Stato dell’arte

All’interno di un Hard Disk (HD) il magnete è solo una piccola frazione volumetrica rispetto alla totalità del componente. Per questo motivo il riciclo più efficiente passa attraverso la rimozione del magnete dal telaio, evitando così le complicazioni dovute dalla pratica di macinare l’intero HD per frazionare i materiali solo successivamente.

Diverse tecniche vengono proposte per recuperare il materiale magnetico e reintrodurlo nella catena di nuova produzione:

  • Hydrogen decrepitation-HD e Hydrogenation disproportionation desorption and recombination HDDR, tecniche che utilizzano l’idrogeno e che vengono principalmente scelte come soluzione quando il materiale si trova allo stato ossidato.
  • Solidificazione rapida (melt-spinning).
  • Processi chimici che permetto di recuperare non la lega quanto piuttosto i singoli elementi che la costituiscono, questa soluzione è caratterizzata da elevati costi e la produzione di rifiuti dannosi per l’ambiente.

Tutte queste soluzioni comportano un utilizzo di grandi quantitativi di energia, l’impiego di sostanze chimiche pericolose e difficili da gestire (come l’H2), un elevato impatto ambientale (come molte delle tecniche per estrarre chimicamente il Nd) o in generale tempi di processo molto elevati o relativamente bassa resa.

In generale, una volta individuato l’apparecchio contenente il magnete si aprono tre possibilità per riutilizzarlo:

  • Tipo 1: Riuso
  • Tipo 2: Riciclare il magnete macinandolo per ottenere nuovamente la polvere di lega magnetica.
  • Tipo 3: Processare il materiale in modo da separare le materie prime e riusarle per nuove applicazioni. Questa opzione rappresenta un tipo di riciclo indiretto, indicato con il termine inglese di downgrading, che comporta un maggiore dispendio di energia un esempio è la dissoluzione chimica.

Tutta l’attività all’interno del progetto si configura come un’azione di vero riciclaggio del materiale inteso come lega NdFeB, essendo di difficile implementazione sia il riutilizzo di componenti aventi forme particolari (recupero tipo 1), oltre a una scarsa lavorabilità in conseguenza dell’elevata durezza, sia la separazione dei singoli elementi, in condizioni di sostenibilità economica ed ambientale, (recupero tipo 3). La ricerca applicata nel presente progetto propone un sostanziale avanzamento della seconda metodologia di recupero (tipo 2), selezionata in quanto la più sostenibile delle tre.

I limiti degli attuali procedimenti tipo 2 sono il dispendio energetico ed il costo ancora non competitivo dovuto principalmente ai processi di riduzione chimica per rimuovere la componente di ossido formatasi durante la macinazione.

Quali sono i metodi di produzione di magneti permanenti?

Sinterizzazione. I magneti presenti all’interno degli HD sono attualmente quasi esclusivamente appartenenti ai materiali sinterizzati, ovvero compattati e successivamente trattati ad alta temperatura in atmosfera controllata in modo da densificare e acquisire adeguate proprietà meccaniche e magnetiche. In questo trattamento il materiale non viene portato a fusione, ma ad una temperatura sufficiente da consentire la diffusione atomica al suo interno per eliminare i vuoti tra le polveri e successivamente, attraverso il raffreddamento, imprimere modifiche sostanziali alla microstruttura della lega. Contemporaneamente si ottengono così le migliori proprietà specifiche dal punto di vista magnetico e meccanico.

Plastomagneti. Per la realizzazione di magneti a partire da polveri sono a utilizzate anche nuove tecnologie che non comportano una sinterizzazione. Esse sono adatte per la produzione di componenti meno prestanti dal punto di vista magnetico, ma ugualmente interessanti sotto l’aspetto industriale e tecnologico, quali ad esempio i plastomagneti composti da una matrice termoplastica o termoindurente e polvere di Neodimio-Ferro-Boro (NdFeB). Questi ultimi sono attualmente in piena espansione e traggono la loro notevole possibilità di industrializzazione dallo stampaggio ad iniezione o compressione delle materie plastiche. I loro vantaggi principali sono la possibilità di essere realizzati in forme complesse e le migliori proprietà magnetiche rispetto ai magneti ceramici tradizionali. I plastomagneti NdFeB permettono la realizzazione di componenti “alla richiesta”, ovvero personalizzati in quasi tutti i parametri: essi consentono infatti di variare le caratteristiche magnetiche in un ampio intervallo grazie alla quantità di legante polimerico e di altri eventuali additivi che vanno a frapporsi tra le particelle metalliche magnetiche. Inoltre, sono più facilmente lavorabili rispetto ai materiali sinterizzati. I plastomagneti aprono anche la strada ad ulteriori possibilità tecnologiche proprie dei materiali compositi: un esempio ne sono i magneti ibridi, costituiti in parte da materiali magnetici permanenti ed in parte da materiali magneticamente dolci. Non trascurabile anche la possibilità di implementare questa tecnologia nel mondo della stampa 3D (additive manufacturing) attualmente in piena espansione. Vista proprio l’importanza delle tecniche di stampa 3D nella generazione di componenti a forma complessa, in grado di massimizzare le caratteristiche magnetiche del materiale in termini di ottimizzazione del design, una attività del progetto di ricerca sarà volta a determinare l’applicabilità delle miscele plastomagnetiche prodotte al settore dell’additive manufacturing.

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