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    如何使用智能設計來加強稀土回收

    作者: 時間:2025-06-30 來源: 收藏

    稀土元素 (REE) 對社會很重要,因為它們可以提高各種綠色能源、工業(yè)、醫(yī)療、航空航天和消費設備的性能。它們很稀有,因為雖然并不少見,但它們廣泛分布在地殼中,通常不會以高濃度發(fā)現。

    本文引用地址:http://www.ekcard.cn/article/202506/471870.htm

    這使得它們的提取變得困難且昂貴。此外,稀土元素,尤其是鑭系元素,通常一起存在于同一礦石中,并且具有許多相似的化學性質,因此在精煉過程中很難將它們分離。

    這些挑戰(zhàn)延伸到回收利用。智能產品設計可以通過結合拆卸設計、模塊化設計和最大限度地減少材料種類來顯著提高 REE 回收率。

    可循環(huán)性和拆卸設計

    除了優(yōu)化生產效率和大規(guī)模定制外,工業(yè) 4.0 還越來越注重支持循環(huán)經濟。是關鍵,包括制造、裝配、拆卸和其他因素(如增材制造)的設計(圖 1)。人們越來越意識到拆卸設計 (DfD) 的重要性。

    圖 1.DfD 是支持循環(huán)經濟和 REE 回收的方法之一。圖片來源:International Journal of Production Research)

    國際標準化組織 (ISO) 發(fā)布了多項與可持續(xù)性和循環(huán)經濟相關的標準。與回收相關的關鍵標準是 ISO 59014,它提供了一種標準化方法,以確保二次材料回收的可持續(xù)性和可追溯性。

    DfD 使設備更易于維修、升級和回收。它有助于優(yōu)化 REE 回收并符合 ISO 59014 標準。DfD 的概念已擴展到裝配和拆卸設計 (DfAD)。

    拆卸有兩種常見的過程,破壞性拆卸和非破壞性拆卸。破壞性拆卸側重于材料的回收和再循環(huán),而非破壞性拆卸側重于部件或子組件的修復或恢復。

    目前有幾種技術用于 REE 回收。它們包括濕法冶金(將合金溶解在酸中)、火法冶金(高溫工藝)、液液萃取(使用溶劑分離稀土)和直接回收(組件的拆卸和再利用)。在各個開發(fā)階段,更環(huán)保的方法包括細菌酸浸出和銅鹽浸出(圖 2)。

    圖 2.有幾種回收技術可用于支持 REE 和其他有價值材料的可持續(xù)循環(huán)使用。(圖片:整體環(huán)境科學)HDD 磁體的無酸溶解回收

    某些細菌會產生有機酸,用于溶解 REE 以進行回收。這些有機酸比傳統(tǒng)上使用的強酸對環(huán)境的破壞更小,但已經開發(fā)了一種基于銅鹽浸出的新型無酸溶解方法。

    已經建立了一個試點工廠,使用銅鹽浸出來回收硬盤驅動器 (HDD)。該工廠已用于回收約 50,000 磅的報廢 HDD 碎屑、安裝盒和其他材料。除了稀土元素外,該工藝還可以提取和回收金、銅、鋁和鋼等金屬。改進的 HDD 設計,針對回收進行優(yōu)化,可以提高這種方法的經濟性。

    對成分的仔細分離使工廠能夠回收約 80% 的原料質量。此外,根據生命周期分析,與傳統(tǒng)的 REE 開采和加工相比,該工藝可減少約 95% 的溫室氣體排放。

    銅鹽浸出對于從廢磁體或磁體切屑等材料中分離稀土元素特別有用(圖 3)。然而,回收某些類型的含 REE 材料的效率可能較低,并且它仍然會產生必須處理的有毒廢物流和排放物。

    圖 3.銅鹽浸出可以支持將 REE 磁鐵廢料循環(huán)回收成新的磁鐵。(圖片:施普林格·自然))總結

    ,如 DfD 和 DfAD,支持循環(huán)經濟,包括稀土的回收。ISO 59014 提供了一種標準化方法,以確保二次材料回收的可持續(xù)性和可追溯性,并且可以成為量化智能產品設計結果的重要工具。不僅限于產品設計和生產,還包括使用最環(huán)保和最具成本效益的方法,包括銅鹽浸出等新興技術。




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