JP2014504203A

JP2014504203A - 磁石の再利用

Info

Publication number: JP2014504203A
Application number: JP2013541418A
Authority: JP
Inventors: ウィリアムズ，アンドリュー; レックスハリス，アイヴァー; スペイト，ジョン; ウォールトン，アラン
Original assignee: University of Birmingham
Current assignee: University of Birmingham
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2014-02-20
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: EP2646584B1; CN106967883A; US8734714B2; CN103270181A; GB2486175A; US20120137829A1; JP6276030B2; WO2012072989A1; GB201020383D0; SI2646584T1; EP2646584A1

Abstract

希土類磁石を含む組立品４６から希土類粒状材料を回収するための方法は、希土類磁石の水素粉砕をもたらすために水素ガスに組立品を暴露し、それによって希土類粒状材料４８が作製される工程と、組立品の残りの部分から希土類粒状材料を分離する工程とを含む。前記方法において用いられる装置１０は、気密シールを形成するために閉じることができる開口部１８を有する反応容器１２と、組立品４６から希土類粒状材料を分離するための分離手段と、希土類粒状材料を収集するための収集手段２４とを備える。前記方法および前記装置は、電子デバイスなどの組立品４６から希土類磁石を回収および再利用する用途に適用される。

Description

本発明は、磁石を再利用するための方法および装置に関する。特に、本発明は、組立品から希土類磁石を回収するための方法および装置に関する。

希土類磁石、特にＮｄＦｅＢ型（ネオジム鉄ボロン磁石）およびＳｍＣｏ型（サマリウムコバルト）は、従来の磁石と比較して高い保磁力に結びついたそれらの高い磁束で知られている。ＳｍＣｏ磁石は、２つの異なる組成、すなわちＳｍＣｏ_５およびＳｍ_２（Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｒ）_１７で利用可能である。後者の組成における遷移金属含有量はコバルトに富むが、鉄および銅などの他の金属も含み、Ｓｍ_２Ｃｏ_１７と一般的に表わされる。希土類磁石は、風力発電機ならびに電気自動車およびハイブリッド車における電動機などの広範囲の電化製品および「環境保全」技術に見出される。

希土類磁石の原料の供給、特にネオジム（Ｎｄ）およびジスプロシウム（Ｄｙ）の供給は限られており、需要が供給を超えることが予想される。このことは原材料価格の上昇をもたらすであろうし、このことは、代替の磁石または供給源を見出すことができなければ、ＮｄＦｅＢ磁石の使用と環境保全技術の発展とを制限するかもしれない。Ｄｙは、電動機の用途に用いられる高磁力磁石用のＮｄＦｅＢへの添加剤として用いられる。Ｎｄ、サマリウム（Ｓｍ）およびＤｙの限られた供給は多くの先進経済にとって主要な関心事であり、いくつかの国は今や戦略材料としてこれらを分類している。

ＮｄＦｅＢ磁石は、希土類磁石の中で最も一般的であり、焼結工程によって作製される十分に緻密な磁石と、ＮｄＦｅＢの磁気粒子が樹脂と共に構造体に結合されている低い性能で安価な形態であるボンド磁石との２つの形態で作製される。

現在、焼結されたＮｄＦｅＢ磁石の約２５％は、小さな薄い磁石としてコンピュータハードドライブで用いるために供給され、いずれも約１３〜２０グラムである。特にコンピュータは入れ替わりが激しい（通常は５年未満）ので、ハードドライブの寿命の終わりにＮｄＦｅＢ磁石を回収し、再利用することが望ましい。しかしながら、現在唯一の回収方法は、時間がかかり、労働集約的な方法である、分解および磁石の機械的除去である。したがって、このＮｄＦｅＢ磁石の労働集約的な機械的回収は、特に、原料供給の制約にさらされるのを抑えるためにそのような磁石の在庫を維持する必要がある欧米諸国において、比較的高価である。組立品から希土類磁石を除去するためにはいくつかの課題がある。たとえば、ハードディスクドライブにおいて、磁石は多くの固定具と共に複雑な電子機器に組み込まれている。磁石はニッケル被覆されてもよく、それらは組立品に接着されてもよく、磁石は永久磁石である。混合廃棄物の流れのためのもう１つの課題は、いくつかの電化製品はＮｄＦｅＢ、フェライト、ＡｌＮｉＣｏおよびＳｍＣｏ磁石を含む異なる磁石の混合物を含むかもしれないことである。磁気的識別が機械的分離と組み合わせて採用される場合、これらの磁石の全ての混合物がもたらされるであろう。Ｓｍの混入は再利用された粉体から作製される任意のＮｄＦｅＢ磁石の磁気特性に非常に有害な作用を有するので、ＳｍＣｏがＮｄＦｅＢに混入している場合、このことは特に懸念される。

