दुर्लभ पृथ्वी तत्व ऊर्जा, परिवहन, रक्षा और संचार अनुप्रयोगों के लिए कई उन्नत सामग्रियों की "गुप्त चटनी" हैं।स्वच्छ ऊर्जा के लिए उनका सबसे बड़ा उपयोग स्थायी चुम्बकों में होता है, जो एक उत्प्रेरण क्षेत्र या धारा की अनुपस्थिति में भी चुंबकीय गुण बनाए रखते हैं।

ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के रमेश भावे ने कंप्यूटर हार्ड ड्राइव (यहां दिखाया गया) और अन्य उपभोक्ता के बाद के कचरे के स्क्रैप किए गए मैग्नेट से उच्च शुद्धता वाले दुर्लभ पृथ्वी तत्वों को पुनर्प्राप्त करने के लिए एक प्रक्रिया का सह-आविष्कार किया।श्रेय: कार्लोस जोन्स/ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी, यूएस ऊर्जा विभाग

अब, अमेरिकी ऊर्जा विभाग के शोधकर्ताओं ने के स्क्रैप किए गए चुम्बकों से दुर्लभ पृथ्वी तत्वों को निकालने के लिए एक प्रक्रिया का आविष्कार किया हैहार्ड ड्राइव का इस्तेमाल कियाऔर अन्य स्रोत।उन्होंने हैपेटेंटऔर प्रयोगशाला प्रदर्शनों में प्रक्रिया को बढ़ाया और ओआरएनएल के लाइसेंसधारी के साथ काम कर रहे हैंडलास की मोमेंटम टेक्नोलॉजीजदुर्लभ पृथ्वी आक्साइड के वाणिज्यिक बैचों का उत्पादन करने के लिए प्रक्रिया को आगे बढ़ाने के लिए।

डीओई की ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के सह-आविष्कारक रमेश भावे ने कहा, "हमने उच्च मूल्य वाली महत्वपूर्ण सामग्रियों को पुनर्प्राप्त करने के लिए एक ऊर्जा-कुशल, लागत प्रभावी, पर्यावरण के अनुकूल प्रक्रिया विकसित की है।""यह पारंपरिक प्रक्रियाओं में सुधार है, जिसके लिए बड़े पदचिह्न, उच्च पूंजी और परिचालन लागत और बड़ी मात्रा में उत्पन्न कचरे के साथ सुविधाओं की आवश्यकता होती है।"

स्थायी चुम्बक कंप्यूटर की हार्ड ड्राइव को डेटा पढ़ने और लिखने में मदद करते हैं, हाइब्रिड और इलेक्ट्रिक कारों को चलाने वाली मोटरों को चलाते हैं, बिजली बनाने के लिए जनरेटर के साथ युगल पवन टरबाइन, और विद्युत संकेतों को ध्वनि में अनुवाद करने के लिए स्मार्टफ़ोन की सहायता करते हैं।

पेटेंट प्रक्रिया के माध्यम से, मैग्नेट को नाइट्रिक एसिड में भंग कर दिया जाता है, और समाधान लगातार बहुलक झिल्ली का समर्थन करने वाले मॉड्यूल के माध्यम से खिलाया जाता है।झिल्लियों में एक अर्क के साथ झरझरा खोखले फाइबर होते हैं जो एक प्रकार के रासायनिक "ट्रैफिक पुलिस" के रूप में कार्य करते हैं;यह एक चयनात्मक अवरोध बनाता है और केवल दुर्लभ पृथ्वी तत्वों को ही गुजरने देता है।दूसरी तरफ एकत्र किए गए दुर्लभ-पृथ्वी-समृद्ध समाधान को 99.5% से अधिक शुद्धता पर दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड प्राप्त करने के लिए आगे संसाधित किया जाता है।

