Reciclarea magnetică a elementelor rare – o nouă metodă eficientă și ecologică

Într-o lume unde telefoanele uzate, laptopurile defecte și alte electronice devin rapid deșeuri, cercetătorii au descoperit o metodă promițătoare pentru reciclarea elementelor rare din magneți. Această tehnică nouă, mai puțin consumatoare de energie și acid, promite să transforme deșeurile în resurse prețioase.

O echipă de cercetători a dezvoltat o metodă de separare a elementelor rare din deșeurile de magneți, care este relativ simplă, utilizează mai puțină energie și generează mai puține emisii și poluare comparativ cu metodele actuale. Studiul lor a fost publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences.

Procesul implică încălzirea rapidă a magneților uzati la temperaturi extrem de ridicate folosind un curent electric, și utilizarea gazului de clor pentru a reacționa cu metalele nedorite, menținându-le în fază de vapori. James Tour, unul dintre autorii studiului și profesor de știință a materialelor și nanoinginerie la Universitatea Rice, susține că această cercetare ar putea ajuta Statele Unite să-și satisfacă nevoia crescândă de aceste elemente.

“Țara noastră se străduiește să găsească moduri de a obține aceste elemente rare”, spune el. “Și, în opinia noastră, totul se află în deșeurile noastre… Le avem chiar aici, trebuie doar să le extragem din nou.”

În 2018, Tour și colegii săi au descoperit că acest proces de încălzire rapidă, numit încălzire prin efect Joule, poate transforma orice sursă de carbon – inclusiv cărbunele, biocharul și plasticul amestecat – în grafen, un material foarte subțire, rezistent și conductiv.

Continuând pe această linie, în 2023, ei au dezvoltat o metodă care utilizează încălzirea prin efect Joule și clorul. În acest studiu, ei au identificat energia liberă Gibbs, care indică reactivitatea unui material, pentru forma de oxid a tuturor celor 17 elemente rare și a nouă oxizi comuni găsiți în deșeurile de elemente rare.

Deșeurile de magneți mărunțiți sunt plasate pe o platformă din carbon și înconjurate de o cameră de sticlă. Un curent trece prin platformă, generând rapid o căldură imensă, de mii de grade Celsius în câteva secunde. Apoi, gazul de clor este eliberat în cameră, creând cloruri ale elementelor nedorite și reducând punctele lor de fierbere.

Între gazul de clor și căldură, componentele non-REE se vaporizează și formează depozite pe interiorul camerei. Elementele rare sunt lăsate în urmă sub formă de oxid sau oxichlorură pe platforma de carbon, gata de colectat.

Echipa a studiat diferențele în reactivitate cu gazul de clor și diferența punctelor de fierbere între formele de oxid și clorură ale metalelor – punctul de fierbere al fierului este de aproximativ 3,000° C, în timp ce al clorurii de fier este de doar 315° C – pe măsură ce “explorau” și testau diferite tensiuni și temperaturi pe deșeurile de magneți de neodim-fier-bor și samariu-cobalt.

Magneții, fiind duri, sunt încălziți la 800° C pentru a fi demagnetizați și înmuiati înainte de a fi măcinați în praf. Reziduul de elemente rare separat la sfârșitul procesului poate fi remagnetizat expunându-l unui magnet.

Rezultatul final este mai mult de 90% puritate a elementelor rare recuperate, reprezentând un pas major înainte în tehnologia de reciclare ecologică.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România