Neodimyum demir bor atık geri dönüşümü: kaçırılmaması gereken bir hazine
Neodimyum demir bor (NdFeB) kalıcı mıknatıslar, mükemmel manyetik özellikleri nedeniyle rüzgar enerjisi üretiminde, yeni enerji araçlarında ve elektronik ürünlerde yaygın olarak kullanılmakta ve bu da onlara “Mıknatısların Kralı” unvanını kazandırmaktadır. Ancak, NdFeB mıknatıs üretim sürecindeki hurda oranı %30’a kadar çıkmakta ve sınırlı ömürleriyle birleştiğinde, büyük miktarda NdFeB atığı ortaya çıkmaktadır.
Bu atıklar, birincil nadir toprak cevherlerinin içeriğini çok aşan %30’a kadar nadir toprak elementleri içermekte ve bu da onları oldukça değerli bir ikincil kaynak haline getirmektedir. NdFeB atıklarından nadir toprak elementlerinin verimli bir şekilde geri kazanılması, nadir toprak kaynaklarının güvenliğini sağlamak, çevre kirliliğini azaltmak ve sürdürülebilir kalkınmayı teşvik etmek için çok önemlidir.
NdFeB Atıklarının Özellikleri ve Kaynakları
NdFeB atıkları çoğunlukla hurdalardan, arızalı ürünlerden ve mıknatıs üretim sürecinde mıknatıs içeren kullanımdan kaldırılmış elektronik ürünlerden kaynaklanmaktadır. Kimyasal bileşimi karmaşıktır; Ana nadir toprak elementleri Nd ve Pr’ye ek olarak, koersiviteyi artırmak için Dy ve Tb gibi elementler ve genel performansı iyileştirmek için Co, Al ve Cu gibi elementler sıklıkla eklenir. Nadir toprak elementi (NTE) içeriğine göre, NdFeB atıkları üç kategoriye ayrılabilir: düşük nadir toprak elementi (NTE < %20), orta nadir toprak elementi (%20-%30) ve yüksek nadir toprak elementi (%30’dan fazla).
Şu anda, NdFeB atıkları için geri dönüşüm süreçleri temel olarak pirometalurjik, hidrometalurjik ve yeni geri dönüşüm teknolojileri olarak ayrılmıştır.
(I) Pirometalurjik Geri Dönüşüm Süreçleri
Pirometalurjik geri dönüşüm, nadir toprak elementlerini yüksek sıcaklık reaksiyonları yoluyla demirden ayırır. Başlıca yöntemler arasında seçici oksidasyon, klorlama ayırma, sıvı alaşımlama ve cüruf-metal füzyon ayırma yer alır.
Seçici oksidasyon, nadir toprak elementlerinin oksijene demirden çok daha yüksek bir afiniteye sahip olması gerçeğine dayanır. Yüksek sıcaklıklarda, nadir toprak elementleri seçici olarak oksitlenerek oksitler oluşturur ve bunlar daha sonra metalik demirden ayrılır. Nakamoto ve arkadaşları, oksijen kısmi basıncını hassas bir şekilde kontrol ederek %95’i aşan saflıkta ve %99’u aşan geri kazanım oranına sahip karışık nadir toprak oksitleri hazırlamayı başardılar.
Klorlama ayırma, nadir toprak elementleri ve klor arasındaki güçlü afiniteden yararlanır. NH4Cl, FeCl2 veya MgCl2 gibi klorlama ajanları, ayırmadan önce nadir toprak elementlerini klorürlere dönüştürmek için kullanılır. UDA, klorlama ajanı olarak FeCl2 kullanmış ve 800°C’de reaksiyona girerek %95,9’luk bir nadir toprak geri kazanım oranı ve %99’u aşan bir ürün saflığı elde etmiştir.
Sıvı alaşımlama yöntemi, nadir toprak elementleri ile demir arasındaki afinite farkından yararlanarak diğer metaller için nadir toprak elementleri ve demirin etkili bir şekilde zenginleştirilmesini ve ayrılmasını sağlar. Nadir toprak elementi Nd, Ag, Mg vb. ile çeşitli düşük erime noktalı alaşımlar oluşturabilir.
Cüruf-metal ayırma yöntemi, NdFeB atıklarındaki nadir toprak elementlerinin oksijenle daha kolay birleşmesi özelliğine dayanır. NdFeB atıklarındaki tüm metaller metal oksitlere dönüşür. Aynı zamanda, bir cüruf oluşturucunun yüksek sıcaklığı altında, indirgeyici koşullar kontrol edilerek demir oksitler metalik Fe’ye dönüştürülür.
(II) Islak Geri Kazanım Prosesi
Islak geri kazanım, günümüzde en yaygın kullanılan yöntemdir ve çoğunlukla toplam çözünme yöntemi, hidroklorik asit tercihli çözünme yöntemi, çift tuz çöktürme yöntemi ve çözücü ekstraksiyon yöntemini içerir.
(III) Yeni Geri Dönüşüm Prosesleri
Yeni geri dönüşüm teknolojileri, hidrojen patlaması, biyolojik özütleme ve elektrokimyasal yöntemler dahil olmak üzere geleneksel yöntemlerle ilişkili yüksek enerji tüketimi ve yüksek kirlilik sorunlarını çözmeyi amaçlamaktadır.
Farklı Geri Dönüşüm Proseslerinin Karşılaştırılması ve Çevresel Etki
Pirometalurjik prosesler kısa akış hızlarına ve yüksek işleme kapasitelerine sahip olsa da, yüksek enerji tüketimi ve tek nadir toprak elementlerini ayırmada zorluk yaşanır; hidrometalurjik prosesler yüksek geri kazanım oranlarına ve yüksek ürün saflığına sahip olsa da, yüksek asit tüketimi ve yüksek atık su arıtma maliyetleri söz konusudur; biyoliç ve elektrokimyasal yöntemler gibi yeni prosesler çevre dostudur, ancak çoğunlukla laboratuvar aşamasındadır ve henüz geniş ölçekte uygulanmamıştır.
Çevresel etki açısından, geleneksel geri dönüşüm prosesleri genellikle güçlü asitler, güçlü alkaliler ve yüksek sıcaklıklar kullanır, bu da büyük miktarda atık sıvı ve atık gaz oluşturarak çevresel yükü artırır. Bu nedenle, çevre dostu ve düşük tüketimli geri dönüşüm proseslerinin geliştirilmesi hayati önem taşımaktadır.
NdFeB atık geri dönüşümü, nadir toprak elementi kıtlığını hafifletmenin ve çevre kirliliğini azaltmanın önemli bir yoludur. Teknolojik inovasyon ve politika rehberliği sayesinde, NdFeB geri dönüşüm endüstrisi çevre dostu, düşük maliyetli, kısa prosesler ve yüksek geri kazanım oranlarına doğru ilerleyecek ve sürdürülebilir kalkınmaya yeni bir ivme kazandıracaktır.