عناصر خاکی کمیاب برای استفاده در فناوری مدرن ضروری هستند و اجزای کلیدی در اکثر محصولات الکترونیکی هستند. علیرغم اهمیت عناصر کمیاب خاکی، تنها حدود 1 درصد از آنها از محصول نهایی بازیابی می شوند و بقیه به زباله تبدیل می شوند.
چالشهای اخیر در توسعه فرآیندهای کارآمد بازیابی عناصر کمیاب خاکی وجود داشته است. این مقاله روش های مختلف بازیابی عناصر کمیاب خاکی را مورد بحث قرار می دهد و نشان می دهد که امکان بازیابی عناصر کمیاب خاکی از زباله برای ساخت آهنرباهای دائمی وجود دارد.
کاربرد عناصر خاکی کمیاب:
عناصر خاکی کمیاب که به عنوان فلزات خاکی کمیاب نیز شناخته میشوند، گروهی از 17 عنصر مختلف هستند که هر کدام دارای ویژگی فیزیکی مشابهی هستند: فلزات سنگین نرم سفید نقرهای. اسکاندیم و ایتریم نیز عناصر خاکی کمیاب هستند زیرا در رسوبات مشابهی با بیشتر لانتانیدها یافت می شوند و خواص شیمیایی مشابهی دارند، اما از نظر الکترونیکی و مغناطیسی با هم تفاوت دارند. هر عنصر خاکی کمیاب کاربردها و کاربردهای مختلفی دارد.
در اینجا برخی از برنامه های کاربردی آنها آمده است:
1. آلیاژهای اسکاندیم در ساخت قطعات هوافضا و ردیاب های حرارتی رادیواکتیو در پالایشگاه های نفت استفاده می شود.
2. ایتریوم در ساخت لنزهای دوربین و لنزهای تلسکوپ شکستی استفاده می شود.
3. پرومتیوم برای ساخت باتری ماشین استفاده می شود.
4. ساماریوم در ساخت لیزر، جذب نوترون و میله های کنترل در راکتورهای هسته ای استفاده می شود.
5. از دیگر کاربردهای عناصر خاکی کمیاب می توان به ساخت هارد دیسک، آهنربا، ماشین های اشعه ایکس، لامپ های متال هالید، فناوری فیبر نوری، لامپ های LED و غیره اشاره کرد.
زباله هایی که ممکن است حاوی عناصر کمیاب خاکی باشند
عناصر خاکی کمیاب به دلیل استفاده روزافزون از آنها در کاربردهای مختلف فناوری، آلایندههایی در حال ظهور هستند که خطراتی را برای محیط زیست ایجاد میکنند. زباله های الکترونیکی منبع مهم آلودگی عناصر کمیاب خاکی هستند. زیرا زباله های الکترونیکی حاوی غلظت بالایی از عناصر کمیاب خاکی هستند که اغلب به روش های ناایمن دفع می شوند و برای محیط زیست مضر هستند.
بازیافت عناصر کمیاب خاکی:
فلزات خاکی کمیاب اجزای بسیار مهمی هستند که در محصولات مصرفی مختلف مانند آهنرباهای دائمی، وسایل نقلیه الکتریکی، گوشی های هوشمند و غیره وجود دارند. این فلزات به طور طبیعی در سنگ معدن به صورت مخلوط وجود دارند و باید قبل از استفاده خالص شوند. استخراج عناصر خاکی کمیاب گران است، بنابراین بازیافت عناصر خاکی کمیاب که به مواد تبدیل شده اند ارزان تر است. علیرغم توانایی آنها برای استفاده مجدد، محصولات کمیاب حاوی خاک تنها یک بار استفاده می شوند و دور ریخته می شوند. بازیافت عناصر خاکی کمیاب ضمن کاهش ضایعات و بار زیست محیطی قابل توجهی که ایجاد می کند، عرضه ثابتی از فلزات خاکی کمیاب را برای تولیدکنندگان فراهم می کند. زباله های الکترونیکی منبع اصلی عناصر کمیاب خاکی هستند.
پیشرفتهای اخیر در فناوری بازیافت، استخراج عناصر کمیاب خاکی از این مواد را امکانپذیرتر کرده است. به عنوان مثال، ژاپن تعدادی کارخانه بازیافت در حال کار دارد و حدود 300،{1}} تن فلزات کمیاب در وسایل الکترونیکی استفاده نشده ذخیره می شود. همچنین، در فرانسه، تلاش ها برای ساخت دو کارخانه در حال انجام است که سالانه 200 تن فلزات کمیاب از لامپ های فلورسنت، باتری ها و آهنرباهای دست دوم تولید می کنند. علاوه بر این، زغال سنگ و محصولات جانبی منابع بالقوه عناصر کلیدی هستند، از جمله عناصر خاکی کمیاب که تخمین زده می شود حدود 50 میلیون تن عناصر خاکی کمیاب تولید کنند.
روش بازیابی عناصر خاکی کمیاب:
توسعه یک استراتژی موثر و اقتصادی برای بازیابی REE به عوامل مختلفی از جمله قیمت کالا، اندازه ذخایر، هزینه های دفع و خطرات احتمالی بستگی دارد.
روش های بازیابی عناصر خاکی کمیاب از زباله های الکترونیکی در اکثر کشورهای توسعه یافته عبارتند از:
1. گجت خرد شده و به شکل پودر در می آید که از آن اجزای اساسی، عناصر خاکی کمیاب استخراج می شود.
2. روش های پیرومتالورژیکی زباله های الکترونیکی را با گرم کردن عناصر تا دمای بسیار بالا جدا می کند. این روش به انرژی زیادی نیاز دارد.
3. استخراج مایع-مایع یکی دیگر از روش های رایج است که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش ضایعات را در اسید قوی حل کرده و سپس با استفاده از طیف وسیعی از حلال ها خاک کمیاب استخراج می شود.
موارد استفاده از عناصر خاکی کمیاب بازیافتی:
استفاده از عناصر خاکی کمیاب بازیافتی افزایش یافته است. بیشتر عناصر خاکی کمیاب در تولید کاتالیزورها و آهنرباها استفاده می شود. عناصر خاکی کمیاب در تولید آهنرباها، آلیاژها، شیشه و لوازم الکترونیکی با کارایی بالا حیاتی هستند.
روش ساختآهنربای خاکی کمیاب:
عناصر خاکی کمیاب بازیافت شده را می توان برای ساخت آهنرباهای خاکی کمیاب استفاده کرد. آهنرباهای خاکی کمیاب آهنرباهای دائمی قوی هستند که از آلیاژ عناصر خاکی کمیاب ساخته شده اند. آنها قوی ترین آهنرباهای دائمی هستند که میدان های مغناطیسی قوی تری نسبت به انواع دیگر آهنرباها تولید می کنند.
آهنرباهای خاکی کمیاب مانند آهنرباهای نئودیمیوم عمدتاً توسط فرآیند متالورژی پودر ساخته می شوند. در این روش، یک ترکیب مناسب به پودر تبدیل شده و به پودر ریز تبدیل میشود، فشرده میشود و با «سینترینگ فاز مایع» حرارت داده میشود تا تراکم ایجاد شود. آهنرباهای دائمی مانند فریت، ساماریوم کبالت (SmCo) و آهنرباهای نئودیمیم آهن بور از این طریق ساخته می شوند. در نتیجه، عناصر خاکی کمیاب بازیافت شده از زباله ها می توانند برای ساخت آهنرباهای دائمی استفاده شوند.