Le lantanidi sono «la salsa segreta» di numerosi materiali avanzati per le applicazioni di energia, del trasporto, della difesa e di comunicazioni. Il loro più grande uso per energia pulita è in magneti permanenti, che conservano le proprietà magnetiche anche in assenza di un campo d'induzione o corrente.

Ramesh Bhave di Ridge National Laboratory della quercia co-ha inventato un processo per recuperare le lantanidi di grande purezza dai magneti rottamati dei dischi rigidi del computer (indicati qui) e di altri rifiuti. Credito: Carlos Jones /Oak Ridge National Laboratory, servizio degli Stati Uniti di energia

Ora, il Dipartimento per l'energia di Stati Uniti i ricercatori ha inventato un processo per estrarre le lantanidi dai magneti rottamati dei dischi rigidi usati e di altre fonti. Hanno brevettato e riportato in scala sul processo nelle dimostrazioni del laboratorio e stanno funzionando con le tecnologie di slancio del licenziatario di ORNL di Dallas per riportare in scala il processo più ulteriormente per produrre le serie commerciali di ossidi della terra rara.

«Abbiamo sviluppato un di ottimo rendimento, redditizio, processo rispettoso dell'ambiente per recuperare i materiali critici d'alto valore,» ha detto il co-inventore Ramesh Bhave della quercia Ridge National Laboratory della DAINA, che conduce il gruppo delle tecnologie della membrana nella divisione di scienze chimiche di ORNL. «È un miglioramento sopra i procedimenti classici, che richiedono le facilità con una grande orma, gli alti costi di gestione e del capitale ed un gran numero di spreco generati.»

I magneti permanenti aiutano i dischi rigidi del computer ad indicare e redigere i dati, azionamento i motori che si muovono automobili ibride ed elettriche, generatori eolici delle coppie con i generatori per fare l'elettricità e smartphones di aiuto per tradurre i segnali elettrici in suono.

Con il processo brevettato, i magneti sono dissolti in acido nitrico e la soluzione è alimentata continuamente tramite le membrane sostenenti di un polimero del modulo. Le membrane contengono le fibre cave porose con un solvente che serve da «poliziotto di traffico» chimico delle specie; crea una barriera selettiva e lascia le sole lantanidi passare da parte a parte. Della la soluzione ricca di rara raccolta dall'altro lato più ulteriormente è elaborata per rendere gli ossidi della terra rara alle purezze che superano 99,5%.

Quello è notevole considerando quello tipicamente, 70% di un magnete permanente è ferro, che non è una lantanide. «Possiamo essenzialmente eliminare il ferro completamente e recuperare soltanto le terre rare,» Bhave ha detto. L'estrazione degli elementi desiderabili senza quei indesiderabili d'estrazione significa che meno spreco è creato che avrà bisogno del trattamento e della disposizione a valle.

I sostenitori del lavoro comprendono l'istituto dei materiali critici della DAINA, o CMI, per la ricerca delle separazioni e l'ufficio della DAINA delle transizioni della tecnologia, o OTT, per il processo porta su scala industriale. ORNL è un membro del team fondante di CMI, un hub dell'innovazione di energia della DAINA principale da Ames Laboratory della DAINA e diretto dall'ufficio fabbricante avanzato. Bhave «che estrae» di una soluzione acida con gli unire selettivi delle membrane altre tecnologie di promessa CMI il recupero delle terre rare, compreso un processo semplice che schiaccia e tratta i magneti e un'alternativa priva di acido.

L'industria dipende dai materiali critici e la comunità scientifica sta sviluppando i processi per riciclarle. Tuttavia, nessun processo commercializzato ricicla le lantanidi pure dai magneti dei rifiuti elettronici. Quella è un'opportunità mancante enorme che considera 2,2 miliardo personal computer, compresse ed i telefoni cellulari si pensano che spediscano universalmente nel 2019, secondo Gartner. «Tutti questi dispositivi hanno magneti della terra rara in loro,» Bhave hanno notato.