したがって、組立品から希土類粒状材料を回収する費用対効果が高くかつ効率的な方法が求められている。

溶解処理によってボンド磁石を回収することはＵＳ６５３３８３７によって知られているが、このような処理は焼結されたＮｄＦｅＢ磁石に用いることができない。

水素粉砕（ＨＤ）は、Zakotnikによって記載されたように、ＮｄＦｅＢのような希土類合金を破壊して粉末にするための既知の処理である（「Hydrogen Decrepitation and Recycling of Sintered NdFeB-type Sintered Magnets」、希土類永久磁石およびその応用に関する第１９回国際ワークショップ予稿集、pp 289-295）。粉砕処理において、水素は優先的に材料中の希土類に富む粒界に入る。最初に水素は、結晶構造内に捕捉されたＨ_２を有する水素化化合物を形成するために粒界において希土類元素と反応する。次に水素は、〜５％の体積膨張と共に格子間水素溶液を形成するＮｄＦｅＢマトリクス粒子と反応する。水素化物の形成による結晶構造の体積膨張差は、微粉末を形成する材料から粒子が離脱するように断面に脆性構造をもたらす。

ＳｍＣｏ_５磁石の場合、水素との反応はＮｄＦｅＢとは非常に異なるものである。この場合において、磁石は本質的に単相であり、水素との反応は明確に定義されたプラトー圧と共にＳｍＣｏＨ_ｘ水素化物の形成を伴う。相当な体積膨張は、脆性金属間化合物の微粉末への粉砕を伴う。

Ｓｍ_２Ｃｏ_１７の場合において、水素は（Ｈ_２圧に応じて）多種多様な溶液を形成し、ＳｍＣｏ_５において観察されるような明確なプラトーはない。また、体積膨張は、脆性金属間の粉砕をもたらす。

本発明の第１の態様によれば、希土類磁石を含む組立品から希土類粒状材料を回収するための方法であって、希土類磁石の水素粉砕をもたらすために水素ガスに組立品を暴露し、それによって希土類粒状材料が作製される工程と、組立品の残りの部分から希土類粒状材料を分離する工程とを含む方法が提供される。

用語「組立品」は、コンピュータハードドライブ、携帯電話、スピーカ、発電機、工作機械、原動機、発電機、ＭＲＩスキャナ、磁気分離器などを含むがこれらに限定されるものではない複数の構成要素を備える、任意の、機械装置、電気装置もしくは電子装置、機械もしくは器具、またはそれらの一部を意味すると理解されるであろう。

希土類磁石は、水素粉砕（ＨＤ）処理を用いて再処理できることが知られているが、これまで当該処理は「不純物のない」被覆されていない磁石にのみ適用され、含有量の主な割合が、磁石に接近することを困難にする他の材料である組立品には適用されていない。したがって、本発明の方法は、組立品の構成要素を最初に分解することなく組立品から希土類粒状材料を回収することを可能とし、それによって時間、労力および費用を節約することができる。好都合なことに、希土類粒状材料を抽出するために複数の組立品を同時に処理することができる。

一実施形態において、希土類磁石はＮｄＦｅＢである。ＮｄＦｅＢ磁石は、粉砕処理の間に消磁され、それによって希土類粒状材料を組立品の他の構成要素から容易に分離することができる。代替的な実施形態において、希土類磁石はＳｍＣｏである。ＳｍＣｏ磁石は、ＳｍＣｏ_５またはＳｍ_２Ｃｏ_１７であってもよい。特定の実施形態において、希土類磁石はＳｍ_２Ｃｏ_１７である。ＳｍＣｏ磁石は、粉砕処理によって消磁されない。磁石は、たとえば加熱によって、または磁場を反転させることによって消磁されてもよい。

一実施形態において、本発明の方法は、水素への希土類磁石の暴露を容易にし、希土類粒状材料の出口経路を与えるために、水素ガスに組立品を暴露する前に組立品を開ける初期工程を含む。組立品を開けることは、組立品の破壊的処理を伴ってもよい。たとえば、組立品は、破砕または押し潰しなどの機械的処理によって、またはたとえば端切り機を用いて組立品を開いて切断することによって破壊的に処理されてもよい。破壊的処理は、コンピュータハードドライブなどの相当に気密性である組立品のために特に重要であってもよい。破砕は、希土類粒状材料を抽出することを困難にする、磁石が少量でのみ存在するおよび／または複数の層を有する電子機器（たとえば携帯電話）のために特に有用である。組立品開口部を切断することによって、水素粉砕処理が適用される前に装置内に磁石をそのまま保持することができる。したがって、破壊的処理のうちこの方法は、破砕によって導入されたものに比べて、他の材料からの不純物の濃度を低減させる。
また、組立品は、水素ガスへの暴露の前に完全に無傷のままであってもよい。

