Učinkovita reciklaža brusnega blata pri proizvodnji Sm2Co17 magnetov za gospodarstvo brez odpadkov
Oznaka in naziv projekta
L2-9213 Učinkovita reciklaža brusnega blata pri proizvodnji Sm2Co17 magnetov za gospodarstvo brez odpadkov
L2-9213 Effective recycling of abrasive sludge in the production of Sm2Co17 magnets for a waste-free economy
Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: prof. dr. Kristina Žužek Rožman
Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS
Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS
Vsebinski opis projekta
Krožno gospodarstvo surovin je eden od najpomembnejših ciljev, potrebnih za sodobno Evropo, saj večina surovin prihaja iz drugih kontinentov. To še toliko bolj velja za trajne magnete, ki so sestavni del pretvorbe energije v sektorjih obnovljive energije in električne mobilnosti. Magneti Sm‐Co imajo le majhen delež v svetovni proizvodnji magnetov, vendar pa njihova zmožnost delovanja pri visokih temperaturah naredi ključno vlogo pri številnih aplikacijah, brez razpoložljivih alternativ. Z zadnjim zvišanjem cen Sm in Co in problemom nepredvidljive izvozne politike teh surovin je za evropska podjetja, kot je Magneti d.d., še bolj pomembno, da vlagajo v recikliranje proizvodnih odpadkov. Te se pojavijo med proizvodnjo že izdelanih magnetov Sm‐Co, ki jih je potrebno razrezati in brusiti v želeno velikost za kupca, kar mora biti z miniaturizacijo bolj in bolj natančno. Brusno blato se sedaj prodaja v oddaljeno obrat za recikliranje za del vrednosti surovin v njej, kjer se s pirometalurškim pristopom energetsko neučinkovito pretvori v izhodne surovino. Cilj predlaganega projekta je vzpostavitev okolju prijaznejši proces za ponovno predelavo brusnega blata, ki omogoča nov krožni gospodarski ekosistem za podjetje Magneti d.d.. To bo doseženo z razvojem sistema reciklaže, kjer se ves uporaben material v brusnem blatu vrača v proizvodnjo. Neposredne in posredne poti recikliranja bodo odpravile ta problem. Neposredno s pomočjo a) ponovne uporabe obnovljenega magnetnega prahu in njenega vračanja nazaj v proizvodnjo s pomočjo optimiranja parametrov sintranja, b) z uporabo tehnike sintranja s plazmo (SPS), da zagotovimo minimalno rast zrn ali c) mešanje prahu z ustreznim polimerom in proizvajajo polimerno vezanih magnetov z brizganjem. Pristop z višjo stopnjo tveganja predstavlja indirektna reciklirna pot, kjer bomo hidrometalurško elemente zlitin ločili z uporabo ionskih tekočin, ki ponujajo veliko potenciala, ker je učinkovitejše od klasičnih metod. Po ekstrakciji kovin Sm in Co bomo nadaljevali po dveh poteh: a) da se zlitine Sm‐Co neposredno proizvede iz ionskih tekočin z elektrodepozicijo in b) precipitacija kovin posamično, da se pridobi surovina, ki se lahko vrne v začetek proizvodnje. Izveden bo temeljit LCA in LCC, da se oceni, katere od predlaganih tehnik bi lahko uporabljali z gospodarskega in okoljskega vidika za podjetje.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani. Povezava na SICRIS.
Faze projekta
DS-DELOVNI SKLOP
DS1 – Upravljanje (M1-36)
Delovni sklop 1 vključuje nemoteno vodenje projekta, pravočasno dokončanje vseh nalog, zaščito intelektualne lastnine, razvite v okviru projekta, in maksimalno izkoriščanje rezultatov projekta.
DS2 – Identifikacija brusnih ostankov in obogatitev zlitine (M1-9)
Ta delovni sklop bo razvil postopek, ki bo učinkovito odstranil neželen material, ki je zmešan v magnetnem prahu in identificiral sestavo brusnih ostankov, porazdelitev velikosti delcev in magnetne lastnosti ter ga modificiral za potrebe naslednjih delovnih sklopov.
DS3 - Neposredna reciklaža (M4-24)
Očiščeni in izboljšani prah se bo uporabljal neposredno pri tekoči proizvodnji ali se sintral v napravi za sintranje v plazmi, da se doseže popolna zgoščenost. Potem se izvede popolna karakterizacija magneta in parametri se prilagodijo tako, da se dosežejo magnetne lastnosti v območju 90% konvencionalno izdelanega magneta. Poleg tega se bo izvedel test, če bi material lahko uporabili za polimerno vezane magnete.
