Новое исследование показывает, как «модернизировать» переработанные редкоземельные магниты

Основные моменты

Команда Бирмингемского университета продемонстрировала жизнеспособный метод вторичной переработки магнитов NdFeB из жестких дисков по принципу «магнит к магниту» в коротком цикле.
Достигается коэрцитивная сила до 1466 кА/м — лучше, чем у исходного лома — за счет разделения богатых кислородом границ зерен после обработки водородом.
Новый процесс спиральной струйной мельницы разделяет порошок HPMS на крупную (с низким содержанием кислорода, высокой производительностью) и мелкую (с высоким содержанием кислорода отходы) фракции.
Позволяет получать переработанные магниты с плотностью ~98–99% и магнитными свойствами, соответствующими или превосходящими свойства первичного материала.
Компания Breakthrough предлагает стратегическую альтернативу доминирующей в Китае отрасли переработки редкоземельных элементов.
Предлагает Европе и ее союзникам надежный путь к замкнутому циклу поставок NdFeB для электромобилей и ветряных турбин без использования традиционных методов химической переработки.

Виктория Козак и ее коллеги из Бирмингемского университета, работая с промышленными партнерами, связанными с проектами ЕС SUSMAGPRO и REEsilience, представили перспективный способ повторного превращения отработанных магнитов жестких дисков в высокоэффективные неодимово-железо-борные (NdFeB) магниты — без обратной отправки материала по традиционным, ориентированным на Китай, химическим переработкам.

В новой статье с открытым доступом, опубликованной в журнале Sustainable Materials and Technologies (декабрь 2025 г.), группа исследователей показывает, что, тщательно отделяя богатый кислородом материал границ зерен после обработки водородом, они могут создавать переработанные магниты с «коротким циклом» с магнитными характеристиками, близкими к характеристикам исходных деталей, а в случае некоторых видов лома — даже превосходящими их. Для инвесторов, наблюдающих за развитием китайской переработки редкоземельных элементов , это серьезный сигнал о том, что переработка магнитов из лабораторных образцов в магнитную реальность переходит от лабораторной концепции к инженерной практике.

Превращение старых жестких дисков в новые магниты

В исследовании рассматривается водородная переработка магнитного лома (HPMS), метод, разработанный в Бирмингеме, который использует водород под низким давлением для разрушения магнитов, встроенных в такие изделия, как жесткие диски, двигатели и динамики. Вместо того чтобы измельчать все и терять магниты в смешанном ломе, HPMS производит размагниченный порошок сплава NdFeB, который можно использовать повторно.

Команда Козака пошла еще дальше. Они взяли порошок HPMS из двух реальных потоков отходов — жестких дисков (HDD) и производственных отходов (PS) — и пропустили его через спиральную струйную мельницу со встроенным циклонным классификатором. Эта сухая система, работающая в атмосфере азота, разделяет порошок на:

крупная фракция с более низким содержанием кислорода и несколько меньшим общим содержанием редкоземельных элементов, и
Мелкодисперсная фракция, обогащенная богатой редкоземельными элементами фазой границ зерен (ГЗП), а также кислородом и другими легкими элементами.

Затем обе фракции смешивали с 5 мас.% гидрида неодима (NdH₂.₇), прессовали и повторно спекали, получая новые магниты для детальных исследований.

Чего на самом деле добились ученые?

Цифры имеют значение:

Содержание кислорода в крупнозернистой фракции составляло около 0,29–0,34 мас.%, тогда как в мелкозернистой фракции оно увеличилось до 1,39–1,60 мас.% — это явная концентрация окисленного ГБП в мелкодисперсных частицах.
Мелкодисперсная фракция также содержала более высокое общее содержание редкоземельных элементов (TREE), что подтверждает, что большая часть ценного, но богатого кислородом GBP оказалась именно там.