組立品は、純粋な水素ガスに暴露されてもよいし、たとえば窒素またはアルゴンなどの1つ以上の不活性ガスを有する水素の混合物に暴露されてもよい。「不活性」とは、ガスが使用条件下において希土類磁石に非反応性であることであると理解されるであろう。一実施形態では、組立品は、１０％以下の水素、５％以下の水素、３％以下の水素、１％以下の水素、０．５％以下の水素、または０．１％以下の水素を含む雰囲気に暴露される。非爆発性ガス混合物の使用は、処理装置が簡素化され、ガスの取り扱いを安全なものとする。

不活性雰囲気を用いることのさらなる利点は、それが磁石材料を酸化から保護することである。このことは、破砕が用いられる場合に特に有利である。なぜなら、希土類磁石が破壊されると、破砕が空気中で行われる場合に酸化される大きな表面積が生じるからである。表面酸化は、水素が、磁石片の構造体に入ること、粉砕を減速させること、または粉砕を完全に抑制することを防止することができる。したがって、一実施形態において、組立品の破壊処理または破砕は酸素の非存在下で行われる。破壊処理／破砕は、アルゴンまたは窒素の不活性雰囲気中で行われてもよい。

さらなる実施形態において、組立品は水素ガスに暴露されると同時に、破壊的に処理されるか、または破砕される。破砕／破壊的処理および粉砕は、純水素からなる雰囲気中、または窒素もしくはアルゴン中に１０％以下、５％以下、３％以下の水素、１％以下の水素、０．５％以下の水素、もしくは０．１％以下の水素を含む雰囲気中で同時に行われてもよい。同時破砕および粉砕は、希土類粒状材料をより効率的に組立品から回収することを可能にする。

また、破砕によって作製された希土類磁石片の高表面積は、粉砕を水素の比較的低い分圧下で行うことができるように、非常に迅速に水素を吸収することを可能にする。このことは、Ｈ_２／Ｎ_２またはＨ_２／Ａｒ混合物を用いることによって達成することができる。

水素の圧力（または用いられるガスの混合物の分圧）は、磁石構造を破壊し、それを粒状材料に変えるために十分でなければならない。（たとえば破砕される材料のために）低い水素分圧が用いられる場合、ガス混合物は非爆発性であってもよい。このことは、非常に重要な利点を有する。なぜなら、ガスをそれほど厳しくない健康安全規制下で用いることができるからである。しかしながら、水素の圧力（または分圧）が低すぎる場合、反応速度は、商業的に実行可能な処理としては遅すぎるであろう。圧力が高すぎる場合、反応容器がより高い機械的応力に耐えるように設計されなければならず、複雑さおよび費用が増加し、その結果、より小さな反応容器をもたらすであろう。一連の実施形態において、ガスの混合物が用いられる場合、水素の圧力または分圧は、０．０１ｍｂａｒ〜１００ｂａｒ、０．１ｂａｒ〜７０ｂａｒ、０．１ｂａｒ〜５０ｂａｒ、０．５ｂａｒ〜２０ｂａｒ、または１ｂａｒ〜１０ｂａｒである。

雰囲気は静的なものであってもよいし、流動的なものであってもよい。静的雰囲気が用いられる場合、必要とされる圧力を維持するために水素ガス濃度が追加され、粉砕処理によって消費されるガスを置換する必要があるかもしれない。

一実施形態において、粉砕処理（すなわち、水素ガスへの組立品の暴露）は、６００℃以下、４００℃以下、２００℃以下、または１７０℃以下の温度で行われる。一実施形態において、粉砕は、５℃以下、１０℃以下、１５℃以下または２０℃以下の温度で行われる。温度が高すぎる場合、磁石は粒状材料に変わらないので、水素化物の形成は起こらないであろう。また、組立品の部分は、高温で溶融し、粒子状磁石材料の回収を妨げることもあり得る。また、このことは、分離された希土類材料への不純物の混入をもたらし得る。

ＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏ_５磁石に比べてＳｍ_２Ｃｏ_１７磁石の粉砕のために、より高い圧力および温度が必要とされる。したがって、一実施形態において、希土類磁石がＳｍ_２Ｃｏ_１７である場合、粉砕処理は、比較的高い温度および／または比較的高い圧力で行われる。好適な高い温度は、少なくとも７０℃、少なくとも８０℃、少なくとも９０℃、および少なくとも１００℃の温度を含む。好適な高い圧力は、少なくとも７ｂａｒ、少なくとも８ｂａｒ、少なくとも９ｂａｒおよび少なくとも１０ｂａｒの圧力を含む。逆に、ＮｄＦｅＢおよび／またはＳｍＣｏ_５磁石の粉砕が起こることが望まれるが、Ｓｍ_２Ｃｏ_１７磁石には望まれない場合、粉砕処理は比較的低い温度および比較的低い圧力で行われてもよい。たとえば、ＮｄＦｅＢおよび／またはＳｍＣｏ_５磁石の粉砕は、２ｂａｒおよび室温で行われてもよい。これらの条件下において、Ｓｍ_２Ｃｏ_１７磁石の粉砕は起こらないであろう。Ｓｍ_２Ｃｏ_１７磁石に比べてＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏ_５磁石の粉砕のために必要な条件の差は、Ｓｍ_２Ｃｏ_１７磁石からＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏ_５磁石の選択的分離を都合よく可能にする。このことは好都合である。なぜなら、ＮｄＦｅＢ材料における少量のサマリウム合金であっても、ＮｄＦｅＢ磁石の性能に非常に有害であり得るからである。現在、これらの磁石は、機械的分離に続いて、その組成を決定するために化学的に分析されなければならない。さらに、フェライト磁石およびＡｌＮｉＣｏ磁石は、水素に暴露されるとき、粉砕を受けない。したがって、本発明は、ＨＤ処理を用いて希土類磁石からこれらの磁石を分離することを可能にする。

