日本產(chǎn)綜研實驗從高性能馬達(dá)回收稀有金屬

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     日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所可持續(xù)材料研究部門日前開始全面實施從產(chǎn)品廢棄物中回收稀有金屬元素群的金屬熔煉技術(shù)實證實驗。其重點是，從混合動力車配備的高性能馬達(dá)的高性能磁鐵中，分離并回收鏑（Dy）及鐠（Pr）等稀有金屬元素群的回收利用要素技術(shù)。

　　可持續(xù)材料研究部門凝固工藝研究小組正在推進(jìn)金屬熔煉技術(shù)實證實驗，該技術(shù)用來回收為提高混合動力車的高性能馬達(dá)使用的釹鐵硼（Nd?Fe?B）磁鐵的耐熱性而添加的鏑等稀有金屬。

　　凝固工藝研究小組此次全面實施的實證實驗，是利用金屬熔煉技術(shù)，從二手車市場上可買到的報廢混合動力車（豐田第一代“普銳斯”）的高性能馬達(dá)部材（圖1）中回收稀有金屬。該研究小組將混合動力車的馬達(dá)轉(zhuǎn)子置于石墨坩堝內(nèi)，用高頻熔解爐加熱熔解，主要進(jìn)行令鐵凝固物和銅（Cu）凝固物的兩相分離。密度為7.89g/cm3的鐵凝固物凝固在上方，密度為8.93g/cm3的銅凝固物凝固在下方。實驗利用大部分釹、鏑及鐠在銅一側(cè)固溶的現(xiàn)象，現(xiàn)階段是要使稀有金屬濃縮，將來則以分離為目標(biāo)。

　　從產(chǎn)品廢棄物中回收稀有金屬，現(xiàn)行要素技術(shù)以普通濕式冶煉技術(shù)（leaching）為主。這是由于，將元素群在溶劑（堿溶劑等）中溶解，并只分離提煉出某種特定元素的濕式精煉法，是從礦物原料中提取特定元素的精煉法。而最近，利用金屬熔解技術(shù)分離回收稀有金屬的、名為“PyroRecycle”的技術(shù)開發(fā)受到關(guān)注。這是因為與需要龐大精煉設(shè)備的濕式精煉法相比，利用金屬熔解技術(shù)的PyroRecycle技術(shù)有望實現(xiàn)小規(guī)�；�。

　　PyroRecycle技術(shù)是大阪大學(xué)研究生院工學(xué)研究系材料生產(chǎn)科學(xué)專業(yè)教授山本高郁等人提倡的。在PyroRecycle技術(shù)中，利用稀有金屬元素對于鐵和銅的固溶度有很大差異的現(xiàn)象，濃縮并分離目標(biāo)稀有金屬元素的研究開發(fā)正在推進(jìn)。山本教授的研究小組正在推進(jìn)的研發(fā)是，在鐵、銅及稀有金屬元素的熔解物質(zhì)中添加碳（C）及硼，以促進(jìn)稀有金屬元素群主要在銅一側(cè)固溶。

　　可持續(xù)材料研究部門因擁有鈦及鎂等的高端熔解技術(shù)，所以擔(dān)任了令鐵凝固物和銅凝固物兩相分離的實機(jī)水平的實證實驗。據(jù)副部長小林慶三介紹，在此之前，已實施了實驗室水平的預(yù)備實驗，在少量鐵、銅、釹、鏑、鐠中添加碳并使其熔解，“大部分兩相分離為鐵凝固物和銅凝固物”。不過，沒有實現(xiàn)完全的兩相分離（鐵粒子和銅粒子均少量地混入對方的凝固物內(nèi)）。

　　接著，利用大型氬氣氛高頻熔解爐（圖2），將第一代“普銳斯”的高性能馬達(dá)的馬達(dá)轉(zhuǎn)子等置于石墨坩堝內(nèi)，加入銅和碳，加熱至1500℃～1550℃后冷卻，使其兩相分離為鐵凝固物和銅凝固物。目前，“還未能像少量預(yù)備實驗?zāi)菢訉崿F(xiàn)充分的兩相分離”。

　　在石墨坩堝（外徑為213mm，內(nèi)徑為177mm）內(nèi)放置了重量約10kg的馬達(dá)轉(zhuǎn)子，使其高頻熔解。以添加的碳量及加熱溫度等作為參數(shù)進(jìn)行實證實驗。一般認(rèn)為，進(jìn)行實機(jī)馬達(dá)轉(zhuǎn)子熔解的實證研究對該技術(shù)的實用化十分重要。

　　目前，混合動力車在日本已相當(dāng)普及，日本國內(nèi)的汽車廠商也開始擴(kuò)充混合動力車型，凝固工藝研究小組組長多田周二表示，“從這些報廢混合動力車中回收鏑等稀有金屬的實證實驗是當(dāng)務(wù)之急”。研究小組稱，計劃在這些報廢汽車出現(xiàn)后的數(shù)年之內(nèi)，取得以馬達(dá)轉(zhuǎn)子為對象的實證實驗成果。

　　對于鐵凝固物和銅凝固物未能充分兩相分離的情況，研究小組稱“正在考慮施加電磁力及機(jī)械振動”予以解決。另外，第一代與第二代“普銳斯”，其馬達(dá)轉(zhuǎn)子的釹鐵硼磁鐵部件的固定方法與配置方法等不同，因此還要按照不同的車型和代數(shù)，建立釹鐵硼磁鐵配件的拆卸方法與熔解方法數(shù)據(jù)庫，多田組長表示，“力爭按數(shù)據(jù)庫分別確立熔解回收技術(shù)”。

　　可持續(xù)材料研究部門是產(chǎn)綜研推進(jìn)的“戰(zhàn)略金屬日本國內(nèi)資源循環(huán)項目”的主要成員。作為該項目推進(jìn)的實證研究之一的本項實驗，力爭確立從混合動力車配備的高性能馬達(dá)中分離回收稀有金屬元素群的要素技術(shù)。