Nuevos imanes de tierras raras fabricados con materiales reciclados
Los metales de tierras raras se emplean para la producción de imanes, que desempeñan un papel fundamental en aplicaciones modernas como teléfonos inteligentes, auriculares, coches eléctricos y dispositivos micromecánicos. No obstante, Europa depende considerablemente de fuentes externas de metales de tierras raras; de hecho, el 80 % de los metales de tierras raras fabricados procede de China. Informes recientes han revelado que los materiales de imanes de tierras raras se enfrentan al mayor riesgo de suministro para las empresas manufactureras de la UE. El reciclaje de equipos electrónicos que contienen imanes podría constituir una solución. El proyecto de Horizonte 2020 REProMag ha desarrollado y validado un proceso de conformado, eliminación de aglutinante y sinterización (SDS) innovador y que utiliza eficientemente los recursos para imanes de tierras raras con el fin de producir piezas magnéticas con geometrías y estructuras complejas de forma económica. Materiales magnéticos de chatarra reciclados Durante más de dos décadas, los imanes a base de neodimio (Nd), hierro (Fe) y boro (B) han sido un componente esencial en diferentes dispositivos electrónicos. «El enfoque de SDS utiliza el procesamiento de hidrógeno de chatarra magnética (HPMS) de los flujos de residuos existentes para convertir los imanes en un polvo hidrogenado, desimantado y friable. Este material se separa mecánicamente del resto de componentes para garantizar una producción de imanes de tierras raras completamente exenta de residuos», observa el coordinador del proyecto, el doctor Carlo Burkhardt. La fabricación de imanes con el proceso SDS supera los problemas relacionados con los imanes aglutinados y sinterizados. La sinterización forma una masa sólida de material mediante calor o presión, mientras que los imanes aglutinados se fabrican mezclando partículas finas de imán o polvo fino con un adhesivo u otros aglutinantes y se moldean en un imán sólido. Para dar forma al material magnético, el polvo de HPMS se mezcla con un aglutinante orgánico de múltiples componentes en estado caliente para formar una mezcla en la que cada partícula metálica va revestida de manera uniforme con el aglutinante. Una vez enfriada, la mezcla se granula en preformas para crear materia prima que se pueda procesar mediante impresión 3D o moldeo por inyección metálica (MIM). «Esto permite la fabricación sin residuos de formas complejas con tolerancias elevadas, evitando así el costoso tratamiento posterior a la sinterización», explica el doctor Burkhardt. Reutilizado, con nueva forma y nuevo revestimiento Los socios del proyecto construyeron tres herramientas de prueba de MIM con imanes integrados para alinear las partículas con el fin de crear imanes anisotrópicos o incluso disposiciones multipolares que no requieren un posterior mecanizado. Según el doctor Burkhardt: «el trabajo inicial consistente en una impresión 3D de un polvo magnético basado en ferrita de estroncio mostró una alineación significativa de las piezas impresas en un imán permanente grande, que indujo el campo de alineación». El aglutinante de polímeros necesario para la operación de conformado se elimina finalmente con un disolvente a una temperatura ligeramente elevada durante varias horas, dejando una estructura metálica densa. Una cantidad muy reducida de aglutinante de la estructura principal, que no es soluble en el disolvente, todavía mantiene las partículas con la forma y debe retirarse en un segundo paso de eliminación del aglutinante calentando hasta la temperatura de sinterización. No se utiliza ninguna otra fase de procesamiento posterior, excepto un innovador método de recubrimiento para evitar la corrosión. REProMag validó satisfactoriamente la utilización de materiales 100 % reciclados para la producción sostenible de imanes de tierras raras mediante procesos de SDS. «Esto contribuirá a garantizar la independencia de las industrias europeas respecto a las materias primas esenciales producidas en Asia y también beneficiará a la sociedad mediante una disminución de la utilización de energía y de productos químicos peligrosos durante el procesamiento de menas de tierras raras», concluye el doctor Burkhardt.
Palabras clave
REProMag, imán, imán de tierras raras, sinterización, conformado, eliminación de aglutinantes
