Daur ulang limbah besi boron neodymium: harta karun yang tak boleh dilewatkan

Magnet permanen neodymium iron boron (NdFeB) banyak digunakan dalam pembangkit listrik tenaga angin, kendaraan energi baru, dan produk elektronik karena sifat magnetiknya yang luar biasa, sehingga dijuluki “Raja Magnet”. Namun, tingkat skrap dalam proses produksi magnet NdFeB mencapai 30%, dan ditambah dengan masa pakainya yang terbatas, hal ini menghasilkan limbah NdFeB dalam jumlah besar.

Limbah ini mengandung hingga 30% unsur tanah jarang, jauh melebihi kandungan bijih tanah jarang primer, menjadikannya sumber daya sekunder yang sangat berharga. Pemanfaatan unsur tanah jarang secara efisien dari limbah NdFeB sangat penting untuk memastikan keamanan sumber daya tanah jarang, mengurangi polusi lingkungan, dan mendorong pembangunan berkelanjutan.

Karakteristik dan Sumber Limbah NdFeB

Limbah NdFeB sebagian besar berasal dari skrap, produk cacat, dan produk elektronik yang mengandung magnet yang telah dihentikan penggunaannya selama proses pembuatan magnet. Komposisi kimianya kompleks; Selain unsur tanah jarang utama Nd dan Pr, unsur-unsur seperti Dy dan Tb sering ditambahkan untuk meningkatkan koersivitas, dan unsur-unsur seperti Co, Al, dan Cu ditambahkan untuk meningkatkan kinerja secara keseluruhan. Berdasarkan kandungan unsur tanah jarang (UTJ), limbah NdFeB dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori: tanah jarang rendah (UTJ < 20%), tanah jarang sedang (20%–30%), dan tanah jarang tinggi (> 30%).

Saat ini, proses daur ulang limbah NdFeB terutama dibagi menjadi teknologi daur ulang pirometalurgi, hidrometalurgi, dan daur ulang baru.

(I) Proses Daur Ulang Pirometalurgi

Daur ulang pirometalurgi memisahkan unsur tanah jarang dari besi melalui reaksi suhu tinggi. Metode utamanya meliputi oksidasi selektif, pemisahan klorinasi, paduan cair, dan pemisahan fusi terak-logam.

Oksidasi selektif didasarkan pada fakta bahwa unsur tanah jarang memiliki afinitas terhadap oksigen yang jauh lebih tinggi daripada besi. Pada suhu tinggi, unsur tanah jarang dioksidasi secara selektif untuk membentuk oksida, yang kemudian dipisahkan dari besi metalik. Nakamoto dkk. berhasil menyiapkan oksida tanah jarang campuran dengan kemurnian melebihi 95% dan tingkat pemulihan melebihi 99% dengan mengendalikan tekanan parsial oksigen secara presisi.

Pemisahan klorinasi memanfaatkan afinitas yang kuat antara unsur tanah jarang dan klorin. Zat klorinasi seperti NH4Cl, FeCl2, atau MgCl2 digunakan untuk mengubah unsur tanah jarang menjadi klorida sebelum pemisahan. Uda menggunakan FeCl2 sebagai zat klorinasi, bereaksi pada suhu 800℃, mencapai tingkat pemulihan unsur tanah jarang sebesar 95,9% dan kemurnian produk melebihi 99%.

Metode paduan cair memanfaatkan perbedaan afinitas antara unsur tanah jarang dan besi untuk logam lain guna mencapai pengayaan dan pemisahan unsur tanah jarang dan besi yang efektif. Unsur tanah jarang Nd dapat membentuk berbagai paduan dengan titik leleh rendah dengan Ag, Mg, dll.

Metode pemisahan terak logam didasarkan pada karakteristik unsur tanah jarang dalam limbah NdFeB yang lebih mudah berikatan dengan oksigen. Semua logam dalam limbah NdFeB diubah menjadi oksida logam. Secara bersamaan, di bawah suhu tinggi agen terak, oksida besi diubah menjadi Fe logam dengan mengendalikan kondisi reduksi.

(II) Proses Pemulihan Basah

Pemulihan basah saat ini merupakan metode yang paling banyak digunakan, terutama mencakup metode pelarutan total, metode pelarutan preferensial asam klorida, metode presipitasi garam ganda, dan metode ekstraksi pelarut.

(III) Proses Daur Ulang Baru

Teknologi daur ulang baru bertujuan untuk mengatasi masalah konsumsi energi yang tinggi dan polusi yang tinggi yang terkait dengan metode tradisional, termasuk ledakan hidrogen, bioleaching, dan metode elektrokimia.

Perbandingan Berbagai Proses Daur Ulang dan Dampak Lingkungan

Proses pirometalurgi memiliki laju alir pendek dan kapasitas pemrosesan besar, tetapi konsumsi energinya tinggi dan sulit dipisahkan dari unsur tanah jarang tunggal; proses hidrometalurgi memiliki tingkat pemulihan dan kemurnian produk yang tinggi, tetapi konsumsi asamnya tinggi dan biaya pengolahan air limbahnya tinggi; proses yang lebih baru seperti bioleaching dan metode elektrokimia ramah lingkungan, tetapi sebagian besar masih dalam tahap laboratorium dan belum diterapkan dalam skala besar.

Dalam hal dampak lingkungan, proses daur ulang tradisional seringkali menggunakan asam kuat, alkali kuat, dan suhu tinggi, menghasilkan limbah cair dan gas buang dalam jumlah besar, sehingga meningkatkan beban lingkungan. Oleh karena itu, pengembangan proses daur ulang yang ramah lingkungan dan hemat energi sangatlah penting.

Daur ulang limbah NdFeB merupakan cara utama untuk mengatasi kekurangan sumber daya tanah jarang dan mengurangi polusi lingkungan. Melalui inovasi teknologi dan arahan kebijakan, industri daur ulang NdFeB akan berkembang menuju penghijauan, biaya rendah, proses singkat, dan tingkat pemulihan yang tinggi, yang akan memberikan dorongan baru bagi pembangunan berkelanjutan.