Neodimyum-Demir-Bor (NdFeB) mıknatıslar, elektrikli araçlar, rüzgar türbinleri ve tüketici elektroniği gibi kritik teknolojiler için hayati öneme sahip nadir toprak elementleri (NTE) içerir. Bu elementlerin tedarik zincirindeki yüksek riskler ve çevresel kaygılar, ömrü tükenmiş mıknatısların geri dönüştürülmesini zorunlu kılmaktadır. Geri dönüşümde en etkili ve yüksek saflıkta ürün elde etmeyi sağlayan kimyasal yöntemlerden biri Solvent Ekstraksiyonu (Çözücü ile Özütleme) yöntemidir.
Bu rehber, NdFeB mıknatıs hurdalarından nadir toprak elementlerini geri kazanmak için kullanılan hidrometalurjik yaklaşımın kilit adımı olan solvent ekstraksiyonunu adım adım açıklamaktadır.
Solvent ekstraksiyonu, iki birbiriyle karışmayan sıvı faz (sulu faz ve organik faz) arasındaki kimyasal özellik farklılıklarını kullanarak istenilen elementleri (Nd, Dy, Pr) seçici olarak ayırma prensibine dayanır. Bu yöntem, nadir toprak elementlerini yüksek saflıkta ve tek tek ayırmanın en yaygın endüstriyel yoludur.
NdFeB mıknatıslardan bireysel NTE'lerin (Neodimyum ve Disprosyum) ayrılması genellikle dört ana aşamada gerçekleşir:
Ayırma ve Öğütme: Ömrü tükenmiş mıknatıslar, kaplamalarından ayrılır ve yüzey alanını artırmak için ince toz haline öğütülür.
Liç (Asit Çözündürme): Mıknatıs tozu, nitrik asit (HNO³) veya hidroklorik asit (HCl) gibi güçlü bir mineral asit çözeltisine eklenir. Asit, mıknatısın ana bileşenlerini (Nd, Pr, Dy, Fe ve B) çözerek sulu bir faza (lizat) geçirir. Liç işlemi genellikle ekzotermiktir.
Solvent ekstraksiyonundan önce, liazat içindeki baskın safsızlık olan demirin (Fe) uzaklaştırılması gerekir.
pH Kontrolü: Lizatın pH değeri dikkatlice yükseltilir (yaklaşık pH 3 civarına). Demir, bu pH değerinde Hematit (Fe²O³) gibi katı bir bileşik formunda çökelir ve filtrasyon yoluyla kolayca uzaklaştırılır. Bu işlem, NTE saflığını artırır.
Bu, farklı NTE'lerin kimyasal özelliklerinden yararlanılarak bireysel elementlerin ayrıldığı kritik aşamadır.
Sulu Faz: Demirden arındırılmış, NTE iyonlarını (Nd³?, Pr³?, Dy³?) içeren sulu çözelti.
Organik Faz: İstenen NTE iyonuna seçici olarak bağlanabilen bir ekstraktant (örneğin Cyanex 272 gibi katyon değiştirici ajanlar) ve bir çözücü (seyreltici) karışımından oluşur.
Ekstraksiyon Mekanizması: Sulu faz ve organik faz karıştırılır. Ekstraktant, genellikle daha ağır olan NTE'lere (Disprosyum gibi) daha güçlü bir afinite gösterir. Bu sayede organik faz, tercih ettiği NTE'yi sulu fazdan çekerek kendi içine hapseder. Bu aşama, Nd'den Dy'un ayrılması gibi kritik adımları içerir.
Faz Ayrılması: Karışım durultulduğunda, yoğunluk farklılıkları nedeniyle iki faz tekrar ayrılır.
Organik faza geçen NTE, saf haliyle geri kazanılmalıdır.
Geri Çözündürme (Stripping): Organik faza, NTE'nin ekstraktanttan ayrılarak tekrar sulu faza geçmesini sağlayacak (genellikle düşük pH'lı) uygun bir geri çözündürme çözeltisi eklenir.
Nihai Ürün: Bu aşama, yüksek saflıkta tek bir NTE'nin (örneğin yüzde 99 saflıkta Dy) sulu çözeltisini sağlar. Bu çözelti, son olarak oksit (Nd²O³, Dy²O³) veya metal formuna dönüştürülmek üzere kalsinasyon gibi ek adımlara tabi tutulur.
Çevresel Etki: Büyük miktarda asit ve organik çözücü kullanımı nedeniyle atık su üretimi yüksektir. İyonik sıvılar veya çevre dostu seyrelticiler kullanarak bu etkiyi azaltmak için yeni araştırmalar yapılmaktadır.
Nd/Pr Ayırımı: Neodimyum ve Praseodim'in kimyasal özellikleri çok benzer olduğu için, bu iki elementi birbirinden ayırmak Solvent Ekstraksiyonunun en zorlu adımlarından biridir ve yüksek verimli ayırma için genellikle kompleksleştirici ajanlar (EDTA gibi) kullanılır.