したがって、特定の実施形態において、本発明の方法は、ＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏ_５磁石、およびＳｍ_２Ｃｏ_１７磁石を含む組立品から、ＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏ_５粒状材料を回収するための方法であって、ＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏ_５磁石のみの水素粉砕をもたらすために十分な温度および圧力で水素ガスに組立品を暴露し、それによってＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏ_５粒状材料が作製される工程と、組立品の残りの部分からＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏ_５粒状材料を分離する工程とを含む方法である。

ＳｍＣｏ_５粒状材料は、その永続的な磁力を保持するので、粉砕処理後、非磁性ＮｄＦｅＢ材料から容易に分離することができる。したがって、一実施形態において、組立品はＮｄＦｅＢ磁石およびＳｍＣｏ_５磁石を含み、粉砕処理はＮｄＦｅＢ粒状材料とＳｍＣｏ_５粒状材料との混合物の作製をもたらし、前記方法は非磁性ＮｄＦｅＢ粒状材料を磁性ＳｍＣｏ_５粒状材料から分離する追加の工程を含んでもよい。いくつかの実施形態において、ＳｍＣｏ_５粒状材料は、非磁性ＮｄＦｅＢ粒状材料からの分離を容易にする、組立品の鉄成分に磁気的に付着されている。

組立品は、水素ガスの圧力、粉砕処理の温度、磁石の表面状態および磁石の寸法などの多くの要因に応じた期間、水素ガスに暴露される。一連の実施形態において、組立品は、１０分〜２週間、３０分〜１週間、１時間〜６４時間、２〜５２時間または３〜４８時間の間、水素ガスに暴露される。他の一連の実施形態において、組立品は、２〜８時間、３〜６時間または４〜５時間の間、水素に暴露される。

粉砕処理によって得られる希土類粒状材料（「粒状材料」または「粒子」とも称される）は、残存する組立品の構成要素からの分離を容易にする、廃棄される組立品における他の構成要素の大部分または全てよりも小さな粒径を有してもよい。希土類粒状材料の分離は、振盪、振動、ふるい分けもしくは回転、ガス噴射、または遠心力の使用などによって、機械的手段などの任意の好適な方法によって行なわれてもよい。粒状材料の分離は、粉砕処理中および／または処理後に行なわれてもよい。分離される粒状材料は、たとえば破砕処理からもたらされる不純物を含んでいてもよい。したがって、この方法は、不純物を除くか、または不純物の量を減少させるために、回収された粒状材料を化学的に処理するさらなる工程を含んでもよい。

粉砕処理から得られる希土類粒状材料は、希土類合金の水素化物形態を含む。一実施形態において、本発明の方法は、粒状材料からＨ_２を除去するために水素化物を分解する、さらなる脱ガス工程を含む。一実施形態において、脱ガスは、粒状材料を加熱することによって行われる。一連の実施形態において、脱ガスは、１５００℃以下、１０００℃以下、または８００℃以下の温度で行われる。他の一連の実施形態において、脱ガスは、４００℃未満、５００℃未満、６００℃未満または７００℃未満の温度で行われる。特定の実施形態において、脱ガスは７５０℃の温度で行われる。他の一連の実施形態において、脱ガスは、１Ｂａｒ以下、０．５Ｂａｒ以下、０．１Ｂａｒ以下、０．０５Ｂａｒ以下または０．０１Ｂａｒ以下の圧力で行われる。脱ガスは、粉砕処理によって粒状材料の形成直後に行ってもよいし、しばらく経ってから、または後日行ってもよい。

