(LĐ online) - Các nhà khoa học ở phòng thí nghiệm Ames trực thuộc Bộ năng lượng Hoa Kỳ vừa cho biết họ đã thành công trong việc tái chế các nguyên tố đất hiếm vốn được sử dụng ở các nam châm.
(LĐ online) - Các nhà khoa học ở phòng thí nghiệm Ames trực thuộc Bộ năng lượng Hoa Kỳ vừa cho biết họ đã thành công trong việc tái chế các nguyên tố đất hiếm vốn được sử dụng ở các nam châm.
Quá trình loại bỏ lớp mạ ngoài của nam châm để tìm kiếm đất hiếm. Ảnh: Ames Lab |
Thị trường đất hiếm đang ngày càng thu hẹp lại do nguồn cùng chính từ Trung Quốc bị siết chặt trong khi các mỏ lớn tại Mỹ và Úc chưa kịp mở cửa trở lại. Sự khan hiếm nguyên liệu đầu vào gây khó khăn không nhỏ cho các công ty công nghệ cao và hậu quả là giá thành các sản phẩm bị đẩy lên gấp khá nhiều.
Nghiên cứu ngay khi đất hiếm chưa hiếm
Dự án này bắt đầu năm 1990. Trong những thí nghiệm đầu tiên, các chuyên gia đã sử dụng magiê lỏng để tách một nguyên tố đất hiếm là neodymium khỏi các mảnh nam châm làm từ hai kim loại khác là sắt và Bo (nguyên tố có số thứ tự thứ 5 trong bảng tuần hoàn). Tuy nhiên lúc ấy, mục đích của họ là đưa hỗn hợp magiê-đất hiếm vào sản xuất trực tiếp các nam châm chứ không phải tách ra đất hiếm nguyên chất. Ngoài ra, do hiệu quả của kĩ thuật tái chế chưa cao cùng với việc giá đất hiếm lúc đó còn khá rẻ nên công nghệ chưa thực sự được quan tâm ở thời điểm đó.Trong vòng 3 năm trở lại đây, giá đất hiếm đã tăng gấp 10 lần, vì thế công nghệ tái chế trên đã được đưa trở lại với một vài cải tiến.
Giá trị của đất hiếm Đất hiếm là tập hợp của mười bảy nguyên tố hóa học thuộc bảng tuần hoàn của Mendeleev, có hàm lượng rất nhỏ có trong Trái Đất. Người ta có thể tìm thấy các nguyên tố đất hiếm ở trong các lớp trầm tích, các mỏ quặng và cát đen. Đất hiếm là vật liệu gần như không thể thay thế trong chế tạo các thiết bị điện tử tin học. Theo sụ phát triển của công nghệ, nhu cầu dùng đất hiếm ngày càng cao Tại Việt Nam, theo đánh giá của các nhà khoa học địa chất, trữ lượng đất hiếm ở khoảng 10 triệu tấn phân bố rải rác ở các mỏ quặng vùng Tây Bắc và dạng cát đen phân bố dọc theo ven biển các tỉnh miền Trung. |
Tuy chỉ chiếm một lượng rất nhỏ trong các nam châm, đất hiếm pha tạp sẽ tăng cường mạnh mẽ các đặc tính điện từ của vật liệu. Do đó, mặc dù mới xuất hiện từ những năm 1990, nam châm đất hiếm đã có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và công nghiệp. Trong số đó, phải kể đến nam châm trên các ổ đĩa cứng, tua-pin gió, công nghiệp xe hơi, máy phát điện cùng nhiều thiết bị khác.
Giã nhỏ nam châm để tìm đất hiếm
Đầu tiên nhóm nghiên cứu lấy các thanh nam châm cũ chứa các nguyên tố đất hiếm như neodymium, praseodymium, dysprosium và loại bỏ các lớp mạ ngoài. Tiếp đến họ chuyển các thanh nam châm vào lò nung nóng, rồi đưa chúng vào các cối giã vật liệu tự động. Các thiết bị sẽ được điều chỉnh cho tới khi các mảnh nam châm được tán nhỏ tới kích thước 2-4 mm.
Ở giai đoạn tiếp theo các hạt nam châm được đưa vào một chiếc hộp có các mặt là lưới kim loại. Sau đó họ thả thêm các mẩu magie rắn vào trộn cùng. Giống như trong công nghiệp luyện kim, nhóm nghiên cứu nung nóng khối vật liệu bằng cách sử dụng sóng điện từ. Khi sóng tác động lên vỏ ngoài, nó sẽ gây ra dòng Foucault (F), chính dòng điện này sinh nhiệt làm nóng khối chất. Do có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn, magie sẽ hóa lỏng trước, trong khi các hạt nam châm vẫn còn ở dạng rắn.
Lúc đó, tại các bề mặt tiếp xúc giữa những hạt nam châm và magiê lỏng xuất hiện các hiệu ứng tương tác đặc biệt. Nhờ hiệu ứng này, các nguyên tố đất hiếm bắt đầu khuếch tán từ những hạt nam châm sang dung dịch magie lỏng. Nhóm nghiên cứu sẽ lọc các hạt nam châm và chất lỏng ra riêng rẽ. Tiếp đến, họ đổ dung dịch lỏng của magiê có chứa đất hiếm vào các khuôn vàlàm lạnh. Sau đó, các thỏi nhiên liệu mới được nung nóng tới khi magiê nóng chảy ra lần thứ hai. Khi đó người ta có thể tách đất hiếm ra khỏi magiê lỏng dễ dàng.
Trong thử nghiệm mới nhất, nhóm nghiên cứu đã tiến hành tách neodymium cùng hai nguyên tố đất hiếm khác từ nam châm từ cũ, sau đó họ tái sử dụng nó trong các chu trình chế tạo nam châm mới. Kết quả kiểm tra cho thấy đất hiếm tái chế được cho hiệu quả tương đương với sản phẩm được tinh chế từ các mỏ quặng.
Sử dụng đất hiếm thứ cấp thu được, các chuyên gia đưa nó vào tái sử dụng để chế tạo các nam châm mới. Kết quả cho thấy các sản phẩm tạo ra có chất lượng tương đương với nam châm sử dụng đất hiếm sơ cấp (đất hiếm được khai thác từ mỏ). Hơn nữa, lượng đất hiếm tái chế thu được cũng có hàm lượng đủ lớn để có thể đưa nó vào sản xuất ở quy mô công nghiệp. Nhóm nghiên cứu dự định sẽ phát triển tối ưu hơn nữa phương pháp của họ để nâng cao hiệu quả sử dụng thực tiễn trong thời gian tới.
MINH TRÍ