DS4 - Posredna reciklaža (M4-33)
DS4 razklaplja zlitino Sm-Co v svoje sestavne dele z razvojem novih metalurških procesov z uporabo ionskih tekočin. Po uporabi slednjih bomo pridobljen Sm-Co vrnili na začetek proizvodnje kot surovino ali pa izdelali nov magnet Sm-Co z elektrokemijskim nanašanjem.
DS5 - LCA in LCC ovrednotenje in prenos v proizvodnjo (M6-36)
V tem delovnem programu bo potencialni vpliv postopkov, razvitih v WP3, WP4 in WP5, količinsko opredeljen. Razvili se bodo scenariji za prenos v proizvodnjo, vključno s temeljitimi LCA, in primerjali z LCA za hidrometalurške poti, ki bodo pokazali okoljske prednosti razvitih tehnologij. Tehnološko-ekonomska ocena se bo uporabila za indentifikacijo najbolj obetavno predelavo glede na uspešnost in stroške, upoštevali pa se bodo tudi nastajanje stranskih proizvodov in odpadkov ter kako bodo izstopili / vstopili v sistem, s ciljem povečanja količin recikliranja Sm-Co za 95%.
DS6 - Razširjanje in izkoriščanje rezultatov projekta (M1-36)
Bibliografske reference
[RE1-1] SODERŽNIK, Marko, XU, Xuan, ŽUŽEK ROŽMAN, Kristina. Učinkovita reciklaža brusnega blata pri proizvodnji Sm2Co17 magnetov za gospodarstvo brez odpadkov (2019) : letno poročilo, (IJS delovno poročilo, 13003). 2020. [COBISS.SI-ID 33023783]
[RE1-2] SODERŽNIK, Marko, XU, Xuan, ŽUŽEK ROŽMAN, Kristina. Učinkovita reciklaža brusnega blata pri proizvodnji Sm2Co17Sm2Co17 magnetov za gospodarstvo brez odpadkov : obdobje M10-M15, (IJS delovno poročilo, 12947). 2019. [COBISS.SI-ID 32788775]
[RE1-3] SODERŽNIK, Marko, XU, Xuan, ŽUŽEK ROŽMAN, Kristina. Učinkovita reciklaža brusnega blata pri proizvodnji Sm2Co17Sm2Co17 magnetov za gospodarstvo brez odpadkov, (IJS delovno poročilo, 12819, zaupno). 2019. [COBISS.SI-ID 32316967]
[RE1-4] SODERŽNIK, Marko, XU, Xuan, ŽUŽEK ROŽMAN, Kristina. Učinkovita reciklaža brusnega blata pri proizvodnji Sm2Co17Smagnetov za gospodarstvo brez odpadkov. Delovni sklop 2, Identifikacija brusnih odpadkov in obogatenje zlitine : obdobje poročanja M1-M6. Delovni sklop 4, Posredna reciklaža eobdobje poročanja M4-M6 : prvo četrtletje, (IJS delovno poročilo, 12692, zaupno). 2018. [COBISS.SI-ID 32002599]
[RE2-1][RE3-2][RE4-1][RE5-1][RE6-2] Vabljena predavanja – K. Žužek Rožman in sodelavci »Effective electrochemical and physical reprocessing of Nd-Fe-B and Sm-Co permanent magnets, approaching the zero waste economy«. V: SIPS 2019, Sustainable Industrial Procesing Summit & Exhibition, 23-27 October 2019, Paphos, [COBISS.SI-ID 32977447], smo poročali o celotni elektrokemijski raziskavi jedkanja in nanašanja kovin.
[RE2-2][RE3-3] [REF4-2] [RE5-2] [RE6-3] Predavanje na znanstveni konferenci - K. Žužek Rožman in sodelavci Recycling and reprocessing of end-of-life Nd-Fe-B permanent magnets. 27. Mednarodna konferenca o materialih in tehnologijah, 16.-18. oktober 2019, Portorož, Slovenija 16-18 October 2019, Portorož, Slovenia. Ljubljana: Inštitut za kovinske materiale in tehnologije. 2019, str. 193 [COBISS.SI-ID 32807207], smo poročali o krožni ekonomiji redkih zemelj in reciklaži slednjih iz odsluženih magnetov.
[RE2-3][ [RE3-4] [RE4-3] [RE5-3] [RE6-4] Predavanje na znanstveni konferenci - K. Žužek Rožman in sodelavci, , 1. Mednarodna konferenca: Nano4Circularity; Priložnosti v gospodarstvu, Štajerska gospodarska zbornica, Maribor 4.12. 2018 1. Mednarodna konferenca Nano4Circularity, 14. 12. 2018, Maribor, Slovenija. [COBISS.SI-ID 14048259]