Исследователи из Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН (ИОНХ РАН) разработали экономичный подход к анализу отходов магнитных материалов методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии. Разработка перспективна для дальнейшей эффективной переработки сложных и трудно идентифицируемых отходов производства магнитов. Результаты работы опубликованы в журнале Recycling.
Схема анализа образцов самарий-кобальтовых магнитов. Автор иллюстрации: Архипенко Александра.
Минимизация отходов производства является приоритетной задачей любого промышленного производства, поскольку увеличивает выход полезного продукта и снижает затраты на утилизацию. В связи с этим точное определение состава отходов химической промышленности имеет большое значение для их эффективной переработки. В частности, это необходимо при утилизации отходов производства самарий-кобальтовых магнитов, имеющих высокие магнитные характеристики. Такие магниты очень хорошо противостоят коррозии, но они хрупкие, склонны к растрескиванию и сколам. Самарий-кобальтовые магниты широко используются в автомобильной, аэрокосмической, оборонной и промышленной сфере, в том числе в электродвигателях, электрогенераторах, электромагнитных муфтах, микрофонах, динамиках, в устройствах для вакуумного нанесения покрытий, датчиках Холла, ускорителях частиц и многих других устройствах. Разнообразие состава таких магнитов делает их анализ чрезвычайно сложным.
В связи с этим, химики-аналитики из ИОНХ РАН предложили экспресс-метод определения химического состава отходов магнитного производства на основе двухэтапного подхода: первичной идентификации химических элементов с использованием «безэталонного» метода, и точного количественного анализа на основе внешней калибровки.Сложность магнитных материалов как объекта анализа и актуальность решаемой задачи прокомментировала заведующая Центра коллективного пользования ИОНХ РАН, доктор химических наук В. Б. Барановская: «Интерес ученых к самарий-кобальтовым магнитам растет, их постоянно совершенствуют добавлением в состав других элементов (Cu, Fe, Zr). Кроме того, в процессе сбора отходов и формирования партий для вторичной переработки к ним могут добавляться и другие ценные химические элементы (например, Ti, Hf, Ni, Mn, Cr). 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».
Ученые применили перспективный аналитический метод рентгенофлуоресцентной спектрометрии для решения этой задачи. Он обеспечивает высокую точность и простоту подготовки проб, поскольку не требует ее растворения, а также экспрессность анализа. Они показали необходимость первичной идентификации химического состава таких сложных объектов с помощью метода фундаментальных параметров, а также разработали методику анализа с использованием внешней калибровки для определения основных компонентов (самария и кобальта) и основных примесей (Fe, Cu, Zr, Hf, Ti, Ni, Mn, Cr).
В дальнейшем авторы планируют расширить спектр аналитических методов, применяемых для контроля состава магнитных материалов, чтобы дополнительно упростить повторное использование отходов производства, содержащих ценные компоненты.
Исследования выполнены при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение № 075-15-2020-782).
Источник: ИОНХ РАН.