При использовании только крупнозернистого порошка (плюс NdH₂.₇) переработанные магниты показали следующие результаты:

Коэрцитивная сила (сопротивление размагничиванию) достигает 1466 кА/м (крупнозернистый PS), что выше, чем у исходных магнитов в этом потоке металлолома.
Остаточная намагниченность (магнитная сила) составляет около 1,28 Тл, что сопоставимо или немного выше, чем у оригинальных магнитов.
Плотность составляет около 98–99% от теоретической, что свидетельствует о хорошем качестве микроструктуры.

Напротив, у магнитов, изготовленных из смеси крупнозернистого и мелкозернистого порошка, наблюдалось снижение коэрцитивной силы и плотности, что соответствует большему содержанию кислорода, большей пористости и менее идеальным границам зерен. Проще говоря, удаление большей части насыщенной кислородом фазы границ зерен улучшает качество переработанного магнита.

Почему это важно на рынке, где доминирует Китай

Сегодня перерабатывается менее 5% редкоземельных элементов, и большая часть материала для неодимовых магнитов в конечном итоге попадает в китайскую перерабатывающую систему или возвращается в нее. Короткоцикловые «магнит-магнитные» маршруты, такие как HPMS в сочетании с разделением по границам зерен, предлагают способ:

Сохраняйте большую ценность продукта в регионе (Великобритания/ЕС или любой другой стране-пользователе), избегая полной химической переработки оксидов.
Снижение экологических рисков и проблем, связанных с получением разрешений на строительство новых шахт и заводов по экстракции растворителями.
Создать вторичную, замкнутую систему поставок NdFeB, которая сможет использоваться в электромобилях, ветряных турбинах и электронике без предварительной отправки в виде оксида или металла на китайские нефтеперерабатывающие заводы.

Для политиков и производителей оригинального оборудования ключевой вывод носит стратегический характер: если масштабы переработки на основе HPMS получат распространение, это станет надежным буфером против экспортного контроля, лицензионных игр и ценовых шоков, исходящих из Пекина.

Не панацея: ограничения, потери и дальнейшие шаги

Авторы четко указывают на ограничения:

Существующая «точка отсечения» циклона приводит к потере слишком большого количества качественного материала; потери выхода матричной фазы значительны и должны быть уменьшены путем регулирования потока газа и скорости классификатора.
Полностью устранить кислород невозможно — его можно только контролировать. Для дальнейшего повышения эффективности потребуются дегазация, отжиг после спекания и, возможно, добавление большого количества редкоземельных элементов или диффузия по границам зерен для увеличения коэрцитивной силы.
Вопрос экономической целесообразности в промышленных масштабах здесь не рассматривается; работа представляет собой техническое подтверждение концепции, а не полную кривую затрат .

Есть также стратегическая оговорка: улучшение переработки отходов не приведет к волшебному устранению доминирования Китая в первичной добыче и разделении полезных ископаемых. Но это дает Европе, Великобритании, Японии и другим странам ощутимый рычаг воздействия, особенно в сочетании с автоматизированным извлечением магнитов из лома и скоординированной политикой, такой как европейский закон ReSourceEU и Закон о критически важных сырьевых материалах.

Небольшой этап процесса с серьезными системными последствиями

Козак и его коллеги показали, что, рассматривая порошок HPMS не как отходы, а как регулируемое сырье, инженеры могут избирательно удалять богатые кислородом фазы и «модернизировать» лом, превращая его в магниты более высокого качества. Для экосистемы редкоземельных элементов это больше, чем просто постепенная доработка. Это намекает на будущее, где значительная часть спроса на NdFeB будет удовлетворяться за счет заводов по переработке с коротким циклом, расположенных рядом с центрами обработки данных, авторазборками и центрами переработки электронных отходов, постепенно подрывая почти монопольное положение Китая в этой области, обрабатывая каждую партию.

Источник: https://rareearthexchanges.com/news/from-scrap-to-strategic-asset-new-uk-study-shows-how-to-upgrade-recycled-rare-earth-magnets/

Назад в блог