Projekti / Programi
Učinkovita reciklaža brusnega blata pri proizvodnji Sm2Co17 magnetov za gospodarstvo brez odpadkov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T450 |
Tehnološke vede |
Kovinska tehnologija, metalurgija, kovinski izdelki |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
kritični materiali, redke zemlje, kovine in zlitine, trajni magneti, Sm-Co, reciklaža
Raziskovalci (10)
Organizacije (2)
Povzetek
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.
Razpoložljiva visoka stopnja interdisciplinarnega znanstvenega in tehničnega strokovnega znanja v projektni skupini od JSI in Magneti d.d. ponuja edinstvene priložnosti za razvoj celovitega znanja o možnostih, tako v znanstveni odličnosti in izkoriščanju, vključno s sodobnimi nanotehnologijami, ki so ključnega pomena za strateško reševanje pomembna vprašanja o kritičnih surovinah. Z razvojem nove poti recikliranja za magnetne materiale Sm-Co, bi lahko Magneti d.d. ponovno uporabili 95% izgubljenega Sm-Co, s čimer bi bila proizvodnja stroškovno učinkovitejša, kar bi jim dalo prednost pred drugimi proizvajalci magnetov. V kratkem in srednjeročnem obdobju bo predlagana nova tehnologija povečala povpraševanje, proizvodnjo in število delovnih mest v Magneti d.d.. Ta nova tehnologija bi na splošno zaščitila podjetje Magneti d.d. pred nezanesljivimi dobavitelji, kar bo vodilo do močnejšega visokotehnološkega materialnega sektorja znotraj Slovenije in EU.
Pomen za razvoj znanosti
Trajne magnetne raziskave imajo dolgo tradicijo v Sloveniji. Skupina na JSI je v zadnjih 25 letih veliko prispevala s področji raziskav Sm-Co in Nd-Fe-B z več kot 100 publikacijami na področju trajnega magnetizma, 20 v elektrokemiji in več uspešno zaključenih in še vedno tekočih projekti recikliranja PM. Poleg tega je Magneti že več kot 25 let eden izmed najbolj uspešnih evropskih proizvajalcev malih in srednje velikih magnetov. Ti partnerici imata vse sestavine, potrebne za napredovanje z novo proizvodno tehnologijo, kar bo predstavljalo primerno podjetje na trdo magnetnem trgu in pripeljalo do nekaterih pomembnih znanstvenih dosežkov za raziskovalno skupino kot celoto. Najpomembnejši prodor, ki ga lahko pričakujemo, je:
• uspešen razvoj proizvodne linije brez odpadkov z uporabo novih tehnologij ločevanja zlitin Sm-Co z varčevanjem virov do 13%, zaradi česar bo družba Magneti bolj neodvisna od pomanjkanja virov in nihanj cen
• razvoj bolj ekonomične in okolju prijazne tehnike ločevanja, z manjšo porabo energije od pirometalurških poti in čistejše proizvodnje z znatnim zmanjšanjem količin kislin in drugih kemikalij v primerjavi s hidrometalurškimi potmi
Pričakujemo, da bodo ti znanstveni dosežki vodili do pomembnih publikacij v prestižnih znanstvenih in tehnoloških revijah (2-4 letno v drugem, tretjem in +1 letu projekta, z objavami v revijah z odprtim dostopom), patentabilnih materialov in tehnologij, ki bo koristilo vsem članom raziskovalne skupine (1-3 skupaj, ki se nanašajo na tehnike ločevanja, tehnike sintranja in industrijskega povečanja), uspešne uporabe pridobljenih znanstvenih skladov za s tem povezane projekte, ki bodo koristili slovenskim znanstvenikom, kateri delajo na tem področju na vseh ravneh. Raziskovalna skupina bo odprta tudi potencialu licenciranja tehnološkega razvoja, ki bo patentirana v okviru projekta, podjetjem v Sloveniji, Evropi in po vsem svetu.
Pomen za razvoj Slovenije
Neposredni vplivi projekta so lahko zelo veliki glede na področje industrije, na katerega se nanaša. Te vplive lahko razdelimo na naslednja področja:
Gospodarske koristi za družbo Magneti d.d., pa tudi za gospodarstvo Slovenije in EU na splošno.
Čeprav je tržni delež magnetov Sm-Co za zdaj veliko manjši kot pri magnetih Nd-Fe-B, obstajajo specifične aplikacije, ki lahko delujejo samo s temi tipi magnetov, kot so TWT, merilci pospeška, aeronavtični žiroskopi in mikromotorji motorjev in mikro generatorjev. Obstaja tudi potreba po takšnih magnetih na trgu električnih vozil, ki se že hitro širijo. Električna vozila vsebujejo ogromne 5-10 kG količine RE-TM magnetov v vsakem vozilu. Majhen del tega trga je zelo velik posel. Možnost učinkovitejše izdelave teh magnetov od konkurence, bi v bližnji prihodnosti povečala tržni delež družbe Magneti.
Projekt bi imel naslednje neposredne gospodarske učinke:
zmanjšanje finančnih izgub, saj se družba Magneti izogiba prodaji magnetnih ostankov pod ceno vsebnosti surovin;
rast v prodaji za Magneti za 10-20% v naslednjih 5 letih zaradi realiziranega projekta;
pomemben prispevek k slovenskemu nacionalnemu gospodarstvu, ki je povezan z gospodarskim uspehom projekta;
tržni delež v višini do 50% za proizvajalce na ozemlju EU v primerjavi z drugimi svetovnimi proizvajalci v naslednjih 10 letih zaradi prodaje iz strani podjetja Magneti in partnerstev s drugimi slovenskimi in evropskimi proizvajalci.
Zaposlitev v Magneti.
Pričakovani gospodarski uspeh se bo odražal tudi v povečani zaposlenosti v Magneti: v naslednjih petih letih se bo zaposlilo 10-20 ljudi, zaradi recikliranja in višjih stopenj proizvodnje.
Okolje in energetska učinkovitost.
Prednosti za okolje bodo izhajale iz dveh virov. Neposredno preko čistejše obdelave RE-TM magnetov v primerjavi z magneti, ki niso RE-TM, kot so feriti in AlNiCos, ki se proizvajajo v sorazmerno "umazanih" procesih in ne v "čisti" atmosferi inertnega plina magnetov redkih zemlj in z odpravo transporta brusnih ostankov do oddaljenih podjetij za recikliranje. To bi izboljšalo lokalne razmere za zaposlene s prijaznejšimi delovnimi pogoji, kot tudi čistejše okolje v Sloveniji na splošno. Posredno, okolju prispeva z izboljšanimi in novimi aplikacijami, ki jih omogoča uvedba visokotemperaturnih trajnih magnetov, in omogočajo čistejše, bolj energetsko učinkovite tehnologije. To velja zlasti za aplikacije v prometu.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
