james mckenzie analiza el trabajo de la empresa derivada de la Universidad de Birmingham, HyProMag, que ha desarrollado una técnica para reciclar imanes de tierras raras
Recientemente fui a una misión comercial a Canadá financiada por Innovate UK, donde conocí Alan Walton – un científico de materiales que cofundó una empresa llamada HyProMag. HyProMag, derivada de la Universidad de Birmingham en 2018, ha desarrollado una técnica para reciclar imanes de tierras raras, que se utilizan ampliamente en turbinas eólicas, motores de vehículos eléctricos (EV) y otras partes de la “economía verde”.
Después de haber sido invitado a recorrer el prototipo de instalación de reciclaje de HyProMag en el campus de Birmingham, vi que la tecnología se perfilaba como una gran historia de éxito en el Reino Unido. Así que cuando Mundo de la física Me envió un comunicado de prensa anunciando que la compañía debe comenzar la producción comercial en Parque energético Tyseley En Birmingham a mediados de 2024, sabía que mis instintos estaban bien fundamentados.
Imanes permanentes de tierras raras, como lo describí en mi columna hace pocos meses – son aleaciones de elementos como neodimio, samario y cerio. Ahora que la transición hacia una economía de “energía limpia” está en pleno apogeo, la demanda de tierras raras es alta. Las estimaciones sugieren que el mercado crecerá hasta siete veces entre 2021 y 2040.
El problema es que entre el 80% y el 90% del neodimio del mundo actualmente lo fabrican (o lo controlan) empresas chinas. Esto ha llevado a algunas naciones, como Estados Unidos, a renovar su propia producción de imanes permanentes. Pero otra forma de asegurar el suministro de tierras raras es reciclar materiales. Por eso es tan interesante la inminente puesta en marcha de las instalaciones de HyProMag, sobre todo porque su proceso es tan eficiente energéticamente.
Extrayendo elementos
Hay muchos métodos posibles para extraer tierras raras de materiales de desecho o de productos que han llegado al final de su vida. Hasta ahora, la mayor parte del trabajo se ha centrado en obtener los elementos individuales disolviendo primero los imanes y luego recuperando las tierras raras de las corrientes de desechos líquidos que reingresan a la cadena de suministro en las primeras etapas del proceso de fabricación de imanes.
Impulsando la economía verde: la búsqueda de imanes sin tierras raras
Este enfoque a menudo se denomina reciclaje de “ciclo largo”, ya que todo se descompone mediante diversas técnicas y se recupera como óxidos de tierras raras. Luego, estos óxidos deben convertirse en metales antes de fundirse en aleaciones y descomponerse en un fino polvo de aleación para fabricar los imanes. El reciclaje de circuito largo es un proceso importante pero costoso y que consume mucha energía.
La planta de Tyseley adopta un enfoque diferente, basado en el sistema patentado de la Universidad de Birmingham. Procesamiento de hidrógeno de chatarra magnética (HPMS) técnica. Utiliza hidrógeno como gas de procesamiento para separar los imanes de las corrientes residuales en forma de polvo de aleación magnética, que se puede compactar en “sinterizado” imanes de tierras raras. Al no requerir calor, es un proceso relativamente rápido denominado reciclaje de “circuito corto”.
En 259 se enviaron la asombrosa cifra de 2021 millones de unidades de disco duro, por lo que el mercado de imanes reciclados es enorme.
Cuando miré la línea de prototipos de la compañía el año pasado, noté que puede reciclar las unidades de disco duro (HDD) que se encuentran en las computadoras. Cada disco puede tener hasta 16 g de material magnético, de los cuales aproximadamente una cuarta parte son elementos de tierras raras. Eso es sólo una pequeña fracción de la masa total del disco, pero, como recordarás que señalé, en 259 se enviaron la asombrosa cifra de 2021 millones de discos duros, por lo que el mercado es enorme.
El método de producción de HyProMag implica que un robot con sensores de campo magnético identifique primero la ubicación del motor del disco duro, que contiene el importante imán permanente de tierras raras. A continuación se corta la sección que contiene el motor y el resto del disco se envía al reciclaje convencional. Finalmente, la sección del motor se expone a hidrógeno a presión atmosférica y temperatura ambiente mediante la técnica HPMS.
