ORNL entwickelt Methoden, um Seltenerd-Magnete von gebrauchten Festplatten wiederherzustellen

Thorium: An energy solution - THORIUM REMIX 2011 (Juni 2019).

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ORNL entwickelt Methoden, um Seltenerd-Magnete von gebrauchten Festplatten wiederherzustellen


Das Oak Ridge National Laboratory, das Lösungen für zwingende Energie- und Sicherheitsprobleme bietet, hat ein zum Patent angemeldetes Verfahren zur Rückgewinnung von Seltenerdmagneten aus Neodym aus gebrauchten Festplatten entwickelt.

Seltene Erdvorkommen

Seltenerdelemente umfassen die fünfzehn Lanthaniden, wie in der Tabelle unten dargestellt, sowie Scandium und Yttrium.

Tabel I Die Lanthaniden. Tabelle mit freundlicher Genehmigung von Wikipedia.

Trotz des Namens sind diese Elemente nicht selten und einige von ihnen sind so zahlreich wie Kupfer in der Erdkruste. Diese Elemente werden im Allgemeinen zusammen gefunden und es ist nicht einfach, sie voneinander zu trennen.

Seltenerdelemente wie Neodym werden benötigt, um starke Magnete zu erzeugen. Solche starken Magneten werden häufig in Computerfestplatten, Mobiltelefonen, MRI-Maschinen, Klimaanlagen, Windturbinen, Elektro- und Hybridfahrzeugen, Medikamenten zur Krebsbehandlung, Abschirmung von Kernreaktoren, Flugzeugtriebwerken, Waffen und vielen anderen industriellen Geräten verwendet.

Die einzigartigen magnetischen und leitenden Eigenschaften dieser Elemente miniaturisieren die Technologien und machen sie effizienter. Julie Michelle Klinger, Assistenzprofessorin für internationale Beziehungen an der Frederick S. Pardee School of Global Studies an der Boston University, wurde mit den Worten zitiert, dass ohne diese Elemente ein Smartphone die Größe eines Klassenzimmers hätte.

Seltene Erden Elemente und Politik

Klinger, Experte für Politik in den Bereichen Entwicklung, Umwelt und Sicherheit in Lateinamerika und China, stellt fest, dass diese Elemente bei ihrer Entdeckung als selten angesehen wurden. Seltene Erden sind jedoch fast ein Fünftel der natürlich vorkommenden Elemente. Einige dieser Elemente sind so reichlich vorhanden wie Kupfer und glücklicherweise brauchen wir nicht viel davon. Nach Smithsonian.com ist Öl schließlich das Blut, Stahl ist der Körper und seltene Erden Elemente sind die Vitamine für die moderne Gesellschaft.

Adamas Intelligence, die Forschung zu Metallen und Bergbau veröffentlicht, berichtet, dass der weltweite Verbrauch von Kupfer im Jahr 2014 fast 183 Mal höher ist als der von Seltenen Erden.

Dysprosium wird in Elektroautos verwendet. Bild mit freundlicher Genehmigung von Materialscientist (CC BY-SA 3.0)

Laut Klinger besteht die größte Sorge über Seltene Erden-Elemente darin, dass nur ein Land - China - über reichlich, aber begrenzte Quellen für diese Elemente verfügt. Klingers Forschung legt nahe, dass sie bald nach der Entdeckung seltener Elemente und ihrer Anwendungen in Politik und Krieg verstrickt sind.

Als Beispiel für das politische Umfeld rund um die Seltenen Erden hat China nach einigen diplomatischen Auseinandersetzungen mit Japan im Jahr 2010 seine Ausfuhren seltener Erden um 72% reduziert. Dies hat den Preis für einige dieser Elemente fast verdoppelt. Später reduzierte China die Exporte im ersten Halbjahr 2011 erneut um 35%.

Um die Unsicherheit der chinesischen Exportpolitik zu umgehen, kündigte Honda im Juli einen Motor für Hybridfahrzeuge an, der keine schweren Seltenen Erden benötigt. Neben Honda und Daido Steel haben eine Reihe weiterer Unternehmen wie die Yasukawa Electric Corp., die Mitsubishi Electric Corp. und die Nidec Corp. seltene-Erden-freie Motoren entwickelt, um die Kosten und die Abhängigkeit von China zu reduzieren.

