2021 Fiscal Year Research-status Report
High temperature solvent extraction of rare elements from waste neodymium magnets
Project/Area Number |
21K04736
|
Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
Principal Investigator |
奥村 圭二 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50204144)
|
Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
Keywords | ネオジム磁石 / 高温溶媒抽出法 / ビスマス / リサイクル |
Outline of Annual Research Achievements |
電気自動車の普及により需要が増大すると予想されるNdやDyのような希少金属の安定供給を 目指して、ネオジム磁石からの新たな回収技術を開発する。従来、リサイクル法として湿式処理で行われているが、強酸などを用いた多段のプロセスであるため、廃液の量が多くなり 、そのため国内では廃液の処理に対する環境コストが大きくなってしまう問題を抱えている 。一方、廃液を出さない乾式処理によるリサイクルが着目されている。乾式処理の中で、溶融金属を用いた分離回収法に着目し、溶融金属と希土類金属による親和性から化合物を形成することでネオジム磁石中から希土類金属を抽出、回収するものである。本研究では第二相溶媒金属として新たにBiを用いた方法を提案し、従来検討されているMg、Ag、Cuなどよりも 低価格で安全性が高く、エネルギーコストを抑えることができる。 令和3年度は、溶融したBiと固体のネオジム磁石とを反応させる実験を行った。電気炉に 試料を装入したるつぼを入れ、アルゴン雰囲気中で600℃~900℃の間の所定の温度に保持して反応させた。実験後の試料を切り出し、樹脂に埋め込んで卓上研磨装置で研磨してSEM観察に供した。また、高周波誘導炉を用いて、グラファイト坩堝内の試料をアルゴン雰囲気中で1200℃で加熱した。加熱時間は2分間とした。グラファイト坩堝で実験を行うことからFe-C合金として試料の融点を下げることが可能となった。試料は、SEM観察及び SEM-EDX観察によりBi、Nd、Fe及びOの組成マッピングを行うことで、NdがBi中に回収されたかを確認した。またX線構造解析を行うことで、実験後の試料がどのような状態(化合物または固溶体)で存在しているか確認した。
|
Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和3年度は、溶融したBiと固体のネオジム磁石とを反応させる実験を行った。電気炉に 試料を装入したるつぼを入れ、アルゴン雰囲気中で600℃~900℃の間の所定の温度に保持して反応させた。実験後の試料を切り出し、樹脂に埋め込んで卓上研磨装置で研磨してSEM観察に供した。また、高周波誘導炉を用いて、グラファイト坩堝内の試料をアルゴン 雰囲気中で1200℃で加熱した。加熱時間は2分間とした。グラファイト坩堝で実験を行うことからFe-C合金として試料の融点を下げることが可能となった。試料は、SEM観察及び SEM-EDX観察によりBi、Nd、Fe及びOの組成マッピングを行うことで、NdがBi中に回収さ れたかを確認した。またX線構造解析を行うことで、実験後の試料がどのような状態(化合物または固溶体)で存在しているか確認した。固液界面近傍のNdの濃度分布より、反応の 有無および拡散について速度論的に解析した。Fe中にBiが、またBi中にFeが分散しているため、溶解時に十分分離するような条件を調べた。
|
Strategy for Future Research Activity |
令和4年度は、反応温度を低温化するために、Alを添加してFeをAl中に溶解させることを考える。アルミナるつぼ中にAlを添加した試料を装入し、アルゴン雰囲気下、700~900℃で所定時間反応させる。反応温度および反応時間と抽出率の関係を調べる。また、スケールアップ実験を行う。試料を100g程度用いて、同様に実験を行い解析する。反応温度、反応時間、混合比、粒子径等、工業化に向けて最適な条件を調査する。さらに、Ndを 抽出したBiを真空蒸発させて、Ndを回収する真空蒸留実験を行う。真空計を接続した真空チャンバー内で、真空ポンプで排気しながら1000℃~1500℃に所定時間保持し、Biのみを蒸発させる。蒸発したBiは析出トラップで回収する。試料の処理前後の質量変化およびBiの回収量より回収率を求める。また、残差についてはSEM観察及びSEM-EDX観察によりBi、Nd、Fe及びOの組成マッピングを行い、組成を調べる。
|
Causes of Carryover |
試料の電子顕微鏡観察に使用するために令和3年度に購入予定の設備備品の一部を令和4年度に購入する予定に変更した。また、旅費として計上した学会等への参加は、コロナの影響でオンラインとなり、旅費の支出が無くなったことによる。研究の遂行には支障がなく、今後適切に予算を使用する予定である。
|