Haruldased muldmetallid on kaasaegses tehnoloogias kasutamiseks hädavajalikud ja enamiku elektroonikatoodete võtmekomponendid. Vaatamata haruldaste muldmetallide elementide tähtsusele saadakse lõpptootest taaskasutusse vaid umbes 1 protsent ja ülejäänu muudetakse jäätmeteks.
Viimasel ajal on olnud väljakutseid tõhusate haruldaste muldmetallide taastamise protsesside väljatöötamisel. Selles artiklis käsitletakse erinevaid haruldaste muldmetallide taaskasutamise meetodeid ja näidatakse, et haruldaste muldmetallide elemente on võimalik jäätmetest taaskasutada püsimagnetite valmistamiseks.
Haruldaste muldmetallide elementide kasutamine:
Haruldased muldmetallid, tuntud ka kui haruldased muldmetallid, on rühm 17 erinevat elementi, millest igaühel on iseloomulikud sarnased füüsikalised omadused: hõbevalged pehmed raskemetallid. Skandium ja ütrium on samuti haruldaste muldmetallide elemendid, kuna neid leidub samades maardlates nagu enamik lantaniididest ja neil on sarnased keemilised omadused, kuid need erinevad elektrooniliselt ja magnetiliselt. Igal haruldaste muldmetallide elemendil on erinevad rakendused ja kasutusalad.
Siin on mõned nende rakendused:
1. Skandiumisulameid kasutatakse kosmoselennukite komponentide ja radioaktiivsete soojusjälgede tootmisel naftatöötlemistehastes.
2. Ütriumit kasutatakse kaameraläätsede ja murduvate teleskoopide läätsede valmistamisel.
3. Promeetiumit kasutatakse autoakude valmistamiseks.
4. Samariumi kasutatakse laserite, neutronite püüdmise ja tuumareaktorite juhtvarraste valmistamisel.
5. Haruldaste muldmetallide elementide muud kasutusalad hõlmavad kõvaketaste, magnetite, röntgeniseadmete, metallhalogeniidlampide, fiiberoptilise tehnoloogia, LED-lampide jms tootmist.
Jäätmed, mis võivad sisaldada haruldaste muldmetallide elemente
Haruldased muldmetallid on esile kerkiv saasteaine, mis kujutab endast ohtu keskkonnale, kuna neid kasutatakse üha laialdasemalt erinevates tehnoloogilistes rakendustes. E-jäätmed on endiselt haruldaste muldmetallide saasteallikas. Põhjus on selles, et e-jäätmed sisaldavad suures kontsentratsioonis haruldaste muldmetallide elemente, mida sageli kõrvaldatakse ohtlikul viisil ja mis on keskkonnale kahjulikud.
Haruldaste muldmetallide taaskasutamine:
Haruldased muldmetallid on väga kriitilised komponendid, mida leidub erinevates tarbekaupades, nagu püsimagnetid, elektrisõidukid, nutitelefonid jne. Seda esineb maagis looduslikult seguna ja neid tuleb enne kasutamist puhastada. Haruldaste muldmetallide elementide kaevandamine on kallis, seega on materjalideks töödeldud haruldaste muldmetallide elementide taaskasutamine odavam. Vaatamata korduvkasutamisvõimele kasutatakse haruldasi muldmetallisid sisaldavaid tooteid ainult üks kord ja need visatakse ära. Haruldaste muldmetallide ringlussevõtt tagab tootjatele pideva haruldaste muldmetallide tarnimise, vähendades samal ajal jäätmeid ja nende tekitatavat märkimisväärset keskkonnakoormust. E-jäätmed on haruldaste muldmetallide peamine allikas.
Hiljutised edusammud ringlussevõtu tehnoloogias on muutnud haruldaste muldmetallide elementide eraldamise nendest materjalidest teostatavamaks. Näiteks Jaapanis töötavad mõned ringlussevõtutehased ja hinnanguliselt 300,{1}} tonni haruldasi muldmetalle hoitakse kasutamata elektroonikas. Samuti tehakse Prantsusmaal jõupingutusi kahe tehase ehitamiseks, mis hakkaksid tootma 200 tonni haruldasi muldmetalle aastas kasutatud luminofoorlampidest, patareidest ja magnetitest. Lisaks on kivisüsi ja kõrvalsaadused võtmeelementide potentsiaalsed allikad, sealhulgas haruldaste muldmetallide elemendid, mis annavad hinnanguliselt umbes 50 miljonit tonni haruldasi muldmetalli elemente.
Haruldaste muldmetallide elementide taastamise meetod:
Tõhusa ja ökonoomse REE taaskasutamise strateegia väljatöötamine sõltub erinevatest teguritest, sealhulgas toormehindadest, hoiuste suurusest, kõrvaldamiskuludest ja võimalikest ohtudest.
Enamikus arenenud riikides on meetodid haruldaste muldmetallide taaskasutamiseks elektroonikajäätmetest:
1. Vidin tükeldatakse ja jahvatatakse pulbriks, millest ekstraheeritakse põhikomponendid, haruldased muldmetallid.
2. Pürometallurgiliste meetodite abil eraldatakse elektroonikajäätmed kütteelementidega väga kõrgetele temperatuuridele. See meetod nõuab palju energiat.
3. Vedelik-vedelik ekstraheerimine on veel üks tänapäeval levinud meetod. Selle meetodi puhul lahustatakse jäätmed tugevas happes ja seejärel ekstraheeritakse haruldased muldmetallid, kasutades erinevaid lahusteid.
Taaskasutatud haruldaste muldmetallide elementide kasutamine:
Taaskasutatud haruldaste muldmetallide elementide kasutamine on suurenenud. Enamikku haruldasi muldmetalli elemente kasutatakse katalüsaatorite ja magnetite tootmisel. Haruldased muldmetallid on suure jõudlusega magnetite, sulamite, klaasi ja elektroonika tootmisel kriitilise tähtsusega.
Haruldaste muldmetallide magneti tootmismeetod:
Taaskasutatud haruldaste muldmetallide elemente saab kasutada haruldaste muldmetallide magnetite valmistamiseks.Haruldaste muldmetallide magnetidon haruldaste muldmetallide sulamitest valmistatud tugevad püsimagnetid. Need on tugevaimad püsimagnetid, mis tekitavad tugevamaid magnetvälju kui muud tüüpi magnetid.
Haruldaste muldmetallide magneteid, näiteks neodüümmagneteid, toodetakse peamiselt pulbermetallurgia protsessis. Selle meetodi puhul pulbristatakse sobiv kompositsioon peeneks pulbriks, tihendatakse ja kuumutatakse "vedelfaasilise paagutamise" abil, et kutsuda esile tihenemine. Sel viisil valmistatakse püsimagneteid, nagu ferriit, samariumkoobalt (SmCo) ja neodüümraudboormagnetid. Kokkuvõtteks võib öelda, et jäätmetest taaskasutatud haruldaste muldmetallide elemente saab kasutada püsimagnetite valmistamiseks.
