Разработка технологии переработки алюминия, железа и постоянных магнитов из отработавших накопителей на жёстких магнитных дисках (HDD)
Цели:
Разработка технологии полного цикла переработки комплектующих накопителей на жестких магнитных дисках – использование деталей на основе Fe для изготовления магнитопроводов в магнитные системы, деталей из Al в сортовые сплавы на основе Al, а также переработку никелированных магнитов.
Описание проблемы:
Одним из наиболее широко применяемых редкоземельных металлов (РЗМ) является неодим (потребление 20 тыс.т/год, третья позиция после церия и лантана), основное количество которого используют для изготовления постоянных магнитов.
При производстве магнитов из сплава NdFeB до 40 % материала идет в отходы. Для изготовления изделий (магнитов) используют механическую обработку заготовки, при этом большая ее часть вследствие высокой хрупкости сплава переходит в отходы, содержащие до 30 % неодима. При переработке отходов сплава NdFeB и изделий из него ставится задача эффективного извлечения самого ценного компонента сплава – неодима, для чего, в первую очередь, должна быть решена проблема отделения железистой составляющей сплава.
Отходы производства и применения магнитного сплава NdFeB являются ценным вторичным сырьем редкоземельных металлов. Для их извлечения используют такие пиро- и гидрометаллургические технологии, как высокотемпературное фторирование, кальциетермическое восстановление, экстракция из расплава, обжиг, плавка, выщелачивание, гидролиз, жидкостная экстракция, электролиз, химическое осаждение. Переработка шлифовальных отходов из магнитов данной системы достаточно хорошо изучена и уже успешно применяется на практике. Однако проблема переработки самих магнитов до данного момента не поднималась никем, тем более магнитов с антикоррозионными покрытиями из «вредных» для свойств магнита материалах.
Обоснование актуальности
В соответствии с антитеррористическим пакетом законов Ирины Яровой, последняя часть которого вступила в силу 1 июля 2018 года, для хранения информации на данный момент необходимо 157 млрд Гб (157 млн. Тб), которые хранятся на жестких дисках, средний объем каждого из которых составляет 10 Тб. Соответственно для хранения такого большого объема информации необходимо 15,7 млн жестких дисков.
Средняя продолжительность эксплуатации жесткого диска составляет 3 года, после этого производят его замену. Ежегодно необходимо производить замену 5,2 млн жестких дисков.
Данный факт создает экологическую проблему, которая связана с утилизацией жестких дисков, состоящих из алюминия, железа и магнитов на основе сплава системы Nd-Fe-B. На данный момент все жесткие диски в стране отправляются на точки сбора, там брикетируются и отправляются на полигоны ТБО.
Средняя масса магнитов в жестком диске составляет 20 г, масса алюминия – 500 г, железа 80 г. Таким образом за год необходимо утилизировать 104 тонны магнитов, 416 тонн железа и 2600 тонн алюминия.
Новизна и научно-технический уровень
На данный момент распространение в части переработки РЗМ магнитов получили только работы по утилизации шлифовальных отходов от РЗМ магнитов. В России существует ряд научных работ, посвященных этой теме. Однако полноценную переработку цельных магнитов, по той или иной причине оказавшиеся ненужными, в мире не делает никто. Исключением являются случаи, когда ненужный рабочий магнит перешлифовывают в необходимый размер с меньшими габаритами. Такой метод неэкологичен, дорог и не работает в случае, если изделие было ранее испорчено высокой температурой, окислительными средами и так далее.
Новизна предлагаемого нами решения заключается в
- применении процесса полного гидрировании магнитов из HDD для избавления от тройного покрытия Ni-Cu-Ni, элементы которого являются вредными примесями для сплавов на основе системы Nd-Fe-B;
- полном уходе от использования чистого шихтового материала в части РЗМ. Весь Nd и Dy будут добываться из отработавших HDD путем гидрирования;
- 100 % разборке и переработке всех элементов HDD дисков, которые раннее просто выбрасывались на полигоны ТБО.
Отказ от использования чистых шихтовых РЗМ и перевод на сырье, извлеченное из HDD, а также использование вместо шихтового железа элементов магнитопроводов из тех HDD никогда даже не рассматривались зарубежными исследователями. При этом размеры изготавливаемых магнитов не ограничены.
Оставшиеся детали HDD состоят из алюминия, для них будут найдены режимы его переработки в алюминиевые сплавы.
Задачи и возможные пути их решения
Конкретная научно-техническая задача, решаемая в рамках проекта, состоит в нахождении эффективных параметров переработки HDD. Она разбивается на три основных задачи – разработка технологии переработки Al, разработка технологии переработки Fe и разработка технологии переработки постоянных магнитов.
Переработка Al решается классическими металлургическими подходами. Соответственно неотъемлемой частью данной работы должны являться работы по отработке режимов переработки и особенно работы в части исследования и контроля химического состава получаемых образцов.
Железных комплектующие HDD будут использоваться для изготовления магнитопроводов – специальных элементов сложной конструкции в магнитных системах, изготавливаемых для фокусировки электронных пучков, клистронов, ЛБВ и прочей высокотехнологичной продукции. В отличие от задачи с переработкой Al составляющих HDD в данном случае материал является функциональным и кроме отработки режимов переплавки и контроля химического состава необходимо так же провести исследование его структуры и магнитных свойств.
Наиболее сложной и ответственной задачей определенно можно считать переработку постоянных магнитов из HDD. Данные магниты покрыты «вредным» для химического состава самого сплава никелевым покрытием. Извлечение полезного материала из всего магнита предлагается осуществлять путем полного гидрирования образцов. В дальнейшем полученные порошки будут использованы для получения образцов магнитов на основе системы Nd-Fe-B.
Ожидаемые результаты
1 Опытная технология разборки и сортировки составных частей HDD Технология
2 Опытная технология переработки составных частей HDD из Fe в магнитопроводы для МС Технология
3 Опытная технология переработки магнитов из HDD Технология
4 Опытная технология переработки составных частей HDD из Al в сортовые слитки Технология
5 Опытные образцы магнитов из сплава Nd-Fe-B, полученные по опытной технологии переработки магнитов из HDD Образец
6 Опытные образцы магнитопроводов для магнитных систем, полученные по опытной технологии переработки составных частей HDD из Fe в магнитопроводы для МС
7 Опытные образцы сортовых алюминиевых слитков, полученных по опытной технологии переработки составных частей HDD из Al в сортовые слитки Образец
