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2020年绿色化学热点文章:以更环保的方式回收NdFeB磁体


著名期刊《绿色化学》的编辑委员会选择了约瑟夫·斯特凡研究所的论文作为2020年热门绿色化学文章。Xuan Xu等人的论文是通过EU MSCA-ETN DEMETER项目开发的,标题为“一种从Nd-Fe-B磁体中同时回收稀土元素和过渡金属的简便方法”。该文件可在此处找到:https://doi.org/10.1039/C9GC03325D。


到2050年向低碳社会和能源效率的过渡(“欧洲绿色协议”)将需要彻底的解决方案,尤其是为了减少温室气体排放量,必须将其减少80%。主要的贡献领域是电动汽车和生态发电的发展,这将需要高效的电动机来实现目标。


只有在此类电动机中使用诸如Nd-Fe-B之类的高性能稀土过渡金属永磁体(RE-TM PMs)才能实现这一目标。但是,稀土是欧盟最关键的原材料,其回收率极低(即目前不到1%),这需要采取包括回收在内的整体措施,未来将伴随其初步发展。


钕铁硼磁铁回收


Nd-Fe-B磁体通常包含28-35 wt%的稀土元素(稀土元素,例如Pr,Nd,Tb和Dy),这意味着寿命终止(EoL)磁体是重要的二次资源用于稀土元素。人们一直在努力寻找有效的钕铁硼磁体回收途径。然而,关于固体废物或废水的方面尚未详细说明。

Xuan Xu和Jozef Stefan研究所(JSI)的同事们开发了一种绿色,简便的Nd-Fe-B磁铁回收电化学方法。所提出的程序仅在两个处理步骤中就实现了选择性的REE回收和同时的Fe金属沉积,并且完全重新使用了电解质。因此,所提出的程序避免了固体铁基废物的形成和废水的排放。

最初的研究集中在Nd-Fe-B磁体(阳极)和Fe沉积物(阴极)的电化学浸出上。通过在阳极上施加小于50 mA cm -2的电流密度,可以达到接近100%的Nd-Fe-B磁体浸出效率(相应地,Fe浸出效率介于70.9%和75.7%之间)。

通过将在阴极上沉积的铁的电流效率调整在70.9-75.7%的范围内,从阳极浸出的铁与阴极上的铁消耗量平衡。结果,实现了电解质中总溶解Fe的稳定浓度(平衡浓度),使得能够重复进行电解质再循环。

钕铁硼的循环利用

在电解步骤之后,将Na 2 SO 4添加到电解质中以选择性地沉淀作为Nd的REE,例如(Nd,Na)(SO 4)2 ·xH 2 O,并完全重新使用电解质。电解液被回收了9次,从第四个循环开始,回收了大约92.5%的REE。

从长远来看,可以实现92.5%的稳定REE回收率和相对稳定的电解质组成。因此,通过使用当前的两步程序(即电解选择性沉淀)从Nd-Fe-B磁体中回收REE和过渡金属,重复使用电解质可以避免废水的释放。

宣旭的论文提出了关于钕铁硼永磁体回收利用的新发现和新概念,钕铁硼永磁体被认为是稀土最有价值的二次资源,在资源利用效率和关键原材料保护领域代表着一种新颖性。。

从经济和生态的角度出发,本文为基于Nd-Fe-B的永磁体新型电化学回收途径的发展设定了新的方向。所提出的方法能够同时选择性地回收稀土和过渡金属,同时大大减少了能源消耗和环境负担,因为它在闭环下工作,几乎没有浪费。

完整参考文件

Xuan Xu,Saso Sturm,Zoran Samardzija,Janetz Scancar,Katarina Markovic和Kristina Zuzek Rozman,一种从Nd-Fe-B磁体中同时回收稀土元素和过渡金属的简便方法,绿色化学,2020年,22, 1105-1112,https: //doi.org/10.1039/C9GC03325D

致谢

该文件是ETN-MSCA项目DEMETER,稀土永磁电动机和发电机以及全混合动力和电动汽车的设计和回收培训网络[2015-2019]的成果,对此表示感谢(欧洲联盟的欧盟框架根据674973号资助协议(DEMETER),《 2020年研究与创新计划》。在此处观看DEMETER视频。作者感谢COST Action e-MINDs社区分享知识。

关于论文的主要作者:徐轩博士

ETN-DEMETER https://etn-demeter.eu/纳米结构材料部http://nano.ijs.si/,约瑟夫·斯特凡研究所,卢布尔雅那斯洛文尼亚和在克里斯蒂娜·祖泽克·罗兹曼教授的指导下,于2019年在斯洛文尼亚卢布尔雅那的约瑟夫·斯特凡国际研究生院https://www.mps.si/en/获得博士学位。2020年,他加入内蒙古大学,成为学术骨干。他的研究兴趣集中在开发关键原材料回收和再加工的新方法上。



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