Τα στοιχεία σπανίων γαιών είναι απαραίτητα για χρήση στη σύγχρονη τεχνολογία και αποτελούν βασικά στοιχεία στα περισσότερα ηλεκτρονικά προϊόντα. Παρά τη σημασία των στοιχείων σπάνιων γαιών, μόνο το 1% περίπου από αυτά ανακτάται από το τελικό προϊόν και το υπόλοιπο μετατρέπεται σε απόβλητο.
Υπήρξαν πρόσφατες προκλήσεις στην ανάπτυξη αποτελεσματικών διαδικασιών ανάκτησης στοιχείων σπάνιων γαιών. Αυτό το άρθρο θα συζητήσει διάφορες μεθόδους ανάκτησης στοιχείων σπάνιων γαιών και θα δείξει ότι είναι δυνατή η ανάκτηση στοιχείων σπάνιων γαιών από απόβλητα για τη δημιουργία μόνιμων μαγνητών.
Εφαρμογή στοιχείων σπάνιων γαιών:
Τα στοιχεία σπανίων γαιών, γνωστά και ως μέταλλα σπάνιων γαιών, είναι μια ομάδα 17 διαφορετικών στοιχείων, το καθένα με ένα χαρακτηριστικά παρόμοιο φυσικό χαρακτηριστικό: ασημί-λευκά μαλακά βαρέα μέταλλα. Το σκάνδιο και το ύττριο είναι επίσης στοιχεία σπανίων γαιών επειδή βρίσκονται στις ίδιες αποθέσεις με τις περισσότερες λανθανίδες και παρουσιάζουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες, αλλά διαφέρουν ηλεκτρονικά και μαγνητικά. Κάθε στοιχείο σπανίων γαιών έχει διάφορες εφαρμογές και χρήσεις.
Εδώ είναι μερικές από τις εφαρμογές τους:
1. Τα κράματα σκανδίου χρησιμοποιούνται στην κατασκευή εξαρτημάτων αεροδιαστημικής και ραδιενεργών ανιχνευτών θερμότητας σε διυλιστήρια πετρελαίου.
2. Το ύττριο χρησιμοποιείται στην κατασκευή φακών κάμερας και διαθλαστικών τηλεσκοπικών φακών.
3. Το Promethium χρησιμοποιείται για την κατασκευή μπαταριών αυτοκινήτων.
4. Το σαμάριο χρησιμοποιείται στην κατασκευή λέιζερ, δέσμευσης νετρονίων και ράβδων ελέγχου σε πυρηνικούς αντιδραστήρες.
5. Άλλες εφαρμογές των στοιχείων σπάνιων γαιών περιλαμβάνουν την κατασκευή σκληρών δίσκων, μαγνητών, μηχανημάτων ακτίνων Χ, λαμπτήρων αλογονιδίου μετάλλων, τεχνολογίας οπτικών ινών, λαμπτήρων LED κ.λπ.
Απόβλητα που ενδέχεται να περιέχουν στοιχεία σπάνιων γαιών
Τα στοιχεία σπανίων γαιών αναδύονται ρύποι που ενέχουν κίνδυνο για το περιβάλλον λόγω της αυξανόμενης χρήσης τους σε διαφορετικές τεχνολογικές εφαρμογές. Τα ηλεκτρονικά απόβλητα παραμένουν σημαντική πηγή ρύπανσης από σπάνιες γαίες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα ηλεκτρονικά απόβλητα περιέχουν υψηλές συγκεντρώσεις στοιχείων σπάνιων γαιών, τα οποία συχνά απορρίπτονται με μη ασφαλείς τρόπους και είναι επιβλαβή για το περιβάλλον.
Ανακύκλωση στοιχείων σπάνιων γαιών:
Τα μέταλλα σπάνιων γαιών είναι πολύ κρίσιμα συστατικά που υπάρχουν σε διάφορα καταναλωτικά προϊόντα, όπως μόνιμοι μαγνήτες, ηλεκτρικά οχήματα, smartphone κ.λπ. Εμφανίζονται φυσικά στο μετάλλευμα ως μείγμα και πρέπει να καθαριστούν πριν από τη χρήση. Τα στοιχεία σπανίων γαιών είναι ακριβά στην εξόρυξη, επομένως είναι φθηνότερο να ανακυκλώνουμε στοιχεία σπάνιων γαιών που έχουν υποστεί επεξεργασία σε υλικά. Παρά την ικανότητά τους να επαναχρησιμοποιούνται, τα προϊόντα που περιέχουν σπάνιες γαίες χρησιμοποιούνται μόνο μία φορά και απορρίπτονται. Η ανακύκλωση στοιχείων σπάνιων γαιών θα παρέχει στους κατασκευαστές σταθερό ανεφοδιασμό μετάλλων σπάνιων γαιών, μειώνοντας παράλληλα τα απόβλητα και τη σημαντική περιβαλλοντική επιβάρυνση που δημιουργεί. Τα ηλεκτρονικά απόβλητα αποτελούν σημαντική πηγή στοιχείων σπάνιων γαιών.
