Nuovi processi per il recupero degli elementi delle terre rare dai magneti
Il progetto NEO-CYCLE dell’UE mira a ridurre la dipendenza dell’Europa dalle terre rare cinesi
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I magneti sono componenti essenziali nei veicoli elettrici, nelle turbine eoliche e nell’elettronica. Tuttavia, la loro produzione dipende da elementi delle terre rare come il neodimio, circa il 90% del quale viene importato dalla Cina. I ricercatori dell’Istituto Fraunhofer per le tecnologie e i sistemi ceramici (IKTS) stanno collaborando con il partner di progetto TU Bergakademie Freiberg per sviluppare una tecnologia che consenta di recuperare queste preziose materie prime in Germania, al fine di riutilizzarle in nuovi prodotti.
I magneti al neodimio sono tra i magneti permanenti più potenti al mondo. Realizzati in neodimio, ferro e boro, vengono utilizzati nei veicoli elettrici, nelle turbine eoliche e in prodotti elettronici quali altoparlanti, smartphone e dischi rigidi. La domanda globale di magneti permanenti è in aumento, con tassi di crescita annuali stimati fino all’8,3%. Ciò rende essenziale il riciclaggio di elementi delle terre rare scarsi come il neodimio, sebbene il processo sia estremamente complesso.
Chiudere il ciclo dei materiali, garantire l’approvvigionamento di materie prime
Il neodimio deve essere estremamente puro prima di poter essere riutilizzato in nuovi magneti. Sviluppare un processo economicamente sostenibile che soddisfi questo requisito rappresenta una sfida. Di conseguenza, in Europa vengono riciclati pochissimi magneti. La maggior parte, invece, viene raccolta e spedita in Cina per essere ritrattata. Circa il 90% dei materiali, come il neodimio, viene successivamente reimportato.
Insieme ai partner del progetto UE NEO-CYCLE, Sandra Pavón sta sviluppando un processo per l’estrazione di materie prime preziose in Europa. «Il nostro obiettivo è recuperare gli elementi delle terre rare dai rifiuti elettronici e utilizzarli in prodotti di alto valore come i fertilizzanti ecologici e nella produzione di prodotti farmaceutici», afferma Pavón, che dirige il gruppo «Riciclaggio idrometallurgico e chimica delle materie prime» presso il Fraunhofer IKTS di Freiberg. «In questo modo si chiuderà il ciclo dei materiali, si tutelerà l’ambiente e si contribuirà a ridurre la dipendenza globale dalle risorse strategiche.»
Recupero sostenibile di materiali di alta qualità
In questo modo è possibile riciclare una vasta gamma di magneti. Il progetto NEO-CYCLE si concentra sui dischi rigidi (HDD) provenienti da computer e laptop dismessi, che contengono magneti al neodimio. «Stiamo testando due metodi per il trattamento dei magneti – la clorurazione allo stato solido e i processi elettrochimici – per individuare la tecnologia più adatta», spiega Sandra Pavón.
Nel processo di clorurazione allo stato solido, il partner di progetto TU Bergakademie Freiberg aggiunge cloruro di ammonio, anziché il tradizionale acido cloridrico, alla miscela di neodimio-boro-ferro recuperata dai rifiuti degli HDD. Il calore converte la miscela direttamente in cloruri metallici e in una soluzione di ammoniaca ad alta purezza. La procedura brevettata è già utilizzata per le lampade fluorescenti. I ricercatori stanno ora verificando se sia adatta anche per il riciclo creativo dei magneti. I risultati mostrano che i cloruri metallici possono essere separati dal materiale magnetico in modo molto più efficiente, consentendo di estrarre quasi tutti i metalli utilizzando quantità relativamente ridotte di sostanze chimiche.
Nel secondo procedimento testato, i ricercatori inseriscono i rifiuti magnetici in polvere in una cella elettrochimica. Un elettrolita, come l’acido solforico diluito, funge da mezzo di reazione per i processi elettrochimici. In questo modo viene prima estratta dai magneti una soluzione di boro, che viene poi concentrata per l’impiego nell’industria chimica e farmaceutica.
I ricercatori del Fraunhofer IKTS separano successivamente i prodotti generati dai due processi, avvalendosi delle loro competenze nella separazione dei metalli e nel trattamento delle acque di processo. Sandra Pavón e il suo team utilizzano un processo idrometallurgico selettivo per estrarre il neodimio e il ferro. I sali metallici possono quindi essere recuperati in forma pura. Una volta separati, i materiali vengono ulteriormente raffinati dai partner del progetto e forniti non solo alle industrie chimiche e farmaceutiche, ma anche ai settori dell’idrogeno e dei fertilizzanti.
L’obiettivo: zero rifiuti
Il progetto NEO-CYCLE è finanziato dall’Unione Europea attraverso il programma «Horizon Europe». Il progetto avrà una durata di quattro anni; la pianificazione di un impianto pilota è già in corso. Sandra Pavón è entusiasta: «Il processo parte da prodotti che hanno raggiunto la fine del loro ciclo di vita. Al termine, possiamo fornire a quattro diversi settori industriali preziose materie prime riciclate».
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