Damit unsere Ausrüstung funktioniert, ohne unsere internationalen Beziehungen zu sabotieren, schlägt Klinger vor, diese Elemente nicht als selten zu bezeichnen und bessere Wege zu finden, die Seltenerdelemente zu ernten.

Wiederherstellen von Magneten von gebrauchten Festplatten

Mehr als 95% der weltweiten Produktion von Neodym wird in anderen Ländern als den Vereinigten Staaten produziert. Um eine Lösung für das Knappheitsproblem von Neodym zu finden, greifen Wissenschaftler von ORNL auf die Rückgewinnung des Elements aus gebrauchten Geräten zurück. Angesichts der Tatsache, dass Festplatten die zweite Hauptanwendung von Neodym-Magneten sind, zielt das Unternehmen auf einen kostengünstigen Recyclingprozess von Seltenerdelementen aus dieser leicht verfügbaren Quelle ab.

ORNL versucht, Magnete von den verwendeten Computerfestplatten wiederherzustellen. Bild mit freundlicher Genehmigung von ORNL.

Laut Timothy McIntyre, Projektleiter und Programmmanager in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung für elektrische und elektronische Systeme von ORNL, werden 35% der verwendeten Festplatten in den USA aus Sicherheitsgründen geschreddert. Andere werden entweder in Sekundärmärkte verkauft oder in den Deponien vergraben. ORNL stellt fest, dass 35% der verwendeten Laufwerke fast 1000 Tonnen Magnetmaterial pro Jahr sammeln.

Um die Datensicherheit zu gewährleisten, wird ein hochautomatisierter Prozess vorgeschlagen. Der Wiederherstellungsprozess sortiert und richtet Festplatten auf einem Förderband aus. Ein Koordinatenmessgerät wird verwendet, um die Antriebe für eine korrekte Roboterdemontage zu positionieren. Nach der Wiederherstellung verschiedener Teile, wie z. B. der Magnete, Permalloy-Halterungen, Platinen und der Komponenten aus Aluminium und Stahl, wird das Datenspeichermedium automatisch zerstört, um die Sicherheit zu gewährleisten.

Die wiedergewonnenen Magnete können direkt von Festplattenherstellern verwendet werden oder sie können in der Größe geändert und neu geformt werden, um in anderen Produkten verwendet zu werden. Es wird behauptet, dass der Prozess erweitert werden kann, um Seltenerdelemente aus anderen Konsumgütern wie Elektromotoren, Klimaanlagen und mehr zu gewinnen. Die Kosten für die wiedergewonnenen Magnete können wesentlich geringer sein als die der Magnete, die im Standard-Bergbau hergestellt werden, da viele Bearbeitungsschritte entfallen und die wiedergewonnenen Magnete einsatzbereit sind.

Die Membran-Lösungsmittel-Extraktionsmethode

Dallas-basierte Momentum Technologies, die auf die Gewinnung von Seltenerdelementen und anderen Materialien von Festplatten spezialisiert ist, hat eine exklusive Lizenzvereinbarung mit dem Critical Materials Institute des Department of Energy zur Vermarktung ihrer Membran Solvent Extraction (MSX) und High Throughput Collection Technologies .

Die MSX-Technologie, die so gut wie die herkömmliche Lösungsmittelextraktion ist oder diese übersteigt, ist in der Lage, Seltenerdelemente wie Neodym, Europium, Yttrium, Terbium und Dysprosium in einem einzigen Schritt zu gewinnen. Die Lösungsmittelextraktion ist ein allgemeines Verfahren, um eine Substanz teilweise aus einer Lösung zu entfernen, indem sie in einem anderen, nicht mischbaren Lösungsmittel (in dem die Zielsubstanz löslicher ist) gelöst wird. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden benötigt MSX weniger Energie und bietet eine höhere Effizienz und Prozessstabilität.

Preston Bryant, CEO von Momentum, hofft, dass das Unternehmen ein nachhaltiges Geschäftsmodell schaffen und eine Lösung für die kompliziertesten Probleme in der Lieferkette für Seltene Erden liefern wird.