Οι πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία ανακύκλωσης έχουν καταστήσει πιο εφικτή την εξαγωγή στοιχείων σπάνιων γαιών από αυτά τα υλικά. Για παράδειγμα, η Ιαπωνία διαθέτει ορισμένες μονάδες ανακύκλωσης σε λειτουργία και εκτιμάται ότι 300,{1}} τόνοι μετάλλων σπάνιων γαιών αποθηκεύονται σε αχρησιμοποίητα ηλεκτρονικά. Επίσης, στη Γαλλία, γίνονται προσπάθειες για την κατασκευή δύο εργοστασίων που θα παράγουν 200 τόνους μετάλλων σπάνιων γαιών ετησίως από μεταχειρισμένους λαμπτήρες φθορισμού, μπαταρίες και μαγνήτες. Επιπλέον, ο άνθρακας και τα υποπροϊόντα είναι πιθανές πηγές βασικών στοιχείων, συμπεριλαμβανομένων των στοιχείων σπάνιων γαιών που εκτιμάται ότι παράγουν περίπου 50 εκατομμύρια τόνους στοιχείων σπάνιων γαιών.
Μέθοδος ανάκτησης στοιχείων σπανίων γαιών:
Η ανάπτυξη μιας αποτελεσματικής και οικονομικής στρατηγικής για την ανάκτηση REE εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των τιμών των εμπορευμάτων, του μεγέθους των κοιτασμάτων, του κόστους διάθεσης και των πιθανών κινδύνων.
Οι μέθοδοι για την ανάκτηση στοιχείων σπάνιων γαιών από ηλεκτρονικά απόβλητα στις περισσότερες ανεπτυγμένες χώρες είναι:
1. Το gadget κόβεται και αλέθεται σε μορφή σκόνης, από την οποία εξάγονται τα βασικά συστατικά, τα στοιχεία σπάνιων γαιών.
2. Οι πυρομεταλλουργικές μέθοδοι διαχωρίζουν τα ηλεκτρονικά απόβλητα με θερμαντικά στοιχεία σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Αυτή η μέθοδος απαιτεί πολλή ενέργεια.
3. Η εκχύλιση υγρού-υγρού είναι μια άλλη κοινή μέθοδος που χρησιμοποιείται σήμερα. Σε αυτή τη μέθοδο, τα απόβλητα διαλύονται σε ισχυρό οξύ και στη συνέχεια οι σπάνιες γαίες εκχυλίζονται χρησιμοποιώντας μια σειρά διαλυτών.
Χρήσεις ανακυκλωμένων στοιχείων σπάνιων γαιών:
Η χρήση ανακυκλωμένων στοιχείων σπάνιων γαιών έχει αυξηθεί. Τα περισσότερα στοιχεία σπανίων γαιών χρησιμοποιούνται για την παραγωγή καταλυτών και μαγνητών. Τα στοιχεία σπανίων γαιών είναι ζωτικής σημασίας για την παραγωγή μαγνητών, κραμάτων, γυαλιού και ηλεκτρονικών ειδών υψηλής απόδοσης.
Η μέθοδος κατασκευής τουμαγνήτης σπάνιων γαιών:
Τα ανακυκλωμένα στοιχεία σπάνιων γαιών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή μαγνητών σπάνιων γαιών. Οι μαγνήτες σπάνιων γαιών είναι ισχυροί μόνιμοι μαγνήτες κατασκευασμένοι από κράματα στοιχείων σπάνιων γαιών. Είναι οι ισχυρότεροι μόνιμοι μαγνήτες, που παράγουν ισχυρότερα μαγνητικά πεδία από άλλους τύπους μαγνητών.
Οι μαγνήτες σπανίων γαιών όπως οι μαγνήτες νεοδυμίου κατασκευάζονται κυρίως με τη διαδικασία μεταλλουργίας σκόνης. Σε αυτή τη μέθοδο, μια κατάλληλη σύνθεση κονιοποιείται σε μια λεπτή σκόνη, συμπιέζεται και θερμαίνεται με "συσσωμάτωση υγρής φάσης" για να προκληθεί συμπύκνωση. Μόνιμοι μαγνήτες όπως ο φερρίτης, το κοβάλτιο σαμάριου (SmCo) και οι μαγνήτες νεοδυμίου από σίδηρο βόριο κατασκευάζονται με αυτόν τον τρόπο. Συμπερασματικά, στοιχεία σπάνιων γαιών που ανακτώνται από απόβλητα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή μόνιμων μαγνητών.