यह उल्लेखनीय है कि आम तौर पर, स्थायी चुंबक का 70% लोहा होता है, जो कि दुर्लभ पृथ्वी तत्व नहीं है।भावे ने कहा, "हम अनिवार्य रूप से लोहे को पूरी तरह से खत्म करने और केवल दुर्लभ पृथ्वी को पुनर्प्राप्त करने में सक्षम हैं।"अवांछित तत्वों को सह-निकालने के बिना वांछनीय तत्वों को निकालने का मतलब है कि कम अपशिष्ट पैदा होता है जिसके लिए डाउनस्ट्रीम उपचार और निपटान की आवश्यकता होगी।

काम के समर्थकों में शामिल हैं डीओईमहत्वपूर्ण सामग्री संस्थान, या सीएमआई, पृथक्करण अनुसंधान के लिए और डीओई के प्रौद्योगिकी संक्रमण कार्यालय, या ओटीटी, प्रक्रिया स्केल-अप के लिए।ओआरएनएल सीएमआई का एक संस्थापक टीम सदस्य है, डीओई की एम्स प्रयोगशाला के नेतृत्व में एक डीओई एनर्जी इनोवेशन हब और उन्नत विनिर्माण कार्यालय द्वारा प्रबंधित किया जाता है।भावे की चयनात्मक झिल्लियों के साथ एक अम्लीय समाधान का "खनन" दुर्लभ पृथ्वी की वसूली के लिए अन्य आशाजनक सीएमआई प्रौद्योगिकियों में शामिल हो जाता है, जिसमें शामिल हैंएक सरल प्रक्रिया जो चुम्बक को कुचलती और संसाधित करती हैतथाएक एसिड मुक्त विकल्प.

उद्योग महत्वपूर्ण सामग्रियों पर निर्भर करता है, और वैज्ञानिक समुदाय उन्हें रीसायकल करने के लिए प्रक्रियाओं का विकास कर रहा है।हालांकि, कोई भी व्यावसायीकरण प्रक्रिया इलेक्ट्रॉनिक-अपशिष्ट मैग्नेट से शुद्ध दुर्लभ पृथ्वी तत्वों को पुन: चक्रित नहीं करती है।2019 में दुनिया भर में 2.2 बिलियन पर्सनल कंप्यूटर, टैबलेट और मोबाइल फोन के शिप करने की उम्मीद को देखते हुए यह एक बहुत बड़ा मौका है।गार्टनर के अनुसार.भावे ने कहा, "इन सभी उपकरणों में दुर्लभ पृथ्वी चुंबक हैं।"

भावे का प्रोजेक्ट, जो 2013 में शुरू हुआ, एक टीम प्रयास है।डीओई के इडाहो नेशनल लेबोरेटरी के जॉन क्लेहन और एरिक पीटरसन ने रसायन विज्ञान पर केंद्रित शोध के शुरुआती चरण में सहयोग किया, और पर्ड्यू विश्वविद्यालय के प्रोफेसर अनंत अय्यर ने बाद में स्केल-अप की तकनीकी और आर्थिक व्यवहार्यता का आकलन किया।ओआरएनएल में, पूर्व पोस्टडॉक्टोरल फेलो डेजिन किम और विश्वनाथ देशमाने ने क्रमशः पृथक्करण प्रक्रिया विकास और स्केल-अप का अध्ययन किया।भावे की वर्तमान ओआरएनएल टीम, जिसमें डेल एडकॉक, प्रणति गंगावरापु, सैयद इस्लाम, लैरी पॉवेल और प्रियेश वाघ शामिल हैं, प्रक्रिया को बढ़ाने और उद्योग भागीदारों के साथ काम करने पर ध्यान केंद्रित करती है जो प्रौद्योगिकी का व्यावसायीकरण करेंगे।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि दुर्लभ पृथ्वी को फीडस्टॉक्स के व्यापक स्पेक्ट्रम में पुनर्प्राप्त किया जा सकता है, शोधकर्ताओं ने प्रक्रिया के लिए हार्ड ड्राइव, चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग मशीन, सेल फोन और हाइब्रिड कारों सहित स्रोतों से अलग-अलग संरचना के चुंबक का विषय लिया।

