稀土回收再利用！英國推出稀土金屬回收試點項目

英國伯明翰大學2019年8月在其官方網(wǎng)站上宣布，作為歐盟資助的地平線2020計劃中的重點項目——“循環(huán)經(jīng)濟環(huán)境下的稀土磁性材料可持續(xù)回收、再加工和再利用”（SUSMAGPRO）的一部分，伯明翰大學作為重要參研單位，于近期獲得了超過400萬歐元的經(jīng)費支持，用于建立從廢料中回收稀土金屬的試點設施。

“循環(huán)經(jīng)濟環(huán)境下的稀土磁性材料可持續(xù)回收、再加工和再利用”

（英國伯明翰大學圖片）

一、項目背景：源自歐盟“地平線2020”計劃

無論是歐盟的“第七個框架”（FP7）協(xié)議、“潔凈天空2”計劃亦或是“地平線2020”計劃，循環(huán)經(jīng)濟、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等字眼，都頻繁地被提及，與這些字眼相關(guān)的項目也是多年以來歐盟經(jīng)費資助的重點領域。

在地平線2020計劃指南的H2020－EU．3．5．3中，明確了該計劃需要確保非能源和非農(nóng)業(yè)原材料的可持續(xù)供應，其目的是全面了解歐洲原材料的基礎現(xiàn)狀，并希望通過具有較低環(huán)境影響、更具經(jīng)濟效益替代方式，如閉環(huán)工藝或系統(tǒng)等，建立經(jīng)濟有效、資源節(jié)約和環(huán)境友好的勘探、開采、加工、使用和再利用、原材料的回收以及利用回收產(chǎn)品替代原材料開發(fā)的創(chuàng)新解決方案。指南中還規(guī)定，據(jù)此條款開展的項目應側(cè)重于提升原材料供應的基礎現(xiàn)狀；促進陸地和海洋的原材料（包括礦產(chǎn)資源）的可持續(xù)和有效供應、使用和再利用；尋找關(guān)鍵原材料的替代品；提升針對原材料使用和儲備的社會意識和和關(guān)鍵技術(shù)。

根據(jù)指南的要求，歐盟委員會于2018年論證并啟動了“循環(huán)經(jīng)濟環(huán)境下的原材料創(chuàng)新：可持續(xù)加工，再利用，再循環(huán)和回收”行動倡議（CE－SC5－07－2018－2019－2020），并明確了與該行動相關(guān)的具體要求：行動應開發(fā)和驗證創(chuàng)新的試點設施，以便完成歐盟清潔和可持續(xù)非能源非農(nóng)業(yè)原材料的可持續(xù)生產(chǎn)，并將技術(shù)成熟度（TRL）提升至6－7級。

在這份倡議規(guī)定的主題框架下，申請的項目應至少涉及以下四個子主題之一：

——主要／輔助原材料的可持續(xù)加工及精煉（2018年，2019年）；

——從報廢產(chǎn)品中回收原材料（2018年，2019年）；

——回收建筑物中的原材料（2018年，2019年）；

——用于復雜報廢產(chǎn)品的高性能回收的先進分揀系統(tǒng)（2018年，2019年）。

SUSMAGPRO項目的預算目前已經(jīng)突破1400萬歐元（歐盟官網(wǎng)圖片）

SUSMAGPRO項目——循環(huán)經(jīng)濟環(huán)境下的稀土磁性材料可持續(xù)回收、再加工和再利用，就在這樣的背景下誕生。歐盟官方通過“地平線2020”研究和創(chuàng)新等計劃向SUSMAGPRO項目授予了近1300萬歐元的資金，其他國家和地區(qū)也貢獻了部分項目資金，項目總預算目前已經(jīng)突破1400萬歐元。該項目將由來自9個歐盟國家的19個聯(lián)合承研單位和1個外部合作伙伴組成的工業(yè)聯(lián)盟共同完成。其中，466．66萬歐元分配給英國伯明翰大學，用來建立稀土磁性材料回收試點試驗設施。

