Современный подход к анализу отходов производства магнитов разработали ученые Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН. Предложенное исследователями применение метода рентгенофлуоресцентной спектрометрии перспективно для эффективного аналитического контроля переработки сложных и трудно идентифицируемых магнитных материалов.
Возможность повторного использования отходов производства и потребления крайне актуальна при утилизации отработанных самарий-кобальтовых магнитов. Самарий-кобальтовые магниты широко используются в автомобильной, аэрокосмической, оборонной и промышленной сфере, в том числе в электродвигателях, электрогенераторах, электромагнитных муфтах, микрофонах, динамиках, устройствах для вакуумного нанесения покрытий, датчиках Холла, ускорителях частиц и многих других устройствах. Этот вид магнитов обладает высокими магнитными характеристиками, устойчив к коррозии, но при этом хрупок, на нем нередко остаются трещины и образуются сколы, что выводит их из обращения.
Чтобы переработка отходов была максимально эффективной, необходимо предварительно проводить точное исследование химического состава материалов. Однако состав партий отработанных самарий-кобальтовых магнитов настолько разнообразен, что их анализ оказывается чрезвычайно сложным.
Схема анализа образцов самарий-кобальтовых магнитов.
Автор иллюстрации: Александра Архипенко / Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
«Интерес ученых к самарий-кобальтовым магнитам растет, их постоянно совершенствуют добавлением в состав других элементов (меди, железа, циркония). Кроме того, в процессе сбора отходов и формирования партий для вторичной переработки к ним могут добавляться и другие ценные химические элементы (например, титан, гафний, никель, марганец, хром), — объяснила заведующая Центром коллективного пользования ИОНХ РАН, доктор химических наук Василиса Борисовна Барановская. — Поэтому надежные и точные результаты химического анализа магнитных отходов должны служить ориентиром при сертификации отходов и выборе подходящей технологии переработки для эффективного извлечения ценных элементов из них».
Чтобы решить поставленную задачу, химики-аналитики предложили определять химический состав отходов производства магнитов при помощи рентгенофлуоресцентной спектрометрии.
«Метод рентгенофлуоресцентного анализа – это достаточно известный метод, широко применяемый для разных видов объектов», — рассказала «Научной России» В.Б. Барановская. Исследователь отметила, что этот перспективный метод отличается высокой точностью и скоростью. Быстрота анализа достигается благодаря тому, что при его проведении не требуется растворение изучаемого образца с использованием реактивов, которое необходимо в таких признанных и точных методах, как атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой, масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой и атомно-абсорбционная спектрометрия, например.
«В этом заключаются новизна и преимущество предложенного подхода, — сообщила Василиса Борисовна. — Точность рентгенофлуоресцентного анализа вполне сопоставима с показателями методов, связанных с растворением».
Экспресс-анализ магнитных отходов, предложенный учеными, состоит из двух этапов. Первый — первичная идентификация химического состава материалов с использованием «безэталонного» метода фундаментальных параметров. Второй — количественный анализ на основе внешней калибровки с использованием образцов сравнения, позволяющий точно определить главные компоненты (самарий и кобальт) и основные примеси магнита (железо, медь, цирконий, гафний, титан, никель, марганец, хром).
«Этот подход к анализу отличается новизной — он не применялся ранее для такого рода магнитных отходов», — подчеркнула В.Б. Барановская.
В дальнейшем ученые планируют расширить перечень аналитических методов, используемых для определения состава магнитных материалов и отходов на их основе. Это поможет вернуть в производственный и научный цикл ценные элементы из отходов производства.
«С точки зрения ресурсосбережения, эта работа важна и актуальна для многих отраслей, которые связаны с производством и использованием магнитов, а также с перспективными исследованиями по созданию инновационных магнитных материалов — отметила В.Б. Барановская. — Но в целом подход, который был предложен, системно актуален для предприятий, у которых образуются большие количества возвратного сырья. Мы все ратуем за то, чтобы производство было безотходным и максимально рентабельным, и ценные элементы возвращались обратно в производственный цикл. Редкие, благородные, цветные металлы все востребованы в нашей индустрии. И с этой точки зрения подход, который мы применили для отходов производства самарий-кобальтовых магнитов, вполне может быть масштабирован на другие виды отходов из магнитных и других материалов».
Результаты исследования опубликованы в журнале Recycling.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и Российской академии наук.
Источник: Arkhipenko, A.A.; Marina, G.E.; Doronina, M.S.; Korotkova, N.A.; Baranovskaya, V.B. X-ray Fluorescence Analysis of Waste Sm-Co Magnets: A Rational Approach. Recycling 2023, 8, 84.
Информация и фото предоставлены Институтом общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН