بازیافت شگفت‌انگیز: بیش از ۹۰٪ عناصر کمیاب خودروهای برقی برگشت داده می‌شود
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان دانشگاه کیوتو روش جدیدی برای جداسازی و بازیافت عناصر خاکی کمیاب (REEs) از آهنربا‌های مورد استفاده در محصولات مصرفی و صنعتی ابداع کرده‌اند.
محققان در یک بیانیه مطبوعاتی گفتند: «عناصر کمیاب خاکی، به ویژه نئودیمیم (Nd) و دیسپروزیم (Dy)، اجزای ضروری در آهنربا‌های با کارایی بالا هستند که در فناوری‌های سبز مختلف، از جمله وسایل نقلیه الکتریکی (EV) و توربین‌های بادی، مورد استفاده قرار می‌گیرند.»
با افزایش تقاضا برای این فناوری‌ها، بازیافت کارآمد این مواد حیاتی به امری حیاتی تبدیل شده است.
این روش جدید که به عنوان فرآیند استخراج-تبخیر-الکترولیز انتخابی (SEEE) شناخته می‌شود، برای رفع نیاز روزافزون به تامین پایدار این مواد حیاتی توسعه داده شده است. در آزمایش‌ها، این فرآیند نرخ بازیابی ۹۶٪ برای نئودیمیوم (Nd) و ۹۱٪ برای دیسپروزیم (Dy) را نشان داده است.
محققان افزودند: «فرآیند SEEE به نرخ بازیابی ۹۶٪ برای Nd و ۹۱٪ برای Dy دست یافت و خلوص هر دو فلز به بیش از ۹۰٪ رسید.»
کارآمد و پایدار
منبع اصلی عناصر خاکی کمیاب، معدنکاری است، فعالیتی که اغلب با چالش‌های زیست‌محیطی قابل توجهی از جمله تخریب زمین و تولید زباله‌های شیمیایی همراه است.
فناوری‌های بازیافت موجود، که عمدتاً مبتنی بر هیدرومتالورژی هستند، می‌توانند پیچیده نیز باشند و به مراحل متعدد و انرژی قابل توجهی نیاز داشته باشند که می‌تواند توجیه اقتصادی و مزایای زیست‌محیطی آنها را محدود کند.
هدف از تحقیقات دانشگاه کیوتو، توسعه جایگزینی بود که هم کارآمد و هم سازگار با محیط زیست باشد.
ساختار یافته در سه مرحله
فرآیند SEEE در سه مرحله مجزا ساختار یافته است. مرحله اول استخراج انتخابی است که در آن قراضه‌های آهنربا در مخلوطی از نمک مذاب حاوی کلرید کلسیم (CaCl۲) و کلرید منیزیم (MgCl۲) غوطه‌ور می‌شوند.
محققان توضیح دادند: «افزودن فلوراید کلسیم (CaF۲) به کنترل تلفات تبخیر و بهبود راندمان استخراج کمک می‌کند.»
این مرحله عناصر کمیاب مورد نظر را از سایر مواد موجود در آهنربا، مانند آهن و بور، جدا می‌کند.
مرحله دوم، تبخیر انتخابی است. در این مرحله، عوامل استخراج و سایر محصولات جانبی حاصل از مرحله اول حذف می‌شوند و مخلوط غلیظی از عناصر کمیاب مورد نظر باقی می‌ماند.
مرحله سوم و نهایی، الکترولیز انتخابی است. در بیانیه مطبوعاتی آمده است: «عناصر کمیاب استخراج‌شده به صورت الکتروشیمیایی از هم جدا می‌شوند.»
این امر به این دلیل امکان‌پذیر است که عناصر مختلف پتانسیل تشکیل متمایزی دارند و امکان بازیابی جداگانه آنها به شکل فلزی با خلوص بالا را فراهم می‌کنند.
در این بیانیه مطبوعاتی تأکید شده است: «فرآیند SEEE می‌تواند نقش محوری در تضمین عرضه پایدار عناصر خاکی کمیاب ایفا کند و در عین حال وابستگی به فعالیت‌های معدنی جدید را که اغلب هزینه‌های زیست‌محیطی قابل توجهی دارند، کاهش دهد.»
پیامد‌های چندگانه
محققان پیشنهاد می‌کنند که روش‌شناسی پشت فرآیند SEEE می‌تواند برای سایر چالش‌های جداسازی دشوار، مانند بازفرآوری سوخت‌های هسته‌ای مصرف‌شده، نیز تطبیق داده شود.
این تیم نتیجه گیری کرد: «در حالی که فرآیند SEEE پتانسیل قابل توجهی را نشان داده است، محققان اذعان می‌کنند که برای ادغام کامل آن در کاربرد‌های صنعتی، تحقیقات فنی بیشتری مورد نیاز است.»
در تحولی دیگر، محققان در ایالات متحده روش جدیدی را توسعه دادند که می‌تواند سخت‌افزار‌های دور ریخته شده مراکز داده را به منبعی قابل اعتماد و سازگار با محیط زیست از عناصر خاکی کمیاب و فلزات ارزشمند تبدیل کند.
در یک طرح آزمایشی که برای اولین بار در نوع خود انجام شد، شرکت‌های وسترن دیجیتال، مایکروسافت، بازیافت مواد حیاتی (CMR) و پدال‌پوینت ریسایکلینگ نزدیک به ۵۰،۰۰۰ پوند هارد دیسک و سخت‌افزار سرور از رده خارج شده را فرآوری کردند.
این تیم با استفاده از یک روش شیمیایی جدید بدون اسید، عناصر خاکی کمیاب مانند نئودیمیوم، پراسئودیمیوم و دیسپروزیم و همچنین طلا، مس، آلومینیوم و فولاد با خلوص بالا را استخراج کردند.