二、最終目標：在歐洲建立完整的稀土磁性材料回收供應鏈

伯明翰大學建立的稀土磁性材料回收設施將專注于回收由釹、硼和鐵制成的磁性材料。這些金屬元素大量存在于計算機硬盤驅(qū)動器、家用電器、電動汽車和風力渦輪發(fā)電機中，并且這些元素在歐盟各國向綠色低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的過程中顯得越來越重要。

在過去的30年時間里，上述稀土金屬元素的使用呈指數(shù)級增長，預計到2030年，這幾類金屬的需求量將增長達數(shù)萬噸。亞洲地區(qū)生產(chǎn)世界上大約80％的稀土金屬，但到目前為止，只有不到1％的稀土金屬實現(xiàn)了回收——這意味著，SUSMAGPRO項目提供了很好的實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展目標的機會。此外，由于貿(mào)易戰(zhàn)等因素的影響，近年來稀土金屬的價格出現(xiàn)了大幅波動，回收相關(guān)磁性材料將有助于保護歐洲制造業(yè)基礎供應鏈。

該項目計劃在歐洲建立一條20噸級別的稀土磁性材料回收供應鏈

（英國伯明翰大學圖片）

該項目計劃資助完成一條完整的歐洲稀土磁性金屬材料回收供應鏈的開發(fā)，該供應鏈將完成每年20噸原本將進入垃圾填埋場磁性材料的回收再生。瑞典的機器人分揀線將從廢料中找到并濃縮稀土磁性材料，英國、德國和瑞典的生產(chǎn)設施將從分類的廢料中提取金屬合金粉末，這些合金將用于在英國、德國、丹麥和斯洛文尼亞的工廠中生產(chǎn)再生磁性材料。這些工廠預計將處理來自小型家電、大型工業(yè)器械、風電渦輪機等不同來源的廢料。

三、關(guān)鍵技術(shù)：創(chuàng)新的稀土金屬元素提取工藝

決定這條供應鏈能否取得成功的關(guān)鍵因素是伯明翰大學研究人員開發(fā)出的一種創(chuàng)新技術(shù)——磁性材料廢料的氫處理系統(tǒng)（HPMS）。

過去，提取稀土金屬元素的傳統(tǒng)方法需要拆卸和去除磁性材料。然而，在新的工藝過程中，研究人員利用氫氣將磁性金屬合金分解成粉末，該粉末易于與其余組分分離，從而節(jié)約大量的時間、勞力和成本。這種方法還可以實現(xiàn)在回收單一金屬元素的同時，處理多個其他組分。這項具有專利的工藝使用的核心技術(shù)是“氫爆”（hydrogen decrepitation），它是由雷克斯·哈里斯教授在伯明翰大學開發(fā)的一種創(chuàng)新工藝，是一種經(jīng)濟有效的從廢料或破損的結(jié)構(gòu)中精煉提取稀土磁性材料的方法。其具體的原理是：將氫氣首先灌入稀土金屬中，導致體積膨脹；當結(jié)構(gòu)不能應對如此大的體積膨脹時即發(fā)生結(jié)構(gòu)爆裂，細小顆粒從材料中脫離，形成均質(zhì)的金屬粉末，氫氣和惰性氣體在低壓條件下形成的安全混合物會在幾小時內(nèi)使磁性材料發(fā)生爆裂；最后再通過篩分除去非磁性合金組分，這些合金粉末可通過回收再加工的方式重新回到再生磁性材料中。

從拆卸的硬盤中可以看到含有NdFeB磁性材料的主軸電機和的音圈馬達

（英國伯明翰大學圖片）

該工藝的聯(lián)合發(fā)明者之一、伯明翰大學冶金與材料學院教授阿蘭·沃頓表示，稀土磁性材料幾乎可用于所有利用電力產(chǎn)生動力的應用中：例如我們常見的電腦硬盤、電路基板、關(guān)鍵電子元器件等，它在全球范圍內(nèi)支撐了價值超過1萬億英鎊的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。此外，稀土資源作為一種重要戰(zhàn)略儲備材料，在航空航天和國防工業(yè)中均扮演舉足輕重的角色。不過，近年來稀土金屬的價格和供應鏈都出現(xiàn)了大幅波動。這意味著一些成本效益高的技術(shù)相當有發(fā)展前景，而回收再利用也將是解決供應鏈問題長期可行的方式。