię, hydrometalurgię niestandardowych mediów ługujących i pirometalurgię do ekstrakcji i oddzielania metali ziem rzadkich z lamp fosforowych, kineskopów i akumulatorów niklowo-metalowo-wodorkowych. „Wybrana przez nas ostateczna droga odzyskiwania osiągnęła 5. poziom gotowości technologicznej. „Udało nam się odzyskać bardzo wysoki procent tlenku itru z lamp, jak również tlenków lantanu i ceru z akumulatorów”, wyjaśnia Araujo. Zespół przetestował również udoskonalone, tanie techniki recyklingu magnezu, które odznaczają się bardzo niskim zużyciem energii. „Recykling magnezu może być bardziej niebezpieczny niż odlewanie, ponieważ materiał ten jest wysoce łatwopalny. Pokazaliśmy, w jaki sposób odlewnie magnezu mogą poddawać własne resztki recyklingowi zamiast bezpośrednio przetapiać je w tyglu, co ostatecznie powoduje powstawanie większej ilości zanieczyszczeń”, dodaje Araujo. Innym osiągnięciem projektu było wyprodukowanie i walidacja instalacji przemysłowej przeznaczonej specjalnie do recyklingu stopów magnezu. Instalację wytwarzającą wlewki z wydajnością 240 kg/h przy pełnych mocach produkcyjnych można podłączyć do dowolnej odlewni magnezu. Zastosowania praktyczne W ramach projektu REMAGHIC zaprojektowano prototyp tylnej klapy, aby pokazać, jak stopy magnezu mogą być stosowane w przemyśle motoryzacyjnym. Ponadto, przeprojektowano łączniki samolotowe w celu wykazania, że połączenie magnezu pochodzącego z recyklingu i pierwotnego REE jest tańsze i lżejsze w porównaniu z tytanem. Kolejnym obszarem, w którym magnez i jego stopy mogą odgrywać ważną rolę, jest biomedycyna. Materiał jest obiecujący jeżeli chodzi o zastosowanie w implantach medycznych. W porównaniu z powszechnie stosowanym tytanem jest on bardziej podobny pod względem wytrzymałości do kości oraz ulega biodegradacji. „Śruby magnezowej umieszczonej w nadgarstku nie trzeba by usuwać podczas kolejnej operacji”, mówi Araujo.
Słowa kluczowe
REMAGHIC, magnez, stop, recykling, pierwiastki ziem rzadkich (REE), motoryzacja, lotnictwo, biomedycyna, implanty medyczne