सबसे दुर्लभ पृथ्वी तत्व लैंथेनाइड हैं, आवर्त सारणी में 57 और 71 के बीच परमाणु संख्या वाले तत्व।"ओआरएनएल की लैंथेनाइड रसायन विज्ञान में जबरदस्त विशेषज्ञता ने हमें एक बड़ी छलांग दी," भावे ने कहा।"हमने लैंथेनाइड केमिस्ट्री और उन तरीकों को देखना शुरू किया जिनके द्वारा लैंथेनाइड्स को चुनिंदा रूप से निकाला जाता है।"

दो वर्षों में, शोधकर्ताओं ने दुर्लभ पृथ्वी की वसूली को अनुकूलित करने के लिए झिल्ली रसायन शास्त्र को सिलवाया।अब, उनकी प्रक्रिया 97% से अधिक दुर्लभ पृथ्वी तत्वों को पुनः प्राप्त कर लेती है।

आज तक भावे की रीसाइक्लिंग परियोजना के परिणामस्वरूप एक पेटेंट और दो प्रकाशन हुए हैं (यहांतथायहां) आक्साइड के मिश्रण के रूप में तीन दुर्लभ पृथ्वी तत्वों- नियोडिमियम, प्रेजोडायमियम और डिस्प्रोसियम की वसूली का दस्तावेजीकरण।

अलगाव का दूसरा चरण जुलाई 2018 में नियोडिमियम और प्रेजोडायमियम से डिस्प्रोसियम को अलग करने के प्रयास के साथ शुरू हुआ।तीनों ऑक्साइड का मिश्रण 50 डॉलर प्रति किलोग्राम में बिकता है।यदि मिश्रण से डिस्प्रोसियम को अलग किया जा सकता है, तो इसके ऑक्साइड को पांच गुना ज्यादा बेचा जा सकता है।

कार्यक्रम का दूसरा चरण यह भी पता लगाएगा कि क्या दुर्लभ पृथ्वी को अलग करने के लिए ओआरएनएल की अंतर्निहित प्रक्रिया को लिथियम आयन बैटरी से अन्य मांग वाले तत्वों को अलग करने के लिए विकसित किया जा सकता है।भावे ने कहा, "इलेक्ट्रिक वाहनों की अपेक्षित उच्च वृद्धि के लिए भारी मात्रा में लिथियम और कोबाल्ट की आवश्यकता होगी।"

डीओई के ओटीटी प्रौद्योगिकी व्यावसायीकरण कोष द्वारा दो वर्षों में वित्त पोषित, ओआरएनएल प्रक्रिया को बाजार में तैनात करने के लिए आवश्यक औद्योगिक प्रयास फरवरी 2019 में शुरू हुए।

लक्ष्य हर महीने सैकड़ों किलोग्राम दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड को पुनर्प्राप्त करना और मान्य करना, सत्यापित करना और प्रमाणित करना है कि निर्माता पुनर्नवीनीकरण सामग्री का उपयोग करके कुंवारी सामग्री से बने मैग्नेट के बराबर बना सकते हैं।

डीओई के उन्नत विनिर्माण कार्यालय, ऊर्जा दक्षता और नवीकरणीय ऊर्जा कार्यालय का हिस्सा, सीएमआई के माध्यम से इस शोध को वित्त पोषित करता है, जिसे आपूर्ति में विविधता लाने, विकल्प विकसित करने, पुन: उपयोग और रीसाइक्लिंग में सुधार करने और महत्वपूर्ण सामग्रियों के क्रॉसकटिंग अनुसंधान का संचालन करने के लिए स्थापित किया गया था।2013 में सीएमआई शुरू होने के बाद से ओआरएनएल ने इन क्षेत्रों के लिए रणनीतिक दिशा प्रदान की है। इसमें फोकस क्षेत्रों और परियोजनाओं के लिए अग्रणी प्रदान करना शामिल है, जिससे एल्यूमीनियम-सेरियम मिश्र धातुओं और चुंबक रीसाइक्लिंग में नए नवाचार हुए।

स्रोत:ओआरएनएल