Европейские ученые разрабатывают новые способы переработки магнитов из списанных компьютерных жестких дисков. Исследователи рассчитывают извлекать из электронных отходов неодим, железо и бор, используя более экономичные химические и электрохимические методы. В перспективе эта технология поможет сократить зависимость европейской промышленности от поставок критически важных металлов из Китая.
Почему старые жесткие диски представляют ценность?
На первый взгляд, отслуживший свое жесткий диск (HDD) — обычный электронный мусор. Однако внутри него скрывается материал, который сегодня особенно востребован в высокотехнологичных отраслях, — неодимовые магниты.
Речь идет о магнитах из сплава неодима, железа и бора (NdFeB). Они относятся к числу самых мощных постоянных магнитов, доступных современной промышленности. Их используют в электродвигателях электромобилей, ветрогенераторах, акустических системах, смартфонах и множестве других электронных устройств.
Особую ценность представляет неодим — один из редкоземельных элементов, необходимых для производства высокоэффективных магнитов. По данным немецкого института Фраунгофера, около 90% неодима Европа импортирует из Китая.
Ситуацию осложняет и то, что значительная часть собранных в Европе отходов магнитных материалов отправляется на переработку в Китай. После извлечения ценных компонентов они нередко возвращаются обратно в виде готового сырья или продукции.
Таким образом, эффективная переработка старых магнитов непосредственно в Европе могла бы решить сразу две задачи: уменьшить количество электронных отходов и снизить зависимость от внешних поставщиков стратегического сырья.
Как работает новая технология переработки?
Разработкой занимаются специалисты Института керамических технологий и систем Фраунгофера (Fraunhofer IKTS) совместно с Техническим университетом Фрайбергской горной академии (TU Bergakademie Freiberg).
Исследования проводятся в рамках европейского проекта NEO-CYCLE, финансируемого программой Horizon Europe. Ученые проверяют два принципиально разных подхода к извлечению ценных компонентов из отработавших магнитов.
Твердотельное хлорирование
Первый метод разрабатывают специалисты Фрайбергской горной академии. Его особенность заключается в использовании хлорида аммония вместо традиционной соляной кислоты.
В исходную смесь, содержащую неодим, железо и бор, добавляют хлорид аммония, после чего нагревают ее. В результате химической реакции образуются хлориды металлов и раствор аммиака высокой чистоты.
Полученные соединения можно отделить от исходного магнитного материала и использовать для дальнейшего извлечения отдельных элементов.
Метод основан на принципах технологии, которую уже применяют для переработки люминесцентных ламп. Теперь исследователи адаптируют ее для работы с неодимовыми магнитами.
Предварительные результаты показывают, что такой подход позволяет эффективно разделять металлические соединения и извлекать практически все содержащиеся в магнитах металлы, используя сравнительно небольшое количество химических реагентов.
Электрохимическая переработка
Второй подход предполагает использование электрохимической ячейки.
Измельченные отходы магнитов помещают в специальную установку, где электролитом выступает, например, разбавленная серная кислота. Под воздействием электрохимических процессов компоненты исходного материала переходят в раствор.
На первом этапе ученые извлекают бор. Полученный раствор можно затем концентрировать, чтобы использовать этот элемент в химической и фармацевтической промышленности.
Оставшаяся смесь проходит дальнейшую обработку, позволяющую выделить другие ценные компоненты.
Что происходит с извлеченными металлами?
После первичной обработки в дело вступают специалисты Fraunhofer IKTS. Они применяют методы гидрометаллургии — технологии извлечения и разделения металлов с помощью химических растворов.
С помощью избирательной обработки исследователи разделяют неодим и железо, получая их в виде достаточно чистых солей.
Это важный этап: недостаточно просто извлечь редкоземельные элементы из электронного мусора. Чтобы вторичное сырье действительно представляло промышленную ценность, необходимо обеспечить его чистоту и пригодность для дальнейшего использования.
В проекте рассматривают несколько направлений применения полученных материалов. Среди них:
- химическая промышленность;
- фармацевтическое производство;
- технологии получения водорода;
- производство удобрений.
Кроме того, исследователи хотят пойти дальше обычной переработки и научиться превращать извлеченные вещества в продукты с более высокой добавленной стоимостью.
Когда технология появится в промышленности?
Проект NEO-CYCLE рассчитан на четыре года и финансируется Европейским союзом в рамках программы Horizon Europe.
На данный момент исследователи завершили лабораторные испытания разработанных методов. Следующий этап — создание пилотной установки, которая позволит проверить эффективность технологий в условиях, приближенных к промышленным.
Главная задача команды — добиться экономически оправданного и экологически безопасного процесса. Для этого необходимо не только обеспечить высокую степень извлечения металлов, но и сократить расход химических реагентов и воды.
Если разработка окажется успешной, старые компьютерные жесткие диски смогут стать важным источником вторичного сырья для европейской промышленности. Вместо того чтобы отправлять ценные магнитные материалы на свалки или за границу, их можно будет перерабатывать непосредственно в Европе, возвращая неодим, железо и бор в производственную цепочку.
По сути, речь идет о развитии замкнутой экономики, в которой электронные устройства после окончания срока службы превращаются не в бесполезный мусор, а в ресурс для создания новых технологий.
