Thu hồi đất hiếm từ tái chế chất thải điện tử

Sử dụng đất hiếm trong các thiết bị điện tử như điện thoại thông minh, pin và bộ khởi động… đã được biết từ lâu, nhưng một lĩnh vực còn ít được khám phá là làm sao các kim loại hiếm có thể tái chế. Nế

Năm 2012, Solvay Group - một tập đoàn hoá chất ở Brussels, đưa hai nhà máy tái chế kim loại đất hiếm (REE) vào hoạt động ở Pháp sau khi đã phát triển thành công một công nghệ thu hồi các kim loại hiếm từ bóng đèn, pin và nam châm. Như bóng đèn huỳnh quang có 6 loại đất hiếm khác nhau, gồm: lanthanum, cerium, terbium, yttrium, europium và gadolinium. Solvay có thể thu hồi 100% các loại đất hiếm này.
Bóng đèn được thu mua, phân loại và chế biến tại các công ty, được tái chế thành các vật liệu khác nhau như thủy tinh, kim loại, nhựa, thuỷ ngân. Bột huỳnh quang-bột phốt pho-từ tái chế này được đưa tới các nhà máy của tập đoàn như Saint-Fons (Rhône-Alpes, Pháp), tại đây đất hiếm được tách thô ra, rồi được chuyển đến La Rochelle (Charente Maritime, Pháp), đây là nhà máy có công nghệ hiện đại duy nhất ở châu Âu để tách đất hiếm. Một khi đã tách được đất hiếm, người ta lại sản xuất ra vật liệu để chế tạo đèn huỳnh quang mới. Tập đoàn có 31.000 người làm việc ở 55 nước, có doanh số bán hàng ròng là 12,7 tỷ EUR trong năm 2011.

Trong khi đó, việc tái chế nam châm vĩnh cửu - loại nam châm chứa neodymium và samarium - đang được các nhà nghiên cứu của Trường Đại học Leuven ở Bỉ thử nghiệm bằng phương pháp tách dung dịch. Các nhà nghiên cứu sử dụng dung dịch ion để tách REE ra khỏi các kim loại quá độ trong nam châm đất hiếm. Qui trình sử dụng trihexyl (tetradecyl) phosphonium chloride để tách các kim loại quá độ như sắt, cobalt, ma nhê, và đồng sang pha dung dịch, còn đất hiếm ở lại trong pha nước. Công nghệ này tách REE ra khỏi các nguyên tố khác trong nam châm neodymium-sắt-boron và samarium-cobalt bằng qui trình chất lỏng. Những nguyên tố khác đó là sắt, cobalt, măng gan, đồng và kẽm được tách sang pha chất lỏng ion, trong khi các kim loại hiếm ở lại trong pha dung dịch nước. Dung dịch ion cũng có thể được tái chế.

Tuy nhiên, nhiều người hoài nghi cho rằng phải có nhiều vật liệu thải điện tử để việc tái chế REE có hiệu quả. Ví dụ như nhà máy tái chế Kosada của công ty Dowa Holdings ở Nhật Bản phải băm các chip máy tính và những linh kiện điện tử thành những mảnh vụn có diện tích mặt 2 cm2 và rồi nung ở nhiệt độ 1.400 o C để tách đất hiếm ra. Nhà máy này chế biến 300 tấn mỗi ngày nhưng chỉ thu về được 150 gam các kim loại hiếm. Tìm cho đủ đồ thải điện tử cũng đang trở nên khó khăn bởi các nước cũng đã nhận ra khả năng tái chế này, ngay cả Trung Quốc cũng đã cấm xuất khẩu máy tính cũ và các cấu kiện điện tử tháo rời.

Tái chế chỉ là một giải pháp cục bộ đối với vấn đề rủi ro cung ứng; nó không thể thay thế cho khai thác mỏ, mặc dù nó có thể bổ sung đất hiếm. Bằng việc kết hợp khai mỏ và tái chế, các nước phương Tây có thể độc lập hơn về cung ứng đất hiếm, không phải lệ thuộc vào Trung Quốc trong tương lai.

Một số hãng sản xuất ô tô đã công bố chương trình tái sử dụng hoặc giảm lượng đất hiếm trong chế tạo ô tô của mình. Hondacho biết đã phát triển quy trình sử dụng muối nóng chẩy điện phân để tách đất hiếm ra từ pin nickel-hydrid cho xe hơi hybrid mới. Qui trình này có thể tách 80 % các kim loại hiếm của các pin đã sử dụng rồi, REE tái chế đạt độ tinh khiết trên 99 %, bằng mức chế biến đất hiếm từ khai thác mỏ. Honda nói là mục tiêu của công ty không chỉ tách kim loại hiếm từ pin mà còn tách REE từ tất cả các cấu kiện khác trong các dòng xe của hãng.

Trong năm 2012, Toyota cho biết hãng đã phát triển một phương pháp chế tạo xe điện và hybrid mà không sử dụng đến các kim loại đất hiếm.

General Motorskhẳng định đã gần đạt được cắt giảm sử dụng dysprosium, nguyên tố này được sử dụng trong động cơ khởi động của xe hybrid.Nếu thành công thì GM có thể cắt giảm 500.000 pounds các kim loại đất hiếm mà hãng sử dụng hàng năm trong chế tạo.

Ford thông báo là pin nickel-kim loại-hydrid của Ford sẽ được thay thế bằng pin lithium-ion. Bằng cách này, Ford cắt giảm được 500.000 pound REE mỗi năm. Ngoài ra, chi phí sản xuất pin mới thấp hơn 30% so với pin cũ, pin mới nhẹ hơn 50% và kích thước cũng nhỏ hơn tới 25-30%.

Việc tái chế và giảm sử dụng đất hiếm có vẻ gây khó cho nhu cầu đất hiếm, thực tế là tái chế đất hiếm, đặc biệt cho chất thải điện tử, còn trong giai đoạn khởi đầu và khó có thể làm giảm nhu cầu trong tương lai. Các nhà đầu tư có thể khôn khéo nắm bắt phát triển tái chế đất hiếm, để nắm được những cơ hội đầu tư vào các công ty sử dụng đất hiếm cho chế tạo - những công ty này đang áp dụng những công nghệ mới để hạ chi phí đầu vào và tăng lợi nhuận biên.