Немецкие специалисты испытывают две технологии, позволяющие получать ценные металлы из непригодных к использованию жестких дисков компьютеров.
Евгения Васильева
Лом отслужившей электроники. Иллюстративное фото. Источник: iStock
Отработанные HDD способны превратиться в источник критически значимого сырья для электромобилей, ветрогенераторов и иных технологий. Специалисты из Германии проверяют два метода извлечения полезных металлов из старых магнитов, включая подход, где вместо традиционной соляной кислоты применяется хлорид аммония.
Эта работа ведется в рамках проекта NEO-CYCLE, который финансирует Европейский союз. В нем участвуют сотрудники Института керамических технологий и систем Фраунгофера (IKTS) вместе с Бергакадемией Фрейберга: они добывают неодим, железо и бор из выброшенных жестких дисков (HDD).
Магниты на основе неодима, железа и бора принадлежат к числу наиболее мощных постоянных магнитов. Их применяют в моторах электромобилей, ветряных турбинах и электронных устройствах — динамиках, смартфонах, жестких дисках. Однако получить из них материалы нужной степени чистоты для повторного использования технически непросто.
Как сообщает Институт Фраунгофера, особая значимость неодима объясняется тем, что примерно 90% этого материала поступает из Китая. Кроме того, значительная часть магнитных отходов, собранных в Европе, тоже уходит в Китай на переработку, а затем восстановленное сырье вновь закупается за рубежом.
Извлечение металлов из старых магнитов
Участники NEO-CYCLE исследуют две методики извлечения ценных компонентов из магнитов старых компьютеров и ноутбуков.
Первая методика — твердотельное хлорирование, которое разрабатывает партнер проекта, Технологический университет Фрайберга. Вместо стандартной соляной кислоты здесь применяется хлорид аммония: его вводят в смесь, содержащую неодим, железо и бор, полученные из магнитных отходов.
При нагреве смесь преобразуется в хлориды металлов и раствор аммиака высокой чистоты. Этот метод опирается на запатентованную технологию переработки люминесцентных ламп, которую сейчас проверяют применительно к извлечению магнитов.
Предварительные данные свидетельствуют: такой способ позволяет эффективнее отделять хлориды металлов от магнитного материала, выводя почти все металлы при относительно малом расходе химикатов.
Вторая методика строится на электрохимической обработке. Измельченные магнитные отходы помещают в электрохимическую ячейку, где химические реакции протекают в электролите — например, в разбавленной серной кислоте.
В результате бор переходит в раствор, который затем можно сконцентрировать для нужд химической и фармацевтической промышленности.
Отделение ценных материалов для повторного использования
После первичной обработки специалисты Института Фраунгофера IKTS задействуют гидрометаллургические методы, чтобы разделить полученные материалы. Селективная обработка, которую применяет команда, позволяет извлекать неодим и железо и получать металлы в виде чистых солей.
Далее партнеры проекта могут направить восстановленное сырье на дальнейшую переработку для разных отраслей. Среди них химическая промышленность, фармацевтика, производство водорода и удобрений.
Кроме того, ученые ищут способы преобразовывать восстановленные материалы в более ценные продукты, а не просто извлекать их из отходов. Такой подход способен сформировать замкнутую цепочку поставок, где выброшенные электронные компоненты станут сырьем для новых промышленных нужд.
Проект NEO-CYCLE рассчитан на четыре года и получает финансирование по программе Европейского союза «Горизонт Европа», информирует InterestingEngineering. Лабораторные испытания методов восстановления уже завершены, а сейчас готовятся планы создания пилотной установки.
Задача — разработать процесс, выгодный и с экономической, и с экологической точки зрения. Он должен обеспечивать получение высококачественных материалов из магнитов, отслуживших свой срок, при одновременном сокращении расхода химикатов и воды. Если результат окажется успешным, Европа сможет эффективнее использовать электронные отходы и уменьшить зависимость от ввозимого критически важного сырья.
Как масштабировать технологию
Следующим шагом участников проекта станет масштабирование лабораторных результатов. Пилотная установка должна подтвердить, что обе технологии сохраняют эффективность при работе с реальными объемами магнитных отходов, а не только с небольшими образцами. Отдельное внимание уделят стабильности процесса: важно, чтобы выход солей неодима и железа оставался предсказуемым при колебаниях состава исходного сырья.
Экономическая оценка займет не меньше места, чем техническая. Исследователи сопоставят затраты на реагенты, нагрев и электроэнергию с рыночной стоимостью получаемых материалов. Метод твердотельного хлорирования выглядит привлекательным из-за малого расхода химикатов, тогда как электрохимический подход требует более детального расчета энергобаланса. Итоговое решение будет зависеть от того, какая схема даст лучшее соотношение затрат и чистоты продукта.
Отдельно предстоит решить вопрос сбора сырья. Электронный лом, в частности, жесткие диски поступают на переработку неравномерно, а извлечение магнитов из корпусов пока слабо автоматизировано. Без отлаженной логистики даже совершенная технология останется лабораторной разработкой. Поэтому партнеры изучают, как встроить демонтаж и сортировку в существующие цепочки сбора электронных отходов в Европе.
Экологическая часть проекта включает оценку полного жизненного цикла. Нужно показать, что сокращение расхода кислот и воды действительно снижает нагрузку на окружающую среду, а не переносит ее на другие этапы. Для этого ученые сравнят новые методы с существующей практикой, при которой магнитные отходы отправляются на переработку за пределы Европы.
Если пилотная установка подтвердит расчеты, проект сможет предложить европейской промышленности рабочий вариант возврата неодима в оборот. Это не устранит зависимость от импорта полностью, но создаст дополнительный внутренний источник критически важного сырья.
