Magnesy stałe pochodzące z recyklingu jako źródło pierwiastków ziem rzadkich
Pierwiastki ziem rzadkich (REE) mają kluczowe znaczenie dla rozwiązań z dziedziny zielonej technologii, a popyt na nie rośnie. Ich głównym zastosowaniem są magnesy stałe wykonane ze stopu neodymu, żelaza i boru (NdFeB) do wysoko wydajnych silników pojazdów hybrydowo-elektrycznych i generatorów turbin wiatrowych. Jednak dostawy pierwiastków ziem rzadkich są zagrożone ze względu na nieprzewidywalną politykę handlową Chin, które są właścicielami głównych światowych rezerw i eksploatują je. Ponadto dostęp do tych zasobów jest ważny dla realizacji projektu European Green Deal, który ma na celu sprawienie, że Europa stanie się neutralna pod względem emisji dwutlenku węgla do 2050 roku. W ramach projektu REE4EU opracowano system zamkniętego obiegu – od odpadów z magnesów stałych do nowych produktów. Podstawę tego procesu stanowią dwie nowe technologie. Pierwsza, jonowa ekstrakcja cieczy (ILE) umożliwia usunięcie pierwiastków ziem rzadkich w postaci szczawianów ze strumieni odpadów. Druga, wysokotemperaturowa elektroliza (HTE) pozwala na produkcję stopów metali ziem rzadkich z mieszanin ich tlenków otrzymanych po kalcynowaniu mieszanin szczawianów ziem rzadkich w procesie ILE.
Nowe podejście
„Piękno tkwi w dostosowanym do potrzeb procesie HTE, który eliminuje poszczególne etapy separacji i konwersji tlenków REE lub halogenków, występujące na głównej (górniczej) chińskiej linii przetwarzania”, mówi koordynatorka projektu Ana Maria Martinez. W konsekwencji technologia REE4EU prowadzi do bardziej efektywnego i zrównoważonego pod względem ekologicznym procesu, w którym unika się wielu pojedynczych etapów wydobycia. Te nowatorskie, dostosowane do potrzeb technologie pozwalają na przetwarzanie odpadów zawierających metale ziem rzadkich z magnesów stałych poprzez wytworzenie stopu pośredniego zawierającego metale ziem rzadkich. Przetwarzane są odpady powstające podczas produkcji magnesów stałych albo zużyte magnesy stałe z produktów wycofanych z eksploatacji. Półprodukt jest przetwarzany w procesie ciągłego odlewania, zwanego odlewem taśmowym, w celu uzyskania stopu metali ziem rzadkich do produkcji magnesów stałych, a tym samym stworzenia pełnego, zamkniętego procesu ciągłego recyklingu. „To rozwiązanie charakteryzują konkurencyjne koszty i pozytywny wpływ na środowisko naturalne w porównaniu z konwencjonalnym, pierwotnym wydobyciem metali ziem rzadkich. Ponadto analiza wpływu społecznego pomaga we wdrażaniu procesu REE4EU”, wyjaśnia Martinez. Całkowity proces recyklingu magnesów stałych w zamkniętej pętli, od odpadów zawierających metale ziem rzadkich do nowego produktu w postaci magnesu stałego z metali ziem rzadkich, został zademonstrowany w skali pilotażowej. „Otwiera to możliwość zabezpieczenia ważnego łańcucha wartości w Europie oraz nowe perspektywy dla przedsiębiorstw zajmujących się recyklingiem metali ziem rzadkich”, komentuje Martinez.
Najważniejsze korzyści
Po analizie danych uzyskanych podczas prób pilotażowych, LCA wykazuje zmniejszenie wpływu na zmiany klimatyczne o około 50 % oraz zmniejszenie zużycia energii pierwotnej o około 35 % w porównaniu z obecnym trybem, którym jest produkcja pierwotna w Chinach. Projekt ten stanowi znaczący przełom. „Nikt wcześniej nie był w stanie zademonstrować całego łańcucha wartości magnesów stałych przy użyciu zasobów odpadów zawierających pierwiastki ziem rzadkich na taką skalę”, zaznacza Martinez. Projekt REE4EU pomoże zbudować nowy europejski sektor produkcji wtórnej stopów metali ziem rzadkich, stworzyć nowe miejsca pracy, zwiększyć niezależność Europy od importu oraz zapewnić surowce dla szybko rozwijających się europejskich sektorów technologii ekologicznych. „W ten sposób projekt wspiera nie tylko konkurencyjność, ale także efektywność wykorzystania zasobów i promuje korzystne dla środowiska rozwiązania”, podsumowuje Martinez.
Słowa kluczowe
REE4EU, odpady, magnes stały, pierwiastek ziem rzadkich, recykling, jonowa ekstrakcja cieczy, elektroliza wysokotemperaturowa