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Sorprendentemente, los imanes de tierras raras (normalmente aleaciones de neodimio, hierro y boro (NdFeB)) simplemente se rompen para formar un polvo. He visto vídeos del proceso y es como ver algo oxidarse. Fundamentalmente, el polvo se desmagnetiza, por lo que cualquier recubrimiento del imán se desprende de la superficie de los imanes y se puede separar fácilmente.
Luego, el polvo de NdFeB extraído se tamiza para eliminar las impurezas antes de volver a procesarlo para obtener nuevos materiales magnéticos o aleaciones de tierras raras. HyProMag calcula que el proceso requiere un 15% menos de energía que la necesaria para fabricar imanes de tierras raras a partir de fuentes primarias, lo cual es impresionante. Ya ha producido más de 3000 nuevos imanes de tierras raras en su planta piloto para socios del proyecto y clientes potenciales, y los imanes han sido probados en una amplia gama de aplicaciones en los sectores de automoción, aeroespacial y electrónico.
Promesas de producción
Pero la empresa quiere superar la fase de prueba y convertirse en un gran proveedor de imanes. Por eso la planta a gran escala de Tyseley es tan importante. La empresa calcula que inicialmente podrá procesar hasta 20 toneladas de imanes y aleaciones de tierras raras al año, y eventualmente cinco veces esa cantidad. HyProMag también está planeando otras instalaciones en Alemania y Estados Unidos.
La tecnología es prometedora porque muchos productos contienen imanes de tierras raras, pero cuando se desechan, los imanes se trituran y se rompen. El polvo resultante sigue siendo magnético y se adhiere a la chatarra ferrosa y a los componentes de la planta, pero menos del 1% de los imanes se recicla. Sin embargo, HyProMag puede eliminar eficientemente este material antes de triturarlo y ya está estudiando una amplia gama de fuentes de desechos económicamente viables.
"Es difícil ver despegar el reciclaje a gran escala de imanes de tierras raras sin un proceso de separación eficiente como el HPMS", dice Walton. "La línea piloto actual nos permite procesar hasta dos toneladas de aplicaciones de chatarra en una sola ejecución, y la planta comercial se escala para permitir tamaños de lotes mucho mayores". La carga hasta la eliminación del polvo se puede realizar, afirma la empresa, en tan solo cuatro horas.
A medida que aumenta la demanda de tierras raras y también aumenta la cantidad de material magnético de segunda mano disponible, el reciclaje de dichos imanes se está convirtiendo en una oportunidad cada vez mayor y en un proceso cada vez más viable. Basta mirar el crecimiento del sector de los vehículos eléctricos: un motor eléctrico típico tiene entre 2 y 5 kg de material magnético y se espera que las ventas mundiales de vehículos eléctricos aumenten a 65 millones por año para 2030, según una firma de investigación de mercado. IHS Markit.
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Otra gran fuente de tierras raras son las turbinas eólicas, muchas de las cuales están llegando al final de su vida útil después de décadas de uso. Sus generadores contienen hasta 650 kg de tierras raras por megavatio de capacidad del generador. Dado que el Reino Unido aspira a tener hasta 75 GW de capacidad eólica marina para 2050, tendrá cerca de 50,000 toneladas de imanes de tierras raras en los próximos años, según Martyn Cherrington de Innovate UK, que dirige su Cadena de suministro circular de materiales críticos (CLIMAS) programa.
Estas oportunidades a largo plazo a menudo necesitan apoyo gubernamental, y el reciclaje de imanes permanentes de tierras raras no ha sido una excepción. De hecho, la investigación fundamental detrás del trabajo de HyProMag comenzó muchos años antes de que se escindiera. La empresa también se ha beneficiado del apoyo financiero de una variedad de fuentes, incluida la de Investigación e Innovación del Reino Unido. Impulsando la revolución eléctrica programa, la Unión Europea y los inversores privados.
En 2023 HyProMag Ltd. fue comprado por la firma canadiense maginito, que es parte de Recursos de Mkango – una empresa de exploración y desarrollo de minerales que cotiza en las bolsas de valores del Reino Unido y Canadá. Mkango vio claramente el potencial de la tecnología de fabricación de imanes y reciclaje de HyProMag. Es una gran historia de éxito del Reino Unido, que podría tener un enorme potencial global a largo plazo para la economía circular.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/