希土類粒状材料は、約１μｍ〜約０．５ｃｍの範囲の粒径を有していてもよい。最小粒径は、合金の結晶粒度によって決定される。

特に再利用ＮｄＦｅＢ磁石の問題点の１つは、Ｎｉ、ＡｌおよびＡｎ被覆などの被覆を磁石の表面から除去することである。最も一般的に用いられる被覆は、電着Ｎｉである。被覆された希土類磁石は、水素粉砕を用いて処理することができる。しかしながら、被覆されていない磁石に比べて、無傷の被覆された希土類磁石のためにより高い圧力および温度が必要である。したがって、一実施形態において、希土類磁石は無傷の被覆を有し、粉砕処理は、少なくとも５０、少なくとも７０、もしくは少なくとも１００℃の温度で、および／または少なくとも５、少なくとも８、もしくは少なくとも１０ｂａｒの圧力で行われる。表面被覆が破損している（すなわち、擦り傷、割れ目または刺し傷がある）場合、粉砕処理はほぼ室温および大気圧で行われてもよい。被覆への損傷は、切断または破砕など、組立品を破壊するために用いられる破壊的な処理方法によってもたらされてもよい。

一実施形態において、希土類磁石は被覆を有し、水素粉砕を行うために水素ガスに組立品を暴露することによって、希土類粒状材料に加えて被覆粒子が作製され、この方法は、希土類粒状材料を被覆粒子から分離する後続工程を含む。被覆粒子の分離は、ふるい分けによって行われてもよい。任意に、低エネルギーミルまたは機械的振動が、希土類粒状材料を破壊し、被覆粒子からより容易に分離することができるさらに小さい粒子にするために用いられてもよい。被覆粒子のための代替的な分離技術は、磁気分離、静電分離およびガス分離を含んでもよい。

また、ＮｄＦｅＢ磁石は酸化しやすい。表面酸化された希土類磁石材料は、除去されることが望ましい。なぜなら、その磁気特性が一般的に劣化するからである。本発明者らは、被覆を磁石の表面から剥離させる、被覆されたＮｄＦｅＢ磁石の水素への暴露において、被覆材料が、酸化材料のかなりの量が含まれている可能性のあるいくつかの表面磁石材料を引き離し、非酸化磁石材料からそれを分離することを可能にすることを見出した。

したがって、一実施形態において、希土類磁石は被覆を有し、水素粉砕を行うために水素ガスに組立品を暴露することによって、希土類粒状材料に加えて被覆粒子が作製され、少なくともいくつかの被覆粒子は、磁石の表面層に由来する酸化された希土類粒状材料に結合される。したがって、水素粉砕は、ＮｄＦｅＢ希土類磁石からの酸化材料の分離に有用である。

本発明の第２の態様によれば、希土類磁石を含む組立品から希土類粒状材料を分離するための装置であって、気密シールを形成するために閉じることができる開口部を有する反応容器と、組立品からの希土類粒状材料を分離するための分離手段と、希土類粒状材料を収集するための収集手段とを備え、前記反応容器は、真空ポンプとガス制御システムとに接続され、前記ガス制御システムは、前記反応容器への水素ガスの供給を制御する装置が提供される。

一実施形態において、装置は、粉砕の前に組立品を開けるか、または破壊的に処理するための手段をさらに備える。特定の実施形態において、装置は、組立品が反応容器内に装填する前に組立品を破砕するためのシュレッダを備える。他の実施形態において、装置は、粉砕の前に組立品の端を切り取るため、または組立品を開いて切断するための端切り機を備える。

組立品片は、手動で容器に装填されてもよいし、またはそれらはホッパから装填されてもよい。一実施形態において、組立品は、運搬装置によって破壊的処理手段から反応容器に搬送される。

さらなる実施形態において、装置は、粉砕および／または脱ガス処理の間に反応容器を加熱するためのヒータを備える。他の実施形態において、温度制御システムは、装置が使用されているとき、すなわち粉砕処理の間に、密封された反応容器内の温度を監視し、制御するために設けられる。温度は、手動で制御されてもよいし、予め設定されたプログラムによって制御されてもよい。

ガス制御システムは、密閉反応容器内の圧力をそれが使用中であるときに監視し、制御してもよい。圧力は、手動で制御されてもよいし、予め設定されたプログラムによって制御されてもよい。

一実施形態において、分離手段は、反応容器内に位置する多孔性容器を備える。粉砕処理によって作製される希土類粒状材料は、残りの組立品の構成要素が容器内に残っている間に、容器の底部の孔と側部とを通って反応容器内に入り、それによって組立品から粒状材料を分離する。多孔性容器は取り外し可能であってもよいし、またはそれは完全に反応容器内に固定されてもよい。特定の実施形態において、分離手段は、組立品から外れかかった粒子の分離を容易にするために多孔性容器を揺り動かす振動手段をさらに備える。さらなる実施形態において、分離手段は回転可能な多孔性容器を備える。粉砕後、容器は内部の組立品とともに回転させられる。回転動作は、組立品の構成要素から希土類粒状材料を落下させ、回転可能な容器の壁の穴／孔を通って以下の好適な容器内に集める。孔は、粒状材料を通過させることが可能であるが、組立品を容器内部に保持する任意の好適な寸法であってもよい。孔は、直径２〜３ｍｍであるのが便利であるかもしれない。回転可能な容器は、機械的振動を粉砕の間またはその後に行うことができるように、粉砕容器に組み込まれるか、または当該粉砕容器の一部を形成してもよい。また、回転可能な容器は反応容器から分離されてもよい。この実施形態において、粉砕された組立品は、粉砕が完了した後、反応容器から除去され、続いて希土類材料の粒子を分離するための回転可能な容器内に納められる。

