Forscher nutzen ionische Flüssigkeiten zum Recycling gebundener NdFeB-Permanentmagnete

Forscher in Europa haben die Verwendung ionischer Flüssigkeiten zum Recycling gebundener NdFeB-Permanentmagnete demonstriert. Ein Open-Access-Artikel zu ihrer Arbeit ist in der RSC-Zeitschrift Green Chemistry veröffentlicht.

Es gibt zwei Arten von permanenten NdFeB-Magneten: gesinterte und (polymer oder harzgebundene) Magnete. Beide Typen bestehen (teilweise) aus Magnetlegierungspulvern, die in sehr feiner Form Fließeigenschaften aufweisen können.

Bei gesinterten Magneten wird das Magnetpulver mit Hilfe von Gleitmitteln in eine Form gepresst und ausgestanzt. Das erhaltene Produkt bleibt sehr spröde, aber durch Erhitzen in einem Vakuumofen werden seine Dichte und mechanische Festigkeit erheblich verbessert.

Gebundene NdFeB-Magnete werden typischerweise durch Mischen von NdFeB-Magnetpulver mit einem Polymerbindemittel in einem geeigneten Massenverhältnis in einem Mischer oder Extruder und Unterziehen des pelletförmigen Extrudats durch Spritzgießen oder Formpressen erhalten.

Im letzten Jahrzehnt wurde dem Recycling gesinterter NdFeB-Magnete große Aufmerksamkeit gewidmet und diese Bemühungen wurden an anderer Stelle besprochen. Im Allgemeinen umfassen diese Routen pyrometallurgische, hydrometallurgische und solvometallurgische Ansätze oder eine Kombination davon. Im Gegensatz dazu wurde dem Recycling von gebundenen NdFeB-Magneten nur sehr begrenzte Aufmerksamkeit geschenkt. Dieser Mangel an Aufmerksamkeit kann durch den im Vergleich zu gesinterten Magneten viel geringeren Seltenerdgehalt der Verbundmagnete sowie durch die Tatsache erklärt werden, dass das Vorhandensein der polymeren Bindemittel oder Harze direkte Recyclingwege (z. B. Wasserstoff-Dekrepitation) ermöglicht ) schwierig.

… Ionische Flüssigkeiten (ILs) sind bekanntermaßen hervorragende umweltfreundliche Lösungsmittel für viele Arten synthetischer Polymere und Biopolymere. Es wurde auch berichtet, dass Lewis-saure Chloraluminat-Ionenflüssigkeiten zum Auflösen von Epoxidharzen von Tantalkondensatoren verwendet werden können. Aus diesen Gründen haben wir uns entschieden, erstmals den Einsatz ionischer Flüssigkeiten für das Recycling von gebundenen NdFeB-Magneten zu untersuchen. Diese Studie ist auch die erste, die verschiedene Arten von Verbundmagneten aus dem globalen Magnetmarkt sammelt, um eine reale Situation zu simulieren. Anschließend wurde das Lösungsverhalten verschiedener Arten von Polymerbindemitteln in ionischen Flüssigkeiten an einer Auswahl gebundener Magnete getestet. Das vielversprechendste Lösungsmittelsystem wurde in größerem Maßstab getestet, um eine Charge Magnetpulver herzustellen, das zur Herstellung neuer anisotroper epoxidgebundener Magnete verwendet wurde. Die magnetischen Eigenschaften dieser neuen Magnete wurden gemessen und mit denen kommerzieller Gegenstücke verglichen, um die Gesamteffizienz des Recyclingprozesses zu bewerten.

Die Forscher der KU Leuven in Belgien, der Universität Birmingham im Vereinigten Königreich und der Kolektor Magnet Technology GmbH in Deutschland fanden drei Haupttypen von Polymeren in kommerziellen gebundenen NdFeB-Magneten: Polyamide (PA6 und PA12) und Poly-p-phenylensulfid (PPS) und Epoxidharz.

Beide Arten von Polyamidharzen ließen sich leicht durch ionische Flüssigkeiten mit koordinierenden Anionen (Chlorid, Acetat oder Dialkylphosphat) lösen. Die Entfernung des PPS-Harzes war mit ionischen Flüssigkeitslösungsmitteln nicht möglich, sondern nur mit 1-Chlornaphthalin und 1,3,5-Triphenylbenzol bei hohen Temperaturen.

Obwohl Epoxid durch mehrere ionische Flüssigkeiten entfernt werden konnte, wurde eine Reaktion zwischen dem NdFeB-Pulver und den ionischen Flüssigkeiten beobachtet. Eine Charge PA6-gebundener Magnete wurde mit der ionischen Flüssigkeit Tributylethylphosphoniumdiethylphosphat, [P4442][Et2PO4], behandelt, um den Polymeranteil selektiv zu entfernen. Es wurde festgestellt, dass das resultierende PA-freie Magnetpulver >90 % seiner ursprünglichen magnetischen Eigenschaften beibehält.

Die Forscher stellten zwei neue epoxidgebundene Magnete her, die aus diesem recycelten Magnetpulver hergestellt wurden; Die Magnete zeigten magnetische Eigenschaften, die denen kommerziell erhältlicher Gegenstücke nahekamen, was die Vielseitigkeit des Prozesses zeigte und zeigte, dass der Materialkreislauf erfolgreich geschlossen werden konnte.

Diese Arbeit zeigt, dass die Verarbeitung von gebundenen NdFeB-Magneten am Ende ihrer Lebensdauer mit ionischer Flüssigkeit eine vielversprechende Methode für das direkte Recycling dieser Magnete ist. Das Verfahren ist nicht nur umweltfreundlich, sondern auch ein vielseitiger Weg, der die Herstellung sekundär gebundener Magnete mit neuem Design und Polymermaterial ermöglicht.

Ressourcen

Önal, Mehmet Ali Recai und Dewilde, Sven und Degri, Malik und Pickering, Lydia und Saje, Boris und Riaño, Sofía und Walton, Allan und Binnemans, Koen (2020) „Recycling von gebundenen NdFeB-Permanentmagneten mit ionischen Flüssigkeiten“

Gepostet am 16. April 2020 in Elektro (Batterie), Hybride, Motoren, Recycling | Permalink | Kommentare (0)