Estudo comparativo entre rotas de recuperação de elementos terras raras contidos em ímãs permanentes de neodímio-ferroboro (NdFeB) de hard disk drives

Abstract

A recuperação de elementos terras raras (ETRs) foi estimulada pela crise de 2010, quando a oferta primária destes metais caiu bruscamente em relação a demanda elevando os preços. Entretanto, mundialmente cerca de apenas 1 % são recuperados a partir de resíduos de equipamentos eletroeletrônicos (REEE), tais como os ímãs permanentes de neodímio-ferro-boro (NdFeB) presentes em Hard Disk Drives (HDs). Desta forma, este estudo teve por objetivo determinar uma rota de reciclagem cuja recuperação destes ETRs seja maximizada. Na rota hidrometalúrgica, inicialmente duas etapas distintas de lixiviação com ácido sulfúrico (H2SO4), variando-se quatro fatores (razão sólido/líquido, tempo, temperatura e concentração do ácido), foram avaliadas. Em seguida, precipitaram-se os ETRs com ácido oxálico (H2C2O4) e ferro (Fe) com hidróxido de sódio (NaOH) em diferentes métodos. Finalmente, uma calcinação foi realizada para converter oxalatos de ETRs em óxidos. Paralelamente, na rota eletro-pirometalúrgica, inicialmente, houve a oxidação dos ímãs permanentes. Na sequência, foi realizada a fusão destes óxidos combinada com a separação em duas correntes: uma contendo metais reduzidos (impurezas) e outra contendo apenas óxidos de ETRs. Por fim, estes óxidos foram alimentados na eletrólise de sais fundidos, onde ETRs se reduziram no cátodo gerando o produto final desejado. Foram observadas elevadas eficiências de lixiviação dos ETRs, adotando-se razão sólido/líquido de 1/20, temperatura ambiente, 15 min e 0,75 mol.L-1 de concentração de H2SO4 como ideais. O H2C2O4 também se mostrou eficiente na precipitação de ETRs, mantendo as impurezas em solução, porém observou-se que um excesso de 200 % foi necessário. Nesta rota, a eficiência global de recuperação dos ETRs foi de 89 %. Na rota eletro-pirometalúrgica, as eficiências das etapas foram menores, devido à complexidade dos processos unitários, atingindo apenas em torno de 30 % de eficiência global de recuperação de ETRs. Embora a oxidação tenha sido eficiente, as etapas de fusão, separação e eletrólise de sais fundidos apresentaram dificuldades, principalmente no controle dos fatores essenciais para uma elevada eficiência, como temperatura e adição de reagentes auxiliares.

The recovery of rare earth elements (REEs) was driven by the 2010 crisis, when the primary supply of these metals fell sharply in relation to demand, and prices went up. However, worldwide only about 1 % of these metals are recovered from waste of electric and electronic equipment (WEEE), such as the neodymium-iron-boron (NdFeB) permanent magnets present in Hard Disk Drives (HDDs) of computers. Thus, this study aims to determine a recycling route in which the recovery of these REEs is maximized. In the hydrometallurgical route, initially two distinct stages of leaching with sulfuric acid (H2SO4), varying four factors (solid/liquid ratio, temperature, time, and acid concentration), were evaluated. Then, the REEs were precipitated with oxalic acid (H2C2O4) and iron (Fe) with sodium hydroxide (NaOH) in different methods. Finally, calcination was performed to convert REEs oxalates to oxides. Parallelly, on the electro-pyrometallurgical route, initially, the particulate NdFeB magnetic alloy was oxidized in a rotary kiln. Subsequently, the fusion of these oxides was carried out, combined with the separation into two streams: one containing reduced metals (impurities), and the other containing only REEs oxides. Finally, these oxides were fed into a molten salt electrolysis, where REEs were reduced at the cathode generating the desired final product. High REEs’ leaching efficiencies were observed, adopting a solid/liquid ratio of 1/20, room temperature, 15 min and 0.75 mol.L-1 of H2SO4 concentration as ideal. H2C2O4 was also efficient in the precipitation of REEs, keeping the impurities in solution, however it was observed that the excess of 200 % was necessary. Accordingly, the hydrometallurgical route achieved a maximum overall efficiency of around 89 % in the recovery of REEs. With calcination, oxalates were converted to oxides. At the electro-pyrometallurgical route, the efficiency of the stages was lower due to the complexity of the unit processes, reaching only around 30 % of overall efficiency. Although the oxidation was efficient, the melting, separation, and molten salt electrolysis stages presented difficulties, mainly in the control of the essential factors for a high efficiency, such as temperature and the addition of auxiliary reagents.