収集手段は、反応容器またはその一部によって構成されてもよい。たとえば、反応容器の底部は収集手段を構成してもよい。また、収集手段は、反応容器に接続された別の収集容器を備えてもよい。収集容器は、必要なときに粒子が反応容器から収集容器に入ることができるようにするために開くことができる弁によって反応容器から分離されてもよい。一実施形態において、収集容器は、弁が開かれたときに粒子が重力によって収集容器に落下するように、反応容器の下に位置している。
本発明は、例として添付図を参照することによって記載される。

水素粉砕を用いて組立品から希土類磁石を回収するために用いられる、本発明の一実施形態に係る装置の概略図である。図２ａは、本発明の方法によって処理される前に粗く破砕くされたコンピュータハードドライブを示し、図２ｂは、本発明の方法によって処理される前に、コンピュータハードドライブから手動で取り外された音声コイル組立品を示し、図２ｃは、切開された後、続いて本発明の実施形態に従って、希土類磁石を除去するために水素粉砕が行われたハードディスクドライブ組立品を示す。本発明の方法によって得られた希土類粒状材料を示す。図４ａは、粉砕によってＮｄＦｅＢ磁石から分離されたニッケル−銅−ニッケル皮膜の断片の電子顕微鏡写真であり、図４ｂは、粉砕によってＮｄＦｅＢ磁石から分離されたニッケル皮膜の断片の電子顕微鏡写真である。

図１は、水素粉砕を用いて組立品から希土類磁石を回収するために用いられる本発明の実施形態に係る装置を示す。

装置１０は、ヒータ１６の上方に位置する多孔性容器１４を収容する反応容器１２を備える。反応容器１２は、組立品の断片を容器１２に装填できるようにその上端部１８で開口している。反応容器１２は、容器の上端部１８と蓋２０との間に気密シールをもたらすために、固定手段２２によって固定される蓋２０によって閉じることができる。

反応容器１２は、粉砕処理によって作製される希土類粒状材料を収集するために用いられる収集容器２４の上方に位置している。弁２６は、反応容器１２から収集容器２４まで粒状材料の流れを制御するために用いられる。

反応容器１２は、配管３０を介して回転真空ポンプ２８に接続されている。配管３０を通るガスの流れは弁３２によって制御される。

また、反応容器１２は、ガス管３８を経由してガス制御システム３６を通ってガス供給源３３，３４に接続されている。ガス制御システム３６は、反応容器１２内の圧力を監視し、所望のレベルで維持する。ガス管弁４０および圧力変換器４２は、反応容器１２へのガス流の監視および制御を可能にするためにガス管３８に位置している。
熱電温度計４４は、反応容器１２内の温度を監視するために設けられている。

使用中、希土類磁石を含有する組立品の断片は、シュレッダによって細分されるか、または端切り機（図示せず）によって切り開かれ、多孔性容器１４に手動で移される。他の実施形態（図示せず）において、破砕または端を切断された組立品４６は、運搬装置に乗って多孔性容器１４に送られる。組立品の性質および寸法に応じて、組立品全体が水素粉砕を受けてもよく、または、その代わりに、組立品はその一部のみ処理するために部分的に解体されてもよい。たとえば、組立品４６は、図２ａ、図２ｂおよび図２ｃに示されるもののような、破砕されたまたは端を切断されたコンピュータハードドライブおよび音声コイル組立品を備えてもよい。反応容器１２の蓋２０は、反応容器１２が気密になるように、固定手段２２によって閉じられ、固定されている。続いて、反応容器１２は、圧力変換器４２によって示されるように１０^−２ｍｂａｒの圧力まで回転真空ポンプ２８を用いて配管３０を通って（開放弁３２を通って）排気される。弁３２は閉じられ、反応容器１２は、１ｂａｒの圧力までガス供給源３３から、ガス管３６における、ガス制御システム３６および開放弁４０を通ってアルゴンを再充填される。続いて、ガス管弁４０は閉じられ、弁３２は真空ポンプ２８が１０^−２ｍｂａｒの圧力まで反応容器１２を排気するために開かれる。続いて、弁３２は閉じられ、反応容器１２は１〜７ｂａｒの間の圧力まで供給源３４から水素を再充填される。反応容器内の圧力は、ガス制御システム３６によって維持される。

