[논문자료] PVC에 의한 네오디뮴 자석 스크랩으로부터 희토류 회수

출처: 픽사베이

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경희토류에 속하는 네오디뮴(Neodymium, Nd)과 철 (Fe), 붕소(B)의 금속간 화합물인 Nd2Fe14B가 주된 상인 네오디뮴 자석은 1984년에 발명되어 일약 각광을 받았다. 이러한 Nd 자석의 발명에 의해서 자석의 성능이 비약적으로 향상되어 하이브리드 자동차나 하드 디스크 등에 필수적으로 사용되어 왔다. 한편 Nd 자석은 열적으로 불안정하여 온도 상승에 따라 보자력이 급격히 저하하는 결점이 있다.

 

그 해결책으로 고온에서도 높은 자력을 유지하기 위하여 중희토류인 디스프로슘 (Dysprosium, Dy)이나 테르븀(Terbium, Tb)을 첨가하 였다. 중희토류 원소를 첨가함에 따라 Nd의 일부를 중 희토류 원소로 치환하는 것에 의해 실온에서도 Nd 자석의 보자력이 대폭 증대되었으며, 고온에서도 필요한 자력을 유지할 수 있게 되었다.

 

특히 전기 자동차의 구 동용 모터 등 작동온도가 200 ℃ 가까이 되는 경우에는 최대 약 10 wt.%까지 Dy가 첨가되고 있다.

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201809361757716

본 연구는 PVC를 염화제로 사용하여 Nd계 자석스크랩으로부터 희토류 원소를 염화반응에 의해 회수하기 위한 기초 연구로서, 염화제인 PVC 첨가량과 반응온도 가 희토류 원소의 회수에 미치는 영향에 대하여 조사하 였다.

 

1) Nd계자석 중 Fe보다 희토류 원소의 염화반응이 우선적으로 일어날 수 있으며, Fe가 염화되어도 희토류의 염화물에 비하여 증기압이 높기 때문에 기상으로 제거되고, 희토류 염화물만 잔류하여 수침출을 통해 회수 할 수 있을 것으로 생각된다.

 

2) 열중량 분석을 통하여 500 K에서 발생하는 무게 감소는 주로 PVC의 열분해에 의한 HCl 가스의 방출에 의한 것이며, 이 때 발생하는 HCl(g)에 의해 Nd계 자석스크랩 중 희토류 원소의 선택적 염화가 가능하다는 것을 확인하였다.

 

3) 금속 염화물의 형태로 존재하였던 Nd와 Dy는 수침출에 의해 선택적으로 회수할 수 있었으며, 대부분의 Fe는 금속상의 Fe로 회수할 수 있었다.

 

4) 염화반응에 의한 희토류 원소의 회수율은 염화반응 온도가 증가할수록 높아졌으며, 873 K, 1시간 실험에서 네오디뮴의 회수율은 약 50%로 가장 높게 나타 났다. 그리고 PVC 첨가량이 증가할수록 염화반응에 의한 희토류 원소의 회수율이 증가하였다.

 

이러한 결과로부터 염소가스 등 염화제를 지속적으로 공급하면 희토류의 회수율을 더욱 더 향상시킬 수 있을 것으로 생각된다.

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교반기_(MDA시리즈)

 

네오디뮴 자석을 이용하여 고압과 고온의 조건 속에서도 고속 회전을 하며 가스나 액체, 고점도의 시료 등의 확산, 교반, 믹싱, 분산 등을 용이하게 하는 장비입니다. 각 장비의 사양과 구동 법에 따라 MDA, MDD, MDB 시리즈로 구분되어 설계 및 제작, 활용 되고 있으며 사양에 따라 연구소나 대학 랩실, 산업현장 등에서 소형 및 대형 교반에 적합하게 선택하여 사용 가능합니다.

 

MDA 시리즈는 100, 300, 500, 800의 모델과 선택사양으로 생산되어 저점도에서부터 고점도의 시료까지 교반이 가능하여 고객이 원하는 사양에 따라 제품을 선택해 사용할 수 있습니다. 또 MDA 시리즈는 구성이 간단하고 설치와 조작이 간편하여 누구나 손쉽게 사용할 수 있고 소음 및 진동, 분진 등이 적어 정밀한 작업을 요하는 공정에 사용할 수 있습니다.

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