Haruldased muldmetallid on kaasaegses tehnoloogias kasutamiseks hädavajalikud ja on enamiku elektroonikatoodete põhikomponendid. Vaatamata haruldaste muldmetallide tähtsusele taaskasutatakse ainult umbes 1% neist lõpptootest ja ülejäänud muundatakse jäätmeteks.
Viimasel ajal on olnud probleeme haruldaste muldmetallide tõhusate taaskasutamisprotsesside väljatöötamisega. Käesolevas artiklis käsitletakse haruldaste muldmetallide taaskasutamise erinevaid meetodeid ja näidatakse, et püsimagnetite valmistamiseks on võimalik haruldasi muldmetalle jäätmetest taaskasutada.
Haruldaste muldmetallide kasutamine:
Haruldased muldmetallid, tuntud ka kui haruldased muldmetallid, on 17 erinevast elemendist koosnev rühm, millest igaühel on iseloomulikult sarnane füüsikaline omadus: hõbevalged pehmed raskmetallid. Skandium ja ütrium on ka haruldased muldmetallid, kuna neid leidub samades ladestustes nagu enamik lantanoide ja neil on sarnased keemilised omadused, kuid need erinevad elektrooniliselt ja magnetiliselt. Igal haruldasel muldmetallil on erinevad rakendused ja kasutusalad.
Siin on mõned nende rakendused:
1. Skandiumi sulameid kasutatakse kosmoseseadmete komponentide ja radioaktiivsete soojuse märgistusainete valmistamiseks naftatöötlemistehastes.
2. Ütriumi kasutatakse kaamera objektiivide valmistamiseks ja teleskoobi objektiivide murdmiseks.
3. Prometiumit kasutatakse autoakude valmistamiseks.
4. Samaariumit kasutatakse tuumareaktorites laserite, neutronite püüdmise ja juhtvarraste valmistamiseks.
5. Haruldaste muldmetallide muud rakendused hõlmavad kõvakettaseadmete, magnetite, röntgeniaparaatide, metallhalogeniidlampide, kiudoptilise tehnoloogia, LED-lampide jms tootmist.
Jäätmed, mis võivad sisaldada haruldasi muldmetalle
Haruldased muldmetallid on esilekerkivad saasteained, mis kujutavad endast ohtu keskkonnale, kuna neid kasutatakse üha enam erinevates tehnoloogilistes rakendustes. E-jäätmed on endiselt oluline haruldaste muldmetallide saasteallikas. Seda seetõttu, et e-jäätmed sisaldavad suures kontsentratsioonis haruldasi muldmetalle, mis kõrvaldatakse sageli ohtlikul viisil ja on keskkonnale kahjulikud.
Haruldaste muldmetallide ringlussevõtt:
Haruldased muldmetallid on väga kriitilised komponendid, mis esinevad erinevates tarbekaupades, nagu püsimagnetid, elektrisõidukid, nutitelefonid jne. See esineb maagis seguna looduslikult ja tuleb enne kasutamist puhastada. Haruldaste muldmetallide kaevandamine on kallis, seega on odavam taaskasutada haruldasi muldmetalle, mis on töödeldud materjalideks. Hoolimata sellest, et haruldasi muldmetalle sisaldavaid tooteid on võimalik korduskasutada, kasutatakse neid ainult üks kord ja need visatakse ära. Haruldaste muldmetallide ringlussevõtt tagab tootjatele pideva haruldaste muldmetallide tarne, vähendades samal ajal jäätmeid ja märkimisväärset keskkonnakoormust, mida see tekitab. E-jäätmed on haruldaste muldmetallide peamine allikas.
Hiljutised edusammud ringlussevõtu tehnoloogias on muutnud haruldaste muldmetallide ekstraheerimise nendest materjalidest teostatavamaks. Näiteks Jaapanis töötavad mõned ringlussevõtutehased ja hinnanguliselt 300 000 tonni haruldasi muldmetalle ladustatakse kasutamata elektroonikas. Samuti tehakse Prantsusmaal jõupingutusi kahe tehase ehitamiseks, mis toodavad kasutatud luminofoorlampidest, patareidest ja magnetitest 200 tonni haruldasi muldmetalle aastas. Lisaks on kivisüsi ja selle kõrvalsaadused potentsiaalsed põhielementide allikad, sealhulgas haruldased muldmetallid, mis annavad hinnanguliselt umbes 50 miljonit tonni haruldasi muldmetalle.
Haruldaste muldmetallide taastamise meetod:
Tõhusa ja ökonoomse strateegia väljatöötamine haruldaste jäätmete taaskasutamiseks sõltub erinevatest teguritest, sealhulgas toormehindadest, hoiuste suurusest, kõrvaldamiskuludest ja võimalikest ohtudest.
Meetodid haruldaste muldmetallide taaskasutamiseks elektroonikajäätmetest enamikus arenenud riikides on järgmised:
1. Vidin tükeldatakse ja jahvatatakse pulbriks, millest ekstraheeritakse põhikomponendid, haruldased muldmetallid.
2. Pürometallurgilised meetodid eraldavad elektroonikajäätmed küttekehade abil väga kõrgetele temperatuuridele. See meetod nõuab palju energiat.
3. Vedeliku-vedeliku ekstraheerimine on veel üks tänapäeval kasutatav tavaline meetod. Selle meetodi puhul lahustatakse jäätmed tugevas happes ja seejärel ekstraheeritakse haruldased muldmetallid mitmesuguste lahustite abil.
Ringlussevõetud haruldaste muldmetallide kasutamine:
Ringlussevõetud haruldaste muldmetallide kasutamine on suurenenud. Enamikku haruldasi muldmetalle kasutatakse katalüsaatorite ja magnetite tootmisel. Haruldased muldmetallid on suure jõudlusega magnetite, sulamite, klaasi ja elektroonika tootmisel kriitilise tähtsusega.
Tootmismeetodharuldaste muldmetallide magnet:
Ringlussevõetud haruldaste muldmetallide elemente saab kasutada haruldaste muldmetallide valmistamiseks. Haruldased muldmetallide magnetid on haruldaste muldmetallide sulamitest valmistatud tugevad püsimagnetid. Need on kõige tugevamad püsimagnetid, tekitades tugevamaid magnetvälju kui muud tüüpi magnetid.
Haruldasi muldmetalle, näiteks neodüümmagneteid, toodetakse peamiselt pulbermetallurgia meetodil. Selle meetodi puhul peenestatakse sobiv koostis peeneks pulbriks, tihendatakse ja kuumutatakse "vedela faasi paagutamisega", et indutseerida tihendamist. Sel viisil valmistatakse püsimagnetid nagu ferriit, samariumkoobalt (SmCo) ja neodüümraudboori magnetid. Kokkuvõtteks võib öelda, et jäätmetest taaskasutatud haruldasi muldmetalle saab kasutada püsimagnetite valmistamiseks.