一度水素が反応容器１２に入り、組立品４６に接触すれば、粉砕処理が始まり、希土類磁石を粒状材料４８に変化させる。組立品は、水素ガスに２〜５時間暴露される。

多孔性容器１４は、粉砕処理の間またはその後、粉砕された磁石粒子を、それらが反応容器１２の底に集まるように組立品の断片材料から多孔性容器１４の穴を通って移動させるために振動手段（図示せず）によって揺り動かされる。弁２６は、粒子を反応容器１２から収集容器２４内に落下させるために開かれる。

粒子の脱ガスが必要な場合、弁２６は閉じられたままにされ、振動は加えられない。粉砕された組立品の断片材料（希土類粒状材料を含む）は、熱電対４４を用いて監視され、温度制御装置（図示せず）を用いて制御されるヒータ１６によって７５０℃の温度まで加熱される。脱ガスは、１Ｂａｒ以下の圧力、理想的には１０^−２Ｂａｒの減圧下で行われる。希土類粒状材料から除去された水素は、大気中に排出されてもよく、金属水素化物貯蔵容器５０によって捕捉されてもよい。

処理容器は、約３００〜４００の破砕された／切り刻まれたハードディスクドライブ、または１０００〜２０００の音声コイル組立品の断片の装填量を粉砕することができる。４００の破砕されたハードドライブの処理は、約８ｋｇのＮｄＦｅＢ粒状材料の回収をもたらす。２０００の音声コイル組立品の処理は、約４０ｋｇのＮｄＦｅＢ粒状材料の回収をもたらす。

図３は、本発明の方法によって作製された希土類粒状材料の試料を示す。試料は、ニッケルめっき５１の存在する領域に粒子５０を含む。

本発明の方法によって組立品から回収された希土類粒状材料は、たとえばジェットミルによってさらに処理され、様々な用途に用いられてもよい。たとえば、前記材料は以下の処理における使用のために適している。
１．再利用された粒子を、鉄およびホウ素などの他の成分から希土類元素を分離するために、溶融塩電解などの精製処理に投入することができる。
２．前記粒子を、（任意に）ジェットミルし、押圧し、続いて新しい磁石に焼結することができる。
３．前記粒子を、ボンド磁石のための材料を作製するために、再溶融し、溶融紡糸することができる。
４．前記粒子は、水素中で加熱され、続いて適切な接着剤と混合されることによって、ボンド磁石用細粒材料を作製するために脱ガスされてもよい。
５．脱ガスされた粒子は、エポキシなどの接着剤と直接に混合され、続いて安価なボンド磁石を作製するために押圧されてもよい。

組立品の磁石が最初に比較的低い希土類含有量（たとえば、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂの化学量付近）を有する場合、酸化に「失われた」希土類元素を補償するために、新たな磁石の形成前に、粉砕された粒状材料に余分の希土類元素を添加する必要があるかもしれない。再利用中に希土類材料の酸素含有量が上昇し、希土類酸化物を形成する傾向がある。良好な磁気特性および耐食性を与え、完全密度まで焼結するために、純粋な金属希土類に富む相の一定量が不可欠である。増加した酸素含有量は、前記材料を新たな磁石に焼結して低密度製品を得ることを一層困難にする。それゆえ、粒状材料に少量のＮｄまたはＮｄＨ_２を添加する。一般的には、１〜２ａｔ％の添加が最良の磁気特性をもたらすことが示された。最初に磁石のＮｄ含有量が十分に高い場合は、処理の間に酸化されるネオジムの全体的割合を少なくするために、余分のＮｄは必要とされなくてもよい。

表１は、「未処理である」無傷の、すなわち粉砕前の希土類ＮｄＦｅＢ磁石と比較して、本発明の処理によって作製された希土類粒状材料から製造された再利用磁石の特性を示している。「未処理の」磁石は、Ｎｄ_１３．４Ｄｙ_０．８Ａｌ_０．７Ｎｂ_０．３Ｆｅ_７８．５Ｂ_６．３（ＩＣＰからat％で得た）の組成を有していた。再利用された焼結磁石は、Ｎｄ未添加、ならびに１％、２％および４％のＮｄ添加で粉砕された粒状材料を用いて作製された。

２％Ｎｄを添加されて作製された再利用磁石が、最も高い保磁力（Ｈｃｊ）、および最も高い残留磁気（Ｂｒ）を含む最良の特性を有すると認められた。

図４ａおよび図４ｂは、水素粉砕によって焼結されたＮｄＦｅＢ磁石の表面から剥離された、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｎｉ５２、またはＮｉ被覆５１の断片をそれぞれ示す。断片５１，５２は、被覆５１，５２によって磁石の残りから剥離された希土類磁石材料５４の粒に付着されていることが認められる。このことは、焼結磁石から被覆を剥ぎ取るための水素粉砕の使用が、希土類磁石材料の表面酸化物層を除去する効果的な方法であることを示している。