Il progetto di Bhave, che ha cominciato nel 2013, è uno sforzo del gruppo. John Klaehn e Eric Peterson del laboratorio nazionale dell'Idaho della DAINA hanno collaborato ad una fase in anticipo della ricerca messa a fuoco su chimica e Ananth Iyer, un professore al Purdue University, più successivamente ha valutato il tecnico e la possibilità economica di porta su scala industriale. A ORNL, gli ex colleghi postdottorali Daejin Kim e Vishwanath Deshmane hanno studiato lo sviluppo trattato delle separazioni e portano su scala industriale, rispettivamente. Gruppo corrente del ORNL di Bhave, comprendente Dale Adcock, Pranathi Gangavarapu, Syed Islam, Larry Powell e Priyesh Wagh, fuochi su rappresentazione in scala sul processo e lavorante con i partner di industria che commercializzeranno la tecnologia.

Per assicurare le terre rare ha potuto essere recuperata attraverso un'ampia gamma di materiali di base, ricercatori ha sottoposto i magneti di variazione composizione-dalle fonti compreso i dischi rigidi, le macchine di imaging a risonanza magnetica, i telefoni cellulari e l'ibrido automobile-al processo.

La maggior parte delle lantanidi sono lantanidi, elementi con i numeri atomici fra 57 e 71 nella tavola periodica. «La competenza tremenda di ORNL in chimica della lantanide ci ha dato un inizio enorme di salto,» Bhave ha detto. «Abbiamo cominciato esaminare le chimiche ed i modi della lantanide da cui le lantanidi sono estratte selettivamente.»

In due anni, i ricercatori hanno adattato la chimica della membrana per ottimizzare il recupero delle terre rare. Ora, il loro processo recupera più di 97% delle lantanidi.

Fin qui il progetto di riciclaggio di Bhave ha provocato un brevetto e due pubblicazioni (qui e qui) che documentano un recupero del elemento-neodimio della terra rara tre, praseodimio e disprosio-come una miscela degli ossidi.

La seconda fase di separazioni ha cominciato nel luglio 2018 con sforzo per separare il disprosio da neodimio e da praseodimio. Una miscela delle tre vendite degli ossidi per $50 un il chilogrammo. Se il disprosio potesse essere separato dalla miscela, il suo ossido potrebbe essere venduto per cinque volte tanto.

La seconda fase del programma inoltre esplorerà se il procedimento di fondo di ORNL per la separazione delle terre rare può essere sviluppato per la separazione degli altri elementi di in-richiesta dagli Accumulatori liti-ione. «La crescita elevata prevista dei veicoli elettrici sta andando richiedere una somma enorme di litio e cobalto,» Bhave ha detto.

Gli sforzi industriali stati necessari per spiegare il processo di ORNL nel mercato, costituito un fondo per in due anni dal fondo di commercializzazione della tecnologia del OTT della DAINA, hanno cominciato nel febbraio 2019.

Lo scopo è di recuperare le centinaia di chilogrammi di ossidi della terra rara ogni mese e convalidare, verificare e certificare che i produttori potrebbero usare i materiali riciclati per fare i magneti equivalenti a quelli hanno fatto con i materiali vergini.

L'ufficio fabbricante avanzato, la parte dell'ufficio di rendimento energetico e l'energia rinnovabile della DAINA, costituito un fondo per questa ricerca con il CMI, che è stata stabilita per differenziare il rifornimento, sviluppare i sostituti, migliorare la riutilizzazione ed il riciclaggio e per condurre la ricerca crosscutting dei materiali critici. ORNL ha fornito la direzione strategica per queste aree da quando CMI ha cominciato nel 2013. Ciò comprende fornire ai capi per le aree del fuoco e progetti che quello ha condotto alle nuove innovazioni nel riciclaggio delle leghe e del magnete del alluminio-cerio.

Fonte: ORNL