Claims

希土類磁石を含む組立品から希土類粒状材料を回収するための方法であって、
前記希土類磁石の水素粉砕をもたらすために水素ガスに前記組立品を暴露し、それによって希土類粒状材料が作製される工程と、
前記組立品の残りの部分から前記希土類粒状材料を分離する工程とを含むことを特徴とする方法。
前記希土類磁石は、ＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記磁石は、粉砕処理の間に消磁されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
前記磁石は、加熱によって、または磁場を反転させることによって消磁されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
前記組立品は、水素と１以上の不活性ガスとの混合物に暴露されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
前記組立品は、１０％以下の水素を含む大気に暴露されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
前記水素への前記希土類磁石の暴露を容易にするために、前記水素ガスに前記組立品を暴露する前に前記組立品を開ける初期工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
前記組立品を開ける初期工程は、前記組立品の破壊的処理を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
前記組立品の破壊的処理は、酸素の非存在下で行われることを特徴とする請求項８に記載の方法。
前記組立品は、水素ガスに暴露されるのと同時に破壊的に処理されることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
前記水素ガスの圧力は、１ｍｂａｒ〜１００ｂａｒであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
前記粉砕処理は、６００℃以下の温度で行われることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
前記組立品は、１０分〜２週間の期間にわたって水素ガスに暴露されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
残存する前記組立品の構成要素から前記粉砕処理で得られた前記希土類粒状材料を分離する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
前記希土類粒状材料の分離は、振盪、振動、ふるい分け、回転、または遠心力の使用によって行われることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
前記希土類粒状材料から水素を除去するために脱ガスする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
脱ガスは、前記粒状材料を加熱することによって行われることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
脱ガスは、８００℃以下の温度で行われることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
前記希土類磁石はＳｍ_２Ｃｏ_１７であり、前記粉砕処理は少なくとも７０℃の温度、および／または少なくとも７ｂａｒの圧力で行われることを特徴とする請求項２〜１８のいずれか１項に記載の方法。
ＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏ_５磁石、およびＳｍ_２Ｃｏ_１７磁石を含む組立品から、ＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏ_５粒状材料を回収するための方法であって、
前記ＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏ_５磁石のみの水素粉砕をもたらすために十分な温度および圧力で水素ガスに前記組立品を暴露し、それによってＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏ_５粒状材料が作製される工程と、
前記組立品の残りの部分からＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏ_５粒状材料を分離する工程とを含むことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法であって、
前記希土類磁石は、被覆を有し、
水素粉砕を行うために水素ガスに前記組立品を暴露することによって、希土類粒状材料に加えて被覆粒子が作製され、
前記希土類粒状材料から前記被覆粒子を分離する工程をさらに含むことを特徴とする方法。
前記被覆粒子の少なくともいくつかは、酸化された希土類粒状材料に結合されていることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
希土類磁石を含む組立品から希土類粒状材料を分離するための装置であって、
気密シールを形成するために閉じることができる開口部を有する反応容器と、
前記組立品から前記希土類粒状材料を分離するための分離手段と、
前記希土類粒状材料を収集するための収集手段とを備え、
前記反応容器は、真空ポンプとガス制御システムとに接続され、
前記ガス制御システムは、前記反応容器への水素ガスの供給を制御することを特徴とする装置。
粉砕の前に前記組立品を、開けるためのまたは破壊的に処理するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
前記組立品を破壊的に処理するための手段は、シュレッダを備えることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
前記組立品を前記破壊的処理手段から前記反応容器に搬送するための運搬装置をさらに備えることを特徴とする請求項２３または２４に記載の装置。
前記粉砕および／または脱ガス処理の間に前記反応容器を加熱するためのヒータをさらに備えることを特徴とする請求項２３〜２６のいずれか１項に記載の装置。
前記分離手段は、前記反応容器の内部に配置される多孔性容器を備えることを特徴とする請求項２３〜２７のいずれか１項に記載の装置。
前記多孔性容器は、前記反応容器から取り外し可能であることを特徴とする請求項２８に記載の装置。
前記分離手段は、前記組立品から外れかかった粒子の分離を容易にするために、前記多孔性容器を揺り動かす振動手段をさらに備えることを特徴とする請求項２８または２９に記載の装置。
前記収集手段は、前記反応容器またはその一部によって構成されることを特徴とする請求項２３〜３０のいずれか１項に記載の装置。
前記収集容器は、必要なときに前記希土類粒状材料が前記反応容器を通過して前記収集容器に入ることができるように開くことができる弁によって、前記反応容器から分離されていることを特徴とする請求項２３〜３１のいずれか１項に記載の装置。
前記収集容器は、弁が開かれたときに前記希土類粒状材料が重力によって前記収集容器に落下するように、前記反応容器の下に位置することを特徴とする請求項３２に記載の装置。